28 listopada 2013

Einstein@Home odkrył cztery pulsary gamma

Połączenie globalnej rozproszonej mocy obliczeniowej i innowacyjnych metod analizy okazuje się receptą na sukces w poszukiwaniu nowych pulsarów. Naukowcy z Instytutu Fizyki Maxa Planca wraz z kolegami z różnych krajów odkryli cztery pulsary gamma wśród danych z Kosmicznego Teleskopu Fermiego. Przełom nastąpił dzięki użyciu projektu przetwarzania rozproszonego Einstein@Home, który łączy ponad 200.000 komputerów u 40.000 uczestników z całego świata podłączonych do globalnego komputera. Odkrycia dokonali m.in. wolontariusze z Australii, Kanady, Francji, Niemiec, Japonii i USA.

Od czasu swojego startu w 2009 r. satelita Fermi obserwuje całe niebo w promieniach gamma. Odkrył tysiące nieznanych wcześniej źródeł promieniowania gamma, wśród których są jeszcze prawdopodobnie setki nieodkrytych pulsarów. Jednak identyfikacja tych nowych pulsarów gamma jest bardzo kosztowna obliczeniowo – szeroki zakres parametrów musi być „skanowany” w bardzo wysokiej rozdzielczości. Rozwiązaniem jest tutaj połączenie szczególnie skutecznych metod z rozproszoną mocą obliczeniową Einstein@Home. „Wolontariusze z całego świata pozwalają nam poradzić sobie z ogromnym wyzwaniem, jakie stanowi obliczeniowa analiza danych z teleskopu Fermi. W ten sposób stanowią oni bezcenną pomoc astronomii” – mówi Holger Pletsch z Instytutu Maxa Planca i Instytutu Alberta Einsteina.

Einstein@Home to wspólny projekt Centrum Grawitacji i Kosmologii Uniwersytetu Wisconsin i Instytutu Alberta Einsteina (AEI). Jest finansowany przez National Science Foundation i Max Planck Society. Od połowy 2011 r. Einstein@Home poszukuje sygnały z pulsarów gamma wśród danych z teleskopu Fermi. Projekt został założony w 2005 r. w celu wyszukiwania fal grawitacyjnych w danych z detektorów LIGO – nadal główne zadanie Einstein@Home. Od początku 2009 r. projekt prowadzi skuteczne poszukiwania nowych pulsarów radiowych.

„Odkrycie pierwszy raz pulsarów gamma w projekcie Einstein@Home jest kamieniem milowym nie tylko dla nas, ale i dla naszych wolontariuszy projektu. To pokazuje, że każdy kto posiada komputer może dokonać odkrycia astronomicznego. Mam nadzieję, że nasz entuzjazm zainspiruje więcej ludzi, aby pomóc nam w dokonywaniu dalszych odkryć” – powiedział współautor Bruce Allen, dyrektor AEI i główny badacz Einstein@Home.

Wolontariusze, którzy przyczynili się do odkrycia są zachwyceni. Hans-Peter Tolber z Rellingen w Niemczech, uczestniczy w Einstein@Home od 2005 r. a teraz pomógł w odkryciu pulsara gamma: „Jestem zafascynowany astronomią. Einstein@Home pozwala mi dokładać się do tej dziedziny nauki, choć nie jestem profesjonalnym astronomem”. Nie spodziewał się, że z połączonych sił setek tysięcy komputerów, jego urządzenie odkryje cokolwiek. Każdy wolontariusz Einstein@Home ma swój wkład w publikacje naukowe. Astronomowie szczególnie wspominają ośmiu wolontariuszy, których komputery dokonały odkrycia. W dowód uznania otrzymają specjalne certyfikaty.

Wydaje się, że pulsary są widoczne tylko w promieniowaniu gamma. Emisje w falach radiowych i gamma wytwarzane są w różnych okolicach wokół pulsara. W zależności od orientacji pulsara wąska wiązka radiowa może minąć Ziemię, podczas gdy szersze wiązki fotonów promieniowania gamma mogą być wykrywalne. Nowe metody analizy danych inspirowane są falami grawitacyjnymi. Korzystając z nich astronomowie odkryli jedenaście pulsarów gamma, niewidocznych podczas ostatnich trzech lat poszukiwań wśród danych z teleskopu Fermi.

Dwa z nowo odkrytych pulsarów ukazują zmianę w swojej doskonale regularnej rotacji, co nazywamy usterką pulsara. W tym czasie rotacja gwiazdy nagle się zwiększa, następnie stopniowo zmniejsza by wrócić do początkowego okresu rotacji po kilku tygodniach. Usterki zdarzają się w nowo powstałych pulsarach. Według pomiarów astronomów, cztery odkryte pulsary mają między 30.000 a 60.000 lat – młodziutkie wśród gwiazd neutronowych. W przyszłości, skuteczne metody poszukiwań staną się bardziej istotne, ponieważ dane z Fermi będą dostarczane jeszcze przez min. 5 lat. Dłuższy czas pomiaru pozwala naukowcom na wykrycie słabszych pulsarów. Powoduje to jednak szybkie zwiększanie się kosztów obliczeniowych. „Tylko nasze metody umożliwiają skuteczne poszukiwanie słabych pulsarów w danych z Fermi w przyszłości. Korzystając z rozproszonej mocy obliczeniowej wolontariuszy Einstein@Home, mamy nadzieję odkryć pulsary gamma, które są szczególnie odległe bądź słabe” – mówi Pletsch.

Źródło:
Max Planc Institute for Gravitational Physics

Więcej informacji na temat projektu Einstein@Home: Einstein at Home
Dołącz do nas: BOINC at Poland

10 listopada 2013

Odnaleziono planetę wielkości Ziemi w strefie zamieszkałej

Astronomowie z Uniwersytetów Kalifornijskiego i Hawajskiego określili statystycznie, że 22% gwiazd podobnych do Słońca, znajdujących się w naszej Galaktyce posiada planety wielkości Ziemi, na których może istnieć życie. Dane zebrano z kosmicznego teleskopu Keplera oraz z Obserwatorium Keck. Podstawowym celem misji Kepler było określenie, ile spośród 100 miliardów gwiazd naszej Galaktyki posiada potencjalną strefę zamieszkałą, wraz z planetami.

„Oznacza to, że gdy spojrzy się na tysiące gwiazd na nocnym niebie, najbliższa gwiazda rozmiarów Słońca z planetą wielkości Ziemi w swojej strefie zamieszkałej, znajduje się prawdopodobnie w odległości tylko 12 lat świetlnych od nas i jest widoczna gołym okiem. To jest niesamowite” – powiedział student Uniwersytetu Berkeley Erik Petigura, który prowadzi analizę danych z teleskopów Kepler i Keck.

„Dla NASA te liczby – że co piąta gwiazda ma planetę nieco podobną do Ziemi – są bardzo ważne, ponieważ następca misji Kepler będzie próbował uzyskać rzeczywisty obraz planety, a wielkość teleskopu ma być zależna od tego, jak blisko znajdują się najbliższe planety wielkości Ziemi. Dostatek planet krążących wokół pobliskich gwiazd upraszcza sprawę” – powiedział Andrew Howard, astronom z Instytutu Astronomii Uniwersytetu Hawajskiego.

Zespół, w skład którego wchodzi również „łowca planet”, profesor astronomii Uniwersytetu Berkeley, Geoffrey Marcy, ostrzega, że planety rozmiarów Ziemi, na orbicie podobnej do ziemskiej, niekoniecznie są przyjazne dla istnienia życia, nawet jeśli krążą one w strefie zamieszkałej gwiazdy, gdzie temperatura nie jest ani za wysoka ani zbyt niska. „Niektóre mogą mieć grubą atmosferę, co czyni ich powierzchnie tak gorącymi, że cząsteczki takie jak DNA nie mogą przetrwać. Inne mogą mieć skalistą powierzchnię, na której nie ma ciekłej wody odpowiedniej dla żywych organizmów. Nie wiemy, jakie zakresy typów planet i ich środowiska są korzystne dla życia” – mówi Marcy. Niedawno odkryto planetę wielkości Ziemi, z gęstością podobną do ziemskiej, ale temperatura na jej powierzchni wynosi 2.000K.


Strefa zamieszkała. Źródło PETIGURA/UC BERKELEY, HOWARD/UH-MANOA, MARCY/UC BERKELEY NASA wysłała teleskop Kepler w 2009 r. Teraz on już nie działa, ale jego zadaniem było poszukiwanie planet, które przechodzą na tle tarczy swojej macierzystej gwiazdy, co powoduje lekki – rzędu 0,01% – spadek jej jasności. Spośród 150.000 sfotografowanych gwiazd, zespół Keplera zgłosił ponad 3.000 kandydatów. Wiele z nich jest znacznie większa od Ziemi – nawet takich rozmiarów, jak Neptun czy Jowisz, lub krążą po orbitach tak ciasnych, że ich powierzchnie są spieczone. Aby je posortować, Petigura i jego koledzy użyli bliźniaczych, 10-metrowych teleskopów Obserwatorium Keck, znajdujących się na szczycie Mauna Kea, na Hawajach, by uzyskać widma jak największej liczby gwiazd. To pomoże im określić prawdziwą jasność każdej gwiazdy i obliczyć średnicę planety, która przechodzi na jej tle, ze szczególnym uwzględnieniem planet rozmiarów Ziemi.

Zespół koncentrował się na 42.000 gwiazd, które są podobne do Słońca lub nieco mniejsze i chłodniejsze, i znalazł 603 kandydatki, wokół których krążą planety. Zaledwie 10 z nich jest rozmiarów Ziemi i okrążają gwiazdy w takiej odległości, że są ogrzewane do temperatury sprzyjającej życiu. Na podstawie obliczeń zespół szacuje, że 22% wszystkich gwiazd podobnych do Słońca, znajdujących się w Galaktyce posiada planety wielkości Ziemi w swoich strefach zamieszkania.

„Głównym celem misji Kepler była odpowiedź na pytanie: Gdy patrzysz na nocne niebo, jaka część gwiazd, które możesz dostrzec, posiada swoje planety rozmiarów ziemskich, o temperaturze na tyle chłodnej, by woda nie zamarzła ale i nie wyparowała lecz pozostała w stanie ciekłym, bo to jest warunek istnienia życia. Do tej pory nikt dokładnie nie wiedział, jak często nadające się do zamieszkania planety krążyły wokół gwiazd podobnych do Słońca, w naszej Galaktyce” – mówi Marcy.

Wszystkie nadające się potencjalnie do zamieszkania planety badane przez zespół, krążą wokół gwiazd typu K, które są nieco mniejsze i chłodniejsze od Słońca. Ale analiza zespołu wykazuje, że gwiazdy typu K mogą przejść w typ G, czyli takich jak nasze Słońce. Gdyby misja Kepler przetrwała dłużej, można byłoby uzyskać wystarczającą ilość danych do bezpośredniego wykrycia kilku planet wielkości Ziemi, krążących w strefach zamieszkałych gwiazd typu G. Jeśli gwiazdy w polu widzenia Keplera są reprezentantami gwiazd słonecznego sąsiedztwa, to najbliższych planety rozmiarów ziemskich oczekuje są wokół gwiazd znajdujących się w odległości 12 lat świetlnych od nas, widocznych gołym okiem.

Źródło:
Obserwatorium KECK

Najzimniejszy obiekt we Wszechświecie

Astronomowie dokonali ciekawego odkrycia. Okazało się, że Mgławica Bumerang ma temperaturę zaledwie… 1K. Jest to mniej, niż wynosi kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła, poświata Wielkiego Wybuchu, którego temperatura to 2,8K. To jednocześnie najzimniejsze miejsce we Wszechświecie. Korzystając z teleskopu ALMA, astronomowie chcą się dowiedzieć czegoś więcej na temat właściwości obiektu, oraz określić jego prawdziwy kształt, który przypomina ducha :)

„Ten skrajnie zimny obiekt jest niezwykle intrygujący i nauczymy się dużo więcej o jego prawdziwej naturze dzięki ALMA. To, co wydawało się podwójnym płatkiem, czy kształtem bumerangu z naziemnych teleskopów optycznych, jest w rzeczywistości o wiele szerszą i bardziej wydłużoną strukturą, która rozwija się bardzo szybko w przestrzeni.” – powiedział Raghvendra Sahai, badacz i główny naukowiec z należącego do NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) w Pasadenie, Kalifornia.

Mgławica Bumerang, znajdująca się w odległości 5.000 lat świetlnych od Ziemi, w gwiazdozbiorze Centaura, jest stosunkowo młodym przykładem obiektu znanego jako mgławica planetarna. Mgławice planetarne, wbrew swojej nazwie, są w rzeczywistości fazą końcową życia gwiazd takich jak nasze Słońce, które złuszczają swoje zewnętrzne warstwy. To, co pozostaje w środku, to biały karzeł emitujący intensywne promieniowanie ultrafioletowe, które powoduje, że gaz w mgławicy płonie i świeci w błyszczących kolorach. Bumerang jest pra-mgławicą planetarną, reprezentującą etap w życiu gwiazdy bezpośrednio poprzedzający fazę mgławicy planetarnej, gdy gwiazda centralna nie jest jeszcze wystarczająco gorąca by emitować odpowiednią ilość promieniowania ultrafioletowego, które tworzy charakterystyczny blask. Na tym etapie mgławica jest widziana przez światło gwiazdy odbijające się od jej ziarenek pyłu.


Mgławica Bumerang – najzimniejszy obiekt we Wszechświecie. Źródło: Bill Saxton; NRAO/AUI/NSF; NASA/Hubble; Raghvendra Sahai Wypływ gazu z tej konkretnej gwiazdy jest bardzo szybki, co powoduje chłodzenie mgławicy. Działa to podobnie jak chłodzący gaz używany w lodówkach. Naukowcy byli w stanie zmierzyć temperaturę gazu w mgławicy, widząc, jak wchłania kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła, które ma bardzo jednolitą temperaturę 2,8K. „Gdy astronomowie spojrzeli na ten obiekt w 2003 r. przy pomocy teleskopu Hubble’a, ujrzeli bardzo klasyczny kształt klepsydry. Wiele mgławic planetarnych ma ten sam „dwulistkowy” wygląd, co jest wynikiem szybkiego wyrzutu gazu przez gwiazdę. Dżety przebijają dziurę w chmurze otaczającego gazu wyrzuconego przez gwiazdę – czerwonego olbrzyma” – mówi Sahai.

Obserwując rozkład cząsteczek tlenku węgla astronomowie byli w stanie wykryć strukturę klepsydry, która jest widoczna na zdjęciach z teleskopu Hubble’a, ale tylko w wewnętrznych regionach mgławicy. Ponadto obecnie można zaobserwować bardziej wydłużony obłok zimnego gazu, który jest w przybliżeniu okrągły. Naukowcy odkryli również gęsty pas milimetrowych rozmiarów ziaren pyłu wokół gwiazdy, co wyjaśnia, dlaczego ta zewnętrzna chmura w świetle widzialnym ma taki kształt. Ziarna pyłu stworzyły maskę, która zasłania część gwiazdy centralnej i przepuszcza jej światło jedynie w wąskim strumieniu, w przeciwnym kierunku niż chmura, nadając jej kształt klepsydry.

„Ważne jest aby zrozumieć, jak gwiazdy umierają stając się mgławicami planetarnymi. Korzystając z ALMA byliśmy w stanie, dosłownie i w przenośni, rzucić nowe światło na agonię gwiazdy podobnej do Słońca” – powiedział Sahai. Nowe badania wykazują również, że zewnętrzne brzegi tej mgławicy zaczynają się ocieplać, choć nadal są nieco chłodniejsze niż kosmiczne promieniowanie tła. Ogrzewanie to może mieć związek z efektem fotoelektrycznym, w którym światło jest absorbowane przez skalny materiał, który ponownie emituje elektrony.

Źródło:
Obserwatorium ALMA

Obserwowanie procesów gwiazdotwórczych w kosmiczne południe

Tworzenie się gwiazd w galaktykach wydaje się być mocno regulowane przez przepływ gazu do i z galaktyk. Naukowcom nadal nie udało się ustal...