26 września 2014

Teleskopy NASA odkryły czyste niebo i parę wodną na exo-Neptunie

Astronomowie korzystający z danych z teleskopów NASA – Hubble, Spitzer i Kepler – odkryli czyste niebo oraz parę wodną na planecie gazowej poza naszym Układem Słonecznym. Planeta ma rozmiar Neptuna, co czyni ją najmniejszą z tych, na których wykryto jakiekolwiek cząsteczki.

„Odkrycie to jest znaczące w analizie składu atmosfery mniejszych, skalistych planet, bardziej takich jak Ziemia. Osiągnięcia takie są dziś możliwe tylko dzięki połączeniu możliwości tych unikalnych i potężnych obserwatoriów” – powiedział John Grunsfeld, asystent administratora NASA w Waszyngtonie. Chmury w atmosferach planet mogą blokować widok cząstek bazowych, które ujawniają informacje na temat powstania i historii planety. Odkrycie czystego nieba nad planetą rozmiarów Neptuna jest dobrym znakiem wskazującym, że mniejsze planety mogą mieć podobną dobrą widoczność.

„Gdy astronomowie idą w nocy obserwować przez teleskop, mówią ‘czyste niebo’ to znaczy szczęście. W tym przypadku znaleźliśmy czyste niebo na odległej planecie. To szczęście dla nas, ponieważ oznacza to, że chmury nie będą nam blokowały widoku na cząsteczki wody” – powiedział Jonathan Fraine z Uniwersytetu Maryland.
Planeta – HAT-P-11b – nazywana również exo-Neptun, jest planetą rozmiarów Neptuna, krążącą wokół innej gwiazdy. Znajduje się w odległości 120 lat świetlnych od nas, w gwiazdozbiorze Łabędzia. W przeciwieństwie do Neptuna planeta ta krąży bliżej swojej gwiazdy macierzystej, wykonując w przybliżeniu jedno okrążenie na pięć dni. Wydaje się być gorącym światem ze skalistym jądrem i gazową atmosferą. Niewiele więcej było wiadomo o składzie planety, czy innej podobnej do exo-Neptuna.

Częścią wyzwania w analizie atmosfer planet jest ich rozmiar. Większe, takie jak Jowisz są łatwiejsze do zobaczenia, ponieważ mają imponujący obwód i stosunkowo odętą atmosferę. W rzeczywistości, badacze już wykryli parę wodną w tamtych planetach. Mniejsze planety są trudniejsze do badania, a co więcej obserwowane do tej pory wydawały się być zachmurzone.

W nowych badaniach astronomowie określili spojrzenie na atmosferę, nie wiedząc, czy jej atmosfera będzie zachmurzona, czy nie. Użyli Wide Filed Camera 3 teleskopu Hubble’a, oraz techniki zwanej spektroskopią transmisyjną, w której planeta jest obserwowana, gdy przechodzi na tle tarczy swojej macierzystej gwiazdy. Światło gwiazdy jest filtrowane przez brzeg atmosfery planety i trafia do obiektywu teleskopu. Jeśli cząsteczki takie jak para wodna są obecne, pochłaniają część światła gwiazdy, pozostawiając wyraźny podpis w świetle, które dociera do naszych teleskopów. Korzystając z tej strategii, Hubble był w stanie wykryć parę wodną w HAT-P-11b. Technika ta wskazuje, że planeta nie posiada chmur blokujących widok. Jest to obiecujący znak, że bardziej bezchmurne planety mogą być zlokalizowane i analizowane w przyszłości.

Ale zanim zespół będzie mógł świętować czyste niebo na exo-Neptunie, musi pokazać, że te gwiezdne punkty – chłodniejsze „piegi” na tarczy gwiazdy – nie były prawdziwym źródłem pary wodnej. Zimne gwiezdne punkty na tarczy macierzystej gwiazdy mogą zawierać parę wodną, co uwidoczni fałszywie pochodzenie z planety. Dlatego zespół zwrócił się do teleskopów Kepler i Spitzer. Kepler obserwował jeden kawałek nieba przez lata, i zdarzyło się, że HAT-P-11b leżał w tym obszarze. Te dane w świetle widzialnym są połączone z ukierunkowanymi obserwacjami Spitzera uzyskanymi w podczerwieni. Porównując te obserwacje, astronomowie zorientowali się, że gwiezdne punkty były zbyt gorące, by zawierać jakąkolwiek parę.

To właśnie w tym momencie zespół mógł świętować wykrycie pary wodnej na świecie tak różnym od naszego w Układzie Słonecznym. „Myślimy, że ten exo-Neptun może mieć zróżnicowany skład, co odzwierciedla historię jego powstania. Teraz, z tymi danymi możemy poskładać opowiadanie na temat pochodzenia tych odległych światów” – mówi Heather Knutson z California Institute of Technology w Pasadenie. Wyniki z tych trzech teleskopów pokazują, że HAT-P-11b składa się z płaszcza pary wodnej, wodoru i prawdopodobnie innych, jeszcze nie zidentyfikowanych cząsteczek. Teoretycy będą sporządzać nowe modele wyjaśniające charakterystykę i pochodzenie planet.

Astronomowie planują badać więcej exo-Neptunów w przyszłości, i mają nadzieję stosować tę samą metodę co przy mniejszych super-Ziemiach – masywnych, skalistych kuzynach naszej planety. Nasz Układ Słoneczny nie posiada super-Ziemi, ale misja Kepler odnajduje je tłumnie wokół innych gwiazd. Kosmiczny Teleskop James Webb, które powinien wystartować w 2018 r. będzie szukał pary wodnej i innych cząsteczek na super-Ziemiach.

Źródło:
Hubble

18 września 2014

Najmniejsza znana galaktyka posiadająca supermasywną czarną dziurę

Astronom z Uniwersytetu Utah, wraz ze swoimi kolegami odkrył bardzo ściśniętą galaktykę karłowatą, która skrywa w swoim wnętrzu supermasywną czarną dziurę. Jest to najmniejsza znana galaktyka zawierająca tak masywny obiekt. Odkrycie sugeruje, że ogromne czarne dziury mogą być częstsze, niż do tej pory sądzono. Chociaż wspmniana czarna dziura jest pięć razy masywniejsza niż ta w centrum Drogi Mlecznej, znajduje się wewnątrz galaktyki o średnicy zaledwie 300 lat świetlnych, czyli 1/500 naszej Galaktyki, w której jest upchane 140 milionów gwiazd.

Galaktyka karłowata zawierająca czarną dziurę nosi nazwę M60-UCD1 i jest najgęstszą znaną galaktyką. Gdybyśmy żyli w jej wnętrzu, nocne niebo rozświetlałoby co najmniej milion gwiazd widocznych gołym okiem. Dla porównania, na ziemskim niebie widzimy ich zaledwie 4000. Obserwacje sugerują, że ta galaktyka karłowata może być pozbawiona pozostałości po większych galaktykach, które zostały rozdarte podczas kolizji z jeszcze innymi galaktykami.

„Nie znamy innego sposobu na wytworzenie tak wielkiej czarnej dziury w obiekcie tak małym, jak ten” – powiedział astronom z Uniwersytetu Utah Anil Seth, główny autor międzynarodowych badań nad galaktyką karłowatą, które zostały opublikowane w czasopiśmie Nature. Jego zespół do obserwacji M60-UCD1 i pomiaru masy czarnej dziury używał Teleskopu Hubble’a oraz 8-metrowego Teleskopu Gemini North, który obserwuje w świetle optycznym i podczerwonym a znajduje się na Mauna Kea, na Hawajach.
Wyraźne zdjęcia z Hubble’a dostarczają informacji na temat średnicy galaktyki oraz gęstości jej gwiazd. Spektroskopia w Gemini mierzy ruch gwiazd pod wpływem przyciągania czarnej dziury. Dane te są wykorzystywane do obliczenia masy niewidocznej czarnej dziury.

Czarne dziury są grawitacyjnie zapadniętymi, ultra gęstymi obiektami, których siła przyciągania grawitacyjnego jest tak mocna, że nawet światło nie może uciec z ich wnętrza. Przypuszcza się, że supermasywną czarne dziury o masie powyżej 1 miliona mas Słońca, znajdują się w centrach wielu galaktyk. Czarna dziura w centrum naszej Drogi Mlecznej ma masę 4 milionów Słońc, ale chociaż tak ciężka, stanowi mniej niż 0,01% całkowitej masy naszej Galaktyki. Dla porównania, supermasywna czarna dziura w centrum M60-UCD1 stanowi aż 15% całkowitej masy tej małej galaktyki. „To jest zdumiewające, biorąc pod uwagę, że Droga Mleczna jest 500 razy większa i ponad 1000 razy cięższa, niż galaktyka karłowata M60-UCD1” – powiedział Seth.

Jedno z wyjaśnień jest takie, że M60-UCD1 była kiedyś dużą galaktyką, zawierającą 10 miliardów gwiazd, ale potem przeszła bardzo blisko centrum jeszcze większej galaktyki – M60, w wyniku czego wszystkie gwiazdy i ciemna materia z zewnętrznej części galaktyki zostały oderwane, stając się częścią M60. Zespół uważa, że M60-UCD1 mogła ostatecznie oderwać się od centrum M60, która ma swoją własną, monstrualną czarną dziurę o masie aż 4,5 mld mas Słońca. Gdyby tak się stało, czarna dziura w M60-UCD1 połączyłaby się z bardziej masywną w M60. Obie galaktyki znajdują się w odległości 50 milionów lat świetlnych.

Źródło:
Hubble

11 września 2014

Odnaleziony towarzysz supernowej, ukryty w jej blasku przez 21 lat.

Astronomowie korzystający z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a odkryli gwiezdnego towarzysza rzadkiego typu supernowej. Obserwacja ta potwierdza teorię, że wybuch pochodzi z układu podwójnego, w którym jedna gwiazda zaopatruje się w paliwo pochodzące z utraty masy swojego towarzysza. Po raz pierwszy astronomowie byli w stanie wprowadzić ograniczenia na właściwości towarzysza nietypowej klasy supernowej Typu IIb. Byli w stanie oszacować jasność i masę gwiazdy, która przetrwała wybuch. Pozwala to ocenić warunki, które poprzedziły wybuch.

„Układ podwójny prawdopodobnie traci przed wybuchem większość pierwotnej powłoki wodorowej. Problem polega na tym, że dotychczasowe bezpośrednie obserwacje przewidywanego towarzysza były utrudnione, ponieważ jest on bardzo słaby w porównaniu z supernową” – powiedział główny badacz, Ori Fox z Uniwersytetu Kalifornijskiego, w Berkeley. Astronomowie szacują, że raz na sekundę, gdzieś we Wszechświecie gaśnie supernowa, ale jeszcze w pełni nie rozumieją, jak gwiazdy eksplodują. Znalezienie „dymiącego pistolletu” – gwiezdnego towarzysza – zapewnia nowe ważne wskazówki dotyczące różnych supernowych we Wszechświecie. „To jest jak miejsce zbrodni, a my w końcu zidentyfikowaliśmy złodzieja” – zażartował członek zespołu Alex Filippenko, profesor astronomii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley. „Gwiezdny towarzysz ukradł garść wodoru, nim gwiazda główna eksplodowała.”

Eksplozja miała miejsce w galaktyce M81, która znajduje się w odległości ok. 11 milionów lat świetlnych od Ziemi, w kierunku gwiazdozbioru Wielkiej Niedźwiedzicy. Światło z supernowej po raz pierwszy zostało wykryte w 1993 roku a obiekt nazwano SN 1993J. Był to najbliższy znany przykład supernowej Typu IIb, posiadającej szczególne cechy eksplozji. W ciągu minionych dwóch dekad astronomowie poszukiwali przypuszczalnego towarzysza, który zaginął w blasku po wybuchu supernowej.
Obserwacje wykonane w 2004 r. w Obserwatorium Kecka na Mauna Kea, na Hawajach ukazały dowody na cechy widmowej absorpcji, które mogły pochodzić od przypuszczalnego towarzysza. Ale pole widzenia jest tak zatłoczone, że astronomowie nie mogli być pewni, czy linie widmowej absorpcji pochodziły od towarzysza czy od innych gwiazd znajdujących się na linii wzroku do SN 1993J. „Aż do teraz nikt nie był kiedykolwiek w stanie bezpośrednio wykryć blasku gwiazdy, zwanego kontinuum emisji” – powiedział Fox.

Gwiezdny towarzysz jest również tak gorący, że tak zwane świecenie kontinuum występuje w dużej mierze w świetle ultrafioletowym (UV), które może być wykryte jedynie ponad pochłaniającą je ziemską atmosferą. „Udało nam się uzyskać spektrum UV z Hubble’a. To jednocześnie pokazuje, że mamy nadmiar emisji kontinuum w UV, nawet po tym, jak światło innych gwiazd zostało odjęte.” – mówi członek zespołu Azalee Bostroem z STScI w Baltimore, w stanie Maryland.

Gdy masywna gwiazda osiągnie koniec swojego życia, spala całą swoją materię a żelazne jądro zapada się. Uciekająca na zewnątrz materia jest postrzegana jako supernowa. Ale we Wszechświecie istnieje wiele typów supernowych. Niektóre z nich eksplodowały z jednej gwiazdy. Inne zaś powstały z układu podwójnego gwiazd, w którym jednym ze składników jest normalna gwiazda a drugim biały karzeł, bądź obydwa składniki są białymi karłami. Szczególna klasa supernowych Typu IIb łączy cechy wybuchu supernowych w układzie podwójnym z tym, co widać, gdy eksplodują pojedyncze masywne gwiazdy. SN 1993J jak również wszystkie supernowe Typu IIb są nietypowe, ponieważ nie posiadają dużej ilości wodoru obecnego w eksplozji. Kluczowe pytanie brzmi: jak SN 1993J straciła swój wodór? W modelu supernowej Typu IIb, pierwotna gwiazda traci tuż przed wybuchem większość swojej zewnętrznej powłoki wodorowej na rzecz swojego towarzysza, a ten kontynuuje spalanie jako super gorąca helowa gwiazda.

„Gdy po raz pierwszy zidentyfikowałem SN 1993J jako supernową Typu IIb miałem nadzieję, że któregoś dnia będziemy w stanie wykryć jej przypuszczalnego towarzysza. Nowe dane z Hubble’a sugerują, że w końcu tego dokonaliśmy, potwierdzając wiodący model supernowej Typu IIb.” – powiedział Filippenko. Zespół połączył dane z obserwatoriów naziemnych obserwujących w świetle widzialnym oraz obrazy z dwóch instrumentów Hubble’a, zbierających światło ultrafioletowe. Następnie stworzyli spektrum wielu długości fal, które przewidziano w blasku gwiezdnego towarzysza.

Źródło:
Hubble

6 września 2014

Astronomowie dostrzegli formującą się planetę

Międzynarodowy zespół naukowców pod dowództwem astrofizyka z Uniwersytetu Clemson znalazł nowe dowody na to, że wokół gwiazdy oddalonej o 335 lat świetlnych od Ziemi powstaje planeta. Zespół wykrył emisję tlenku węgla, co wyraźnie wskazuje, że na orbicie wokół stosunkowo młodej gwiazdy – HD 100546 – krąży planeta.

Teorie dotyczące formowania się planet są dobrze rozwinięte. Jednak jeśli wyniki nowych badań się potwierdzą, aktywność wokół HD 100546 oznaczałaby, że astronomowie po raz pierwszy byli w stanie bezpośrednio obserwować proces powstawania planety. Nowe odkrycie może umożliwić astronomom przetestowanie swojej teorii oraz pozwoli dowiedzieć się więcej o tworzeniu się systemów słonecznych, w tym także naszego, powiedział Sean Brittain, profesor astronomii i astrofizyki na Uniwersytecie Clemson. „Ten układ jest dość bliski Ziemi w stosunku do innych tego typu systemów. Jesteśmy w stanie badać go na poziomie szczegółów, czego nie moglibyśmy zrobić w przypadku bardziej odległych gwiazd. Gdy naprawdę zrozumiemy, co się dzieje, narzędzia, którymi dysponujemy będą mogły być zastosowane do większej liczby systemów słonecznych znajdujących się znacznie dalej i trudniejszych do zobaczenia” – powiedział Brittain.
Przez ponad dekadę zespół skupiał najbardziej zaawansowane teleskopy na Ziemi na obłoku gazu i pyłu o kształcie dysku, otaczającym HD 100546. Gwiazda jest około 2,5 razy większa i ok. 30 raz jaśniejsza niż nasze Słońce. Znajduje się w gwiazdozbiorze Mucha i może być obserwowane jedynie z półkuli południowej. Brittain odbył trzy podróże do Chile już w 2003 roku, w celu zdobycia danych do badań. Używał teleskopów Obserwatorium Gemini i Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO). Astronomowie sądzą, że nowo odkryta planeta może być niezamieszkałym gazowym olbrzymem o rozmiarach trzech Jowiszów. Jego odległość od macierzystej planety może być taka sama, jak Saturna od Słońca.

Zespół użył metody, zwanej „spektro-astrometria”, która umożliwia mierzenie niewielkich zmian stanu emisji tlenku węgla. Wykryto, że źródło nadwyżki emisji tlenku węgla wydaje się zmieniać swoją pozycję i prędkość. Zmiany położenia i prędkości są zgodne z ruchem orbitalnym wokół gwiazdy. Najlepsza hipoteza jest taka, że emisja pochodzi z dysku gazu krążącego wokół planety – powiedział Brittain. „Inną możliwością jest to, że widzimy wzajemne oddziaływanie pomiędzy obiektem i wokółgwiezdnym dyskiem gazu i pyłu na orbicie gwiazdy” – mówi Brittain.

Następnym krokiem w badaniach będzie uzyskanie zdjęcia przy użyciu VLT (Very Large Telescop) należącym do ESO czy Południowego Teleskopu Gemini. Od dawna uważa się, że wokółplanetarny dysk rotującej materii otacza gigantyczną planetę w chwili jej narodzin, ale mało dowodów obserwacyjnych na ich istnienie odkryto poza naszym Układem Słonecznym. Dyski tworzą się w różnego rodzaju środowiskach we Wszechświecie, w wyniku podstawowego prawa fizyki, znanego jako moment zachowania pędu. Prawo to stanowi, że wirujący obiekt będzie wirował dopóty, dopóki nie zadziała na niego żadna siła zewnętrzna. Im obiekt jest mniejszy, tym szybciej wiruje, i vice versa. Astronomowie są bardzo dobrzy w odkrywaniu planet wokół pobliskich gwiazd, lecz trudno było oglądać planety w momencie ich formowania się. „Dokonali tego używając bardzo pomysłowych technik i najbardziej zaawansowanych teleskopów na Ziemi. Wspaniale jest zobaczyć nasz wydział współpracujący z wiodącymi instrumentami na całym świecie” – mówi Marc Leising, astronom i astrofizyk z Clemson.

Dowody na tworzenie się innej planety odkryto wcześniej dalej poza HD 100546. Kropka gazu i pyłu, która urosła z czasem gęstsza, została odkryta w odległości podobnej do tej, w jakiej znajduje się Pluton od Słońca. Zewnętrzny kandydat na planetę będzie gazowym olbrzymem o rozmiarach Jowisza. O odkryciu kandydata na zewnętrzna planetę w układzie informowano w zeszłym roku, w The Astrophysical Journal Letters.

Źródło:
Phys

Mgławice planetarne w odległych galaktykach

Korzystając z danych z instrumentu MUSE , naukowcom z Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP) udało się wykryć niezwykle słabe mgła...