30 października 2014

Skrajnie odległa galaktyka odkryta przez kosmiczne szkło powiększające

Spoglądając przez kosmiczne szkło powiększające Kosmiczny Teleskop Hubble’a uchwycił jedną z najodleglejszych, najsłabszych i najmniejszych galaktyk widzianych kiedykolwiek. Szacuje się, że ten maleńki obiekt znajduje się w odległości ponad 13 miliardów lat świetlnych od nas. Astronomowie uważają, że odkrycie to jest jednym z najbardziej niezawodnych pomiarów odległości do galaktyk, które istniały we wczesnym Wszechświecie.

Galaktyka wydaje się być maleńką kropelką wielkości zaledwie ułamka naszej Drogi Mlecznej. Patrząc na nią cofamy się w czasie do okresu, gdy Wszechświat liczył zaledwie 500 milionów lat, czyli około 3% jego obecnego wieku, który szacuje się na 13,7 mld lat. Astronomowie odkryli około dziesięciu innych galaktyk, które mogą potencjalnie pochodzić z tej samej ery Wszechświata. Ale ta nowoodkryta galaktyka jest znacznie mniejsza i słabsza niż większość innych obiektów odkrytych do tej pory.

„Ten obiekt jest unikalnym przykładem tego, co prawdopodobnie jest liczną, podstawową populacją bardzo małych i słabych galaktyk, które powstały około 500 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Odkrycie to mówi nam, że galaktyki tak słabe istnieją i powinniśmy nadal ich szukać, a nawet słabszych obiektów, aby móc zrozumieć, jak galaktyki i Wszechświat ewoluowały na przestrzeni czasu” – wyjaśnia kierownik badań Adi Zitrin z CalTech w Pasadenie.

Galaktyka została odkryta jako część ambitnego, trwającego trzy lata programu Frontier Fields, który rozpoczął w 2013 roku zespół naukowców Hubble’a i NASA, przy współpracy z innymi wielkimi obserwatoriami – Kosmiczny Teleskop Spitzera i Obserwatorium X-ray Chandra – do studiowania wczesnego Wszechświata poprzez badanie dużych gromad galaktyk. Gromady te są tak masywne, że ich grawitacja zakrzywia światło przechodzące w ich pobliżu, powiększając, rozjaśniając i zniekształcając obiekty tła w zjawisku zwanym soczewkowaniem grawitacyjnym. Te potężne soczewki pozwalają astronomom znaleźć wiele ciemnych, odległych struktur, które w przeciwnym razie byłyby niemożliwe do wykrycia.

Teraz moc soczewki olbrzymiej gromady galaktyk Abell 2744 stworzyła trzy powiększone obrazy samej galaktyki. Każdy powiększony obraz sprawia, że galaktyka wydaje się być dziesięć razy większa i jaśniejsza, niż gdybyśmy ją oglądali bez użycia soczewki. Analizy odległej galaktyki pokazują, że mierzy ona zaledwie 850 lat świetlnych i jest 500 razy mniejsza od Drogi Mlecznej, a jej masa jest szacowana na zaledwie 40 milionów słońc. Szybkość tworzenia się gwiazd w tej galaktyce wynosiła około jednej gwiazdy na trzy lata. Choć to może się wydawać mało, Zitrin twierdzi, że ze względu na jej niewielkie rozmiary i małą masę, maleńka galaktyka w zasadzie szybko ewoluowała i skutecznie stworzyła gwiazdy.

Zespół Zitrina zauważył, że galaktyka jest grawitacyjnie zwielokrotniona dzięki zdjęciom w bliskiej podczerwieni oraz świetle widzialnym uzyskanym z Wide Field Camera 3 i Advanced Camera for Surveys Hubble’a. Ale na początku nie wiedzieli, jak daleko od Ziemi się znajduje. Normalnie astronomowie używają spektroskopu w celu określenia odległości do obiektu. Im odleglejsza galaktyka tym bardziej jej światło zostaje rozciągnięte przez ekspansję Wszechświata. Astronomowie mogą dokładnie zmierzyć odległość dzięki spektroskopowi, który analizuje światło obiektu. Ale grawitacyjne soczewkowana galaktyka i innych obiekty znalezione w tej wczesnej epoce są zbyt odległe i zbyt ciemne, żeby astronomowie mogli użyć spektroskopu. W zamian za to analizują kolor obiektu w celu określenia odległości do niego. Rozszerzanie się Wszechświata powoduje przesunięcie ku czerwieni obiektu w sposób przewidywalny, dzięki czemu naukowcy mogą dokonywać pomiarów.

Członkowie zespołu Zitrina nie tylko użyli techniki analizy koloru, ale wykorzystali również z wiele obrazów stworzonych przez soczewkę grawitacyjną aby potwierdzić swoje oszacowania odległości. Zmierzyli odległości kątowe pomiędzy trzema powiększonymi obrazami galaktyk uzyskanymi na zdjęciach z Hubble’a. Duża odległość kątowa wywołana soczewkowaniem oznacza, że obiekt znajduje się dalej od Ziemi. Wiedząc o tym, astronomowie porównali te trzy obrazy galaktyki z obiektami z kilku innych miejsc, powiększonymi dzięki soczewkowaniu przez Abell 2744, które nie leżą zbyt daleko za gromadą. Okazało się, że odległość kątowa pomiędzy powiększonymi obrazami gromady galaktyk jest mniejsza.

„Pomiary te oznaczają, że biorąc pod uwagę duże odległości kątowe pomiędzy trzema obrazami galaktyki tła, obiekt musi znajdować się bardzo daleko. Zgadza się to także z naszymi szacunkowymi obliczeniami odległości bazującymi na technice analizy koloru. Tak więc mamy 95% potwierdzenie, że obiekt znajduje się bardzo daleko. Jego przesunięcie ku czerwieni wynosi z=10” – wyjaśnia Zitrin. Astronomowie od dawna zastanawiają się, czy te wczesne galaktyki mogły wytworzyć wystarczającą ilość promieniowania do ogrzania wodoru, który został ochłodzony wkrótce po Wielkim Wybuchu. Proces ten, zwany rejonizacją wystąpił przypuszczalnie pomiędzy 200 milionów a 1 miliard lat po narodzinach Wszechświata. Rejonizacja spowodowała, że Wszechświat stał się przeźroczysty dla światła, pozwalając astronomom spojrzeć daleko wstecz w czasie.



Źródło:
Hubblesite
Urania - Postępy Astronomii

25 października 2014

Nowe potencjalne cele dla misji New Horizons

Kosmiczny Teleskop Hubble’a odkrył trzy obiekty Pasa Kuipera (KBO), które potencjalnie powinna odwiedzić misja New Horizons, po tym jak przeleci w pobliżu Plutona w lipcu 2015 roku. Obiekty zostały wykryte dzięki dedykowanemu do tego celu programowi obserwacyjnemu przez zespół naukowców zajmujących się projektem New Horizons.

„Było to bardzo wymagające poszukiwanie i wspaniale, że Hubble mógł w nim towarzyszyć – jedna misja NASA pomaga drugiej” – powiedział główny badacz misji Alan Stern z Instytutu Southwest Research (SwRI) w Boulder, Kolorado.

Pas Kuipera jest rozległym obszarem podobnym do pasa planetoid, składającym się z małych obiektów, które są pozostałościami po formowaniu się naszego Układu Słonecznego. Znajduje się on za orbitą Neptuna i otacza cały Układ Słoneczny. KBO należą do wyjątkowej klasy obiektów, których nie odwiedziła jeszcze żadna sonda i zawierają wskazówki dotyczące powstania Układu Słonecznego.

Obiekty, które odkrył Hubble są około 10 razy większe od typowych komet, ale ich rozmiar wynosi zaledwie 1-2% wielkości Plutona. W przeciwieństwie do planetoid obiekty Pasa Kuipera nie są podgrzewane przez Słońce i uważa się, że reprezentują głęboko zamrożone próbki tego, czym był zewnętrzny Układ Słoneczny tuż po swoich narodzinach 4,6 miliarda lat temu. KBO odnalezione wśród danych z Hubble’a uważane są za budulec planet karłowatych, takich jak Pluton.

Zespół New Horizons rozpoczął poszukiwania odpowiednich obiektów Pasa Kuipera w 2011 roku, korzystając z największego naziemnego teleskopu. Odkryli kilkadziesiąt KBO, ale wszystkie były poza zasięgiem New Horizons ze względu na niewystarczające ilości paliwa w sondzie. „Zaczęliśmy się martwić, że nie znajdziemy niczego odpowiedniego nawet z pomocą Hubble’a, ale w końcu przyszedł on nam z pomocą. Odetchnęliśmy z ulgą, gdy teleskop dokonał tego odkrycia” – mówi członek zespołu John Spencer z SwRI.

Gdy na początku września zakończyły się poszukiwania, zespół zidentyfikował jeden obiekt, który jest „zdecydowanie osiągalny” i dwa inne KBO, potencjalnie osiągalne, które jeszcze będą obserwowane przez kolejne miesiące aby się upewnić, czy są w zasięgu New Horizons.

Poszukiwania te były dość trudne, ponieważ KBO są bardzo małe, słabe i trudno uchwytne wśród miliardów gwiazd tła w gwiazdozbiorze Strzelca, gdzie obecnie znajduje się Pluton. Trzy zidentyfikowane krążą grubo ponad miliard kilometrów za jego orbitą. Dwa z nich mają rozmiary około 55 km a trzeci jest przypuszczalnie mniejszy – 25 km.

Źródło: Hubblesite

Nowe potencjalne cele dla misji New Horizons

21 października 2014

Mapy rozkładu temperatury i pary wodnej na egzoplanecie, wykonane przez Hubble.

Zespół naukowców korzystający z wyników z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a wykonał najbardziej szczegółową, globalną mapę planety krążącej wokół innej gwiazdy. Mapa ukazuje tajemnice rozkładu temperatury powietrza i wody. Dostarcza informacji na temat temperatury w różnych warstwach atmosfery oraz pozwala prześledzić ilość i rozkład pary wodnej na planecie. Odkrycia te niosą ze sobą konsekwencje dla zrozumienia dynamiki atmosfery i formowania się planet olbrzymów, takich jak Jowisz.

„Pomiary te otworzyły drzwi do nowego rodzaju planetologii porównawczej” – powiedział lider zespołu, Jacob Bean z Uniwersytetu Chicago. „Nasze obserwacje są pierwszymi w swoim rodzaju zapewniającymi warunki do stworzenia dwuwymiarowej mapy struktury termicznej planety, które można wykorzystać do ograniczonego przepływu powietrza i modeli dynamicznych dla gorących egzoplanet” – mówi inny członek zespołu, Kevin Stevenson z Uniwersytetu Chicago.

Obserwacje Hubble’a pokazują, że planeta, zwana WASP-43b, nie jest miejscem, które można by nazwać domem. To świat skrajności, gdzie na jego dziennej stronie wiatry wieją z prędkością dźwięku i mają temperaturę ponad 1600 stopni Celsjusza. Są tak gorące, że mogłyby stopić stal. Po nocnej stronie temperatura spada do 500 stopni Celsjusza. Na gorącej, gazowej kuli, głównie wodorowej, planeta nie ma cech powierzchniowych, takich jak oceany i kontynenty, których można by użyć do śledzenia jej rotacji. Tylko znaczne różnice temperatur pomiędzy dzienną i nocną stroną mogą posłużyć do zdalnych obserwacji, które pokażą upływ dnia na planecie.
WASP-43b znajduje się w odległości 260 lat świetlnych od Ziemi. Pierwszy raz została zaobserwowana w 2011 roku. Planeta jest zbyt odległa, by móc ją fotografować, ale ponieważ jej orbita jest skierowana do Ziemi bokiem (swoją płaszczyzną), astronomowie wykryli obiekt obserwując regularne spadki jasności gwiazdy macierzystej, gdy przechodził na tle jej tarczy. Planeta jest podobnych rozmiarów co Jowisz, ale blisko dwa razy masywniejsza. Jej orbita wokół pomarańczowego karła jest tak ciasna, że okrąża swoją gwiazdę w czasie zaledwie 19,5 godziny. Planeta jest również grawitacyjnie zablokowana tak, że cały czas jest zwrócona jedną półkulą w kierunku gwiazdy, podobnie jak Księżyc do Ziemi.

Naukowcy skorzystali z dwóch poprzednich metod analizy egzoplanet i pierwszy raz użyli ich razem, aby badać atmosferę WASP-43b. Spektroskopia pozwoliła ustalić występowanie wody i struktury temperatury atmosfery. Obserwując rotację planety, astronomowie mogli także zmierzyć obfitość wody i temperatury na różnych długościach "geograficznych".

Ponieważ w naszym Układzie Słonecznym nie ma planety, która miałaby tak surowe warunki, charakterystyka atmosfery tego dziwacznego świata stanowi unikalne laboratorium dla lepszego zrozumienia powstawania planet, a także fizyki planetarnej. „Planeta jest tak gorąca, że cała woda w jej atmosferze jest formie pary wodnej, zamiast kondensować się w lodowe chmury, jak to ma miejsce na Jowiszu” – mówi członek zespołu Laura Kreidberg z Uniwersytetu Chicago. „Uważa się, że woda odgrywa ważną rolę w procesie tworzenia się planet olbrzymów, ponieważ ciała kometo-podobne bombardują młode planety, dostarczając większość wody i innych cząstek, które możemy obserwować” – powiedział Jonathan Fortney, członek zespołu z Uniwersytetu California w Santa Cruz.

Obfitość wody w planetach olbrzymach w naszym Układzie Słonecznym jest słabo znana, gdyż jest ona zamarznięta w postaci lodu, który wytrąca się w górnych częściach atmosfery. Ale na „gorących Jowiszach” – czyli dużych planetach, takich jak Jowisz, które mają wysoką temperaturę powierzchniową, ponieważ krążą blisko swoich gwiazd – woda ma postać pary, która może być łatwo wyśledzona. Kreidberg podkreśla także, że zespół nie tylko wykrył wodę w atmosferze WASP-43b, ale również precyzyjnie zmierzył, ile jej tam jest i jak jest rozmieszczona na różnych długościach. Aby móc zrozumieć, jak planety olbrzymy powstają, astronomowie chcą wiedzieć, w jaki sposób wzbogacają się w różne pierwiastki. Zespół odkrył, że WASP-43b ma taką samą ilość wody, jakiej moglibyśmy się spodziewać dla obiektu o takim samym składzie chemicznym, jak Słońce. Kreidberg powiedziała, że to mówi nam coś fundamentalnego o tym, jak powstają planety. Po raz pierwszy astronomowie mogli zaobserwować trzy pełne obiegi tej planety wokół gwiazdy, co nastąpiło w ciągu czterech dni. Według Jean-Michel Désert z Uniwersytetu Colorado, w Boulder, było to niezbędne do wykonania bardzo dokładnych pomiarów.

Źródło: Hubble

Urania-Postępy Astronomii

9 października 2014

Teleskop NuSTAR odkrył szokująco jasną martwą gwiazdę

Astronomowie odkryli pulsującą, martwą gwiazdę promieniującą z energią około 10 milionów słońc. Jest to najjaśniejszy pulsar – gęsta pozostałość gwiezdna po wybuchu supernowej – dotąd zarejestrowany. Odkrycie zostało dokonane przy użyciu Teleskopu NASA NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array).

„Możesz myśleć o tym pulsarze, jak o ‘Potężnej Myszy’ gwiezdnej pozostałości. Posiada całą moc czarnej dziury, ale ma znacznie mniejszą masę” – mówi Fiona Harrison, główny badacz NuSTAR w CalTech, w Pasadenie. Odkrycie pojawiło się w raporcie 9 października, w czasopiśmie Nature.

Zaskakujące odkrycie pozwoli astronomom lepiej zrozumieć tajemnicze źródło oślepiającego promieniowania X, zwanego ultraświecącym źródłem promieniowania X (ULX). Aż do teraz, wszystkimi ULX były czarne dziury. Nowe dane z NuSTAR pokazują przynajmniej jedno ULX, oddalone o około 12 mln lat świetlnych stąd, znajdujące się w galaktyce M82, które jest faktycznie pulsarem.
„Pulsar wydaje się pożerać równowartość czarnej dziury. Wynik ten pozwala zrozumieć, jak czarne dziury żywią się i rosną tak szybko, co jest ważne w przypadku tworzenia się galaktyk i struktur we Wszechświecie” – mówi Harrison. ULX są ogólnie uważane za efekt karmienia się czarnych dziur materią ich gwiezdnych towarzyszy – proces zwany akrecją. Podejrzewa się również, że są długo poszukiwanymi średniej wielkości czarnymi dziurami – brakującym ogniwem pomiędzy mniejszymi, rozmiarów gwiazdy czarnymi dziurami, oraz olbrzymimi, które dominują we wnętrzach większości galaktyk. Ale badania nad prawdziwą naturą ULX są kontynuowane w kierunku uzyskania większej liczby ostatecznych odpowiedzi.

NuSTAR wstępnie nie był wytypowany do badania dwóch ULX w M82. Astronomowie obserwowali niedawno supernową w galaktyce, gdy nieoczekiwanie zauważyli impulsy jasnych promieni X, pochodzące z ULX, znanego jako M82 X-2. Czarna dziura nie pulsuje, ale pulsar tak. Pulsary należą do klasy gwiazd zwanych neutronowymi. Tak jak czarne dziury, gwiazdy neutronowe są wypalonymi rdzeniami eksplodujących gwiazd, ale małymi w porównaniu do masy. Pulsary wysyłają wiązki promieniowania od fal radiowych do bardzo wysokich energii promieniowania gamma. Podczas, gdy gwiazda wiruje, do Ziemi docierają strumienie, podobnie jak z latarni morskiej, tworząc impulsowe sygnały.

„Wzięliśmy za pewnik to, że potężny ULX musi być czarną dziurą. Gdy pierwszy raz zobaczyliśmy pulsacje w danych, myśleliśmy, że pochodzą z innego źródła” – powiedział Matteo Bachetti, dowodzący badaniami naukowymi z Uniwersytetu Toulouse, we Francji. Teleskopy Chandra i Swift także monitorowały M82 w celu badania supernowej, i potwierdziły, że intensywne promieniowanie rentgenowskie z M82 X-2 pochodzi z pulsara. „Posiadanie różne układy teleskopów w przestrzeni oznacza, że mogą one pomagać sobie nawzajem. Gdy jeden teleskop dokonuje odkrycia, inny z dodatkowymi zdolnościami może być wykorzystany do zbadania go w różnych długościach fal” – powiedział Paul Hertz, dyrektor działu astrofizyki NASA w Waszyngtonie.

Kluczem odkryć NuSTAR jest jego wrażliwość na wysokoenergetyczne promieniowania X, a także jego zdolność do precyzyjnego pomiaru taktowania sygnałów, co pozwoliło astronomom na określenie tempa pulsowania na 1,37 sekundy. Zmierzyli także jego energię wyrzutu na równowartość 10 milionów słońc, lub 10 razy więcej, niż wynosi obserwowana energia z innych pulsarów rentgenowskich. To jest wielkie uderzenie dla czegoś o masie Słońca i wielkości Pasadeny. Jak tak drobna, martwa gwiazda promieniuje tak ostro? Astronomowie nie są pewni, ale mówią, że jest to prawdopodobne. Tak jak w przypadku czarnych dziur, grawitacja gwiazd neutronowych może pobierać materię z gwiezdnego towarzysza. Gdy materia opada na gwiazdę neutronową, ogrzewa i świeci w promieniach rentgenowskich. Jeśli jest rzeczywiście pulsarem karmiącym się otaczającą materią, robi to tak ekstremalnie szybko, że teoretycy drapią się w głowy.

Astronomowie planują kontynuować obserwacje teleskopami NASA – NuSTAR, Swift i Chandra w celu znalezienia wyjaśnienia dziwnego zachowania się pulsara. Zespół NuSTAR także przyjrzy się bardziej ULX, co oznacza, że może pojawić się więcej pulsarów. W tym momencie nie jest jasne, czy M82 X-2 jest dziwakiem, czy bardziej ULX przebija impulsy martwych gwiazd. NuSTAR, stosunkowo niewielki teleskop, zarzucił dużą pętlę na tajemnicę czarnych dziur.

Opracowanie: Agnieszka Nowak

Źródło:
NuSTAR

Miej ciemnej materii w Galaktyce, niż dotychczas sądzono

Nowe pomiary ciemnej materii w Drodze Mlecznej wykazały, że tej tajemniczej substancji jest o połowę mniej, niż dotąd sądzono. Australijscy astronomowie skorzystali z metody opracowanej prawie 100 lat temu, aby dowiedzieć się, że masa ciemnej materii w Galaktyce wynosi 800 000 000 000 (czyli 8x1011) mas Słońca. Zbadali oni krawędź Drogi Mlecznej, obserwując ją dokładniej, po raz pierwszy na obrzeżach Galaktyki, w odległości około 5 miliardów kilometrów od Ziemi.

Astrofizyk, dr Prajwal Kafle z Uniwersytetu Zachodniej Australii, badacz z Międzynarodowego Centrum Radioastronomii powiedział, że na chwilę obecną wiemy, że większość Wszechświata jest ukryta. „Gwiazdy, pył, ty i ja, wszystko, co widzimy, stanowi zaledwie 4% całego Wszechświata. Około 25% stanowi ciemna materia i reszta ciemnej energii.”
Dr Kafle, który pochodzi z Nepalu, mógł zmierzyć masę ciemnej materii w Drodze Mlecznej badając prędkość gwiazd w Galaktyce, łącznie z krawędziami, które nie były dotąd badane tak szczegółowo. Użył techniki rozwiniętej w 1915 r. przez brytyjskiego astronoma Jamesa Jeans – dekady przed odkryciem ciemnej materii. Pomiary dr Kafle pozwoliły rozwiązać tajemnicę, która nękała teoretyków przez ponad dwie dekady.

„Obecny pomysł na formowanie się i ewolucję galaktyk, zwany teorią Lambda Cold Dark Matter (Lambda Zimna Ciemna Materia) przewiduje, że powinno być kilka dużych galaktyk satelitarnych wokół Drogi Mlecznej widocznych gołym okiem, jednak ich nie widzimy” – powiedział dr Kafle. „Gdy użyjesz naszych pomiarów ciemnej materii, teoria przewiduje, że tam powinny być tylko trzy galaktyki satelitarne, co jest dokładnie tym, co właśnie obserwujemy: Wielki Obłok Magellana, Mały Obłok Magellana i Galaktyka Karłowata Strzelca.”

Profesor Geraint Lewis, astrofizyk z Uniwersytetu w Sydney, który także brał udział w badaniach powiedział, że problem brakujących galaktyk satelitarnych był „kolcem w kosmologicznym boku przez ostatnich 15 lat. Praca dr Kafle wykazała, że nie może być tak źle, jak wszyscy myśleli, chociaż wciąż istnieją problemy do pokonania”.

Badania przedstawiły również całkowity model Drogi Mlecznej, co pozwoliło naukowcom zmierzyć kilka ciekawych rzeczy, takich jak np. prędkość, jaka jest potrzebna, aby opuścić Galaktykę. „Bądź przygotowany do wystrzelenia z prędkości 550 km/s, jeśli chcesz uciec z grawitacyjnych szponów naszej Galaktyki. Rakieta startująca z Ziemi potrzebuje prędkości zaledwie 11 km/s, żeby opuścić jej powierzchnię, co jest prawie 300 razy szybciej, niż maksymalna dozwolona prędkość dla samochodów w Australii!” – mówi dr Kafle.

Opracowanie: Agnieszka Nowak

Źródło:
Phys.org

http://www.urania.edu.pl/wiadomosci/miej-ciemnej-materii-w-galaktyce-niz-dotychczas-sadzono.html

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...