21 listopada 2014

Odkryto czarną dziurę odległą 2600 lat świetlnych od „domu”?

Międzynarodowy zespół badaczy, analizując wieloletnie dane z różnych urządzeń, w tym z teleskopów Keck, Pan-STARRS1 czy satelity Swift odkrył obiekt, który zdaje się być czarną dziurą wyrzuconą z jej własnej galaktyki. Zespołem kierował Michael Koss z Instytutu Astronomii Uniwersytetu Hawajskiego (IfA) w Manoa. Wyniki tych badań zostaną opublikowane 21 listopada w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Tajemniczy obiekt jest częścią galaktyki karłowatej Markarian 177 zlokalizowanej w kierunku gwiazdozbioru Wielkiej Niedźwiedzicy. Chociaż czarne dziury zazwyczaj znajdują się w centrach galaktyk, SDSS1133 została zaobserwowana w odległości aż 2600 lat świetlnych od jądra swojej macierzystej galaktyki. Badania tego obiektu sięgają 60 lat wstecz. W czerwcu 2013 roku korzystając z 10-metrowego teleskopu Keck II astronomowie uzyskali jego obraz w wysokiej rozdzielczości, w bliskiej podczerwieni.

„Gdy analizowaliśmy dane z Keck’a, odkryliśmy obszar emisji SDSS1133 mniejszy niż 40 lat świetlnych oraz że centrum Markarian 177 wykazuje intensywne formowanie się gwiazd i inne funkcje, które mogą wskazywać na niedawne zakłócenia pasujące do tego, czego spodziewaliśmy się z czarnych dziur” – mówi Chao-Ling Hung, student z Uniwersytetu Hawajskiego prowadzący analizy. „Spodziewaliśmy się zobaczyć następstwa połączenia się dwóch małych galaktyk i ich centralnej czarnej dziury” – powiedziała Laura Blecha z Uniwersytetu Maryland, współautorka publikacji.

Kolizja i połączenie się dwóch galaktyk zakłóca ich kształt a wynikiem tego jest nowy etap formowania się gwiazd. Jeśli każda z galaktyk posiada centralną supermasywną czarną dziurę, będą tworzyć układ podwójny krążąc wokół siebie, aż ostatecznie połączą się w jedną. Łączące się czarne dziury zgodnie z teorią grawitacji Einsteina uwalniają duże ilości energii w postaci promieniowania. Fale w strukturze czasoprzestrzeni rozchodzą się równomiernie na zewnątrz we wszystkich kierunkach przez przyspieszane masy. Jeśli obie czarne dziury mają równe masę i spin, ich połączenie emituje fale grawitacyjne równomiernie we wszystkich kierunkach. Jednak jest bardziej prawdopodobne, że masa i spin są różne, co prowadzi do emisji odchylonych fal grawitacyjnych, co powoduje, że czarna dziura jest wyrzucona z galaktyki lub też zostaje odsunięta od jej centrum. Taka czarna dziura będzie dryfować przez przestrzeń międzygwiezdną po bardzo wydłużonej orbicie. Pomimo zmiany swojej lokalizacji wyrzucona czarna dziura zachowa cały gorący gaz uwięziony wokół niej i dalej będzie promieniować aż cały gaz się zużyje. Chociaż niezwykłe źródło światła obiektu w galaktyce odległej o 90 mln lat świetlnych od Ziemi pasuje swoimi właściwościami do supermasywnej czarnej dziury wyrzuconej ze swojej galaktyki, astronomowie nie mogą wykluczyć innej alternatywy. Źródło, zwane SDSS1133 może być pozostałością masywnej gwiazdy, która przeszła pewien okres wybuchu, zanim uległa zniszczeniu w eksplozji jako supernowa. „Z danych, które posiadamy nie możemy jeszcze jednoznacznie określić, który scenariusz jest poprawny. Ale jedno odkrycie Swifta pokazuje, że emisja światła ultrafioletowego z SDSS1133 nie zmieniła się przez dziesięć lat, co jest czymś nietypowym, jeśli chodzi o młode supernowe” – mówi Koss, astronom z Zurichu.

Do szczegółowego przeanalizowania obiektu zespół planuje w październiku 2015 roku wykonać obserwacje w ultrafiolecie, przy pomocy Cosmic Origins Spectrograph znajdującego się na pokładzie Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Jeśli SDSS1133 nie jest czarną dziurą to musi być bardzo niezwykłym typem gwiazdy zwanej Jasna Błękitna Zmienna (Luminous Blue Variable – LBV). Gwiazdy te przechodzą okresowe rozbłyski, w wyniku których wyrzucają w przestrzeń duże ilości masy na długo przedtem, nim eksplodują. Interpretując wyniki w ten sposób, SDSS1133 stanowił by najdłuższy okres zmienności LBV jaki kiedykolwiek obserwowano, która następnie wybuchła jako supernowa a jej światło dotarło do Ziemi w 2001 roku. Najbliższy analogiczny w naszej galaktyce jest masywny układ podwójny Eta Carinae, który zawiera LBV około 90 razy masywniejszych niż Słońce. Pomiędzy rokiem 1838 a 1845 układ przeszedł wybuch, w którym całkowity wyrzut masy wyniósł 10 mas Słońca, co uczyniło go drugą co do jasności gwiazdą nocnego nieba. Kolejne, słabsze wybuchy miały miejsce w latach 90. XIX wieku. Aby SDSS3311 mogła być LBV erupcja gwiazdy musiałby trwać nieustannie od 1950 do 2001 roku, kiedy to osiągnęła największą jasność i stała się supernową. Zdolność rozdzielcza i czułość teleskopów przed rokiem 1950 była zbyt słaba, by wykryć źródło. Jeśli był to wybuch LBV, aktualne zapisy już pokazują, że jest on najdłuższym i najbardziej trwałym, jaki dotąd zaobserwowano. Zależność pomiędzy wyrzutem gazu i falą uderzeniową eksplozji mogłaby wyjaśnić stałą jasność obiektu w ultrafiolecie.



Urania - Postępy Astronomii

Źródło:
Obserwatorium Keck

17 listopada 2014

Satelity NASA odkryły czarną dziurę, która może być fabryką neutrin

Ogromna czarna dziura w centrum naszej Galaktyki może produkować tajemnicze cząsteczki, zwane neutrinami. Jeśli odkrycie zostanie potwierdzone, będzie to pierwszy raz, gdy naukowcy prześledzili neutrina wracające z powrotem do czarnej dziury. Wyniki pochodzą z trzech satelitów NASA obserwujących w promieniach X – Chandra, Swift i NuSTAR.

Neutrina są drobnymi cząsteczkami, które nie posiadają żadnego ładunku oraz bardzo słabo oddziałują z elektronami i protonami. W przeciwieństwie do fotonów czy naładowanych cząstek, neutrina mogą wydostawać się z wnętrza swoich kosmicznych źródeł i podróżować przez kosmos nie oddziałując z materią czy polem magnetycznym. Ziemia jest stale bombardowana neutrinami pochodzącymi ze Słońca. Jednak neutrina spoza naszego Układu Słonecznego mogą być miliony a nawet miliardy razy bardziej energetyczne. Naukowcy od dawna szukają źródła pochodzenia neutrin najwyższych energii.

„Zastanawianie się nad tym, skąd pochodzą wysokoenergetyczne neutrina jest jednym z największych problemów dzisiejszej astrofizyki. Teraz mamy pierwszy dowód na astronomiczne źródło ich pochodzenia – supermasywna czarna dziura w Drodze Mlecznej, która może produkować te bardzo energetyczne neutrina” – mówi Yang Bai z Uniwersytetu Wisconsin w Madison, współautor pracy opublikowanej w Physical Review D. Ponieważ neutrina bardzo łatwo przenikają przez wszystko, niezwykle trudno jest zbudować detektory, który wskażą skąd dokładnie one pochodzą. Obserwatorium neutrin IceCube, znajdujące się pod Biegunem Południowym wykryło zaledwie 36 neutrin najwyższych energii od czasu, gdy rozpoczęło swoją działalność w 2010 roku. Z danych uzyskanych od IceCube oraz trzech teleskopów rentgenowskich, astronomowie byli w stanie spojrzeć na gwałtowne wydarzenia w przestrzeni, które odzwierciedlały dotarcie neutrin najwyższych energii do Ziemi. W niespełna trzy godziny po największym jak dotąd wybuch zarejestrowanym przez Chanda, a pochodzącym z Sagittarius A* (Sgr A*) – supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej, IceCube wykrył neutrina. Ponadto kilka detekcji neutrino pojawiło się w ciągu kilku dni od wybuchu z supermasywnej czarnej dziury, która była obserwowana przez teleskopy Swift i NuSTAR.

„Będzie to naprawdę ważna sprawa, gdy udowodnimy, że Sgr A* produkuje neutrina” – mówi Amy Barge z Uniwersytetu Wisconsin w Madison, współautorka artykułu. Naukowcy uważają, że neutrina najwyższych energii powstały w wyniku najpotężniejszych zdarzeniach we Wszechświecie, takich jak łączenie się galaktyk, materia opadająca na supermasywne czarne dziury czy wiatr wokół pulsarów. Zespół naukowców wciąż stara się wyjaśnić, czy Sgr A* może produkować neutrina. Jeden z pomysłów jest taki, że może się to dziać, gdy cząsteczki krążące wokół czarnej dziury są przyspieszane przez fale uderzeniowe, które produkują naładowane cząsteczki rozkładające się w neutrina. Ostatni wynik może się również przyczynić do zrozumienia innej dużej zagadki astrofizyki: źródła pochodzenia wysokoenergetycznego promieniowania kosmicznego. Ponieważ naładowane cząstki tworzące promieniowanie kosmiczne są zakrzywiane przez pole magnetyczne naszej Galaktyki, naukowcy nie byli w stanie dokładnie określić ich pochodzenia. Naładowane cząsteczki przyspieszane przez fale uderzeniowe w pobliżu Sgr A* mogą być znaczącym źródłem bardzo energetycznego promieniowania kosmicznego.



Urania - Postępy Astronomii

Źródło:
Chandra X-ray Observatory

7 listopada 2014

Tajemnicza chmura G2 w pobliżu czarnej dziury

Tajemnica dziwnego obiektu w centrum Drogi Mlecznej, który zwrócił się w kierunku ogromnej czarnej dziury znajdującej się w naszej Galaktyce, została rozwiązana przez astronomów z Uniwersytetu Kalifornijskiego Los Angeles (UCLA) dzięki największemu na świecie Obserwatorium W.M. Kecka. Naukowcy badali obiekt zwany G2 podczas jego najbliższego przejścia w pobliżu czarnej dziury i zauważyli, że przetrwał on to spotkanie. Wyniki zostały opublikowane w Astrophysical Journal Letters 3 listopada.

Niektórzy naukowcy uważali, że obiekt ten jest obłokiem wodorowego gazu, który wkrótce się rozpadnie. Andrea Ghez, profesor fizyki z astronomią na UCLA i jej zespół udowodnili, że było to coś zupełnie innego. G2 przetrwał zbliżenie do czarnej dziur i dalej ją okrąża, podczas gdy obłok gazu został by rozerwany przez tak silną grawitację. powiedziała Zespół wykazał, że jest to układ podwójny gwiazd, który pod wpływem bardzo silnego pola grawitacyjnego czarnej dziury połączył się w jedną bardzo dużą gwiazdę okrążają czarną dziurę. „G2 nie jest sama. Obserwujemy nową klasę gwiazd w pobliżu czarnej dziury, a w konsekwencji samą czarną dziurę” – mówi Ghez, która użyła W.M. Keck do badania tysięcy gwiazd w sąsiedztwie supermasywnej czarnej dziury.
Obserwatorium Kecka wykorzystuje zaawansowaną technologię zwaną optyką adaptywną, która pomaga skorygować efekty zniekształcenia obrazu wywołane ziemską atmosferą w czasie rzeczywistym, i odkryć region przestrzeni wokół czarnej dziury. Z pomocą optyki adaptywnej Ghez i jej koledzy wyjaśnili wiele tajemnic dotyczących środowiska otaczającego supermasywne czarne dziury, odkrywając na przykład młode gwiazdy, których się tam nie spodziewano znaleźć, oraz stwierdzili brak starych gwiazd, które powinny tam być według przewidywań. Naukowcy nie byliby w stanie dotrzeć do takich wniosków bez zaawansowanej technologii Kecka. „Jesteśmy świadkami zjawiska dotyczącego czarnych dziur, jakiego nie można zobaczyć nigdzie indziej we Wszechświecie. Zaczynamy rozumieć fizykę czarnych dziur w takim stopniu, w jakim nie było to dotąd możliwe, i ma to miejsce tylko w centrum galaktyki” – mówi Ghaz. Masywne gwiazdy w naszej Galaktyce początkowo były parami gwiazd. Gdy dwie gwiazdy stają się jedną, rozszerza się ona przez ponad milion lat, zanim opadnie. „Może się to zdarzać częściej, niż nam się wydaje. Gwiazdy w centrum galaktyki są ogromne i występują głównie w układach podwójnych. Jest możliwe, że oglądalibyśmy wiele gwiazd i nie wiedzielibyśmy, że są one produktem końcowym połączenia się dwóch gwiazd” – dodaje Ghez.

G2 krąży po eliptycznej orbicie wokół czarnej dziury z okresem obiegu około 300 lat. Grupa Ghez obliczyła, że najbliższe przejście obok czarnej dziury miało miejsce w lecie tego roku. Czarna dziura to bardzo gęsty obiekt, od którego grawitacji nie może uciec nawet światło. Nie można jej obserwować bezpośrednio, ale jej wpływ na sąsiednie gwiazdy jest widoczny i stanowi swoisty podpis czarnej dziury.

Źródło:
Keck
Urania - Postępy Astronomii

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...