26 maja 2016

Supermasywne czarne dziury mogą zatrzymywać powstawanie nowych gwiazd

Międzynarodowy zespół naukowców odkrył nową klasę galaktyk posiadających supermasywne czarne dziury, których wiatr jest wystarczająco energetyczny by tłumić powstawanie nowych gwiazd.

Pozbawione młodych gwiazd, czerwone i martwe galaktyki stanowią ogromną część galaktyk w naszym najbliższym otoczeniu. Tajemnicą, z którą borykali się od lat astronomowie było, jak układy te pozostają nieaktywne, chociaż posiadają wszystkie składniki potrzebne do tworzenia się gwiazd. Teraz zespół wykorzystał spektroskopię obrazowania optycznego Sloan Digital Sky Survey-IV Mapowanie Pobliskich Galaktyk z Obserwatorium Apache Point (SDSS-IV MaNGA) do uchwycenia supermasywnej czarnej dziury, która podgrzewa gaz wewnątrz swojej macierzystej galaktyki, przez co zapobiega powstawaniu nowych gwiazd.

Gwiazdy powstają w trakcie chłodzenia się i zapadania gazu. Jednakże w tych galaktykach, pomimo obecności gazu, nie ma nowych gwiazd. Zespół badał galaktykę Akira, prototypowy przykład nowej klasy galaktyk nazwanych “czerwone gejzery” - czerwony nawiązuje do koloru galaktyk, które nie posiadają młodych, niebieskich gwiazd, a gejzer odnosi się do epizodycznych porywów wiatru z supermasywnej czarnej dziury. Akira ukazała skomplikowany model ciepłego gazu, co sugeruje obecność gazu wypływającego z centrum supermasywnej czarnej dziury. Naukowcy twierdzą, że paliwo do tej supermasywnej czarnej dziury najprawdopodobniej pochodzi od interakcji z mniejszą galaktyką zwaną Tetsuo. Wypływający wiatr miał wystarczającą ilość energii do ogrzewania otaczającego gazu przez wstrząsy i turbulencje oraz mógł ostatecznie zapobiec jakiemukolwiek dalszemu powstawaniu gwiazd.

Istotną siłą MaNGA jest możliwość obserwowania tysięcy galaktyk w trzech wymiarach, poprzez mapowanie nie tylko w jaki sposób się pojawiają na niebie, ale także jak poruszają się gwiazdy i gaz w ich wnętrzu.

Są to jedne z pierwszych wyników badań MaNGA, które rozpoczęły się w 2014 roku. Technologia stosowana w najnowszych badaniach pozwala naukowcom na mapowanie galaktyk od dziesięciu do stu razy szybciej niż poprzednio, dzięki czemu zebranie wystarczająco dużej liczby próbek wymaganych do uchwycenia galaktyk poddawanych szybko zmieniającym się zjawiskom.

Źródło:
Kavli Foundation

Urania - Postępy Astronomii

10 maja 2016

Radioteleskopy ALMA zmierzyły masę czarnej dziury z niesłychanie dużą dokładnością

Supermasywne czarne dziury o wadze milionów czy miliardów mas Słońca dominują w centrach galaktyk. Aby określić ich rzeczywistą masę astronomowie muszą zmierzyć ich siłę grawitacyjną oddziałującą na gwiazdy i obłoki gazu krążącego wokół niej.

Zespół astronomów przy użyciu Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) zajrzał w serce pobliskiej galaktyki eliptycznej aby zbadać ruch dysku zimnego międzygwiezdnego gazu otaczającego czarną dziurę znajdującą się w jej centrum. Obserwacje te stanowią jeden z najbardziej dokładnych do tej pory pomiarów masy czarnej dziury spoza naszej galaktyki, co pomaga skonfigurować skalę dla tych kosmicznych potworów.

Aby tego dokonać zespół astronomów wykorzystał dane z ALMA do pomiaru prędkości tlenku węgla na orbicie wokół czarnej dziury w centrum NGC 1332, masywnej galaktyki eliptycznej znajdującej się w odległości około 73 mln lat świetlnych od Ziemi w kierunku gwiazdozbioru Erydan. Obserwacje ALMA ukazują szczegóły dotyczące struktury tego dysku o średnicy 16 lat świetlnych. Z pomiarów rotacji dysku wynika, że “strefa wpływu” tej czarnej dziury ma promień 80 lat świetlnych, czyli na taką odległość sięga jej grawitacja.

W pobliżu centrum tego dysku ALMA obserwuje gaz poruszający się z prędkością ponad 500 km/s. Porównując te dane z symulacjami, astronomowie obliczyli, że czarna dziura wewnątrz NGC 1332 ma masę 660 milionów razy większą, niż nasze Słońce, +/- 10%. Owa czarna dziura jest 150 razy masywniejsza od tej znajdującej się w centrum naszej Drogi Mlecznej.

Dokładne obserwacje ALMA były o tyle istotne, że astronomowie musieli pamiętać, by uniknąć mylnych pomiarów czarnej dziury z oddziaływaniem grawitacyjnym innej materii, takiej jak gwiazdy, obłoki gazu międzygwiezdnego czy ciemnej materii, co stanowi większość ogólnej masy galaktyki. Astronomowie używają różnych technik, aby zmierzyć masę czarnej dziury. Wszystkie z nich jednak polegają na śledzeniu ruchu obiektów tak blisko czarnej dziury, jak to możliwe. Przy pomocy potężnego naziemnego teleskopu z optyką adaptywną, w Drodze Mlecznej można wykonać zdjęcie pojedynczej gwiazdy w pobliżu centrum galaktyki i dokładnie śledzić jej trajektorię w miarę upływu czasu. Niestety, współczesna technika nie pozwala na podobne obserwacje poszczególnych gwiazd w odległych galaktykach.

Aby dokonać podobnych pomiarów w innych galaktykach, astronomowie albo badają łączny ruch gwiazd w centralnym obszarze galaktyki, albo śledzą ruch dysków gazowych i mega-maserów - naturalnych kosmicznych radioźródeł. Poprzednie badania z naziemnych i komicznych teleskopów galaktyki NGC 1332 dały bardzo rozbieżne szacunki co do masy tej czarnej dziury. Wahały się one między 500 mln a 1,5 mld mas Słońca.

Źródło:
ALMA
Urania - Postępy Astronomii

5 maja 2016

Gromady galaktyk jak "rosyjska lalka" ujawniają informacje na temat ciemnej energii

Astronomowie wykorzystali dane z obserwatorium Chandra, Planck oraz dużej liczby teleskopów optycznych do rozwinięcia potężnej, nowej metody badania ciemnej energii, tajemniczej energii, która obecnie napędza przyspieszenie ekspansji Wszechświata.

W metodzie tej wykorzystywane są obserwacje dostrzeganych gromad galaktyk, największych struktur we Wszechświecie, zespolonych razem grawitacyjnie, które ukazują podobieństwo w profilach rentgenowskich oraz rozmiarze. Bardziej masywne gromady galaktyk są po prostu “powiększoną wersją” tych mniejszych. Pozwala to astronomom porównać je i dokładnie określić ich odległości na przestrzeni miliardów lat świetlnych.

Używając gromad galaktyk jako znacznika odległości, astronomowie mogą mierzyć, jak szybko Wszechświat rozszerzał się w różnych etapach życia, począwszy od Wielkiego Wybuchu. Według ogólnej teorii względności Einsteina tempo ekspansji jest określone przez właściwości ciemnej energii oraz ilości materii we Wszechświecie, która w większości składa się z niewidocznej ciemnej materii.

Gdyby zakładane parametry kosmologiczne nie były poprawne, wówczas odległe gromady galaktyk miałyby rozmiary większe bądź mniejsze niż przewidywano. Parametry kosmologiczne są tak skorygowane, aby różne gromady, o różnej masie i odległości, wydawały się być podobne. Ostatnie wyniki potwierdziły wcześniejsze badania, według których właściwości ciemnej energii nie zmieniły się na przestrzeni miliardów lat. Wspierają również pomysł, że ciemna energia jest najlepszym wyjaśnieniem do stałej kosmologicznej i odpowiada energii pustej przestrzeni.

Naukowcy przebadali 320 gromad galaktyk leżących w odległościach między 760 milionów a 8,7 miliarda lat świetlnych od Ziemi. Odległości te obejmują erę, w której ciemna energia powodowała spowolnienie ekspansji Wszechświata, by zaraz ją przyspieszać. Aby ustalić dokładniejsze wyniki niż z samego satelity Chandra, astronomowie połączyli te dane z informacjami na temat tempa ekspansji Wszechświata z optycznych obserwacji supernowych oraz z Planka, badającego kosmiczne promieniowanie tła, pozostałość po Wielkim Wybuchu.

Natura ciemnej energii jest jedną z największych tajemnic współczesnej fizyki. Stworzenie narzędzi pozwalających badać jej właściwości jest bardzo istotne, gdyż różne metody mogą dawać różne założenia. Nowa technika może zapewnić znaczny postęp w zrozumieniu natury ciemnej energii.

Źródło:
Chandra

Urania - Postępy Astronomii

1 maja 2016

Świetlne echa dają wskazówki dotyczące dysków protoplanetarnych

Wyobraźmy sobie, że musimy zmierzyć wielkość pokoju, ale jest w nim zupełnie ciemno. Możemy krzyknąć, mierząc czas, jaki upłynął zanim fala dźwiękowa dotknęła ściany. Wykorzystując tę zasadę astronomowie mierzą dystans do obiektów tak odległych, że wydają się być jedynie punktami w przestrzeni. Zainteresowani są szczególnie obliczeniem, jak daleko od wewnętrznej krawędzi otaczającego je dysku protoplanetarnego znajdują się młode gwiazdy. Owe dyski gazu i pyłu są miejscami, gdzie na przestrzeni milionów lat tworzą się planety.

Zrozumienie dysków protoplanetarnych pomoże nam wyjaśnić niektóre z tajemnic egzoplanet, planet krążących poza naszym Układem Słonecznym. Astronomowie chcą wiedzieć, jak tworzą się planety i dlaczego odkrywają te duże, zwane “gorącymi Jowiszami” w bardzo bliskich odległościach od swoich macierzystych gwiazd.

Huan Meng jest doktorantem na Uniwersytecie Arizona w Tuscon. Jest także pierwszym autorem badań opublikowanych w Astrophysical Journal wykonanych przy użyciu danych z Kosmicznego Teleskopu Spitzer’a oraz czterech naziemnych teleskopów, do określenia odległości od gwiazdy do wewnętrznej krawędzi otaczającego ją dysku protoplanetarnego. Do tego pomiaru naukowcy użyli metody “świetlnego echa”. Gdy gwiazda centralna pojaśnieje, część światła trafia w otaczający ją dysk, wywołując opóźnione “echo”. Astronomowie zmierzyli czas, jaki zajęło światłu dotarcie bezpośrednio od gwiazdy do Ziemi, i oczekiwane nadejście jego echa.

Dzięki szczególnej teorii względności Einsteina wiemy, że światło porusza się ze stałą prędkością. W celu określenia danej odległości astronomowie mogą pomnożyć prędkość światła przez czas, jaki światło potrzebuje aby dostać się z jednego punktu do drugiego. Aby wykorzystać ten wzór, astronomowie potrzebowali gwiazd o zmiennej emisji. Młode gwiazdy są najlepszymi kandydatkami.

Gwiazda, której użyto w tym badaniu to YLW 16B leżąca w odległości 400 lat świetlnych od Ziemi. Jej masa jest zbliżona do Słońca ale jej wiek to zaledwie milion lat, czyli bardzo młoda w porównaniu z naszą dzienną gwiazdą mającą 4,6 miliarda lat. Podczas dwóch dni obserwacji owej gwiazdy astronomowie dostrzegli opóźnienie czasowe pomiędzy emisjami gwiazdy oraz ich echem w otaczającym ją dysku. Obserwatoria naziemne wykryły światło na krótkich długościach fali podczerwonej, emitowanej bezpośrednio z gwiazdy, a Spitzer zaobserwował światło na długich długościach fali podczerwonej, pochodzące z echa od dysku. Z powodu gęstych obłoków międzygwiazdowych, które blokują widok z Ziemi, astronomowie nie mogli użyć światła widzialnego do monitorowania gwiazdy.

Naukowcy wyliczyli, ile wynosi opóźnienie w czasie: 0,08 jednostki astronomicznej, czyli około 8% średniej odległości Ziemia-Słońce. Pomiary te są zgodne z przewidywaniami teoretycznymi. Chociaż metoda ta nie pozwala bezpośrednio zmierzyć wysokości dysku, astronomowie byli w stanie określić, że jego wewnętrzna krawędź jest stosunkowo gruba. Wcześniej astronomowie używali tej metody do pomiaru wielkości dysków akrecyjnych wokół supermasywnych czarnych dziur. Ponieważ żadne światło nie jest w stanie wydostać się z czarnej dziury, porównali światło pochodzące od wewnętrznej krawędzi dysku akrecyjnego do światła pochodzącego z zewnętrznej krawędzi w celu określenia rozmiaru dysku.

Świetlne echa od supermasywnych czarnych dziur wykazują opóźnienie rzędu dni czy tygodni, natomiast od badanego dysku protoplanetarnego zaledwie 74 sekundy. W badaniach Spitzera po raz pierwszy w historii użyto metody świetlnego echa do pomiaru wielkości dysku protoplanetarnego. To nowe podejście może być stosowane do innych młodych gwiazd posiadających planety w okresie formowania się w dysku wokół nich.

Źródło:
Spitzer

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...