23 czerwca 2016

Nieaktywna czarna dziura pożera gwiazdy, stając się rentgenowską latarką

Około 3,9 miliarda lat temu, w sercu ogromnej galaktyki, intensywne pływy z monstrualnej czarnej dziury rozerwały gwiazdę, która zbytnio się do niej zbliżyła. Podczas tego zdarzenia wytworzyło się promieniowanie rentgenowskie, które dotarło do Ziemi 28 marca 2011 roku i było obserwowane m.in. przez satelitę NASA Swift. W ciągu kilku dni naukowcy stwierdzili, że wybuch, znany obecnie jako Swift J1644+57 to nic innego, jak poświata od rozerwanej gwiazdy oraz gwałtownego rozgrzania się wcześniej nieaktywnej czarnej dziury.

Teraz naukowcy wykorzystując archiwalne dane z teleskopów Swift, XMM-Newton oraz Suzaku zidentyfikowali echa rozbłysków rentgenowskich wybuchających podczas tego zdarzenia. Zespół astronomów wykorzystał owe pogłosy po raz pierwszy do mapowania przepływu gazu w pobliżu nowo aktywowanej czarnej dziury.

Astronomowie jeszcze nie wiedzą, co powoduje rozbłyski promieniowania rentgenowskiego w pobliżu czarnej dziury, ale mogą wykryć jego echo. Technika, za pomocą której to wykrywają nazywa się mapowaniem pogłosu (echa) rentgenowskiego. Metody tej w przeszłości użyto do badania stabilnych dysków wokół czarnych dziur, ale pierwszy raz wykorzystaną ją do nowo powstałego dysku wytworzonego przez zakłócenia pływowe.

Szczątki gwiazdy opadają w kierunku czarnej dziury tworząc dysk akrecyjny. Tam gaz jest kompresowany i podgrzewany do temperatury milionów stopni, zanim w końcu rozleje się wokół horyzontu zdarzeń czarnej dziury, punktu, spoza którego nic nie może uciec, a którego astronomowie nie mogą obserwować. Dysk akrecyjny Swift J1644+57 był grubszy, bardziej chaotyczny, niż stabilne dyski, które miały czas na osiedlenie się.

Niespodzianką w badaniach jest fakt, że wysokoenergetyczne promieniowanie rentgenowskie pojawia się z wewnętrznej części dysku akrecyjnego. Astronomowie sądzili, że większość tych emisji pochodzi z wąskiego strumienia cząstek przyspieszanych do prędkości bliskich prędkości światła. W balazarach, najbardziej świecącej klasie galaktyk zasilanych przez czarne dziury, to dżety wytwarzają większość wysokoenergetycznej emisji.

Astronomowie obserwują dżet ze Swift J1644+57, ale promienie rentgenowskie pochodzą ze zwartego regionu w pobliżu czarnej dziury, u podstaw stromego leja opadającego gazu. Gaz wytwarzający echa płynie na zewnątrz wzdłuż powierzchni leja z szybkością odpowiadającą połowie prędkości światła.

Promienie X pochodzące z pobliża czarnej dziury pobudzają jony żelaza w wirującym gazie, doprowadzając do jego fluktuacji z charakterystycznym blaskiem wysokich energii, zwanych żelazową emisją linii K. Gdy rozbłysk rentgenowski słabnie, gaz zawraca z krótkim opóźnieniem, w zależności od odległości od źródła. Bezpośrednie światło z flary ma inne właściwości niż echa, a astronomowie mogą wykryć pogłosy monitorując, w jaki sposób jasność zmienia się w różnych energiach rentgenowskich. Astronomowie szacują, że masa czarnej dziury Swift J1644+57 jest około milion razy większa od masy Słońca, ale nie zmierzyli jej spinu.

Źródło:
NASA

Urania - Postępy Astronomii

19 czerwca 2016

ALMA obserwuje tlen w galaktyce z początków Wszechświata

Astronomowie korzystający z radioteleskopów Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) wykryli wyraźną emisję tlenu w galaktyce SXDF-NB1006-2, która znajduje się w odległości 13,1 miliarda lat świetlnych od Ziemi. Jest to najbardziej odległy tlen, jaki do tej pory wykryto. Tlen w tej galaktyce wydaje się być jonizowany przez wiele młodych, olbrzymich gwiazd. Jego obserwacje są pomocne w zrozumieniu dość niejasnej epoki wczesnego Wszechświata, tzw. „ery rejonizacji”.

SXDF-NB1006-2 ma przesunięcie ku czerwieni równe 7,2 co oznacza, że widzimy ją zaledwie 700 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Astronomowie chcą dowiedzieć się więcej o ciężkich pierwiastkach występujących w galaktyce, które mogą im powiedzieć coś o poziomie aktywności formowania się gwiazd, czyli o wspomnianej kosmicznej rejonizacji. W astronomii ciężkimi pierwiastkami nazywa się te wszystkie, które są cięższe od wodoru, helu i litu.

Wokół nas we Wszechświecie znajdują się różne pierwiastki. Jednakże tuż po Wielkim Wybuchu, 13,8 mld lat temu, istniały tylko te najlżejsze, czyli wodór, hel i lit. Cięższe pierwiastki, takie jak węgiel i tlen powstały w gwiazdach i gromadziły się we Wszechświecie wraz z upływem czasu.

Zanim powstały pierwsze ciała niebieskie, kosmos wypełniony był elektrycznie obojętnym gazem. Obiekty te emitowały silne promieniowanie a zaczęły jonizować obojętny gaz dopiero kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu. To jest właśnie kosmiczna rejonizacja. Stan całego Wszechświata zmienił się dramatycznie w tym okresie. Jednak proces ten jest objęty głęboką ciemnością. To, jaki rodzaj obiektów spowodował erę rejonizacji było przedmiotem dyskusji.

Astronomowie spodziewają się, że emisja ze zjonizowanego tlenu jest na tyle silna, że mogą ją zaobserwować nawet z odległości 13 miliardów lat świetlnych, ponieważ japoński satelita podczerwony AKARI wykrył bardzo jasną emisję w Wielkim Obłoku Magellana, który ma środowisko podobne do wczesnego Wszechświata.

Wykrycie emisji ze zjonizowanego tlenu w bardzo odległych galaktykach było nowym wyzwaniem dla ALMA. Naukowcy przeprowadzili symulacje komputerowe aby sprawdzić, czy jest możliwe wykrycie przez sieć ALMA zjonizowanego tlenu. Ponieważ wyniki były pozytywne, zdecydowano się na użycie tych radioteleskopów. Jest to najodleglejszy wykryty tlen i zarazem mocny dowód na istnienie tlenu w bardzo wczesnym Wszechświecie, zaledwie 700 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Zespół szacuje, że obfitość tlenu w SXDF-NB1006-2 jest dziesięć razy mniejsza niż w Słońcu. Nie jest to zaskoczeniem dla astronomów, gdyż cięższe pierwiastki powstają w gwiazdach a obserwowalna galaktyka jest w na tyle wczesnym etapie życia, że niewielka liczba gwiazd miała możliwość rozprzestrzenić w niej tlen i inne pierwiastki.

Obserwacje wykazują, że ilość ciężkich pierwiastków stanowi około 10% tego, co możemy znaleźć w obecnym Wszechświecie, ale ilość pyłu powstała z cięższych pierwiastków wydaje się być znacznie mniejsza, niż powinna. Astronomowie nie wykryli jednak żadnej emisji węgla w tej galaktyce. Może to sugerować, że prawie cały gaz w jej wnętrzu jest zjonizowany.

Emisja od zjonizowanego tlenu wskazuje na dużą liczbę olbrzymich gwiazd, kilkadziesiąt razy cięższych od Słońca, które powstały w galaktyce i emitują silne promieniowanie ultrafioletowe. Braki pyłu i węgla w galaktyce są niezwykle ważne dla kosmicznej ery rejonizacji. Umożliwiają silne promieniowanie jonizujące pozwalające mu wydostać się poza galaktykę i jonizowanie gazu w jej otoczeniu. SXDF-NB1006-2 byłaby prototypowym źródłem emisji odpowiedzialnym za kosmiczną erę jonizacji. Nowe obserwacje ALMA już się rozpoczęły.

Źródło:
ALMA

Urania - Postępy Astronomii

16 czerwca 2016

Czy wszechświat rozszerza się szybciej, niż dotychczas sądzono?

Zespół astronomów korzystający z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a odkrył, że Wszechświat rozszerza się 5-9% szybciej, niż sądzono.

Według Adama Riessa, lidera grupy badawczej oraz laureata nagrody Nobla, odkrycie to może pomóc zrozumieć m.in. ciemną materię czy ciemną energię. Istnieje kilka wyjaśnień nadmiernej prędkości Wszechświata. Jedną z możliwości jest fakt, że ciemna energia, która, jak wiadomo, powoduje przyspieszanie ekspansji Wszechświata, może także powodować odpychanie się galaktyk od siebie z jeszcze większą, bądź rosnącą, intensywnością.

Inny pomysł naukowców jest taki, że kosmos we wczesnych etapach istnienia zawierał cząstkę, która poruszała się z prędkością światła. Tak szybkie cząstki zwane są “ciemnym promieniowaniem” i zalicza się do nich, znane już wcześniej, neutrina.
Wzrost tempa przyspieszenia ekspansji może również oznaczać, że ciemna materia posiada jakieś dziwne, nieznane cechy. Ciemna materia jest podstawą Wszechświata, na której galaktyki się budowały, aż do struktur wielkoskalowych, jakie obserwujemy dzisiaj. No i wreszcie fakt ten może być informacją, że teoria grawitacji Einsteina jest niekompletna. Zespół Riessa dokonał udoskonalenia metody obserwacyjnej poprzez rozwój innowacyjnych technik, które poprawiły dokładność pomiarów odległości do odległych galaktyk, której błąd to zaledwie 2,4%.

Pomiary te mają zasadnicze znaczenie w wykonywaniu bardziej precyzyjnych obliczeń tego, jak szybko rozszerzał się Wszechświat wraz z upływem czasu, czyli obliczenia stałej Hubble’a. Poprawiona wartość stałej Hubble’a wynosi 73,2 km na sekundę na megaparsek (1 megaparsek = 3,26 miliona lat świetlnych). Nowa wartość oznacza, że odległość pomiędzy obiektami kosmicznymi podwoi się w ciągu kolejnych 9,8 miliarda lat.

Ta subtelna kalibracja zawiera zagadkę, ponieważ niecałkowicie dopasowano przewidywane tempo ekspansji dla Wszechświata z jego trajektorią tuż po Wielkim Wybuchu. Pomiary promieniowania po Wielkim Wybuchu wykonane przez satelity NASA (WMAP) i ESA (Planck) dostarczyły prognozy dla stałej Hubble’a wynoszące odpowiednio 5% i 9%. Porównywanie tempa ekspansji Wszechświata oceniając dane z WMAP, Plancka i HST jest jak budowanie mostu. Na odległym brzegu znajdują się obserwacje kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła wczesnego Wszechświata. Na pobliskim brzegu są pomiary wykonywane przez astronomów za pomocą teleskopu Hubble’a. Oczekuje się, że pomiary i obserwacje się pokryją. Obecnie jednak tak nie jest i astronomowie chcą wiedzieć, dlaczego.

Obserwacje z Hubble’a zostały przeprowadzone przez zespół Supernovae H0 for the Equation of State (SH0ES), którego zadaniem jest ustalenie stałej Hubble’a z dokładnością, która pozwoli na lepsze zrozumienie zachowania się Wszechświata. Zespół Riessa dokonał ulepszeń poprawiając “drabinę” odległości kosmicznych, wykorzystywaną przez astronomów do wykonywania dokładnych pomiarów odległości do galaktyk bliskich i odległych od Ziemi. Zespół porównał te odległości z tempem rozszerzania się Wszechświata, poprzez pomiary światła od uciekających galaktyk. Użyli obu wartości do obliczenia stałej Hubble’a,

Jednymi z najbardziej niezawodnych kosmicznych mierników na krótkich dystansach są cefeidy, pulsujące gwiazdy zmienne. Astronomowie skalibrowali tę miarkę wykorzystując metodę paralaksy, tę samą, którą geodeci wykorzystują do pomiarów odległości na Ziemi. Wykorzystując Wide Field Camera 3 (WFC3) z Hubble’a astronomowie mogą dokonać znacznie dalszych pomiarów paralaksy niż było to możliwe dotychczas, aż na drugą stronę Drogi Mlecznej, do odległych cefeid.

Aby obliczyć dokładne odległości do pobliskich galaktyk, zespół szukał takich, które zawierają nie tylko cefeidy ale także inne wiarygodne mierniki, na przykład supernowe typu Ia. Do tej pory zespół Riessa zmierzył około 2.400 cefeid w 19 galaktykach, co stanowi największy wzorzec pomiarów spoza Drogi Mlecznej. Porównując jasność obserwowalną obu typów gwiazd w pobliskich galaktykach, astronomowie mogli dokładnie zmierzyć ich prawdziwą jasność, a co za tym idzie, dokładnie określić odległość do około 300 supernowych typu Ia znajdujących się w odległych galaktykach.

Zespół SH0ES nadal korzysta z teleskopu Hubble’a do pomiarów stałej Hubble’a, aby osiągnąć dokładność rzędu 1%. Aktualnie teleskopy, takie jak satelita Gaia, przyszły Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) czy obserwatorium podczerwone oraz Wide Field Infrared Space Telescope (WFIST), także mogę pomóc astronomom wykonać lepsze pomiary tempa ekspansji.

Źródło:
Hubblesite

Urania - Postępy Astronomii

3 czerwca 2016

Kepler-62f - czyżby posiadała życie?

Astronomowie badający egzoplanetę Kepler-62f sądzą, że może być zdolna do zamieszkania.

Kepler-62f - egzoplaneta krążąca wokół gwiazdy znajdującej się 1200 lat świetlnych od Ziemi, w kierunku gwiazdozbioru Lutni. Została odkryta w misji Kepler w roku 2013. Zespół astronomów sugeruje, że planeta ta może być zdolna do zamieszkania. Dane z Keplera sugerują, że 62f jest planetą skalistą i może posiadać oceany. Jest 40% większa od Ziemi i krąży wokół gwiazdy mniejszej i chłodniejszej niż nasze Słońce.

Układ, w którym krąży Kepler-62f posiada 5 planet a ona sama krąży najdalej od swojej macierzystej gwiazdy. Zespół astronomów z wydziału astronomii i fizyki UCLA zastosował różne metody modelowania w celu określenia, czy 62f może być zdolna do zamieszkania. Jeżeli planeta posiada atmosferę, kluczowe okaże się, czy zawiera ona dwutlenek węgla, który jako gaz cieplarniany może mieć znaczący wpływ na temperaturę powierzchni a zatem także wpływ na jej zdolność do zamieszkania.

Atmosfera Ziemi składa się w 0,04% z CO2. 62f prawdopodobnie potrzebowałaby więcej dwutlenku węgla, aby móc podtrzymać życie. Wymagałoby to też innych właściwości atmosfery. Badania modelują parametry dotyczące stężenia dwutlenku węgla, gęstości atmosfery i charakterystykę orbitalną. Astronomowie prowadzą symulacje komputerowe bazując na tym, czy Kepler-62f posiada: atmosferę, której grubość mieści się pomiędzy atmosferą Ziemi a 12 razy większą, stężenie dwutlenku węgla w niej oraz bada kilka różnych kombinacji ustawień orbity. Naukowcy odkryli, że istnieją różne scenariusze, które mogą spowodować, że 62f może być zdolna do zamieszkania.

Astronomowie twierdzą, że Kepler-62f będzie zdolna do zamieszkania przez cały rok, jeżeli jej atmosfera będzie 5 razy grubsza niż atmosfera Ziemi i w całości składająca się z CO2. Oznacza to, że stężenie dwutlenku węgla byłoby 2500 razy większe, niż w naszej atmosferze. Jedną z cech czyniących 62f zdolną do zamieszkania również jest jej orbita.

Naukowcy wykonali swoje obliczenia ewentualnego kształtu orbity planety przy użyciu istniejącego już modelu komputerowego o nazwie HNBody i wykorzystali istniejące globalne modele klimatyczne do symulacji jej klimatu. Był to pierwszy raz, gdy astronomowie połączyli wyniki z dwóch różnych modeli badań egzoplanet.

Istnieje ponad 2300 potwierdzonych egzoplanet a kilka tysięcy jest kandydatami, ale tylko o kilkunastu wiadomo, że znajdują się w ekostrefie, co oznacza, że krążą wokół swojej gwiazdy w odległości, która mogłaby zapewnić im ciepło wystarczające do zachowania wody w stanie ciekłym na powierzchni. Na razie nie możemy sprawdzić, czy na tych egzoplanetach może istnieć życie. Może się to zmienić, gdy instrumenty takie, jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba będą w stanie zajrzeć w atmosfery egzoplanet i powiedzieć nam coś o bio-markerach, które mogą być w nich obecne.

Źródło:
UCLA

Urania - Postępy Astronomii

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...