28 sierpnia 2016

ALMA odkrywa bogactwo wewnątrz dysków gazowych wokół większych gwiazd

Astronomowie korzystający z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) zbadali dziesiątki młodych gwiazd podobnych do Słońca oraz innych, prawie dwukrotnie większych i odkryli, że te większe posiadają bogate zbiory tlenku węgla w swoich dyskach pyłowych. W odróżnieniu od nich, mało masywne gwiazdy podobne do Słońca mają dyski pyłowe praktycznie pozbawione gazu.

Odkrycie to stoi w sprzeczności z oczekiwaniami astronomów, którzy utrzymują, że silniejsze promieniowanie większych gwiazd powinno znieść gaz z ich obłoków pyłowych szybciej, niż stosunkowo łagodne promieniowanie mniejszych gwiazd. Może ono być także nowym spojrzeniem na proces formowania się planet olbrzymów wokół młodych gwiazd.

Dyski pyłowe znajdują się wokół gwiazd, które tracą swoje napełnione gazem dyski protoplanetarne, i rozpoczynają proces formowania się planet, asteroid, komet i innych planetozymali. Wokół młodych gwiazd wiele z tych nowo powstałych obiektów jeszcze osiada na orbitach i zderzając się produkuje wystarczającą ilość gruzu, by mógł powstać drugi dysk pyłowy.

Wcześniejsze pomiary spektroskopowe dysków pyłowych wykazały, że niektóre z nich miały nieoczekiwaną sygnaturę chemiczną, sugerującą nadmiar tlenku węgla. Odkrycie to było zaskakujące, ponieważ astronomowie wierzą, że gaz ten dawno powinien był zniknąć.

W poszukiwaniu wskazówek, dlaczego niektóre gwiazdy zachowują dysk bogaty w gaz, Jesse Lieman-Sifry i jego zespół przebadał 24 układy gwiazdowe w asocjacji OB gwiazdozbiorów Skorpiona i Centaura. To luźne gwiezdne skupiska znajdujące się kilkaset lat świetlnych od Ziemi, zawierające setki mało masywnych i średnio masywnych gwiazd. Nasze Słońce jest zaliczane do gwiazd mało masywnych.

Astronomowie zawęzili zakres poszukiwań do gwiazd w wieku około 10 milionów lat - na tyle starych, aby mogły wytworzyć pełen układ planetarny wraz z dyskiem pyłowym - i wykorzystali ALMA do zbadania błysków na submilimetrowej długości fali, pochodzących od tlenku węgla znajdującego się w gwiezdnych dyskach pyłowych.

Zespół prowadził badania w sumie przez sześć nocy pomiędzy grudniem 2013 r. a grudniem 2014 r., obserwując przez zaledwie 10 minut każdej nocy. W czasie tych badań osiągnięto najbardziej obszerne jak do tej pory pomiary interferometryczne na milimetrowych długościach fali.

Posiadając niewiarygodnie bogaty zbiór obserwacji, astronomowie znaleźli najbogatszy w gaz dysk w pojedynczym badaniu. Spośród próbki 24 dysków, naukowcy zauważyli trzy, które wykazywały silną emisję tlenku węgla. Ku ich zaskoczeniu, wszystkie trzy bogate w gaz dyski otaczały gwiazdy około dwukrotnie masywniejsze od Słońca. W żadnej z szesnastu mniejszych, podobnych do Słońca gwiazd z próbki nie ujawniono dysku z większym zapasem tlenku węgla. Obserwacje te sugerują, że bardziej prawdopodobne jest istnienie dysków ze złożami gazu wokół większych gwiazd, niż wokół tych podobnych do Słońca.

Odkrycie to jest sprzeczne z intuicją, ponieważ bardzo masywne gwiazdy zalewają swoje układy planetarne energetycznym promieniowaniem ultrafioletowym, które powinno zniszczyć dwutlenek węgla zalegający w ich dyskach pyłowych. Jednakże te nowe badania pokazują, że większe gwiazdy w jakiś sposób są zdolne zachować lub uzupełniać swoje zapasy tlenku węgla, m.in. poprzez zderzenia komet bądź odparowywania płaszcza lodowego ziaren pyłu.

Fakt istnienia tego gazu może mieć ważne znaczenie w procesie formowania się planet. Tlenek węgla jest głównym składnikiem atmosfery planet olbrzymów. Jego obecność w dysku pyłowym może oznaczać, że inne gazy, w tym wodór, też są obecne, ale być może w znacznie niższym stężeniu. Astronomowie przypuszczają, że jeżeli niektóre dyski pyłowe są w stanie utrzymać znaczne ilości gazu, może to zmienić przewidywany termin formowania się planet olbrzymów wokół młodych gwiazd.

Przyszłe obserwacje wysokiej rozdzielczości tych dysków bogatych w gaz mogą pozwolić astronomom wywnioskować lokalizację gazu w dysku, które mogą pomóc zrozumieć jego pochodzenie. Jeżeli gaz powstaje w wyniku zderzeń planetozymali, astronomowie powinni się skoncentrować na regionach dysku, w których do nich dochodzi. ALMA jest jedynym instrumentem zdolnym do uzyskiwania tego rodzaju zdjęć w wysokiej rozdzielczości.

Według Lieman-Sifry dyski te są tak różnorodne, jak układy planetarne im towarzyszące. Odkrycie, że niektóre dyski pyłowe wokół większych gwiazd zachowują tlenek węgla dłużej, niż te podobne do Słońca może zapewnić wgląd w to, jaką rolę odgrywa ten gaz w procesie firmowania się układów planetarnych.

Źródło:
ALMA Observatory

Urania -Postępy Astronomii

25 sierpnia 2016

Zaobserwowano masywną gwiazdę na wczesnym etapie życia

Astronomowie zaobserwowali rzadki przykład ekstremalnie masywnej gwiazdy na wczesnym etapie swojego życia, uzyskując nowe spojrzenie na to, w jaki sposób duże gwiazdy powstają i ewoluują.

Gwiazda znajduje się w odległości 11.000 lat świetlnych od Ziemi, ma masę 30 mas Słońca i ciągle rośnie. Astronomowie odkryli, że gwiazda nadal jest w procesie zbierania materii z macierzystego obłoku gazu i pyłu, co oznacza, że jest jeszcze dzieckiem w kosmicznych kategoriach i przypuszcza się, że będzie jeszcze bardziej masywna gdy “dorośnie”. Tego typu młode gwiazdy znane są jako protogwiazdy.

Ze względu na ich niezwykle duże rozmiary, protogwiazdy takie jak ta są dość ciężkie do zlokalizowania w naszej Galaktyce i trudne do badania, ponieważ żyją szybko, umierają młodo i znajdują się na ogół bardzo daleko od nas.

Przeciętna gwiazda, taka jak nasze Słońce, formuje się przez miliony lat. Masywne gwiazdy powstają znacznie szybciej - rzędu 100.000 lat. Wypalają swoje paliwo także znacznie szybciej niż przeciętne gwiazdy, więc ich całkowita długość życia jest również krótsza, co powoduje, że trudno je zaobserwować gdy są jeszcze gwiezdnymi noworodkami.

Astronomowie byli zdolni nie tylko uchwycić gwiazdę podczas kluczowego etapu jej powstawania. Ich wyniki pokazały, że masywne gwiezdne ciała, takie jak ta gwiazda powstają z wirującego dysku gazu i pyłu. Proces jest bardzo podobny do tego, jaki zachodził podczas formowania się znacznie mniejszych gwiazd, jaką jest na przykład nasze Słońce.

Korzystając z radioteleskopów Submillimeter Array (SMA) na Hawajach i Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) w Nowym Meksyku astronomowie znaleźli tę nową protogwiazdę w podczerwonym ciemnym obłoku, który jest idealnym rejonem do powstawania gwiazd ponieważ jest bardzo zimny i gęsty.

Z grubymi otaczającymi obłokami gazu i pyłu, obszary te są trudne do zaobserwowania z pomocą teleskopów. Jednak astronomowie byli w stanie zajrzeć przez gęste chmury i dokonać pomiaru promieniowania emitowanego z pyłu wokół gwiazdy oraz ich związków chemicznych. Wyniki badań wykazały obecność tzw. dysku keplerowskiego, który rotuje znacznie szybciej w centrum. Ten typ rotacji jest widoczny również w Układzie Słonecznym - planety wewnętrzne okrążają Słońce szybciej, niż planety zewnętrzne. Odkrycie takiego dysku wokół masywnej gwiazdy sugeruje, że powstają one w podobny sposób jak mniej masywne, takie jak np. Słońce.

Źródło:
space.com

Urania - Postępy Astronomii

21 sierpnia 2016

Nowa "strefa Złotowłosej" dla planet zdolnych do zamieszkania

Przez dziesięciolecia astronomowie uważali, że głównym czynnikiem przy określeniu, czy dana planeta jest zdolna podtrzymać życie jest jej odległość od gwiazdy macierzystej. W naszym Układzie Słonecznym, na przykład, Wenus znajduje się zbyt blisko a Mars zbyt daleko od Słońca, natomiast Ziemia jest we właściwym miejscu. Dystans ten naukowcy określają mianem ekostrefy lub strefy Złotowłosej.

Naukowcy sądzili także, że planety były zdolne do samoregulacji swojej wewnętrznej temperatury przez osłonę konwekcyjną - podpowierzchniowe przesuwanie się skał spowodowane wewnętrznym ogrzewaniem i chłodzeniem. Na początku planeta może być zbyt zimna lub zbyt gorąca, ale w końcu ustabilizuje się do odpowiedniej temperatury.

Nowe badania, których wyniki opublikowano 19 sierpnia b.r. w Science Advances sugerują, że sama ekosfera nie jest wystarczająca do podtrzymania życia. Potrzeba czegoś jeszcze. Planeta od początku musi posiadać właściwą temperaturę wewnętrzną.

Jeżeli zbierzemy wszystkie dane na temat ewolucji Ziemi na przestrzeni ostatnich kilku miliardów lat okaże się, że płaszcz konwekcyjny ma raczej obojętny wpływ na temperaturę wewnętrzną. Brak mechanizmu samoregulującego ma ogromne znaczenie dla zdolności do zamieszkania na planecie. Badania nad powstawaniem planet sugerują, że planety typu ziemskiego formują się w procesie wielokrotnych olbrzymich zderzeń a rezultat tych wysoce przypadkowych procesów jest bardzo zróżnicowany.

Taka różnorodność rozmiarów i temperatury wewnętrznej nie utrudniła by ewolucji planetarnej, jeżeli posiada ona samoregulujący się płaszcz konwekcyjny. Oceany i kontynenty nie istniałyby, gdyby wewnętrzna temperatura Ziemi nie była w ustalonym zakresie, co oznacza, że na początku swojej historii nie mogła być ani zbyt niska ani zbyt wysoka. Wniosek jest taki, że aby na planecie mogły zaistnieć warunki do powstania życia, od początku musi ona mieć właściwą temperaturę.

Źródło:
Yale University

Urania - Postępy Astronomii

15 sierpnia 2016

Hubble odkrywa parę galaktyk pochodzącą z kosmicznego pustkowia

Kosmiczny Teleskop Hubble’a odkrył dwie małe galaktyki karłowate, które przywędrowały z odległego kosmicznego pustkowia w zatłoczone rejony wypełnione galaktykami. Po trwającym miliardy lat spokoju, galaktyki gotowe są na “burzę” narodzin nowych gwiazd. Owe zdjęcia z Hubble’a mogą być przebłyskami tego, jakimi galaktyki karłowate mogły być w przeszłości. Badanie tych i podobnych im galaktyk może dostarczyć dalszych wskazówek dotyczących powstawania i ewolucji galaktyk karłowatych.

Obserwacje z Hubble’a sugerują, że obie galaktyki, zwane Pisces A i Pisces B, spędziły większość czasu swojego istnienia w Lokalnej Pustce, regionie Wszechświata słabo “usianego” galaktykami. Obszar ten ma rozmiar około 150 milionów lat świetlnych.

Pod wpływem stałej grawitacyjnej samotne galaktyki karłowate trafiły w region bardziej zatłoczony, w gęsty międzygalaktyczny gaz. W tym bogatym w gaz środowisku powstawanie gwiazd mogło zostać wywołane przez jego opadanie na galaktyki, gdy te sunęły przez gęstszy region. Inny scenariusz jest taki, że para napotkała na swojej drodze gazowe włókno, które skompresowało gaz w galaktykach i rozpoczęło proces powstawania gwiazd. Bazując na lokalizacji galaktyk zespół astronomów ustalił, że znajdują się one na skraju pobliskiego włókna gęstego gazu. Każda z tych galaktyk zawiera około 10 milionów gwiazd.

Jeżeli prawdą jest, że galaktyki te spędziły większość swojego życia w pustce, środowisko to zwolniłoby proces ich ewolucji. Dowodem na przebywanie w galaktycznej pustce jest zawartość wodoru w nich, która jest znacznie wyższa w porównaniu z podobnymi galaktykami. W przeszłości galaktyki zawierały większe stężenie wodoru jako paliwa niezbędnego w procesie tworzenia się gwiazd. Jednakże galaktyki te wydają się utrzymywać bardziej prymitywny skład, zamiast wzbogaconej kompozycji, jaką mają te współczesne, ze względu na mniej energiczny proces formowania się gwiazd w ich przeszłości. Są one również bardziej zwarte w porównaniu z galaktykami w naszym sąsiedztwie, w których proces powstawania gwiazd był bardziej typowy.

Galaktyki karłowate są małe i słabe, zatem znalezienie ich jest bardzo trudne. Astronomowie odnajdują je przy użyciu radioteleskopów przeznaczonych do pomiaru zawartości wodoru w Drodze Mlecznej. Obserwacje przechwytują tysiące małych bąbli gęstego wodoru. Większość z nich to gazowe obłoki wewnątrz naszej Galaktyki, ale astronomowie zidentyfikowali około 30-50 takich bąbli jako prawdopodobne galaktyki. Naukowcy wykorzystali teleskop WIYN znajdujący się w Arizonie, aby zbadać w świetle widzialnym 15 z najbardziej obiecujących kandydatów. Na podstawie tych obserwacji wybrali dwa, które były najbardziej prawdopodobnymi kandydatami na pobliskie galaktyki i analizowali je, używając Advanced Camera for Surveys teleskopu Hubble’a. Pozwoliło to astronomom potwierdzić, że Pisces A i Pisces B to rzeczywiście galaktyki karłowate.

Teleskop Hubble’a jest idealnie dostosowany do badania pobliskich, słabych galaktyk karłowatych, ponieważ może analizować poszczególne gwiazdy i pomóc astronomom oszacować galaktyczne odległości. Jest to ważne do określenia jasności, a przy tych obserwacjach Hubble’a także do obliczenia, jak daleko galaktyki znajdują się od najbliższych pustek. Pisces A leży w odległości 19 milionów lat świetlnych od Ziemi a Pisces B około 30 milionów lat świetlnych stąd.

Analiza kolorów gwiazd pozwoliła astronomom na prześledzenie historii powstawania obu galaktyk. Każda z nich zawiera około 20-30 jasnych, niebieskich gwiazd, co znaczy, że są bardzo młode - mniej niż 100 milionów lat. Naukowcy szacują, że mniej niż 100 milionów lat temu podwoiły one swoje tempo formowania się gwiazd. Powstawanie gwiazd może zostać znowu spowolnione, jeżeli galaktyki staną się galaktykami satelitarnymi innych, znacznie większych.

Źródło:
Hubblesite

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Urania - Postępy Astronomii

10 sierpnia 2016

Samotna młoda gwiazda

Samotna na kosmicznej drodze, z dala od jakiegokolwiek znanego obiektu astronomicznego, młoda, niezależna gwiazda znajduje się na etapie ogromnego tempa wzrostu.

Niezwykły obiekt, zwany CX330, po raz pierwszy został zaobserwowany jako źródło promieni rentgenowskich w 2009 roku przez Chandra X-Ray Observatory, w czasie badania zgrubienia centralnego Drogi Mlecznej. Dalsze obserwacje wykazały, że obiekt ten emitował również światło widzialne. Mając jedynie takie wskazówki, astronomowie nie mogli stwierdzić, co to za obiekt.

Gdy naukowcy zbadali obrazy w podczerwieni tego obszaru, uzyskane dzięki Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), zdali sobie sprawę z tego, że wokół obiektu znajduje się dużo gorącego pyłu, który musiał być ogrzewany przez wybuch.

Porównując dane z WISE z 2010 r. z danymi uzyskanymi dzięki teleskopowi Spitzer w 2007 roku astronomowie ustalili, że CX330 jest prawdopodobnie młodą gwiazdą, która wybuchała przez kilka lat. W rzeczywistości w okresie trzech lat jej jasność wzrosła kilkaset razy.

Astronomowie przejrzeli dane dotyczące obiektu uzyskane z różnych obserwatoriów, w tym naziemnego SOAR, oraz teleskopów Magellan i Gemini. Wykorzystali także duże teleskopy do przeglądu, takie jak VW i OGLE-IV, aby zmierzyć intensywność światła emitowanego z CX330. Dzięki połączeniu danych z różnych rodzajów obserwacji wyłonił się wyraźny obraz tego obiektu.

Zachowanie samotnej gwiazdy przypomina to FU Orionis, młodej wybuchającej gwiazdy, która miała wstępny trzymiesięczny wybuch w latach 1936-1937. Jednak CX330 jest bardziej zwarta, cieplejsza i bardziej masywna, niż obiekty podobne do FU Orionis. Bardziej wyizolowana gwiazda wyrzuca szybsze dżety materii, które utrzymują gaz i materię wokół niej. Gaz prawdopodobnie ogrzewa się do punktu, w którym jonizuje się, co prowadzi do szybkiego zwiększenia prędkości, z jaką materia opada na gwiazdę.

Najbardziej zaskakujące dla astronomów rzadkie obiekty FU Orionis oraz podobne do nich, położone są w rejonie formowania się gwiazd. Młode gwiazdy zwykle tworzą się i żywią z otaczającego je bogatego regionu gazu i pyłu w obłoku gwiazdotwórczym. Najbliższy CX330 podobny region gwiazdotwórczy znajduje się ponad 1000 lat świetlnych od niej.

Możliwe jest, że wszystkie te gwiazdy przechodziły przez dramatyczną fazę rozwoju w młodości, ale wybuchy są zbyt krótkie w kosmicznej skali dla ludzkich możliwości obserwowania ich.

Co spowodowało, że CX330 jest tak odizolowana? Jeden z pomysłów jest taki, że gwiazda powstała w obszarze formowania się gwiazd, ale została stamtąd wyrzucona. Jednak astronomowie twierdzą, że jest to mało prawdopodobne. Ponieważ CX330 jest w młodzieńczej fazie rozwoju (wiek około 1 miliona lat) i wciąż żywi się dyskiem otaczającym ją, musiała więc powstać w pobliżu swojej obecnej lokalizacji.

CX330 może pomóc astronomom badać drogę formowania się gwiazd w różnych okolicznościach. Jeden ze scenariuszy jest taki, że gwiazdy tworzą się w burzliwych procesach. W tym hierarchicznym modelu, krytyczna gęstość gazu w chmurze powoduje, że obłok grawitacyjnie zapada się w gwiazdę. Inny model sugeruje, że gwiazdy powstają jako mało masywne jądra, które walczą o masę materii pozostawioną w obłoku. CX330 bardziej naturalnie pasuje do pierwszego scenariusza.

Istnieje jeszcze taka możliwość, że w bezpośrednim sąsiedztwie CX330 znajdują się gwiazdy o masach pośrednich, ale jeszcze ich nie odkryto. Podczas ostatnich jej obserwacji w sierpniu 2015 roku, CX330 była jeszcze w fazie wybuchów. Astronomowie planują kontynuowanie badań obiektu, również przy użyciu przyszłych teleskopów, które pozwolą go obserwować na różnych długościach fali.

Źródło:
Spitzer

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...