27 września 2016

Mało masywne obiekty mogą pomóc udoskonalić teorię planetarnej ewolucji

Gdy gwiazda jest młoda, często jeszcze jest otoczona rotującym dyskiem gazu i pyłu, z którego mogą powstać planety. Astronomowie chcieliby odnaleźć takie dyski, aby móc uchwycić gwiazdę w momencie formowania się planet. Niezwykłym jest znalezienie takich dysków wokół brązowych karłów i gwiazd o małych masach. Zespół astronomów kierowanych przez Anne Boucher z Université de Montréal odkrył cztery nowe obiekty o niskiej masie, otoczone dyskami. Wyniki zostaną opublikowane w The Astrophysical Journal.

Trzy spośród czterech odkrytych obiektów są dość małe. Ich masy wahają się w przedziale między 13 a 18 mas Jowisza. Czwarty to już 120 mas Jowisza (Słońce ma masę ponad 1000 mas Jowisza). Znalezienie dysków wokół mało masywnych układów jest bardzo interesujące. Ponieważ obiekt istnieje poniżej pewnej granicy, którą definiuje się gwiazdę, i ciągle posiada dysk, co może oznaczać formowanie się planet, które mówi nam wiele o gwiezdnej i planetarnej ewolucji.

W dysku protoplanetarnym ziarna pyłu zderzają się i łączą tworząc cegiełki, które rosną w głazy, zwiększając rozmiary do planetoid - planetarnych zarodków - aż wreszcie do skalistych planet typu ziemskiego (niektóre z nich stają się jądrami dla gazowych olbrzymów). Astronomowie są w stanie zidentyfikować te typy dysków, w których rodzą się planety, ponieważ gwiazdy podgrzewają otaczający pył, co pozwala je obserwować przez teleskop z użyciem kamer na podczerwień.

Okazuje się, że w niektórych dyskach proces formowania planet już się zakończył. Dyski te złożone są z resztek pozostawionych z procesu zderzania się podczas formowania się planet, i kolejnych zderzeń powstałych już planet. Cały czas chłodniejszy, cieńszy pierścień otacza gwiazdę. Niektóre dyski stanowią nawet etap pośredni pomiędzy dyskami protoplanetarnymi a fazą pyłowej pozostałości.

Bardzo ważnym jest dla astronomów rozróżnienie między tymi typami dysków, bo wtedy lepiej wytyczyć ścieżkę narodzin i zmian w czasie systemów planetarnych, w tym naszego Układu Słonecznego. Zespół badaczy był w stanie ustalić, że wszystkie dyski otaczające cztery nowo odkryte mało masywne obiekty były w fazie formowania planet. Żaden nie był w tej drugiej fazie. Co ciekawe, dwa z nich są prawdopodobnie w wieku 42-45 milionów lat, co czyni je najstarszymi obiektami otoczonymi dyskami protoplanetarnymi.

Astronomowie muszą się jeszcze wiele nauczyć o dyskach protoplanetarnych wokół mało masywnych obiektów. Mają nadzieję prowadzić dalsze badania nad nimi by mieć możliwość dowiedzenia się, jakie procesy w nich zachodzą i czy będą dobrym celem dla łowców planet.

Źródło:
phys.org

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Urania - Postępy Astronomii

22 września 2016

Co z ciemną materią?

W późnych latach ‘70 ubiegłego stulecia, astronomowie Vera Rubin i Albert Bosma niezależnie odkryli, że galaktyki spiralne rotują niemal ze stałą prędkością. Prędkość gwiazd i gazu wewnątrz galaktyki nie zmniejsza się wraz z promieniem, tak jak można by tego oczekiwać zgodnie z prawem Newtona czy poprzez rozkład widzialnej materii, lecz pozostaje stała. Takie płaskie krzywe rotacji są zwykle przypisywane niewidzialnej ciemnej materii otaczającej galaktyki.

Teraz zespół badaczy pod przewodnictwem Case Western Reserve University odnalazł nowe powiązania w galaktykach spiralnych i nieregularnych. Oto przyspieszenie obserwowane w krzywej rotacji jest ściśle skorelowane z przyspieszeniem grawitacyjnym przewidywanym tylko z widoczną masą a nie z ciemną materią. Odkrycia dokonano spośród 153 galaktyk spiralnych i nieregularnych, począwszy od gigantów, po karły, tych z masywnym centralnym zgrubieniem czy bez niego. Były tam również galaktyki składające się głównie z gwiazd bądź też prawie z samego gazu. Astronomowie twierdzą, że owa zależność, jaką odkryli, jest nowym naturalnym prawem. Ustalenia te mogą doprowadzić do innego pojmowania wewnętrznej dynamiki galaktyk.

Krzywa rotacji galaktyk została tradycyjnie wyjaśniona ad hoc poprzez hipotezy, że galaktyki są otoczone ciemną materią. Relacja odkryta przez zespół astronomów jest poważna i może być zgubnym wyzwaniem dla tej hipotezy, ponieważ pokazuje, że krzywe rotacji są dokładnie określone tylko przez rozkład zwykłej materii. Nic w standardowym modelu kosmologicznym tego nie przewiduje, i jest prawie niemożliwe aby wyobrazić sobie, jak ten model może być zmodyfikowany, by wyjaśnić bez odrzucenia całkowicie ciemnej materii.

Astronomowie prowadzili badania przez dziesięć lat. Zdjęcia w bliskiej podczerwieni zgromadzone przez teleskop Spitzera w ciągu pięciu lat pozwoliły im ustalić relację i pokazać, że zachodzi ona dla wszystkich 153 badanych galaktyk. Kluczem jest to, że światło w bliskiej podczerwieni emitowane przez gwiazdy jest bardziej miarodajne, niż światło widzialne, przy przekształceniu go w masę.

Naukowcy sporządzili wykres przyspieszenia radialnego obserwowanego w krzywych rotacji publikowanych przez wielu astronomów na przestrzeni 30 lat, w stosunku do przyspieszenia przewidywanego z obserwowanego obecnie rozkładu zwykłej materii. Obydwa pomiary pokazały pojedyncze, skrajnie mocne korelacje, nawet jeżeli ciemna materia hipotetycznie ma dominować grawitację. Prawo to wynika z uniwersalnej siły, jaką jest hipoteza MOND (Modified Newtonian Dynamics - zmodyfikowana dynamika newtonowska). Ale może to być też coś w rodzaju ciemnej materii, jak na przykład nadciekła ciemna materia.

Źródło:
phys.org

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Urania - Postępy Astronomii

4 września 2016

XMM-Newton ujawnia wybuchową przeszłość Drogi Mlecznej

Gigantyczny bąbel otaczający centrum Drogi Mlecznej pokazuje, że sześć milionów lat temu supermasywna czarna dziura w naszej Galaktyce była w ogniu gwałtownych energii. Rzuca to również światło na ukryte miejsce “brakującej” materii Galaktyki. Oprócz tajemniczej ciemnej materii astronomowie musieli jeszcze znaleźć zwykłą - tak zwaną barionową - materię w Drodze Mlecznej. Było to możliwe m.in. dzięki XMM-Newton.

Dokładna analiza archiwalnych obserwacji wykazała, że istnieje ogromna ilość rozproszonej barionowej materii w Galaktyce. XMM-Newton odnalazł ją w postaci gazu o temperaturze miliona stopni, który przenika zarówno dyski Galaktyki, gdzie znaleziono większość gwiazd, jak również sferyczny obłok otaczający całą Drogę Mleczną. Obłok ten jest ogromny. Nasze Słońce znajduje się w odległości 26.000 lat świetlnych od centrum Galaktyk, natomiast obłok rozciąga się na co najmniej 200.000 - 650.000 lat świetlnych.

Fabrizio Nicastro, z Istituto Nazionale di Astrofisica, Osservatorio Astronomico di Roma, Włochy i jego koledzy, od ponad 15 lat byli na tropie brakujących barionów. Ich odkrycie pokazuje, że w Galaktyce jest wystarczająca ilość gorącego gazu, który jest za nie odpowiedzialny. Ponieważ nie emitują światła widzialnego, przez tak długi czas nie można było ich wykryć. Astronomowie odkryli je dzięki temu, że tlen w obłoku pochłania promienie rentgenowskie na bardzo specyficznej długości fali światła emitowanego przez odleglejsze ciała niebieskie.

Przeglądając dane XMM-Newton astronomowie odkryli coś jeszcze. Według fizyki grawitacyjnej gęstość gazu powinna zmniejszać się od centrum Galaktyki do jej brzegów. Tymczasem okazało się, że jest inaczej. Nicastro spędził trzy miesiące analizując dane w tym modelu. Próbując wszystkiego innego, przeniósł pik gęstości poza centrum Drogi Mlecznej. W odległości około 20.000 lat świetlnych od centrum model pasuje lepiej. Odległość ta równa jest wielkości dwóch dużych “balonów” promieniowania gamma, które rozciągają się na dziesiątki tysięcy lat świetlnych centrum naszej Galaktyki. Zostały odkryte w 2010 roku przez obserwatorium promieni gamma Fermi.

Nicastro skonstruował inny model gęstości, w którym centralny bąbel niskiej gęstości gazu rozciągał się na odległość 20.000 lat świetlnych. Gdy zastosował ten model do danych rentgenowskich, okazało się, że wszystko idealnie pasuje. Obserwacje te nasuwają wniosek, że coś wycisnęło gaz z centrum Galaktyki na zewnątrz, tworząc gigantyczną bańkę. Astronomowie wiedzą, że w centrum Drogi Mlecznej znajduje się uśpiona supermasywna czarna dziura. Ale bąbel sugeruje, że jeszcze 6 milionów lat temu było inaczej.

Supermasywna czarna dziura rwie gwiazdy i obłoki gazowe na kawałki, połykając zawartość. W tym procesie obiekty nagrzewają się i uwalniają ogromne ilości energii, która mogła otworzyć bąbel. Spoglądając szerzej na Wszechświat astronomowie widzą, że niewielki procent galaktyk posiada bardzo jasne jądro. Nazywane są aktywnymi jądrami galaktyk, i w wyniku badań astronomicznych wiemy już, nasza Galaktyka miła kiedyś takie.

Sześć milionów lat później, fala uderzeniowa wytworzona w wyniku tej aktywności przekroczyła rozmiar 20.000 lat świetlnych tworząc bąbel, który zobaczył XMM-Nwton. Tymczasem supermasywnej czarnej dziurze brakło pożywienia w okolicy i znowu zamilkła. Według Nicastron owo odkrycie jest silnym dowodem na to, że w przeszłości Droga Mleczna była bardziej aktywna, niż teraz.

Źródło:
ESA

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

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...