20 grudnia 2016

Betelgeza rotuje szybciej, niż spodziewali się astronomowie

Astronom J. Craig Wheeler z Uniwersytetu w Teksasie uważa, że Betelgeza, jasna czerwona gwiazda z ramienia Oriona, może mieć bardziej interesującą przeszłość, niż nam się dotychczas wydawało. Pracując z międzynarodową grupą studentów znalazł dowody na to, że czerwony nadolbrzym mógł powstać jako gwiazda podwójna, a potem wchłonął swojego towarzysza. Badania zostały opublikowane w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Jak na tak dobrze znaną gwiazdę, Betelgeza jest dość tajemnicza. Astronomowie wiedzą, że jest ona czerwonym nadolbrzymem, masywną gwiazdą u kresu swojego życia i tak rozdętą, że jej rozmiar obecnie jest wiele razy większy, niż był oryginalnie. Któregoś dnia wybuchnie jako supernowa ale nikt nie wie, kiedy to nastąpi.

Nowy klucz do przyszłości Betelgezy ma związek jej rotacją. Gdy gwiazda rozdyma się, stając się nadolbrzymem, jej tempo rotacji powinno zwalniać. Z obserwacji wynika, że Betelgeza wiruje 150 razy szybciej niż jakakolwiek pojedyncza gwiazda. Do badania Betelgezy Wheeler wraz ze studentami z zespołu użył programu do modelowania komputerowego, zwanego MESA. Po raz pierwszy użyto go do modelowania tempa rotacji wspomnianego czerwonego nadolbrzyma.

Wheeler, próbując wyjaśnić zaskakujące tempo rotacji Betelgezy zaczął spekulować: “Załóżmy, że Betelgeza miała towarzysza, gdy już powstała. Załóżmy, że krążył on po jej orbicie, której rozmiary były porównywalne z dzisiejszą wielkością Betelgezy. Potem Betelgeza przeszła w stan czerwonego nadolbrzyma, pochłaniając swojego towarzysza.”

Astronom wyjaśnia, że moment pędu gwiezdnego towarzysza mógł zostać przeniesiony do zewnętrznej otoczki Betelgezy, przyspieszając w ten sposób jej rotację. Z jego szacunków wynika, że towarzysz naszego nadolbrzyma miał masę Słońca, co by tłumaczyło aktualne tempo rotacji na poziomie 15 km/s. Chociaż jest to ciekawy pomysł, na razie nie ma dowodów potwierdzających tę teorię.

Jeżeli Betelgeza pochłonęła swojego towarzysza, jest bardzo prawdopodobnym, że wydarzenie takie skutkowałoby wyrzuceniem materii w przestrzeń. Wiedząc, z jaką prędkością materia odrywa się od czerwonego nadolbrzyma (około 10 km/s) Wheeler stwierdził, że jest w stanie oszacować, w jakiej odległości od Betelgezy materia powinna się dzisiaj znajdować. Przeglądając literaturę dotyczącą Betelgezy zauważył, że za gwiazdą znajduje się powłoka materii, nieznacznie tylko bliżej, niż to, co odgadł.

Zdjęcie Betelgezy w podczerwieni uzyskane w 2012 roku przez Leen Decin z University of Leuven w Belgii przy pomocy teleskopu Herschela pokazuje dwie wzajemnie ze sobą oddziałujące powłoki materii po jednej stronie gwiazdy. Są różne interpretacje tego, co widać na zdjęciu. Jedna z nich sugeruje, że materia tworzy łuk wywołany falą uderzeniową powstałą w wyniku przepychania się atmosfery Betelgezy przez ośrodek międzygwiazdowy.

Nikt nie jest pewien do końca, co wywołało tę strukturę ale na pewno coś się stało około 100.000 lat temu, gdy Betelgeza przechodziła w stan czerwonego nadolbrzyma. Fakt połknięcia towarzysza przez Betelgezę może tłumaczyć jej ogromne tempo rotacji oraz powłoki materii, które obserwujemy.

Wheeler wraz ze swoim zespołem kontynuuje badania nad Betelgezą. Do badania planują wykorzystać astrosejsmologię. Będą szukać fal dźwiękowych docierających z powierzchni gwiazdy aby zbadać, co dzieje się w jej wnętrzu. Korzystając z MESA spróbują się dowiedzieć, co by było, gdyby Betelgeza jednak posiadała towarzysza, który został przez nią pochłonięty.

Źródło:
Obserwatrium McDonalda

Opracowanie:

Agnieszka Nowak

Urania - Postępy Astronomii

9 grudnia 2016

Odkryto najmasywniejszy układ podwójny gwiazd neutronowych w projekcie Einstein@home

Międzynarodowy zespół naukowców odkrył najbardziej masywny układ podwójny gwiazd neutronowy dzięki projektowi przeliczania rozproszonego Einstein@home, z danych uzyskanych z radioteleskopu w Arecibo.

Prawie 25.000 lat świetlnych stąd, dwie martwe gwiazdy, każda z nich znacznie masywniejsza niż nasze Słońce, lecz o średnicy zaledwie 20 km, orbitują wokół siebie w czasie krótszym, niż 5 godzin. Ta niezwykła para skrajnych obiektów, znanych jako gwiazdy neutronowe, została odkryta przez międzynarodowy zespół naukowców - w tym także badaczy z Max Planck Institute for Radio Astronomy - oraz wolontariuszy z projektu przeliczania rozproszonego Einstein@home. Ich odkrycie jest najnowszym dodatkiem do krótkiej listy zaledwie 14 układów podwójnych tego typu oraz najbardziej masywnym z nich.

Układ podwójny gwiazd neutronowych jest ważnym kosmicznym laboratorium umożliwiającym niektóre z najbardziej precyzyjnych testów ogólnej teorii względności Einsteina. Odgrywają także istotną rolę jako potencjalne źródła fal grawitacyjnych dla detektorów LIGO. Gwiazdy neutronowe są wysoko namagnesowanymi oraz bardzo gęstymi pozostałościami po wybuchach supernowych. Jak szybko wirujące kosmiczne latarnie morskie, emitują wiązki promieni radiowych w przestrzeń kosmiczną. Jeżeli zdarzy się tak, że Ziemia znajdzie się na linii jednej z takich wiązek, wielkie radioteleskopy mogą wykryć gwiazdę neutronową jako pulsujące źródło niebieskie: pulsara radiowego.

Większość z prawie 2.500 znanych pulsarów radiowych występuje pojedynczo. Tylko 255 występuje w układach podwójnych, w towarzystwie gwiazdy i zaledwie co dwudziesty z nich orbituje wokół innej gwiazdy neutronowej. Tak rzadkie układy podwójne gwiazd neutronowych są idealnymi laboratoriami dla fundamentalnej fizyki, umożliwiającymi pomiary, które nie są możliwe do wykonania w jakimkolwiek ziemskim laboratorium. Dlatego naukowcy potrzebują tak dużych radioteleskopów, jak ten w Arecibo oraz danych z analitycznych “maszyn”, takich, jak Einstein@home, aby dowiedzieć się, jak wiele z tych ciekawych obiektów jest prawdopodobnych.

Nowe odkrycie zostało dokonane dzięki wykorzystaniu danych z radioteleskopu Arecibo. Konsorcjum PALFA i międzynarodowy zespół naukowców prowadzili badania nieba w poszukiwaniu nowych pulsarów radiowych. Przegląd PALFA odkrył dotąd 171 takich pulsarów. Dane są również analizowane przez projekt przeliczania rozproszonego Einstein@home, który dokonał 31 z tych odkryć.

Einstein@home łączy moc obliczeniową ponad 40.000 ochotników z całego świata na ich 50.000 laptopach, komputerach i smartfonach. Projekt jest jednym z największych rozproszonych a jego moc obliczeniowa 1,7 PetaFlop/s stawia go wśród 60 największych superkomputerów na świecie. Po pierwszym odkryciu układu podwójnego przez Einstein@home w lutym 2012 roku, naukowcy PALFA obserwowali układ kilkakrotnie przy użyciu radioteleskopu Arecibo, precyzyjnie mierząc orbitę pulsara radiowego, który wiruje 37 razy na sekundę. Ich obserwacje pokazały, że obiekt zwany PSR J1913+1102 składa się z dwóch gwiazd obiegających się w czasie krótszym, niż 5 godzin po nieco eliptycznej orbicie.

Naukowcy wywnioskowali, że pole magnetyczne tego pulsara jest kilka milionów razy większe od ziemskiego. Jest stosunkowo słabe jak na gwiazdę neutronową i wskazuje na akrecję materii z gwiazdy towarzyszącej w odległej przeszłości. Epizod ten mógł mieć również wpływ na to, że orbita układu stała się bardziej kołowa. Obserwowana eliptyczność orbity może świadczyć o wybuchach towarzysza jako supernowa, po czym została gwiazda neutronowa. Wybuch supernowej nie zakłócił układu podwójnego, ale przyczynił się do eliptyczności jego orbity.

Badacze zmierzyli efekt ogólnej teorii względności Einsteina w układzie podwójnym. Podobnie jak orbita Merkurego wokół Słońca, eliptyczna orbita pulsara radiowego rotuje z upływem czasu. Ale podczas, gdy orbita Merkurego zmienia się zaledwie o 0,0001 stopnia rocznie, orbita J1913+1102 zmienia się 47.000 razy szybciej: 5,6 stopnia na rok. Skala tego zjawiska zależy od łącznej masy pulsara i jego towarzysza, co umożliwia pomiary tej wielkości.

Przy całkowitej masie 2,88 masy Słońca, odkrycie to bije aktualny rekord całkowitej masy znanych układów podwójnych gwiazd neutronowych. Naukowcy spodziewają się, że pulsar jest cięższy od swojego towarzysza, ale na podstawie bieżących obserwacji nie są w stanie określić masy poszczególnych składników układu. Dalsze obserwacje pozwolą na wykonanie tych pomiarów.

Jeżeli pulsar rzeczywiście okaże się być bardziej masywny niż towarzysz, układ ten będzie różnił się znacznie od wszystkich innych znanych układów podwójnych gwiazd neutronowych. W takim przypadku będzie to najbardziej znane laboratorium do testowania teorii grawitacji alternatywnej do ogólnej teorii względności Einsteina.

Gdy gwiazdy neutronowe krążą wokół siebie, ich orbity się kurczą, ponieważ układ emituje fale grawitacyjne. Pomiary tego efektu mogą pozwolić na określenie masy zarówno pulsara jak i jego towarzysza. Naukowcy mają zamiar dowiedzieć się więcej na temat mało znanej ewolucji tego typu układów podwójnych oraz nieznanych właściwości materii w gęstych jądrach atomowych. Odkrycia takie jak to, są także interesujące dla ery astronomicznej fal grawitacyjnych, która rozpoczęła się we wrześniu 2015 roku pierwszą bezpośrednią detekcją fal grawitacyjnych.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
Instytut Alberta Einsteina w Hannowerze

Urania - Postępy Astronomii

8 grudnia 2016

Czy zaobserwowana gwiazda neutronowa potwierdza 80-letnie kwantowe przewidywania?

Naukowcy przez dekady szukali potwierdzenia dziwnego efektu kwantowego pierwszy raz przewidzianego już w 1936 roku. Czy w końcu znaleźli dowód potwierdzający go?

Zespół astronomów twierdzi, że gwiazda neutronowa zlokalizowana 300 lat świetlnych od nas może być dowodem na istnienie wirtualnych cząstek elementarnych, które pojawiają się i od razu przestają istnieć. Takie wnioski wysunęli po obserwacjach tej gwiazdy. Odkrycie to zweryfikowało prognozy sprzed 80 lat dotyczące fundamentalnej teorii kwantowej, która opisuje dziwny świat bardzo małych cząstek. Jednak nie wszyscy są przekonani, że naukowcy mają niezbite dowody na potwierdzenie.

Gdy Paul Dirac napisał równanie elektrodynamiki kwantowej (quantum electrodynamics - QED), sformułował fundamentalną teorię fizyki, która leży u podstaw naszej wiedzy na temat cząstek elementarnych. W 1928 roku prognozowano, że każda cząstka ma partnera antymaterii (cząstkę o tej samej masie ale przeciwnym ładunku).

Fizyk Carl Anderson odkrył antycząstkę elektronu, zwaną pozytonem, za co potem otrzymał Nagrodę Nobla. Jednym z założeń QED jest, że próżnia przestrzeni może roić się od cząstek tymczasowych. Ze względu na niepewność zmienności świata kwantowego, cząstki elementarne powinny pojawiać się wraz ze swoimi anty-partnerami i natychmiast wzajemnie anihilować. W 1936 roku fizycy doszli do wniosku, że te tak zwane wirtualne cząstki, które istnieją zaledwie niewielki ułamek sekundy, mogą mieć wymierny wpływ na światło, obracając jego polaryzację w taki sam sposób, jak ciekłe kryształy w wyświetlaczach LCD. Ten efekt kwantowy znany jest jako dwójłomność próżni. Chociaż istnienie dwójłomności próżni okazało się trudne do bezpośredniego udowodnienia, fizycy ogólnie przyjęli, że jest to realne.

Gwiazdy neutronowe jak kosmiczne laboratorium
Do pomiaru dwójłomności próżni wymagane jest niezwykle silne pole magnetyczne, czego obecnie nie da się uzyskać w laboratorium. Ale mamy kosmiczne laboratorium, jakim są gwiazdy neutronowe. Są to bardzo gęste pozostałości po jądrach masywnych gwiazd o potężnych polach magnetycznych, wzmacniające efekt dwójłomności próżni do mierzalnego poziomu. Roberto Mignani z Narodowego Instytutu Astrofizyki w Mediolanie oraz z Uniwersytetu Zielonogórskiego, wraz z kolegami wykorzystał Bardzo Duży Teleskop (VLT) w Chile do obserwacji jasnej, pobliskiej gwiazdy neutronowej RX J1856.5-3754.

Nie wiemy, jak gwiazda jest zorientowana w stosunku do Ziemi - czy rotuje krawędzią do naszej linii pola widzenia czy też kieruje tylko jeden ze swoich biegunów w naszą stronę. Potwierdzenia na dwójłomność próżni mogą mieć związek ze sposobem jej obserwacji. Powierzchnia gwiazdy neutronowej jest tak gorąca, że chociaż emituje światło widzialne, najsilniej świeci w promieniach rentgenowskich. Zatem gdy dwójłomność nie ma wpływu na światło widzialne, będzie znacznie bardziej wpływać na promieniowanie rentgenowskie.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
Sky and Teleskope

Urania - Postępy Astronomii

Gwiazda z dyskiem pyłowym zasilanym przez otaczającą materię

Międzynarodowy zespół astronomów publikuje obraz młodej gwiazdy z otaczającym ją dyskiem pyłowym, który wciąż jest zasilany z otoczenia. Zja...