9 lutego 2017

Czarna dziura o masie pośredniej ukrywa się w centrum gigantycznej gromady kulistej

Wszystkie znane czarne dziury dzielimy na dwie kategorie: małe czarne dziury, o masie gwiazdowej, o masie kilku Słońc oraz supermasywne czarne dziury o masie milionów czy miliardów Słońc. Astronomowie oczekują, że czarne dziury o masach pośrednich, ważące 100-10.000 mas Słońca także istnieją, ale do tej pory nie przedstawiono na to bezpośrednich dowodów. Dzisiaj astronomowie ogłosili nowy dowód, że czarna dziura o masie pośredniej (CDMP) z masą 2.200 Słońc ukrywa się w centrum gromady kulistej 47 Tucanae. Praca pojawi się 9 lutego 2017 roku w prestiżowym dzienniku naukowym Nature.

47 Tucanae jest gromadą kulistą liczącą 12 miliardów lat. Zlokalizowana jest 13.000 lat świetlnych od Ziemi w kierunku południowej konstelacji Tukana. W kuli o średnicy zaledwie 120 lat świetlnych są tysiące gwiazd. W jej wnętrzu znajdują się także około 24 pulsary, które były ważnym celem tego badania.

Już w przeszłości badano, czy w centrum 47 Tucanae znajduje się czarna dziura, jednak bez sukcesów. W większości przypadków czarne dziury znajduje się obserwując promieniowanie X pochodzące z gorącego dysku materii wirującego wokół niej. Metoda ta sprawdza się jedynie przy poszukiwaniu czarnych dziur, które żywią się gazem sąsiednich gwiazd. Centrum 47 Tucanae jest wolne od gazu. Głodująca czarna dziura nie mogłaby się tam kryć.

Supermasywna czarna dziura w Drodze Mlecznej zdradza swoją obecność poprzez wpływ na pobliskie gwiazdy. Lata obserwacji w podczerwieni ukazały garść gwiazd w naszym galaktycznym centrum, które wirują wokół niewidocznych obiektów z silnym przyciąganiem grawitacyjnym. Jednak zatłoczone centrum 47 Tucanae uniemożliwia oglądanie ruchów poszczególnych gwiazd.

Nowe badania opierają się na dwóch liniach dowodowych. Pierwszą z nich jest ogólny ruch gwiazd w tej gromadzie. Środowisko gromad kulistych jest tak gęste, że ciężkie gwiazdy mają tendencję do zlewania się do centrum gromady. Czarne dziury o masach pośrednich znajdujące się w centrach gromad kulistych powodują zwiększanie prędkości oraz odległość gwiazd. To daje subtelny sygnał, który astronomowie mogą mierzyć.

Druga linia dowodowa pochodzi od pulsarów, zwartych pozostałości martwych gwiazd, których sygnały radiowe są łatwo wykrywalne. Obiekty te także są rozrzucane przez grawitację CDMP, co powoduje, że można je znaleźć na większych odległościach od centrum gromady, niż by oczekiwano, jeżeli w jej wnętrzu nie byłoby czarnej dziury.

Łącznie, dowody te sugerują obecność wewnątrz 47 Tucanae CDMP o masie około 2.200 mas Słońca. Ponieważ ta czarna dziura przez tak długi czas umykała odkrywcom, podobne CDMP również mogą ukrywać się w innych gromadach kulistych.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
phys.org

Urania - Postępy Astronomii

7 lutego 2017

Czarna dziura żywiąca się gwiazdą przez dekadę

Ponad dziesięć lat temu, czarna dziura o masie miliona słońc, czająca się w centrum niepozornej galaktyki zwanej SDSS J150052.07+015453.8, obrała sobie pobliską gwiazdę na przekąskę. Jednak w przeciwieństwie do podobnych epizodów rozerwań pływowych, w których ekstremalna grawitacja czarnej dziury rozrywa gwiazdę przed pochłonięciem jej gazu na przestrzeni roku-dwóch, w tym przypadku stała się ona przekąską na lata.

Astronomowie uchwycili to zdarzenie nieoczekiwanie - jej światło podróżowało przez 1,8 miliarda lat do rentgenowskiego teleskopu XMM-Newton, który złapał je przypadkiem, podczas obrazowania grupy galaktyk. Obserwatorium rentgenowskie Chandra oraz kosmiczny teleskop Swift także miały na oku to źródło. Chociaż rozbłysła szybko, ku zaskoczeniu astronomów błysk powoli zaczął zanikać. Nawet 10 lat po odkryciu jeszcze jest dziesięciokrotnie jaśniejsza w promieniach X niż to było przed błyskiem.

Co więc oznacza fakt, że „gwiezdny morderca” jest rekordzistą? Dacheng Lin z Uniwersytetu New Hampshire wraz z kolegami mają dwie teorie: jedna z nich jest taka, że gwiazda jest większa i na tyle długo znajdowała się pobliżu czarnej dziury, że została przez nią rozerwana. Jeżeli byłaby to prawda, gwiazda mogłaby mieć masę 10 słońc. Jednak tak masywne gwiazdy są rzadkością (mniej niż 1% populacji gwiazd), więc alternatywa jest bardziej prawdopodobna: czarna dziura zakończyła swój czas na „zabicie” gwiazdy, rozrywając ją tuż przed całkowitym pochłonięciem jej.

Lin wraz z kolegami mogą zobaczyć, dzięki emisji promieniowania X z tego obiektu, że czarna dziura żywi się w niesamowitym tempie - tak dużym, że ciśnienie z emitowanego promieniowania powinno zdmuchnąć gaz, który płynie wewnątrz. Dane rentgenowskie wskazują, że promieniowanie emitowane z materii otaczającej czarną dziurę ciągle przekraczało tak zwaną granicę Eddingtona, którą definiuje się jako równowagę między ciśnieniem zewnętrznym promieniowania emitowanego przez gorący gaz a przyciąganiem grawitacyjnym czarnej dziury. Wniosek, że czarna dziura może rosnąć w tempie większym od odpowiadającego jasności Eddingtona ma istotne konsekwencje.

Przez większość czasu astronomowie obserwowali obiekt, który rósł bardzo szybko. Wynika z tego pytanie - w jaki sposób gwiazda o masie dwukrotnie przekraczającej masę Słońca karmi czarną dziurę? Astronomowie od dawna zastanawiają się, w jaki sposób supermasywne czarne dziury mogą rosnąć tak szybko. Widzimy czarną dziurę o masie miliarda mas Słońca w chwili, gdy wiek Wszechświata wynosi zaledwie 1 miliard lat. Teraz mamy dowód na to, że te bestie mogą karmić się szybciej, niż myśleliśmy, przez dłuższy czas, więc jest duża szansa, że czarne dziury we wczesnym Wszechświecie karmiły się w podobny sposób.

Źródło:
Sky and Telescope
Chandra

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Urania - Postępy Astronomii

2 lutego 2017

Wykryto wodę w atmosferze egzoplanety 51 Pegasi b

Astronomowie wykryli obecność cząsteczek wody w atmosferze pobliskiej egzoplanety typu gorący Jowisz, znanej jako 51 Pegasi b. Odkrycie to rzuca nowe światło na naturę atmosfery egzoświatów. Wyniki zostały opisane w artykule przyjętym do druku w czasopiśmie “The Astronomical Journal” i opublikowane w serwisie arXiv.org.

Znajdująca się około 50 lat świetlnych stąd, 51 Pegasi b jest pierwszą odkrytą egzoplanetą orbitującą wokół gwiazdy ciągu głównego i pierwszym znanym gorącym Jowiszem. Planeta została sklasyfikowana jako gorący Jowisz, ponieważ okrąża swoją gwiazdę w czasie krótszym niż 10 dni (w tym przypadku: 4,23 dnia), a jej właściwości są podobne do największej planety Układu Słonecznego. Masa planety stanowi 0,47 masy Jowisza. Ma ona wysoką temperaturę powierzchniową, ponieważ okrąża swoją macierzystą gwiazdę - 51 Pegasi - w odległości około 0,05 jednostki astronomicznej.

Aby lepiej scharakteryzować ten układ planetarny, zespół astronomów kierowany przez Jayne Birkby obserwował 51 Pegasi i jej planetę przy użyciu spektrografu CRIRES (CRyogenic high-resolution InfraRed Echelle Spectrograph) zamontowanego na Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) w Chile. Uzyskali łącznie 42 widma, co pozwoliło im obserwować zmiany prędkości radialnej struktur związanych z wodą w atmosferze planety znajdującą się po dziennej stronie.

Zdaniem zespołu, bezpośrednie wykrywanie linii absorpcji wody w atmosferze planety, które doświadczają zmian w przesunięciu Dopplera, dostarcza ważnych informacji na temat natury tego układu planetarnego. W szczególności pokazuje prawdziwą naturę tego podwójnego układu gwiazda-planeta.

Oprócz wody, astronomowie szukali także w widmie struktur od cząsteczek gazów związanych z węglem i tlenem, takich jak dwutlenek węgla, woda i metan. Jednakże nie znaleźli żadnych znaczących sygnałów świadczących o istnieniu tych cząstek w atmosferze 51 Pegasi b.

Więcej informacji:
phys.org

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...