30 marca 2017

Galaktyki satelitarne na skraju Drogi Mlecznej współistnieją z ciemną materią

Badania prowadzone przez naukowców z Rochester Institute of Technology stawiają wyzwanie zaakceptowanemu modelowi standardowemu Wszechświata oraz teorii dotyczącej sposobu powstawania galaktyk, rzucając nowe światło na problematyczną strukturę.

Rozległa struktura biegunowa - płaszczyzna galaktyk satelitarnych na biegunach Drogi Mlecznej - jest w centrum “zawodów w przeciąganiu liny” między naukowcami, którzy nie zgadzają się co do tego, że tajemnicza ciemna materia, niewidzialna substancja, która według niektórych naukowców stanowi 85% masy Wszechświata, istnieje.

Artykuł naukowy zaakceptowany do publikacji w Monthly Notices for the Royal Astronomical Society popiera standardowy model kosmologiczny (paradygmat Zimnej Ciemnej Materii - Cold Dark Matter), pokazując, że ogromna struktura biegunowa powstała po Drodze Mlecznej i jest niestabilna.

Współautorami pracy pod tytułem “Czy rozległa struktura biegunowa galaktyk karłowatych jest poważnym problemem dla Ciemnej Zimnej Materii”, dostępnej on-line na arxiv.org/abs/1612.07325, są Andrew Lipnicky, kandydat na studia doktoranckie nauk astrofizycznych i technologii oraz Sukanya Chakrabarti, adiunkt w Szkole Astronomii i Astrofizyki, którzy otrzymali dotację z Fundacji Nauk Przyrodniczych wspierającej badania.

Lipnicky i Chakrabarti analizują rozkład klasycznych galaktyk karłowatych Drogi Mlecznej, które tworzą rozległą strukturę biegunową i porównują ją z symulacją “brakujących” galaktyk karłowatych w halo, które uważano za ukrywające się w ciemnej materii.

Korzystając z pomiarów ruchu autorzy nakreślili wstecz orbity klasycznych satelitów Drogi Mlecznej. Ich symulacje wykazały rozległą strukturę polarną rozchodzącą się i rozpraszającą, co wskazuje, że płaszczyzna nie jest tak stara, jak początkowo sądzono i uformowała się później w ewolucji Galaktyki. Oznacza to, że rozległa struktura polarna satelitarnych galaktyk może być cechą przejściową, jak zauważył Chakrabarti.

“Jeżeli struktura płaszczyznowa utrzymywała się wystarczająco długo, będzie to inna historia. Fakt, że przemieszcza się tak szybko, wskazuje na to, że struktura nie jest dynamicznie stabilna. Nie ma faktycznej niezgodności między płaszczyźnianą strukturą galaktyk karłowatych a obecnym paradygmatem kosmologicznym” - mówi Chakrabarti.

Autorzy usunęli z badań klasyczne satelity Drogi Mlecznej Leo I i Leo II, gdy analizy orbitalne determinowały, że galaktyki karłowate nie były częścią pierwotnej rozległej struktury biegunowej lecz prawdopodobnie zostały później przechwycone z Drogi Mlecznej. Porównanie wyłączające Leo I i Leo II ukazuje podobną płaszczyznę podzieloną przez klasyczne galaktyki i ich ukryte odpowiedniki. Astronomowie próbowali różnych kombinacji galaktyk karłowatych, włącznie z galaktykami karłowatymi mającymi podobne orbity, ale w końcu doszli do wniosku, że płaszczyzna zawsze rozprasza się bardzo szybko.

Myślący inaczej naukowcy odrzucają istnienie ciemnej materii. Kwestionują oni standardowy paradygmat kosmologiczny, który akceptuje zarówno rozległą strukturę biegunową galaktyk spiralnych, jak i ukrytą płaszczyznę ciemnej materii zamaskowanych galaktyk. Badania Lipnicky’a i Chakrabarti potwierdzają współistnienie tych struktur i wzywają do zaakceptowania standardowego modelu Wszechświata.

Badania przeprowadzono w 2016 roku pod kierunkiem Nuwanthika Fernando z Uniwersytetu w Sydnej, w których stwierdzono, że pewne płaszczyzny Drogi Mlecznej są niestabilne. Artykuł opublikowano w Monthly Notices for the Royal Astronomical Society.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
phys.org

Urania - Postępy Astronomii

23 marca 2017

Swift przedstawia "spiralę śmierci" gwiazdy do czarnej dziury

Jakieś 290 milionów lat temu gwiazda podobna do Słońca podeszła zbyt blisko do centralnej czarnej dziury w swojej galaktyce. Intensywne pływy rozerwały gwiazdę, co spowodowało erupcję w promieniowaniu optycznym, ultrafioletowym i rentgenowskim, co zarejestrowano na Ziemi w 2014 roku. Teraz zespół naukowców wykorzystując obserwacje z satelity Swift stworzył mapę różnic długości fal, które powstały w tym zdarzeniu, nazwanym ASASSN-14li, podczas którego cząstki gwiazdy okrążały czarną dziurę.

Naukowcy odkryli zmiany jasności w promieniowaniu rentgenowskim, które wystąpiły około miesiąc po podobnych obserwowanych zmianach w świetle widzialnym i UV. Sądzą oni, że oznacza to, że promieniowanie optyczne i ultrafioletowe zostało wyemitowane z dala od czarnej dziury, w miejscu, gdzie zderzyły się ze sobą eliptyczne strumienie orbitującej materii.

Astronomowie uważają, że ASASSN-14li powstało, gdy gwiazda podobna do Słońca zawędrowała zbyt blisko czarnej dziury o masie 3 milionów mas Słońca, podobnej do tej w centrum Galaktyki. Dla porównania, horyzont zdarzeń takiej czarnej dziury jest około 13 razy większy, niż Słońce a dysk akrecyjny utworzony z rozerwanej gwiazdy może rozciągać się na odległość większą, niż 2 jednostki astronomiczne (j.a. to średnia odległość Ziemia - Słońce).

Gdy gwiazda za bardzo zbliży się do czarnej dziury, której masa wynosi 10.000 lub więcej mas Słońca, siły pływowe przewyższają grawitację własną gwiazdy, przekształcając ją w strumień materii. Astronomowie takie zdarzenie nazywają rozerwaniem pływowym. Materia opadająca w kierunku czarnej dziury gromadzi się w postaci wirującego dysku akrecyjnego, gdzie ulega ściśnięciu i podgrzaniu, zanim ostatecznie osiągnie horyzont zdarzeń czarnej dziury, czyli punkt, zza którego nic nie może uciec a astronomowie nie mogą go obserwować. Rozbłyski powstałe wskutek rozerwania pyłowego dostarczają ważnych informacji o tym, w jaki sposób resztki gwiazdy tworzyły dysk akrecyjny.

Astronomowie wiedzą, że promienie rentgenowskie w takich wybuchach pojawia się bardzo blisko czarnej dziury. Jednak zlokalizowanie światła optycznego i UV jest niejasne a nawet budzi zakłopotanie naukowców. W niektórych najlepiej poznanych tego typu zdarzeniach emisja wydaje się być zlokalizowana znacznie dalej, niż pływy czarnej dziury byłyby w stanie rozerwać gwiazdę. Dodatkowo, gaz emitujący promieniowanie wydawał się utrzymywać stałą temperaturę znacznie dłużej, niż tego oczekiwano.

ASASSN-14li odkryto 22 listopada 2014 roku na zdjęciach uzyskanych z przeglądu All Sky Automated Survey for SuperNovae (ASASSN), który obejmuje teleskopy robotyczne znajdujące się na Hawajach i w Chile. Dalsze obserwacje przeprowadzane za pomocą teleskopu rentgenowskiego oraz ultrafioletowego satelity Swift rozpoczęły się osiem dni później i były kontynuowane co kilka dni przez kolejnych dziewięć miesięcy. Naukowcy uzupełnili późniejsze obserwacje o dane optyczne uzyskane z Obserwatorium Las Cumbres, znajdującego się w Goleta, w Kalifornii.

W artykule opublikowanym 15 marca w czasopiśmie The Astrophysical Journal Letters, Dheeraj Pasham, astrofizyk z Massachusetts Institute of Technology (MIT) w Cambridge, Bradley Cenko i ich koledzy pokazują, w jaki sposób wzajemne oddziaływania opadającej materii mogły spowodować obserwowalne promieniowanie optyczne i ultrafioletowe.

Szczątki gwiazdy początkowo opadają w kierunku czarnej dziury, jednak mijają ją i z powrotem wskakują na eliptyczną orbitę, by po pewnym czasie zderzać się z wciąż opadającym na czarną dziurę strumieniem.

Będą potrzebne przyszłe obserwacje tego typu zjawisk, aby wyjaśnić pochodzenie emisji optycznej i ultrafioletowej.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
NASA

Urania - Postępy Astronomii

12 marca 2017

Ostatni duży posiłek naszej czarnej dziury

Dla czarnej dziury w centrum Galaktyki była to długa przerwa między kolacjami. Kosmiczny Teleskop Hubble’a (HST) odkrył, że czarna dziura żywiła się ostatni raz 6 miliardów lat temu, kiedy to pochłonęła duże skupisko opadającego gazu. Po tym posiłku przepełniona czarna dziur wypluła z siebie kolosalne pęcherzyki gazu, których masa ma równowartość milionów słońc. Bąble falują obecnie powyżej i poniżej centrum Drogi Mlecznej.

Ogromne struktury, zwane Bąblami Fermiego, zostały odkryte w 2010 roku przez Fermi Gamma-ray Space Telescope. Jednak ostatnie obserwacje Hubble’a północnego bąbla pozwoliły astronomom ustalić bardziej dokładny ich wiek oraz to, skąd się wzięły.

“Po raz pierwszy prześledziliśmy ruch chłodnego gazu w całym bąblu, co pozwoliło nam stworzyć mapę prędkości gazu oraz obliczyć, kiedy bąble te się tworzą. Odkryliśmy, że jakieś bardzo silne, energetyczne zdarzenie miało miejsce 6-9 milionów lat temu. Mógł to być gaz płynący do czarnej dziury, który wystrzelał strumienie materii tworząc bliźniacze płaty gorącego gazu widzianego podczas obserwacji w promieniach X i gamma. Od tamtej pory czarna dziura otrzymała w zasadzie tylko jedną przekąskę” - powiedział główny naukowiec Rongmon Bordoloi z Massachusetts Institute of Technology w Cambridge.

Nowe badanie jest kontynuacją poprzednich obserwacji Hubble’a, z których wynikało, że wiek pęcherzyków wynosi 2 miliardy lat.

Czarna dziura to gęsty, zwarty obszar przestrzeni z polem grawitacyjnym tak silnym, że ani materia ani światło nie mogą z niego uciec. Supermasywna czarna dziura w centrum Galaktyki ma na małym obszarze skompresowaną masę 4,5 miliona gwiazd podobnych do Słońca.

Materia, która znajdzie się zbyt blisko czarnej dziury zostaje złowiona przez jej potężną grawitację i wiruje wokół zwartej potęgi, aż w końcu opada do niej. Część materii jednak zostaje tak podgrzana, że wymyka się wzdłuż osi obrotu czarnej dziury tworząc wyciek, który rozciąga się powyżej i poniżej płaszczyzny galaktyki.

Wnioski zespołu opierają się na obserwacjach przy użyciu Kosmicznego Spektrografu Pochodzenia (Cosmic Origins Spectrograph - COS) teleskopu Hubble’a, który analizował ultrafioletowe światło z 47 odległych kwazarów.

Światło z kwazarów, które przeszło przez bańki Drogi Mlecznej zawiera informacje na temat prędkości, składu i temperatury gazu wewnątrz rozszerzającego się bąbla.

Z obserwacji COS zmierzono temperaturę gazu w bańce, którą oszacowano na 17.700 stopni. Nawet przy takich temperaturach gaz jest znacznie chłodniejszy, niż większość supergorącego gazu w wycieku, którego temperatura wynosi 18 miliardów stopni, jak na przykład w promieniowaniu gamma. Chłodniejszy gaz widziany przez COS może być gazem międzygwiazdowym z dysku Galaktyki, który został zmieciony i porwany do supergorącego wycieku. COS zidentyfikował również krzem i węgiel jako dwa pierwiastki, które przetoczyły się przez gazowy obłok. Te pospolite pierwiastki znajdują się w większości galaktyk i przedstawiają kopalnię szczątków ewolucji.

Chłodny gaz jest przyspieszany przez bąble do prędkości ponad 3 milionów km/h. Mapując ruch gazu w całej strukturze, astronomowie oceniają, że minimalna masa porywanego chłodnego gazu w obu bąblach odpowiada dwóm milionom Słońc. Brzeg północnego bąbla rozciąga się na 23.000 lat świetlnych ponad Galaktyką.

“Śledziliśmy wypływy z innych galaktyk, ale nigdy nie byliśmy w stanie odwzorować ruchu gazu. Jedynym powodem, dla którego możemy to zrobić obecnie jest fakt, że znajdujemy się wewnątrz Drogi Mlecznej, dzięki czemu możemy nakreślić kinematyczną strukturę odpływu z Galaktyki” - powiedział Bordoloi.

Nowe obserwacje COS zostały oparte na tych z 2015 roku, wykonanych przez ten sam zespół naukowców, w których astronomowie analizowali światło z jednego kwazara przebijające podstawę bąbla.

Dane z Hubble’s otworzyły zupełnie nowe okno na problem Bąbli Fermiego. Wcześniej astronomowie wiedzieli, jak duże one były i ile emitowały promieniowania. Teraz wiedzą także, jak szybko się poruszają, oraz które pierwiastki chemiczne zawierają. Badania HST potwierdzają także niezależną weryfikację bąbli i ich pochodzenia, które były wykryte przez obserwacje rentgenowskie oraz gamma.

Wyniki z Hubble’s ukazały się 10 stycznia 2017 r. w The Astrophysical Journal.

Źródło:
Hubblesite

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...