30 maja 2017

Brązowe karły naśladują gwiezdne rodzeństwo

Dwa poprzednie badania wskazują na to, że brązowe karły, czyli tak zwane "nieudane gwiazdy" są jednak bardziej gwiazdami niż planetami.

Brązowe karły są popularne we Wszechświecie, jednak ze względu na ich słaby blask są trudne do obserwowania i zrozumienia. Dwa ostatnie badania rzuciły nowe światło na proces tworzenia się tych egzotycznych obiektów.

Propozycja istnienia brązowych karłów po raz pierwszy pojawiła się w latach ‘60 ubiegłego stulecia a odkryte zostały w latach ‘90. Brązowe karły to obiekty wypełniające lukę między najmniejszymi gwiazdami i największymi planetami, w których jądrach nigdy nie doszło do procesu zapalenia się wodoru. Ochładzają się z biegiem czasu, powoli pozbywając się ciepła z okresu formowania się, w postaci słabego blasku.

W ciągu minionych dwóch dekad astronomowie przeanalizowali setki tych obiektów, badając właściwości oraz rozważając ich powstawanie. Czy brązowe karły powstawały jako gwiazdy, skupiając się z ogromnych obłoków gazu i pyłu? A może łączą się razem, podobnie, jak ma to miejsce w przypadku planet, wewnątrz dysku wokół innej gwiazdy? W trakcie wielu rozmów prowadzonych przez astronomów na całym świecie skłaniano się ku wersji związanej z powstawaniem jako gwiazdy.

Basmah Riaz (Instytut Fizyki Pozaziemskiej Maxa Plancka, Niemcy) i jego koledzy użyli teleskopu Southern Astrophysical Research (SOAR) do badania młodego brązowego karła, nazwanego Mayrit 1701117, który znajduje się w liczącej 3 miliony lat gromadzie gwiazd sigma Ori (Orion). Obserwacje pokazały, że brązowy karzeł zasila materię, która wyrzuca gaz na odległość 0,7 lat świetlnych od obiektu.

Często obserwowano dźety pochodzące zarówno od młodych gwiazd jak i od brązowych karłów, ale te, których źródłem są brązowe karły były znacznie mniejsze, niż ich gwiezdne odpowiedniki. Mimo to dżet obserwowany z tego karła jest największym dotąd obserwowanym. I podobnie jak dźety pochodzące z masywniejszych gwiazd, ten również zmienia się z upływem czasu i gaśnie, gdy wypływa na zewnątrz, co wskazuje na to, że gaz może być zasilany przez akreującą materię, która opada nieregularnie na brązowego karła.

Młode gwiazd często są otoczone dyskiem gazu i pyłu będącego pozostałością procesu ich formowania się. Część materii opada na samą gwiazdę a z reszty ostatecznie tworzą się planety i inne małe obiekty. Niektóre brązowe karły posiadają takie dyski, ale do tej pory zostały one odkryte tylko wokół znacznie bardziej masywnych brązowych karłów.

W innym badaniu, którego wyniki opublikowano w Astrophysical Journal Letters, przeprowadzonym przez Amelię Bayo (Uniwersytet Valparaíso, Chile), skupiono się na OST44, obiekcie o masie planetarnej, znajdującym się w regionie formowania się gwiazd, w konstelacji Kameleona. To nie jest dokładnie brązowy karzeł. Granice pomiędzy gwiazdą, brązowym karłem i planetą są rozmyte. Masa brązowego karła zawiera się zazwyczaj w granicy od 13 do 75 mas Jowisza. Mogą się one zmieniać w zależności od tego, z czego obiekt jest zbudowany. Mając masę 12 Jowiszów, OST44 leży na granicy planeta-brązowy karzeł.

Bayo wykorzystała anteny ALMA w Chile do badania chłodnego gazu wokół OST44, najmniej masywnego brązowego karła posiadającego dysk. Obiekt ten, liczący zaledwie 2 miliony lat jest – w terminologii astronomicznej – niemowlęciem, i wciąż się rozwija, gdy gaz przepływa do wewnątrz z jego dysku.

Na podstawie danych z ALMA Bayo i jej koledzy mierzyli ilość pyłu wokół OST44 i stwierdzili, że pasuje to do oczekiwań, jakie mieli bazując na obserwacjach dysków otaczających inne gwiazdy i masywne brązowe karły. Wydaje się, że astronomowie uchwycili ten obiekt w akcie tworzenia się jako gwiazda.

Obserwacje te stwarzają nowe wyzwanie: z tego, co wiemy, sposób formowania się gwiazd nie powinien zezwalać na tworzenie się obiektów o masach planetarnych. Jednakże wygląda na to, że właśnie to się stało w tym przypadku.

Aby zrozumieć, w jaki sposób karły mogą wytwarzać duże dżety i karmić się wirującymi dyskami gazu, jak ma to miejsce w przypadku większych gwiazd, astronomowie potrzebują więcej danych. W przyszłości ALMA będzie badać więcej młodych, małomasywnych obiektów.

Źródło:
Sky and Telescope

Urania - Postępy Astronomii

13 maja 2017

Astronomowie poszukują zbuntowanej supermasywnej czarnej dziury

Supermasywne czarne dziury są na ogół obiektami stacjonarnymi, znajdującymi się w centrach większości galaktyk. Jednakże, wykorzystując dane z obserwatorium promieni X Chandra oraz innych teleskopów, astronomowie "dopadli" coś, co może być poruszającą się supermasywną czarną dziurą.

Ta przypuszczalnie poruszająca się czarna dziura o masie 160 milionów mas Słońca znajduje się w galaktyce eliptycznej oddalonej o 3,9 miliarda lat świetlnych od Ziemi. Astronomowie są zainteresowani nią, ponieważ może ona dużo powiedzieć na temat tych zagadkowych obiektów.

Ta czarna dziura mogła zostać wprawiona w ruch podczas, gdy dwie małe supermasywne czarne dziury zderzyły się i połączyły w jeden większy obiekt. Jednocześnie kolizja ta stworzyłaby fale grawitacyjne emitujące silniej w jednym kierunku niż pozostałe. Ta nowo utworzona czarna dziura mogłaby zostać wyrzucona w przeciwnym kierunku do tych mocniejszych fal grawitacyjnych. Ten wyrzut mógłby wypchnąć czarną dziurę z centrum galaktyki, jak zostało to pokazane na ilustracji.

Siła wyrzutu zależy od tempa i kierunku wirowania dwóch mniejszych czarnych dziur, zanim dojdzie do ich połączenia. Dlatego informacje o tych ważnych ale nieuchwytnych właściwościach można uzyskać badając prędkość poruszania się czarnych dziur.

Astronomowie znaleźli tę kandydatkę na poruszającą się czarną dziurę przeglądając dane tysiąca galaktyk obserwowanych w promieniach optycznych i rentgenowskich. Po pierwsze wykorzystali obserwacje z obserwatorium Chandra aby wybrać galaktyki, które zawierają jasne źródło promieniowania X i były obserwowane w ramach programu Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Jasna emisja promieniowania rentgenowskiego jest wspólną cechą supermasywnych czarnych dziur, które rosną szybko.

Następnie astronomowie sprawdzili, czy obserwacje Kosmicznego Teleskopu Hubble’a tych jasnych w promieniach X galaktyk pokazały dwa piki blisko ich środka w obrazie optycznym. Piki te mogą wskazywać, że istnieje para supermasywnych czarnych dziur albo że czarna dziura odsunęła się od gromady gwiazd znajdującej się w centrum galaktyki.

Po tych wszystkich badaniach odkryto dobrego kandydata na poruszającą się czarną dziurę. Obraz w lewym kwadracie pochodzi z danych z Hubble’a, który ukazuje dwa jasne punkty w pobliżu środka galaktyki. Jeden z nich znajduje się w centrum galaktyki, drugi w odległości 3000 lat świetlnych od centrum. Drugi obraz ukazuje właściwości rozwijającej się supermasywnej czarnej dziury oraz to, że jej położenie jest zgodne z położeniem jasnego źródła promieniowania rentgenowskiego wykrytego przez obserwatorium Chandra. Korzystając z danych z SDSS oraz teleskopu Keck na Hawajach zespół stwierdził, że rozwijająca się czarna dziura znajduje się w pobliżu ale jest wyraźnie odsunięta od centrum galaktyki i ma różną prędkość niż sama galaktyka. Właściwości te sugerują, że może ona być poruszającą się supermasywną czarną dziurą.

Galaktyka macierzysta ewentualnej poruszającej się supermasywnej czarnej dziury wykazuje również pewne oznaki zakłóceń w jej zewnętrznych obszarach co świadczy o tym, że w stosunkowo niedalekiej przeszłości nastąpiło połączenie się dwóch galaktyk. Ponieważ wydaje się, że supermasywne czarne dziury połączyły się podczas łączenia się galaktyk, informacje te popierają ideę poruszającej się czarnej dziury w układzie.

Co więcej, gwiazdy w tej galaktyce tworzą się bardzo szybko, z kilkaset razy większą masą rocznie, niż masa Słońca. Jest to zgodne z symulacjami komputerowymi, które przewidują, że prędkość formowania się gwiazd może być zwiększona przez łączenie się galaktyk, szczególnie tych, które zawierają poruszające się czarne dziury.

Innym możliwym wyjaśnieniem tych danych jest to, że dwie supermasywne czarne dziury znajdują się w centrum galaktyki ale jedna z nich nie wytwarza wykrywalnego promieniowania, ponieważ rośnie zbyt wolno. Naukowcy faworyzują wyjaśnienie poruszającej się czarnej dziury ale potrzebują więcej danych, aby je ugruntować.

Źródło:
Obserwatorium Chandra

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Urania - Postęy Astronomii

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...