29 października 2017

Plamy na nadolbrzymach napędzają spirale wiatru gwiazdowego

Międzynarodowy zespół astronomów prowadzony przez Kanadyjczyków odkrył niedawno, że plamy na powierzchni nadolbrzymów (podobne do plam słonecznych) napędzają ogromne struktury spiralne ich wiatru gwiazdowego. Wyniki badań zostały opublikowane w ostatnim wydaniu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.


Masywne gwiazdy są odpowiedzialne za produkcję ciężkich pierwiastków, które tworzą całe życie na Ziemi. Pod koniec swojego życia gwiazdy te rozrzucają materię w przestrzeń międzygwiazdową w katastrofalnych eksplozjach zwanych supernowymi – bez tych dramatycznych wydarzeń Układ Słoneczny nigdy by nie powstał.

Zeta Puppis to rozwinięta masywna gwiazda czyli nadolbrzym. Jest około sześćdziesiąt razy masywniejsza od Słońca a jej powierzchnia jest siedem razy od niego gorętsza. Masywne gwiazdy są rzadkością i zwykle występują w parach zwanych układami podwójnymi lub w małych grupach zwanych układami wielokrotnymi. Zeta Puppis jest jednak wyjątkowa, ponieważ jest pojedynczą masywną gwiazdą poruszającą się przez przestrzeń samotnie, z prędkością około 60 km/s. “Wyobraź sobie obiekt około sześćdziesiąt razy masywniejszy od Słońca, który porusza się sześćdziesiąt razy szybciej, niż pocisk!” - mówią badacze. Dany Vanbeveren, profesor na Vrije Universiteit Brussel podaje możliwe wyjaśnienie, dlaczego gwiazda porusza się tak szybko: “Jedna z teorii jest taka, że Zeta Puppis w przeszłości należała do układu podwójnego lub wielokrotnego i została wyrzucona w przestrzeń z niewiarygodną prędkością.”

Dzięki sieci nanosatelitów misji kosmicznej BRITE (BRIght Target Explorer, w której uczestniczy także Polska wraz z dwoma nanosatelitami – Lem i Heweliusz) astronomowie monitorowali jasność powierzchni Zeta Puppis przez sześć miesięcy oraz równocześnie monitorowali zachowanie jej wiatru gwiazdowego przy użyciu kilku naziemnych profesjonalnych i amatorskich obserwatoriów.

Tahina Ramiaramanantsoa (doktorantka z Université de Montréal oraz członek Centre de Recherche i Astrophysique du Québec, CRAQ) tłumaczy te wyniki: “Obserwacje pokazały powtarzający się wzór co 1,78 doby, zarówno na powierzchni gwiazdy jak i w jej wietrze. Sygnał okresowy okazuje się odzwierciedlać rotację gwiazdy przez olbrzymie jasne plamy na jej powierzchni, które napędzają na dużą skalę struktury spiralne wiatru, zwane “współrotującymi oddziałującymi regionami” (co-rotating interaction regions) lub CIR.”

“Badając światło emitowane na określonej długości fali przez zjonizowany hel z wiatru słonecznego, wyraźnie widzieliśmy wzór “S” spowodowany przez ramiona CIR wywołane w wietrze przez jasne plamy na powierzchni!” - kontynuuje Tahina. Poza okresem 1,78-dniowym zespół badaczy wykrył także losowe zmiany w okresach czasowych godzin na powierzchni Zeta Puppis silnie skorelowane z zachowaniem małych regionów o większej gęstości w wietrze, zwanych “skupiskami”, które podróżują z gwiazdy na zewnątrz.

Po kilku dekadach zastanawiania się nad potencjalnym związkiem między zmiennością powierzchniową bardzo gorących masywnych gwiazd i ich zmiennym wiatrem, wyniki te są znaczącym przełomem w badaniach masywnych gwiazd, głównie dzięki nanosatelitom BRITE i ogromnemu wkładowi astronomów amatorów. Bardzo ważne jest to, że w dobie wielkich profesjonalnych teleskopów, amatorzy korzystający z niewielkich sprzętów mogą znacząco przysłużyć się prawdziwej nauce. Paul Luckas z International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR) na University of Western Australia jest jednym z sześciu astronomów amatorów, którzy intensywnie obserwowali Zeta Puppis ze swojego domu podczas kampanii obserwacyjnej w ramach "Southern Amateur Spectroscopy initiative".

Fizyczne pochodzenie jasnych plam powierzchniowych i przypadkowe odchylenie jasności odkryte na Zeta Puppis pozostają w tym momencie nieznane i będą przedmiotem przyszłych badań, prawdopodobnie wymagających wielu dalszych obserwacji za pomocą obserwatoriów kosmicznych, dużych naziemnych teleskopów a także małych teleskopów.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
Royal Astronomical Society

Urania - PA

28 października 2017

Hubble odkrywa "chwiejące się" galaktyki

Korzystając z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a astronomowie odkryli, że najjaśniejsze galaktyki w gromadach galaktyk “chwieją się” w stosunku do środka ich masy. Wynik ten jest jednak niezgodny z przewidywaniami zawartymi w aktualnym standardowym modelu ciemnej materii. Dalsze analizy mogą dostarczyć wiedzy na temat natury ciemnej materii, być może nawet wskazując, że działa nowa fizyka.


Ciemna materia stanowi zaledwie 25% całej materii we Wszechświecie. Ponieważ nie można jej obserwować bezpośrednio, staje się ona jedną z największych tajemnic współczesnej astronomii. Niewidzialne halo nieuchwytnej ciemnej materii otaczają zarówno galaktyki jak i gromady galaktyk. Te ostatnie to masywne zgrupowania ponad tysiąca galaktyk zanurzonych w gorącym międzygalaktycznym gazie. Gromady takie mają bardzo gęste jądra, każde zawierające masywną galaktykę, zwaną najjaśniejszą gromadą galaktyk – brightest cluster galaxy (BCG).

Model standardowy ciemnej materii (zimnej ciemnej materii – cold dark matter) przewiduje, że kiedy gromada galaktyk raz powróci do stanu “rozluźnienia” po burzliwym doświadczeniu łączenia się, BCG nie przenosi się z centrum gromady. Utrzymuje się w miejscu dzięki ogromnemu wpływowi grawitacyjnemu ciemnej materii.

Jednakże teraz zespół szwajcarskich, francuskich i brytyjskich astronomów przeanalizował dziesięć gromad galaktyk obserwowanych za pomocą teleskopu Hubble’a i stwierdził, że ich BCG nie są nieruchome w centrach, tak jak się tego spodziewano.

Dane z Hubble’a wykazują, że “chwieją” się one względem środka masy każdej gromady na długo po tym, jak gromada galaktyk powróciła do stanu rozluźnienia po połączeniu. Innymi słowy środek widocznych części każdej gromady galaktyk i środek całkowitej masy gromady – wraz z jego halo ciemnej materii – są przesunięte aż o 40 000 lat świetlnych.

“Odkryliśmy, że BCG ‘chwieją’ się wokół centrum halo, co wskazuje na to, że zamiast gęstego obszaru w centrum gromady galaktyk (jak przewiduje model zimnej ciemnej materii), jest tam znacznie płytsze zgrubienie centralne. To frapujący sygnał dotyczący egzotycznych form ciemnej materii w samym sercu gromad galaktyk” – wyjaśnia David Harvey, astronom z EPFL w Szwajcarii i główny autor artykułu.

"Chwiejące" się BCG można było przeanalizować jedynie wtedy, gdy badane gromady galaktyk były jednocześnie soczewkami grawitacyjnymi. Są tak masywne, że zakrzywiają czasoprzestrzeń wystarczająco, aby zniekształcić światło odległych obiektów znajdujących się poza nimi. Efekt ten, zwany silnym soczewkowaniem grawitacyjnym, może być wykorzystany do stworzenia mapy ciemnej materii powiązanej z gromadą, umożliwiając astronomom dokładne określenie położenia środka masy a następnie zmierzyć przesunięcie od niego BCG.

Jeżeli to “chwianie się” nie jest nieznanym zjawiskiem astrofizycznym a właściwie rezultatem zachowania ciemnej materii, jest to niezgodne ze standardowym modelem ciemnej materii i może być wyjaśnione tylko wtedy, gdy cząstki ciemnej materii wejdą w interakcję ze sobą, co z kolei jest sprzeczne z obecnym zrozumieniem ciemnej materii. Może to wskazywać, że do rozwiązania zagadki ciemnej materii są potrzebne nowe zasady fizyki.

Współautor pracy, Frederic Courbin, także z EPFL stwierdza: Z niecierpliwością czekamy na obszerniejsze przeglądy, takie jak np. Euklides, które zwiększą nasz zestaw danych. Wtedy będziemy mogli ustalić, czy "chwianie" się BCG jest wynikiem nowego zjawiska w astrofizyce czy nowymi zasadami fizyki. Obydwa wyniki byłyby ekscytujące! 

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
Hubble discovers “wobbling galaxies”

Urania - Postępy Astronomii

20 października 2017

Potężne narzędzie do charakteryzowania i klasyfikacji rozbłysków gamma

Nowe narzędzie do charakteryzowania i klasyfikacji błysków gamma (GRBs) pozwoli astronomom na wykorzystanie ich jako wskaźników historii rozszerzania się Wszechświata. Zostało niedawno zaprezentowane przez międzynarodowy zespół naukowców kierowany przez dr Marię Dainotti, która pracuje na Uniwersytecie Jagiellońskim w Krakowie, a oprócz tego jest związana z Istituto Nazionale di Astrofisica we Włoszech.


Praca, która została opublikowana w "Astrophysical Journal", jest statystyczną analizą właściwości nadal tajemniczych błysków gamma, mającą na celu określenie podgrup GRB oraz badanie fizycznego pochodzenia tych układów.

Rozbłyski promieniowania gamma są najpotężniejszymi znanymi zdarzeniami wysokich energii, trwającymi od kilku sekund do kilku godzin. Podczas ich krótkotrwałej fazy emisji promieniowania gamma o bardzo wysokiej energii, emitują taką samą ilość energii, jaką Słońce emituje przez cały okres swojego życia. Dzięki temu są one wykrywane na dalekich odległościach, a ich światło zmierza do nas z okresu, gdy Wszechświat miał zaledwie tysięczną część swojego obecnego rozmiaru. Pomimo obserwacji od dziesięcioleci, wciąż mało wiemy na temat mechanizmów fizycznych, które je wytwarzają. Przy czym proponowanych hipotez nie brakuje, jak np. eksplozje masywnych gwiazd, połączenie się dwóch gwiazd neutronowych, czy spowalnianie obrotu masywnych gwiazd o silnym polu magnetycznym.

Zainteresowanie badaniami nad GRB jest nie tylko ukierunkowane na ich pochodzenie. Ponieważ możemy je wykryć w znacznie wcześniejszych epokach niż supernowe, to jeżeli astronomowie mogliby ustalić ich szczegółowe właściwości fizyczne, a zwłaszcza faktyczną jasność każdego odrębnego obserwowanego błysku gamma, mogłyby one być wykorzystywane do śledzenia historii ekspansji Wszechświata w znacznie bardziej odległych kosmologicznych skalach czasu niż obecnie jest to możliwe.

We wspomnianym artykule naukowcy przeanalizowali mniej energetyczną, ale dłużej trwającą fazę promieniowania rentgenowskiego po rozbłysku gamma. Sugerują, że można na tej podstawie wyróżnić podklasę rozbłysków GRB, w której istnieje zależność pomiędzy długością trwania fazy rentgenowskiego plateau i jasnością, a jasnością samego błysku gamma. Rozrzut jest niewielki w porównaniu do innych klas tych zjawisk, co rodzi nadzieje na wykorzystanie do badań kosmologicznych, w których konieczne jest poznanie precyzyjnej jasności stosowanych znaczników kosmologicznych oraz pewnych innych ich własności.

Istnieją dowody na odmienne fizyczne pochodzenie krótkich rozbłysków gamma. Ma to szczególne znaczenie dla rozwijającej się astronomii fal grawitacyjnych, gdzie można oczekiwać różniących się sygnałów związanych z krótkimi lub długimi rozbłyskami gamma.

W komunikacie wydanym przez włoski instytut INAF można znaleźć obrazowe stwierdzenie, że poszukiwanie tych różnych podgrup rozbłysków gamma przypomina spacerowanie przez nieprzeniknioną dżunglę i słuchanie odgłosów nieznanych zwierząt w oddali - potrafimy w jakiś sposób rozpoznać dłuższe i krótsze odgłosy, ale poza tym pozostają one dla nas nierozróżnialne. Jeżeli jednak komuś uda się ustalić bardziej subtelną klasyfikację opartą na innych szczegółach, zaczniemy zauważać dużo innych własności.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
A 3D step towards sorting out the Gamma-Ray Bursts zoo

Urania-PA

13 października 2017

Rekord pomiaru odległości jasnego obiektu w Drodze Mlecznej

Wykonano bezpośrednie pomiary jasno świecącego obiektu, który znajduje się po przeciwnej stronie Galaktyki. Tym sposobem niemal dwukrotnie zwiększono pomiar odległości do obiektu znajdującego się w Drodze Mlecznej. 


Naukowcy wykorzystali system dziesięciu teleskopów znajdujących się w Nowym Meksyku (VLBA) w celu określenia odległości do jasnego obszaru formowania się gwiazd.

Jesteśmy w stanie obserwować obiekty oddalone od nas o 13,3 miliarda lat świetlnych (1 rok świetlny to odległość, jaką pokonuje światło w ciągu roku), na samych krawędziach obserwowalnego Wszechświata. Dlaczego więc tak trudno jest dokonać pomiaru odległości w Drodze Mlecznej, której rozmiar to “zaledwie” 100 000 lat świetlnych? 

Odpowiedź ma związek z lokalizacją. Układ Słoneczny znajduje się w połowie drogi jednego z masywnych ramion spiralnych Galaktyki, więc jedyny widok, jaki dostajemy z Drogi Mlecznej jest na bok. To tak, jakby próbować sporządzić mapę lasu, w którym stoisz mierząc odległości między drzewami wokół siebie. Poza tym nie można chodzić wokół tego “lasu”, ponieważ Ziemia nie porusza się wystarczająco szybko, by dać Ziemianom inną perspektywę w ludzkiej skali czasowej. Dlatego konstelacje wyglądają tak samo, jak tysiące lat temu.

Gaz, pył i gwiazdy w dysku galaktycznym sprawiają, że widok na dalsze obiekty jest niewyraźny. Jednak dzięki zjawisku paralaksy astronomowie są w stanie dokonywać obserwacji i pomiarów obiektów znajdujących się po drugiej stronie Galaktyki. 

Większość odległości w astronomii jest mierzona na podstawie danych o jasności różnych obiektów. Często naukowcy używają jednej odległości aby skalibrować odległość do innego obiektu, i powtarzają ten proces wielokrotnie. 

Grupa Toma Dame’a, badacza z Centrum Astrofizyki Harvard-Smithsonian w Massachusetts i współautora nowej pracy wykorzystała technikę paralaksy do pomiaru odległości do regionu formowania się gwiazd o nazwie G007.47+00.05, który znajduje się po przeciwnej stronie Drogi Mlecznej. Naukowcy skorzystali z VLBI aby zmierzyć widoczne przesunięcie regionu na niebie, gdy obserwowali go z przeciwległych punktów na orbicie okołosłonecznej. 

Rozmiary kątowe regionu widzianego z obu punktów orbity były takie, jak byłaby widziana piłka do koszykówki umieszczona na powierzchni Księżyca. Odpowiada to odległości większej, niż 66 500 lat świetlnych. Poprzednia rejestracja pomiaru paralaksy wynosiła 36 000 lat świetlnych. 

“Większość gwiazd i gazu w Galaktyce znajduje się w zasięgu tej niedawno zmierzonej odległości od Słońca. Dzięki VLBA mamy teraz możliwość pomiaru wystarczającej odległości, aby dokładnie śledzić ramiona spiralne Galaktyki i poznać ich prawdziwe kształty” - powiedział Alberto Sanna, autor badań i naukowiec z Instytutu Maxa Plancka Astronomii Radiowej. 

G007.47+00.05 jest potężnym źródłem mikrofalowym. Fale te przechodzą przez pył i gaz stosunkowo nieznacznie zredukowane, powiedział Dame. Niesamowita jasność tego regionu wprowadzała naukowców w zadumę, dopóki nie stwierdzili, że cząsteczki w tym obszarze rezonują i wzmacniają światło młodej, masywnej gwiazdy znajdującej się w jego pobliżu. Układ funkcjonuje jak laser mikrofalowy, nazywany maserem. W tym przypadku mamy szczęście przechodzić przez jego wiązkę - mówi Dame.

Pomiar był częścią większego, pięcioletniego projektu o nazwie Bar and Spiral Structure Legacy Survey (BeSSeL), mającego na celu odwzorowanie odległej części Drogi Mlecznej przy użyciu pomiarów paralaksy do źródeł maserowych. Pomiary miały miejsce w ostatnim roku badania. BeSSeL mierzyło łącznie 200 źródeł maserowych. W ciągu najbliższych dziesięciu lat astronomowie powinni uzyskać dość kompletny obraz.

Praca została opublikowana 12 października w dzienniku Science.

Źródło:

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

12 października 2017

Planeta karłowata Haumea posiada pierścienie

Naukowcy znaleźli w Układzie Słonecznym planetę karłowatą, która ma pierścienie. Tym samym obalili mit, że tylko gazowe olbrzymy mogą być nimi obdarzone.


Planeta, o której mowa nosi nazwę Haumea i okrąża Słońce za orbitą Neptuna, ostatniej planety Układu Słonecznego. Podobnie jak Pluton jest planetą karłowatą. 

Haumea została odkryta w 2004 roku. Krąży po orbicie oddalonej od Słońca o około 8 miliardów kilometrów. Rotuje bardzo szybko wokół własnej osi, przez co jej kształt jest spłaszczony (podobny do cygara).  Rok na tej planecie trwa 285 ziemskich lat.

Nazwana na cześć hawajskiej bogini narodzin, należy do garstki znanych planet karłowatych krążących poza orbitą Neptuna, które wraz z gazowymi olbrzymami – Jowiszem, Saturnem, Uranem i Neptunem – mają pierścienie.

“Nasze odkrycie świadczy o tym, że w Układzie Słonecznym jest dużo więcej różnorodności i fantazji, niż byliśmy w stanie to sobie wyobrazić” – mówi Bruno Sicardy z Obserwatorium Paryskiego, współautor badania. Praca została opublikowana 10 października w czasopiśmie Nature.

System pierścieni został już wcześniej odkryty wokół planetoidy z rodziny Centaurów – Chariklo. Centaury, które mają niestabilną orbitę, są uważane za duże komety a nie planety, co oznacza, że jest to pierwsza obserwacja pierścieni wokół planety karłowatej.

Nowe odkrycie nastąpiło w momencie, gdy Sicardy i jego zespół obserwowali przejście Haumea na tle pewnej gwiazdy 21 stycznia bieżącego roku.

W 2004 roku naukowcy korzystając z 12 teleskopów potrafili określić wiele cech fizycznych mało wtedy znanej planety odkrytej w tymże roku. Astronomowie mogą wiele wnioskować na temat wielkości i gęstości planety tylko obserwując spadek jasności gwiazdy, na tle której ona przechodzi.

W przypadku Haumea stwierdzili, że posiada gęsty, podobny jak przy Saturnie, pierścień o szerokości 70 km, składający się z zamrożonych cząsteczek. Planeta ma także dwa księżyce.


Opracowanie:

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...