28 lutego 2018

Wybuchy czarnej dziury mogą przemieniać „mini-Neptuny” w skaliste światy

Zespół astrofizyków i planetologów przewidział, że planety podobne do Neptuna, znajdujące się w pobliżu centrum Drogi Mlecznej, zostały przekształcone w planety skaliste pod wpływem wybuchu wywołanego przez pobliską supermasywną czarną dziurę. 


Odkrycia te łączą symulacje komputerowe z danymi z najnowszych odkryć planet pozasłonecznych oraz obserwacjami gwiazd i czarnych dziur w promieniach X oraz w świetle ultrafioletowym. Może wydawać się dziwne, że czarne dziury mają wpływ na kształtowanie ewolucyjnego przeznaczenia planet, ale może to mieć miejsce w naszej galaktyce.

Howard Chen z Northwestern University w Evanston, który kieruje badaniem, oraz jego współpracownicy z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) w Cambridge badali środowisko najbliższej nam supermasywnej czarnej dziury – potwora o masie czterech milionów mas Słońca, znanej jako Sagittarius A* (Sgr A*).

Jak wiadomo, materia opadająca na czarną dziurę, czasami szaleńczo przez nią pożerana, generuje jasne rozbłyski promieniowania rentgenowskiego oraz ultrafioletowego. Faktycznie, teleskopy, takie jak obserwatorium rentgenowskie Chandra i XMM-Newton, dostrzegły dowody na jasne wybuchy wywołane w przeszłości przez czarną dziurę, do których doszło od 6 milionów lat temu do niewiele ponad 100 lat temu.

Zespół badający to zjawisko zastanawiał się, jaki wpływ te wybuchy w Sag A* mogły mieć na pobliskie planety. Ich praca pokazuje, że czarna dziura mogła radykalnie zmienić życie tych planet.

Autorzy rozważali to wysokoenergetyczne promieniowanie na planety o masach pomiędzy masą Ziemi i Neptuna, które znajdują się w odległości mniejszej niż 70 lat świetlnych od czarnej dziury.

Stwierdzili, że promieniowanie X oraz ultrafioletowe rozbiją dużą ilość gęstej, gazowej atmosfery takich planet w pobliżu czarnej dziury. W niektórych przypadkach pozostawiło by to gołe, skaliste jądro. Takie skaliste planety byłyby cięższe od Ziemi i są tym, co astronomowie nazywają super-Ziemią.

Takie super-Ziemie są najczęstszym rodzajem planet pozasłonecznych, jakie odkrywamy. Praca zespołu pokazuje, że w odpowiednim środowisku mogą się one tworzyć w egzotyczny sposób.

Naukowcy sądzą, że taki wpływ czarnej dziury może być jednym z najczęstszych sposobów tworzenia się skalistych super-Ziem blisko środka Galaktyki.

Chociaż niektóre z tych planet będą znajdować się w ekosferze swoich gwiazd, środowisko, w którym egzystują będzie wyzwaniem dla każdego życia. Eksplozje supernowych i rozbłyski promieniowania gamma będą burzyć te super-Ziemie, które mogą zniszczyć chemię jakiejkolwiek atmosfery pozostałej na tych planetach. Dodatkowo wybuchy supermasywnej czarnej dziury mogą spowodować uderzenie w atmosferę planety.

Planety te zostały także poddane grawitacyjnym zakłóceniom przechodzącej obok gwiazdy, która mogłaby wyrzucić planetę poza zasięg jej gwiazdy, która podtrzymuje jej życie. Do takich spotkań może dochodzić często w pobliżu supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej, ponieważ region ten jest tak bardzo wypełniony gwiazdami. Jak tłoczno jest w centrum Galaktyki? Astronomowie sądzą, że w odległości około 70 lat świetlnych od centrum naszej galaktyki średnia odległość między skalistymi światami wynosi od około 75 do 750 miliardów km. Dla porównania najbliższa gwiazda Układu Słonecznego jest odległa o 40 biliardów km.

Istnieją poważne wyzwania, konieczne do bezpośredniego wykrycia takich planet. Odległość od galaktycznego centrum (26 000 lat świetlnych od Ziemi), zatłoczony region i blokowanie światła przez pył i gaz powodują, że obserwacja takich planet jest trudna.

Wyzwania te jednak mogą zostać spełnione przez kolejną generację niezwykle dużych naziemnych teleskopów. Na przykład poszukiwanie tranzytów w przyszłym obserwatorium, takim jak Ekstremalnie Duży Teleskop (ELT), może wykryć dowody dla takich planet. Inną możliwością jest poszukiwanie gwiazd o niezwykłych wzorcach cząsteczek w ich atmosferze, które migrowały z dala od centrum Galaktyki. 

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

27 lutego 2018

Gwiazdy wokół Drogi Mlecznej: kosmiczni najeźdźcy czy ofiary ewolucji galaktycznej?

Astronomowie badali niewielką populację gwiazd w halo Drogi Mlecznej, wykazując, że ich skład chemiczny ściśle pasuje do dysku galaktycznego. Podobieństwo to dostarcza przekonujących dowodów, że gwiazdy te pochodzą z wnętrza dysku a nie z wyniku połączenia się galaktyk karłowatych. Uważa się, że przyczyną tej gwiezdnej migracji mogą być teoretycznie oscylacje dysku Drogi Mlecznej jako całości, wywołane przez pływowe interakcje Galaktyki z przelatującą masywną galaktyką satelitarną.


Ziemia wraz z Układem Słonecznym znajduje się w ramieniu Galaktyki zwanym Ramieniem Oriona. Miejsce to pozwala nam na dokładniejsze badanie galaktyk takich, jak na przykład nasza Droga Mleczna.

Ponieważ znajdujemy się wewnątrz Galaktyki, stawia nam to pewne wyzwania w jej zrozumieniu, na przykład w określeniu kształtu czy rozmiaru. Kolejnym problemem jest czas: jak interpretować ewolucję galaktyczną, jeżeli nasze życie jest znacznie krótsze, niż mgnienie kosmicznego oka?

Dzisiaj mamy dość jasny obraz rozległych właściwości Drogi Mlecznej i tego, jak ona pasuje do innych galaktyk we Wszechświecie. Astronomowie klasyfikują ją jako dość przeciętną, dużą galaktykę spiralną, w której większość gwiazd krąży w jej centrum w dysku a pył i gwiazdy spoza krąży w galaktycznym halo.

Owe gwiazdy halo wydają się nie być tam przypadkowo rozmieszczone. Wiele z nich jest zgrupowanych w gigantyczne struktury – ogromne strumienie i obłoki gwiazd, niektóre całkowicie okrążają Galaktykę. Struktury te zostały zinterpretowane jako znaki burzliwej przeszłości Drogi Mlecznej – szczątki pochodzące z grawitacyjnego rozerwania wielu mniejszych galaktyk, które w przeszłości miały atakować Galaktykę.

Naukowcy próbowali dowiedzieć się więcej na temat gwałtownej historii Drogi Mlecznej, patrząc na właściwości gwiazd z resztek, które po sobie pozostawiły. Ich pozycje i ruchy mogą nam dostarczyć wskazówek na temat oryginalnej ścieżki „najeźdźcy”, podczas gdy typy gwiazd, które one zawierają i ich skład chemiczny może nam powiedzieć coś o tym, jak mogłaby wyglądać dawno umarła galaktyka.

Międzynarodowy zespół astronomów kierowany przez dr Marię Bergemann z Instytutu Astronomii Maxa Plancka w Heidelbergu znalazł teraz nieodparte dowody na to, że niektóre z tych struktur halo mogą nie być pozostałościami po inwazji galaktyk, lecz raczej pochodzą z samego dysku Drogi Mlecznej.

Naukowcy zbadali 14 gwiazd znajdujących się w dwóch różnych strukturach w halo galaktycznym, w Trójkąt-Andromeda (Tri-And) oraz skupisku gwiazd A-13, które znajdują się po przeciwnych stronach płaszczyzny dysku Galaktyki. Wcześniejsze badania ruchu tych dwóch struktur dyfuzyjnych ujawniły, że są one kinematycznie powiązane i mogą być związane z Pierścieniem Jednorożca, struktury wokół Drogi Mlecznej. Jednak natura i pochodzenie obu struktur nie została jednoznacznie wyjaśniona. Pozycje, w jakich znajdują się te dwa skupiska gwiazd można określić na około 5 kiloparseków (14 000 lat świetlnych) powyżej i poniżej płaszczyzny Galaktyki.

Bergemann i jej zespół po raz pierwszy przedstawili szczegółowe wzory obfitości chemicznej tych gwiazd, uzyskane za pomocą wysokiej rozdzielczości widm wykonanych za pomocą teleskopów Keck i VLT, dzięki czemu mogą je połączyć z macierzystymi populacjami gwiazd.

Porównując skład chemiczny tych gwiazd ze znalezionymi w innych kosmicznych strukturach, naukowcy byli zaskoczeni, że są niemal identyczne, zarówno w obrębie tych grup, jak i między nimi, i ściśle pasują do wzorców obfitości gwiazd dysku Drogi Mlecznej. Dostarcza to przekonujących dowodów, że gwiazdy te najprawdopodobniej pochodzą z cienkiego dysku galaktycznego (młodsza część Drogi Mlecznej, skoncentrowana na płaszczyźnie Galaktyki), a raczej z gruzów z inwazyjnych galaktyk.

Ale w jaki sposób gwiazdy osiągnęły tak ekstremalne pozycje powyżej i poniżej płaszczyzny dysku galaktycznego? Teoretyczne obliczenia ewolucji Drogi Mlecznej przewidują, że może tak się stać, a gwiazdy zostaną przeniesione na duże odległości wertykalne z miejsca ich narodzin w płaszczyźnie dysku. Ta “migracja” gwiazd jest teoretycznie wyjaśniona przez oscylacje dysku jako całości. Faworyzowanym wytłumaczeniem tych oscylacji jest pływowa interakcja ciemnej materii w halo Galaktyki oraz jej dysku z przechodzącą masywną galaktyką satelitarną.

Odkrycia te są bardzo ekscytujące, ponieważ wskazują, że dysk Drogi Mlecznej oraz jej dynamika są znacznie bardziej złożone, niż wcześniej sądzono. Kolejnym krokiem astronomów będzie przeanalizowanie widma innych gwiazd, zarówno w obu skupiskach, jak i w innych strukturach znajdujących się dalej od dysku. Są także zainteresowani oszacowaniem mas oraz wieku tych gwiazd, aby ustalić ograniczenia czasowe, kiedy nastąpiła interakcja Drogi Mlecznej z galaktyką karłowatą.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło

25 lutego 2018

Nowa strategia wyszukiwania przyspiesza polowanie na pierwotne czarne dziury

Niektóre z teorii wczesnego Wszechświata przewidują fluktuacje gęstości, które mogłyby wytworzyć małe „pierwotne czarne dziury” a niektóre spośród nich mogą dzisiaj dryfować przez nasze galaktyczne sąsiedztwo, będąc jasnymi źródłami promieniowania gamma.


Naukowcy analizując dane z Kosmicznego Teleskopu Fermiego w poszukiwaniu pierwotnych czarnych dziur napotykają na pustkę, jednak ich negatywne wyniki nadal pozwalają im określić górną granicę liczby tych małych czarnych dziur, które mogą czaić się w pobliżu Ziemi.

Zrozumienie, ile pierwotnych czarnych dziur znajduje się w pobliżu może pomóc astronomom lepiej zrozumieć wczesny Wszechświat. Czarne dziury o małej masie będą emitować promieniowanie gamma wywołane promieniowaniem Hawkinga (przewidywanie teoretyczne pochodzące z pracy fizyka Stephena Hawkinga oraz innych). Hawking wykazał, że efekty kwantowe mogą powodować powstawanie par cząstka-antycząstka w pobliżu horyzontu zdarzeń czarnej dziury, pozwalając jednej z cząstek wpaść do czarnej dziury a drugiej uciec. W rezultacie czarna dziura emituje promieniowanie i traci masę.

Mała czarna dziura, która nie absorbuje wystarczająco dużo z otoczenia, aby zrównoważyć straty promieniowania Hawkinga, będzie stopniowo tracić swoją masę i ostatecznie całkowicie wyparuje. Mniej otrzymuje, jaśniej „płonie”, emitując coraz więcej promieniowania Hawkinga, zanim eksploduje w ostatecznym kataklizmie. Wcześniejsze poszukiwania pierwotnych czarnych dziur za pomocą naziemnych obserwatoriów promieniowania gamma szukały takich krótkich eksplozji, jednak Fermi powinien być w stanie wykryć „fazę spalania” występującą przez kilka lat.

Wszelkie pierwotne czarne dziury, które istnieją do dzisiaj, zaczęłyby stawać się coraz większe i stopniowo tracić masę na przestrzeni miliardów lat. Aby można było wykryć to przy pomocy Fermiego, musiałoby dojść do końcowej fazy spalania podczas około czteroletniego okresu obserwacji. Na przestrzeni kilku lat, od niewykrywalnie ciemnego do bardzo jasnego, będzie świecić jasno przez kilka lat, zanim eksploduje.  

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

23 lutego 2018

Astronom amator uchwycił rzadki moment eksplozji supernowej

Moment, w którym supernowa staje się widoczna na niebie, został uchwycony przez astronoma amatora i pomógł międzynarodowemu zespołowi naukowców zweryfikować teoretyczne przewidywania dotyczące początkowej ewolucji tych gwiezdnych eksplozji.


W jaki sposób budowa eksplodującej gwiazdy wpływa na właściwości supernowych, pozostaje pytaniem otwartym, jednak zrozumienie tego byłoby znaczącym krokiem naprzód w badaniach astrofizycznych. Obecna teoria sugeruje, że fala uderzeniowa eksplozji przedostaje się przez wnętrze gwiazdy, zanim dotrze do powierzchni i wytworzy ostry pik emisji elektromagnetycznej. Uważa się, że siła i czas trwania tego sygnału, określany jako przełamanie szoku, w dużej mierze zależy od zewnętrznej struktury gwiazdy oraz obecności bądź braku otaczającej ją materii. Jednak sprawdzenie tej teorii wymaga obserwacji przed i po momencie, gdy gwiazda staje się supernową.

Melina Bersten, badaczka w Instituto de Astrofísica de La Plata, CONICET - UNLP w Argentynie oraz Visiting Associate Scientist w Instytucie Fizyki i Matematyki Wszechświata w Kavli powiedziała, że szanse na uchwycenie takiego wydarzenia są niewielkie, ponieważ trwa ono zaledwie godzinę.

„Jeżeli sądzimy, że średnio każda galaktyka z grubsza wytwarza jedną supernową na stulecie, które ma prawie 900 tys. godzin, to prawdopodobieństwo szansy na zaobserwowanie właściwej galaktyki w odpowiednim momencie nie jest dużo większe, niż 1 na milion. Jednak rzeczywiste szanse są mniejsze. Trzeba wziąć pod uwagę fakt, że galaktykę możemy obserwować tylko w nocy a niebo musi być czyste” – powiedziała Bersten.

Na szczęście, 20 września 2016 r. astronom amator Víctor Buso z Rosario w Argentynie testował swoją nową kamerę w przydomowym obserwatorium, mając nadzieję na sfotografowanie pierwszej supernowej. Po godzinie robienia zdjęć Buso zauważył pojawienie się nowego maleńkiego obiektu, który z czasem okazał się bardziej oczywistym. Uchwycił moment eksplozji supernowej.

Zespół astronomów kierowany przez Bersten przeanalizował obrazy supernowej, która otrzymała nazwę SN 2016gkg. Szybkie tempo pojaśniania w połączeniu z bardzo niską jasnością nie miało odpowiednika wśród znanych supernowych a zespół wywnioskował, że Buso odkrył SN 2016gkg w momencie szoku wybuchu.

„Kiedy Buso powiedział nam, co zaobserwował i czego był świadkiem, zdaliśmy sobie sprawę, że było to wyjątkowe odkrycie” – powiedziała Bersten.

Ponadto, porównując fotometrię obrazów z ich symulacjami komputerowymi, zespół odkrył gwałtowny początkowo wzrost światła supernowej, który można wytłumaczyć jedynie przez szok.

„Ku naszemu zaskoczeniu, obrazy miały doskonałą jakość, biorąc pod uwagę, że zostały wykonane z centrum dużego miasta” – zauważa dr Gastón Folatelli z IALP, który przeprowadził analizę danych.

Ich wniosek potwierdził fakt, że modele nie wymagały modyfikacji, aby konsekwentnie odtworzyć początkowy wzrost i resztę ewolucji supernowej. Co więcej, SN 2016gkg okazała się dość zwyczajnym zdarzeniem, co sugerowałoby, że obserwowana faza jest wspólna dla wszystkich supernowych, jak to przewidują modele.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

22 lutego 2018

Gwiazda S0-2 nie ma towarzysza i jest gotowa na wielki test OTW Einsteina

Nie odnaleziono słynnego towarzysza jasnej gwiazdy orbitującej wokół supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej.


Do tej pory uważano, że S0-2 może być układem podwójnym, w którym dwie gwiazdy krążą wokół siebie. Istnienie takiego partnera skomplikowałoby zbliżający się test Ogólnej Teorii Względności Einsteina.

W badaniu opublikowanym niedawno w The Astrophysical Journal, zespół astronomów kierowany przez naukowców z UCLA na Hawajach odkrył, że S0-2 nie ma żadnego znaczącego, na tyle masywnego towarzysza, który by przeszkodził w istotnych pomiarach, jakie astronomowie muszą przetestować dla teorii Einsteina.

Naukowcy dokonali tego odkrycia uzyskując pomiary spektroskopowe S0-2 przy użyciu OH-Suppressing Infrared Imaging Spectrograph (OSIRIS) oraz Laser Guide Star Adaptive Optics w Obserwatorium Kecka.

Ogólna Teoria Względności Einsteina przewiduje, że światło pochodzące z silnego pola grawitacyjnego zostaje rozciągnięte czy inaczej „przesunięte ku czerwieni”. Naukowcy spodziewają się dokonać bezpośrednio tego pomiaru wiosną bieżącego roku, gdyż S0-2 zbliży się wtedy do centralnej supermasywnej czarnej dziury w Drodze Mlecznej.

Umożliwi to Galactic Center Group dowiedzenie, że gwiazda będzie ciągnięta z maksymalną siłą grawitacyjną – moment, w którym wszelkie odchylenia od teorii Einsteina powinny być największe.

„Będzie to pierwszy tego rodzaju pomiar. Grawitacja jest najmniej sprawdzoną siłą natury. Teoria Einsteina przeszła już wszystkie inne testy, więc jeżeli będą zmierzone odchylenia, z pewnością wzbudziłoby to wiele pytań na temat natury grawitacji” – powiedział współautor Tuan Do, zastępca dyrektora Galactic Center Group.

„Czekaliśmy na to 16 lat. Zależy nam, aby zobaczyć, jak gwiazda zachowa się pod wpływem gwałtownej siły czarnej dziury. Czy S0-2 zachowa się zgodnie z przewidywaniami teorii Einsteina, czy też gwiazda przeciwstawi się naszym obecnym prawom fizyki? Wkrótce się o tym przekonamy!” – powiedział główny autor Devin Chu z Hilo, absolwent astronomii z Galactic Center Group w UCLA.

Badanie rzuci więcej światła na dziwne narodziny S0-2 oraz jej gwiezdnych sąsiadów w gromadzie gwiazd typu S. Fakt, że gwiazdy te istnieją tak blisko supermasywnej czarnej dziury, jest niezwykły, ponieważ są one tak młode. W jaki sposób mogły powstać w tak nieprzyjaznym środowisku pozostaje na razie tajemnicą.

„Tworzenie się gwiazd w galaktycznym centrum jest trudne, ponieważ brutalna moc sił pływowych pochodzących od czarnej dziury może rozerwać obłoki gazu, zanim te zapadną się i utworzą gwiazdy”, powiedział Do.

„S0-2 to wyjątkowa gwiezdna zagadka. Zazwyczaj nie widzimy młodych, gorących gwiazd, takich jak S0-2, tak blisko supermasywnej czarnej dziury. Oznacza to, że S0-2 musiała powstać w inny sposób” – powiedział Chu.

Istnieje kilka teorii, które dostarczają możliwego wyjaśnienia, przy czym binarność S0-2 jest jednym z nich. „Byliśmy w stanie określić górny limit masy gwiazdy towarzyszącej S0-2” – powiedział Chu.

„Gwiazdy tak masywne jak S0-2 prawie zawsze mają towarzysza. Mamy szczęście, ponieważ brak towarzysza w tym przypadku ułatwia pomiary ogólnych efektów relatywistycznych, ale także pogłębia tajemnicę tej gwiazdy” – mówi Do.

Galactic Center Group planuje teraz badanie innych gwiazd typu S orbitujących wokół supermasywnej czarnej dziury, w nadziei na znalezienie różnic pomiędzy teoriami, które próbują wyjaśnić, dlaczego S0-2 jest gwiazdą pojedynczą.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

21 lutego 2018

Astronomowie ujawniają sekrety najodleglejszej supernowej kiedykolwiek wykrytej

Międzynarodowy zespół astronomów potwierdził odkrycie najodleglejszej dotąd supernowej – ogromnej kosmicznej eksplozji, która miała miejsce 10,5 miliarda lat temu.


Eksplodująca gwiazda, nazwana DES16C2nm, została wykryta przez Dark Energy Survey (DES), międzynarodową współpracę mającą na celu mapowanie kilkuset milionów galaktyk, aby dowiedzieć się więcej o ciemnej energii – tajemniczej sile, która prawdopodobnie powoduje przyspieszoną ekspansję Wszechświata.

Jak wyjaśniono w nowych badaniach opublikowanych w Astrophysical Journal, światło z tego zdarzenia potrzebowało 10,5 miliarda lat, aby dotrzeć do Ziemi. Wiek Wszechświata szacuje się na 13,8 miliarda lat.

Supernowa to eksplozja masywnej gwiazdy pod koniec cyklu jej życia. DES16C2nm jest klasyfikowana jako superświecąca supernowa (ang. superluminous supernova – SLSN, zwana także hipersupernowa), najjaśniejsza i najrzadsza klasa supernowych, pierwszy raz odkryta dzięki temu, że uważano, iż wywołała ją materia opadająca na najgęstszy obiekt we Wszechświecie – szybko rotującą gwiazdę neutronową, nowo powstałą w wyniku eksplozji masywnej gwiazdy.

Współautor badania, Bob Nichol, profesor astrofizyki i dyrektor Instytutu Kosmologii i Grawitacji Uniwersytetu Portsmouth, skomentował: „Nie myślano o takich supernowych, kiedy zaczynaliśmy DES ponad dekadę temu. Takie odkrycia ukazują znaczenie nauki empirycznej; czasami musisz wyjść i spojrzeć w górę, aby ujrzeć coś niesamowitego.”

Główny autor badania, dr Mathew Smith z Uniwersytetu Southampton, powiedział: „To ekscytujące być częścią przeglądu, który odkrył najstarszą znaną supernową. DES16C2nm jest ekstremalnie odległa, niezwykle jasna i niezwykle rzadka – nie jest czymś, na co może się natknąć astronom na co dzień.”

„Światło ultrafioletowe z SLSN mówi nam o ilości metalu wytwarzanego w eksplozji oraz o temperaturze samej eksplozji, które są kluczem do zrozumienia, co wywołuje i napędza te kosmiczne wybuchy.” Teraz astronomowie wiedzą, jak znaleźć te obiekty na jeszcze większych odległościach, więc aktywnie szukają ich w ramach projektu DES.

DES16C2nm została wykryta w sierpniu 2016 roku, a jej odległość oraz ekstremalna jasność zostały potwierdzone w październiku 2016 r. dzięki wykorzystaniu najpotężniejszych na świecie teleskopów – VLT i teleskopu Magellan w Chile oraz Obserwatorium Kecka na Hawajach.

Ponad 400 naukowców z ponad 25 instytucji z całego świata uczestniczy w DES, pięcioletnim projekcie, który rozpoczął się w 2013 roku. Wspólnie zbudowali i wykorzystują ekstremalnie czuły 570-megapikselowy aparat cyfrowy DECAM, zamontowany na 4-metrowym teleskopie Blanco w Cerro Tololo Inter-American Observatory, wysoko w chilijskich Andach, specjalnie do prowadzenia tego projektu.

Przez pięć lat (2013-2018) współpraca DES wykorzystała 525 nocy obserwacyjnych do prowadzenia głębokiego, rozległego badania w celu zapisu informacji z 300 milionów galaktyk odległych miliardy lat świetlnych od Ziemi.

Przegląd przedstawia 5.000 stopni kwadratowych nieba południowego w pięciu filtrach optycznych, aby uzyskać szczegółowe informacje o każdej galaktyce. Część czasu badania jest wykorzystywana do obserwacji mniejszych fragmentów nieba mniej więcej raz w tygodniu, w celu odkrycia i zbadania tysięcy supernowych.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

19 lutego 2018

Naładowany tlen w jonosferze egzoplanety może być wskaźnikiem życia

9 stycznia 1992 r. astronomowie donieśli o ważnym odkryciu: dwóch planet krążących wokół pulsara odległego o 2 300 lat świetlnych od Słońca. Obydwie planety, nazwane potem Poltergeist i Draugr, były pierwszymi potwierdzonymi egzoplanetami – światami spoza Układu Słonecznego, krążącymi wokół odległej gwiazdy. Teraz naukowcy znają 3 728 potwierdzonych egzoplanet w 2 794 układach, a każda z nich przywołuje na myśl pytanie: Czy jest tam ktoś jeszcze?


Przez dziesięciolecia astronomowie poszukiwali odległych planet pozasłonecznych pod kątem istnienia na nich życia, głównie szukając tego najistotniejszego związku chemicznego – wody. Jednak Michael Mendillo, profesor astronomii z Boston University oraz jego koledzy mają inny pomysł. W artykule opublikowanym 12 lutego w Nature Astronomy Mendillo, prof. astronomii Paul Withers i dr astronomii Paul Dalba z BU sugerują, by zamiast tego spojrzeć na jonosferę egzoplanety, cienką warstwę atmosfery, pełną naładowanych cząstek. Gdyby udało się znaleźć jonosferę podobną do ziemskiej, wypełnioną pojedynczymi jonami tlenu, znaleźlibyśmy życie. A przynajmniej życie w takiej postaci, jaką znamy.

„W historii ludzkiej cywilizacji nigdy nie dotarliśmy do punktu, w którym moglibyśmy zobaczyć planety krążące wokół innych gwiazd. Teraz jesteśmy w miejscu, gdzie wymyślamy pomysły na odkrywanie życia poza Ziemią. To prawdziwa intelektualna przygoda” – mówi profesor astronomii John Clarke z Uniwersytetu Bostońskiego oraz dyrektor Center for Space Physics.

Praca zespołu rozpoczęła się, gdy Mendillo i Withers otrzymali grant z National Science Foundation (NSF) na porównanie jonosfer wszystkich planet w Układzie Słonecznym (oprócz Merkurego, który krąży tak blisko Słońca, że jest zupełnie pozbawiony atmosfery). Jednocześnie naukowcy pracowali także nad misją MAVEN, próbując zrozumieć, w jaki sposób cząsteczki tworzące jonosferę Marsa uciekły z niej. Od początku ery kosmicznej naukowcy wiedzieli, że jonosfery planet różnią się znacznie między sobą. Zespół z BU zaczął skupiać się na tym, dlaczego tak było i dlaczego Ziemia tak znacznie różniła się od nich. Podczas, gdy inne planety wypełniają swoje jonosfery mnóstwem skomplikowanych naładowanych cząstek powstających z dwutlenku węgla lub wodoru, w atmosferze Ziemi znajduje się głównie tlen – pojedyncze atomy tlenu o ładunku dodatnim. Dlaczego różni się ona tak bardzo od pozostałych sześciu?

Astronomowie odrzucili wiele możliwości mogących wyjaśnić wysoką obfitość O+ w ziemskiej jonosferze. Została im jedna: zielone rośliny i algi.

„To właśnie dlatego, że mamy ten atomowy tlen, który ma swoje początki w fotosyntezie. W jonosferze mamy atomowe jony tlenu, O+, jako bezpośrednią konsekwencję życia na Ziemi. Dlaczego więc nie sprawdzić, czy jesteśmy w stanie stworzyć kryterium, w którym jonosfera może być wskaźnikiem życia na egzoplanecie, rzeczywistego a nie jedynie prawdopodobnego” – mówi Mendillo.

Większość planet w Układzie Słonecznym posiada tlen w niższych warstwach atmosfery, ale Ziemia ma go o wiele więcej – ok. 21%. W ciągu minionych 3,8 miliardów lat żyjące na niej organizmy pracowicie przekształcały światło, wodę i dwutlenek węgla w cukier i tlen – proces zwany fotosyntezą.

„Gdyby zniszczyć wszystkie rośliny na Ziemi, tlen w naszej atmosferze zniknąłby w ciągu zaledwie tysięcy lat. Dla większości ludzi tlen, którym oddychamy, nie jest zbyt ciekawym związkiem chemicznym. Dla chemików jest jednak dziką i niebezpieczną bestią. Nie usiedzi spokojnie, wchodzi w reakcje chemiczne z prawie każdą inną cząsteczką, którą może znaleźć i działa bardzo szybko” – powiedział Withers, który zauważył, że ten wydychany tlen nie tylko opada na powierzchnię Ziemi.

Na Ziemi nadmiar cząsteczek tlenu unosi się do góry. Kiedy O2 znajdzie się na wysokości ok. 150 km nad powierzchnią Ziemi, światło ultrafioletowe dzieli je na dwa pojedyncze atomy. Pojedyncze atomy tlenu unoszą się wyżej, do jonosfery, gdzie więcej światła ultrafioletowego i promieni rentgenowskich pochodzących od Słońca odrywa elektrony z ich zewnętrznych powłok, pozostawiając naładowane jony tlenu. Obfitość O2 w pobliżu powierzchni Ziemi – tak różna od pozostałych planet – prowadzi do obfitości O+ w górnych warstwach atmosfery.

Jak twierdzi Mendillo, odkrycie to sugeruje, że naukowcy poszukujący życia pozaziemskiego mogliby zawęzić obszar poszukiwań. Paul Dalba, który pracował nad atmosferą egzoplanet w BU z profesorem astronomii Philipem Muirhead, dołączył do zespołu badawczego. „Znajomość przez Dalba układów pozasłonecznych naprawdę pomaga” – mówi Mendillo. Obecnie większość naukowców biorących udział w tym zadaniu skupia się na gwiazdach typu M – najczęściej występujących w Galaktyce – i planetach okrążających je w tzw. strefie zdolnej do zamieszkania, gdzie może istnieć woda w stanie ciekłym.

Ma to sens, ponieważ życie, jakie znamy, potrzebuje wody. Ale naukowcy nie wiedzą dokładnie, ile wody potrzebuje planeta, aby podtrzymać życie. „Czy gdybyśmy mieli tylko Morze Śródziemne, to by nam wystarczyło? Potrzebujemy Pacyfiku ale nie Atlantyku? Jeżeli spojrzysz na jonosferę, nie musisz znać liczby. Wystarczy że wiesz, czy maksymalna gęstość elektronów jest związana z jonami tlenu. Jeżeli tak to masz do czynienia z planetą, na której jest fotosynteza i życie” – wyjaśnia Mendillo.

Mamy tutaj oczywiście do czynienia z założeniem, że „życie” przynajmniej przypomina to ziemskie, które wymaga nie tylko wody i tlenu ale także pewnego zakresu temperatur, prawdopodobnie pola magnetycznego oraz innych czynników. „To dobry punkt wyjścia, ale w głębi umysłu wszyscy wiemy, że może istnieć inny rodzaj życia, o którym nigdy nie myślimy” – mówi Clarke.

Jest jeszcze jeden haczyk, przynajmniej na razie: naukowcy nie mają jeszcze narzędzi do wykrywania jonosfery na jakiejkolwiek egzoplanecie. „Jeżeli rozważymy przyszłe kosmiczne teleskopy, wiele rzeczy dziś nieosiągalnych stanie się możliwe. Myślę, że w ciągu dziesięciu lat będziemy mieć technologię zdolną do wykonania takiego eksperymentu” – mówi Clarke.

Mendillo ma nadzieję, że prace jego zespołu przyczynią się do dalszych badań, rozwoju i eksploracji w tej dziedzinie. „Sam pomysł wykorzystania jonosfery jako sygnatury życia jest kuszącym pomysłem. Nie mamy jeszcze możliwości obserwacyjnych, ale jestem optymistą. To swego rodzaju nowe wyzwanie.”

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

17 lutego 2018

Supermasywne czarne dziury przerastają swoje galaktyki

Wzrost największych czarnych dziur we Wszechświecie jest szybszy, niż tempo powstawania gwiazd w ich galaktykach – wynika z badań wykorzystujących dane z Obserwatorium Chandra oraz z innych teleskopów.


Przez wiele lat astronomowie gromadzili dane na temat powstawania gwiazd w galaktykach i wzrost supermasywnych czarnych dziur. Dane te sugerują, że czarne dziury oraz gwiazdy w galaktykach macierzystych rosną wspólnie w tandemie.

Odkrycia dwóch niezależnych zespołów wskazują, że czarne dziury w masywnych galaktykach rosły znacznie szybciej, niż w tych mniej masywnych.

„Próbujemy zrekonstruować wyścig, który rozpoczął się miliardy lat temu. Wykorzystujemy nadzwyczajne dane z różnych teleskopów aby dowiedzieć się, jak rozwinęła się ta kosmiczna konkurencja” – powiedział Guang Yang z Penn State, który kierował jednym z dwóch badań. 

Wykorzystując duże ilości danych pochodzących z obserwatorium rentgenowskiego Chandra, Kosmicznego Teleskopu Hubble’a oraz innych obserwatoriów, Yang i jego koledzy badali tempo wzrostu czarnych dziur w galaktykach odległych od 4,3 do 12,2 miliarda lat świetlnych od Ziemi. Dane rentgenowskie zawierały przeglądy z Deep Field-South & North Chandra oraz COSMOS-Legacy.

Naukowcy obliczyli stosunek prędkości wzrostu supermasywnej czarnej dziury do tempa powstawania gwiazd w ich galaktykach macierzystych. Powszechnie uważa się, że stosunek ten jest w przybliżeniu stały dla wszystkich galaktyk.

Jednak Yang i współpracownicy stwierdzili, że ten stosunek jest znacznie wyższy dla masywnych galaktyk. Dla tych o masie 100 miliardów mas Słońca stosunek ten jest około dziesięciokrotnie wyższy, niż dla galaktyk z masą ok. 10 miliardów mas Słońca.

Inna grupa naukowców niezależnie znalazła dowody na to, że wzrost najbardziej masywnych czarnych dziur przewyższył wzrost gwiazd w ich macierzystych galaktykach. Mar Mezcua z Instytutu Nauk Kosmicznych w Hiszpanii oraz jej koledzy badali czarne dziury w najjaśniejszych i najbardziej masywnych galaktykach we Wszechświecie. Badali 72 galaktyki znajdujące się w centrum gromady galaktyk w odległościach do około 3,5 miliarda lat świetlnych od Ziemi. W badaniu wykorzystali dane rentgenowskie z Chandra oraz dane radiowe z Australia Telescope Compact Array, Karl G. Jansky Very Large Array i Very Long Baseline Array.

Mezcua i jej koledzy oszacowali masę czarnych dziur w tych gromadach galaktyk, stosując dobrze znane powiązanie pomiędzy masą czarnej dziury i promieniowaniem rentgenowskim oraz emisją radiową związaną z czarną dziurą. Okazało się, że masy czarnych dziur są dziesięciokrotnie większe, niż masy oszacowane inną metodą, przyjmując założenie, że czarne dziury i gwiazdy rosły wspólnie.

Naukowcy odkryli, że prawie połowa czarnych dziur z ich próbek miała masy szacowane na co najmniej 10 miliardów mas Słońca. To stawia je w kategorii wagi ekstremalnej, którą niektórzy astronomowie nazywają „ultramasywnymi” czarnymi dziurami.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

15 lutego 2018

Model supermasywnej czarnej dziury przewiduje charakterystyczne sygnały świetlne

Nowa symulacja supermasywnych czarnych dziur wykorzystuje realistyczny scenariusz do przewidywania sygnałów świetlnych emitowanych w otaczającym je gazie, zanim masy się zderzą – informują naukowcy z Rochester Institute of Technology.


Badanie prowadzone przez RIT stanowi pierwszy krok w kierunku przewidywania mającego nastąpić połączenia się supermasywnych czarnych dziur, do czego naukowcy wykorzystają dwa dostępne obecnie kanały informacyjne – elektromagnetyczne oraz grawitacyjne widma falowe. Wyniki pojawiły się w artykule opublikowanym w Astrophysical Journal Letters.

„Przeprowadziliśmy pierwszą symulację, w której dysk akrecyjny wokół układu podwójnego czarnych dziur zasila poszczególne dyski akrecyjne wokół każdej z nich w ogólnej teorii względności i magnetohydrodynamice” – powiedział Bowen, główny autor i dr hab. Center for Computational Relativity and Gravitation RIT.

W przeciwieństwie do ich mniej masywnych kuzynów, odkrytych po raz pierwszy w 2016 r. , supermasywne czarne dziury są zasilane przez dyski gazowe, które je otaczają. Silne przyciąganie grawitacyjne czarnych dziur ogrzewa i zakłóca przepływ gazu z dysku do czarnej dziury i emituje okresowe sygnały w widzialnych częściach rentgenowskiego widma elektromagnetycznego.

„Jeszcze nie widzieliśmy, aby dwie supermasywne czarne dziury były tak blisko siebie. Dostarcza to wskazówek na temat tego, jak ich połączenie będzie wyglądać w teleskopie. Napełnienie i uzupełnienie mini-dysków wpływa na sygnatury światła” – powiedział Bowen.

Symulacje modelują pary supermasywnych czarnych dziur, gdzie każda z dziur jest otoczona własnym dyskiem gazowym. Znacznie większy dysk gazowy otacza czarne dziury i nieproporcjonalnie zasila jeden mini-dysk nad drugim, doprowadzając do cyklu napełniania i uzupełniania opisanego w pracy.

Układy podwójne supermasywnych czarnych dziur emitują fale grawitacyjne na niższych częstotliwościach, niż czarne dziury o masie gwiazdowej. W 2016 r. naziemny interferometr LIGO z instrumentem dostrojonym do wyższych częstotliwości wykrył pierwsze fale grawitacyjne pochodzące ze zderzenie się czarnych dziur o masach gwiazdowych. Czułość LIGO nie jest w stanie zaobserwować sygnałów fal grawitacyjnych wytwarzanych przez kolizję supermasywnej czarnej dziury.

Uruchomienie kosmicznego interferometru LISA (Laser Interferometer Space Antenna), planowane na lata ‘30, pozwoli wykryć fale grawitacyjne przed zderzeniem się supermasywnych czarnych dziur. Planowane na lata ‘20 uruchomienie naziemnego teleskopu LSST (Large Synoptic Survey Telescope), który jest budowany w Chile, przyniesie najszersze i najgłębsze badanie emisji światła we Wszechświecie. Próbka sygnałów przewidywanych w badaniach RIT może skierować naukowców na orbitującą parę supermasywnych czarnych dziur.

Tego typu symulacje są niezbędne do bezpośredniego przewidywania sygnałów elektromagnetycznych, które będą towarzyszyć falom grawitacyjnym pochodzącym z połączenia się supermasywnych czarnych dziur, zanim do tego dojdzie.

Bowen i jego współpracownicy połączyli symulacje z grupy komputerów Black Hole Lab RIT oraz superkomputera Blue Waters w National Center for Supercomputing Applications Uniwersytetu Illinois w Urbana-Champaign, jednym z największych superkomputerów w USA.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

14 lutego 2018

Rotujący torus gazu i pyłu wokół supermasywnej czarnej dziury

Obserwacje o wysokiej rozdzielczości z użyciem ALMA ukazały obracający się torus gazu i pyłu wokół aktywnej supermasywnej czarnej dziury. Istnienie takich rotujących struktur w kształcie torusa zostało zasugerowane wiele lat temu, ale po raz pierwszy tak jednoznacznie je potwierdzono. To pierwszy krok w zrozumieniu koewolucji supermasywnych czarnych dziur i ich galaktyk macierzystych.


Prawie wszystkie galaktyki mają w swoim wnętrzu monstrualne czarne dziury. Naukowcy od dawna wiedzieli, że im masywniejsza jest galaktyka, tym bardziej masywna jest jej centralna czarna dziura. Wydaje się to sensowne, ale galaktyki są 10 miliardów razy większe, niż centralne czarne dziury. Dla dwóch obiektów o tak bardzo różnych skalach trudne byłoby oddziaływanie na siebie nawzajem. W jaki sposób zatem taka relacja mogła się rozwinąć?

Dążąc do rozwiązania tego problemu, zespół astronomów wykorzystał wysoką rozdzielczość ALMA do obserwacji centrum galaktyki spiralnej M77. Centralny region M77 jest „aktywnym jądrem galaktycznym” (AGN), co oznacza, że materia gwałtownie spada w kierunku centralnej czarnej dziury i emituje intensywne światło. AGN mogą silnie wpływać na otaczające środowisko, dlatego są ważnymi obiektami do rozwiązania tajemnicy koewolucji galaktyk i czarnych dziur.

Zespół obrazował obszar wokół supermasywnej czarnej dziury w M77 i analizował zwartą strukturę gazową o promieniu 20 lat świetlnych. Astronomowie stwierdzili, że struktura ta obraca się wokół czarnej dziury, tak jak tego oczekiwano.

„Aby zinterpretować różne cechy obserwacyjne aktywnych jąder galaktycznych, astronomowie założyli rotującą strukturę pyłu i gazu o kształcie torusa wokół aktywnych supermasywnych czarnych dziur. Nazywa się to zunifikowanym modelem AGN. Jednak pyłowy gazowy pączek jest bardzo malutki. Dzięki wysokiej rozdzielczości ALMA możemy teraz bezpośrednio zobaczyć tę strukturę” – wyjaśnił Masatoshi Imanishi z Narodowego Obserwatorium Astronomicznego w Japonii (NAOJ), główny autor artykułu opublikowanego w Astrophysical Journal Letters.

Wielu astronomów już wcześniej obserwowało M77, ale nigdy nie zaobserwowano tak wyraźnej rotacji torusa gazowo-pyłowego wokół czarnej dziury. Oprócz wysokiej rozdzielczości ALMA, wybór linii emisji molekularnej do obserwacji był kluczem do ukazania struktury. Zespół zaobserwował specyficzną emisję mikrofal z cząsteczek cyjanowodoru (HCN) i jonów formylowych (HCO+). Cząsteczki te emitują mikrofale tylko w gęstym gazie, podczas gdy częściej obserwowany tlenek węgla (CO) emituje mikrofale w różnych warunkach. Uważa się, że torus wokół ANG jest bardzo gęsty, a strategia zespołu była właściwa.

Co ciekawe, dystrybucja gazu wokół supermasywnej czarnej dziury jest znacznie bardziej skomplikowana, niż sugeruje to prosty, zunifikowany model. Torus wydaje się być asymetryczny, a rotacja nie jest zgodna z grawitacją czarnej dziury, ale zawiera również wysoce losowy ruch. Fakty te mogą wskazywać, że AGN miał gwałtowną historię, prawdopodobnie włączając w to połączenie z małą galaktyką. Niemniej jednak identyfikacja rotującego torusa jest ważnym krokiem.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
ALMA Observatory

13 lutego 2018

Nowy model daje spojrzenie w serce Mgławicy Rozeta

Mgławica Rozeta w Galaktyce Drogi Mlecznej, odległa o 5000 lat świetlnych od Ziemi, znana jest ze swojego kształtu przypominającego różę, oraz dziury w swoim centrum. Mgławica to międzygwiezdna chmura pyłu, wodoru, helu i innych zjonizowanych gazów z kilkoma masywnymi gwiazdami znajdującymi się w gromadzie w jej sercu.


Wiatry gwiazdowe oraz promieniowanie jonizujące pochodzące od tych masywnych gwiazd mają wpływ na kształt olbrzymiej chmury molekularnej. Jednak rozmiar i wiek jamy obserwowanej w centrum Mgławicy Rozeta jest zbyt mały w porównaniu z wiekiem jej gwiazd centralnych – coś, co przez dekady zastanawiało astronomów. 

Dzięki symulacjom komputerowym astronomowie z Uniwersytetów Leeds oraz Keele odkryli, że powstała Mgławica jest raczej cienkim obłokiem molekularnym niż kulistym bądź grubym dyskiem, co sugerują niektóre fotografie. Cienki obłok o kształcie dysku skupiający wiatr gwiazdowy od centrum obłoku mógłby odpowiadać względnie niewielkiemu rozmiarowi jamy centralnej.

Główny autor badań, dr Christopher Wareing ze Szkoły Fizyki i Astronomii, powiedział: „Masywne gwiazdy, które tworzą centralną gromadę Mgławicy Rozeta mają kilka milionów lat i są w połowie cyklu życia. Przez długi czas ich wiatry gwiazdowe mogły płynąć i można by oczekiwać, że jama centralna będzie dziesięć razy większa.”

„Symulowaliśmy sprzężenie zwrotne wiatru gwiazdowego i tworzenie się mgławicy w różnych modelach chmury molekularnej, w tym grudkowatej kuli, włóknistego dysku oraz cienkiego dysku, wszystkie utworzone z tego samego początkowego obłoku atomowego o niskiej gęstości.”

„To cienki dysk odtworzył wygląd fizyczny – rozmiar jamy, kształt i wyrównanie pola magnetycznego – Mgławicy, w wieku zgodnym z gwiazdami centralnymi oraz siłami ich wiatrów.”

Dr Wareing dodaje: „Mieliśmy szczęście, że do naszych modeli mogliśmy wykorzystać dane z trwającej misji Gaia, gdyż szereg jasnych gwiazd w Mgławicy Rozeta należy do jej przeglądu. Zastosowanie tych danych do naszych modeli dało nam nowe zrozumienie roli poszczególnych gwiazd w Mgławicy Rozeta. Następnie przyjrzymy się wielu innym podobnym obiektom w Galaktyce i zobaczymy, czy uda nam się ustalić ich kształt.”

Symulacje, opublikowane dzisiaj w Monthly Notices of the Royal Astronomical, były prowadzone z wykorzystaniem centrum Advanced Research Computing w Leeds. Dziewięć symulacji wymagało około pół miliona godzin pracy procesora – odpowiednik 57 lat na standardowym komputerze stacjonarnym.

Martin Callaghan, członek zespołu Advanced Research Computing, powiedział: „Fakt, że wykonanie symulacji Mgławicy Rozeta zajęłoby więcej niż pięć dekad na komputerze stacjonarnym, jest jednym z głównych powodów, dla których dostarczamy do badań potężnych narzędzi w postaci superkomputerów. Narzędzia te umożliwiły przeprowadzenie symulacji Mgławicy Rozeta w ciągu kilku tygodni.”

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

7 lutego 2018

Zmniejszenie się energii pochodzącej od Słońca może nastąpić w połowie bieżącego stulecia

Słońce może emitować mniej promieniowania w połowie bieżącego stulecia, dając Ziemi szansę ocieplenia się trochę wolniej, jednak nie zatrzyma zmian klimatycznych wywołanych przez człowieka.


Ochłodzenie będzie wynikiem tego, co naukowcy nazywają wielkim minimum, okresowym wydarzeniem, podczas którego magnetyzm Słońca maleje, plamy słoneczne powstają rzadziej a do powierzchni planety dociera mniej promieniowania ultrafioletowego. Naukowcy uważają, że zjawisko to występuje w nieregularnych odstępach czasu poprzez przypadkowe fluktuacje związane z polem magnetycznym Słońca.

Naukowcy wykorzystali rekonstrukcje oparte na danych geologicznych i historycznych, aby przypisać zimnemu okresowi w Europie w połowie XVII w. podobne wydarzenie, nazwane „Minimum Maundera". Temperatury we wspomnianym okresie były tak niskie, że regularnie dochodziło do zamarznięcia rzeki Tamizy czy Morza Bałtyckiego, do tego stopnia, że armia szwedzka w 1658 r. mogła zaatakować Danię, maszerując przez morski lodowiec.

Zespół naukowców pod kierownictwem Dan Lubina, fizyka ze Scripps Institution of Oceanography na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego, po raz pierwszy stworzył oszacowanie, jak bardzo Słońce powinno pociemnieć, gdy nastąpi kolejne minimum.

Dobrze jest nam znany 11-letni cykl, w którym promieniowanie ultrafioletowe osiąga szczyt a następnie maleje w wyniku aktywności plam słonecznych. Jak szacuje Lubin, podczas wielkiego minimum promieniowanie UV zmniejsza się o dodatkowe 7% poniżej najniższego punktu tego cyklu.

„Teraz mamy punkt odniesienia, dzięki któremu możemy przeprowadzić lepsze symulacje modeli klimatycznych. Możemy zatem lepiej zrozumieć, w jaki sposób zmiany w promieniowaniu UV wpływają na klimat” – powiedział Lubin.

Lubin i jego współpracownicy, David Tytler i Carl Melis z UC San Diego’s Center for Astrophysics and Space Sciences, ustalili swoje oszacowania intensywności wielkiego minimum, przeglądając dane z prawie 20 lat, zebranych przez misję International Ultraviolet Explorer. Porównali promieniowanie gwiazd, które są podobne do Słońca i zidentyfikowali te, które miały minima.

Zredukowana energia ze Słońca uruchamia sekwencję zdarzeń na Ziemi, rozpoczynając od przerzedzenia stratosferycznej warstwy ozonowej, co powoduje zmianę temperatury stratosfery, która następnie zmienia dynamikę naszej atmosfery. Chłodzenie nie jest jednolite. Podczas, gdy obszary Europy w czasie Minimum Maundera ulegały schłodzeniu, obszary, takie jak Alaska i Południowa Grenlandia ocieplały się.

Lubin i inni naukowcy przewidują duże prawdopodobieństwo zbliżającego się w najbliższej przyszłości wielkiego minimum, ponieważ wzorzec plam słonecznych w ostatnich cyklach przypomina okresy poprzedzające wydarzenia poprzedniego wielkiego minimum.

Jak twierdzi Lubin, pomimo tego, jak bardzo Minimum Maundera mogło wpłynąć na Ziemię ostatnim razem, nadchodzące wydarzenie nie powstrzyma obecnego ocieplania się planety, ale może je nieco spowolnić. Efekt chłodzenia wielkiego minimum to tylko ułamek efektu cieplarnianego wywołanego wzrastającym stężeniem dwutlenku węgla w atmosferze. Inni badacze wykorzystali modele komputerowe do oszacowania, co wydarzenie podobne do Minimum Maundera, gdyby nastąpiło w nadchodzących latach, może oznaczać dla naszego  obecnego klimatu, który tak szybko się ociepla.

W jednym z takich badań przeanalizowano konsekwencje klimatyczne przyszłego Minimum Maundera, zakładając całkowite zmniejszenie natężenia promieniowania słonecznego o 0,25% w ciągu 50 lat w okresie 2020-2050. Badanie wykazało, że po początkowym spadku promieniowania słonecznego w 2020 r., globalnie uśredniona temperatura powierzchniowa powietrza ulegnie ochłodzeniu o kilka dziesiętnych stopnia Celsjusza. Jednak pod koniec symulowanego wielkiego minimum słonecznego, ocieplenie z symulowanym Minimum Maundera prawie zbliży się do symulacji odniesienia. Zatem główny wniosek z badań jest taki, że „przyszłe wielkie słoneczne minimum może spowolnić ale nie powstrzymać globalnego ocieplenia”.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

6 lutego 2018

Astrofizycy odkryli planety znajdujące się poza naszą galaktyką

Zespół astronomów z Uniwersytetu w Oklahomie odkrył po raz pierwszy populację planet poza Drogą Mleczną. Wykorzystując mikrosoczewkowanie – zjawisko astronomiczne, i jedyną znaną metodę zdolną odkryć planety na naprawdę dużych odległościach od Ziemi, spośród innych technik odkrywania – naukowcy OU byli w stanie wykryć obiekty w innych galaktykach, których masy są w zakresie od masy Księżyca do masy Jowisza.


Xinyu Dai, profesor w Instytucie Fizyki i Astronomii im. Homer L. Dodge, Kolegium Sztuk i Nauk w OU, wraz z badaczem OU, Eduardo Guerrasem, dokonał odkrycia korzystając z danych z obserwatorium rentgenowskiego Chandra, teleskopu w kosmosie, nadzorowanego przez Smithsonian Astrophysical Observatory.

„Jesteśmy bardzo podekscytowani tym odkryciem. Jest to pierwszy raz, kiedy ktoś odkrył planety poza Galaktyką. Te małe planety są najlepszymi kandydatami, jakie zaobserwowaliśmy w tym badaniu przy użyciu techniki mikrosoczewkowania. Przeanalizowaliśmy wysoką częstotliwość sygnatur, modelując dane w celu określenia masy” – powiedział Dai.

Podczas, gdy w Drodze Mlecznej planety często są odkrywane za pomocą mikrosoczewkowania, grawitacyjne oddziaływanie nawet małych obiektów może spowodować duże powiększenie prowadzące do sygnatury, którą można modelować i tłumaczyć w innych galaktykach. Przed tym badaniem nie było żadnych dowodów na istnienie planet w innych galaktykach.

„Jest to przykład tego, jak potężne mogą być techniki analizy mikrosoczewkowania pozagalaktycznego. Ta galaktyka znajduje się 3,8 miliarda lat świetlnych stąd i nie ma najmniejszej szansy na bezpośrednią obserwację tych planet, nawet używając najlepszego teleskopu, jaki można sobie wyobrazić w scenariuszu science-fiction. Jednak jesteśmy w stanie je badać, odkrywać ich obecność a nawet mieć wyobrażenie o ich masach” – powiedział Guerras.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

5 lutego 2018

Nieoczekiwane zachowanie się wiatrów gwiazdowych

Teleskop ESA XMM-Newton wykrył zaskakujące zmiany w potężnych strumieniach gazu z dwóch masywnych gwiazd, co sugeruje, że zderzenia wiatrów gwiazdowych nie zachowują się tak, jak tego oczekiwali astronomowie.


Masywne gwiazdy, kilkakrotnie większe niż nasze Słońce, prowadzą burzliwe życie, szybko spalając paliwo w swoich jądrach i wyrzucając ogromne ilości materii do otoczenia w czasie swojego krótkiego, ale błyskotliwego życia.

Takie wiatry gwiazdowe mogą przenosić równowartość masy Ziemi w ciągu miesiąca oraz podróżować z prędkością milionów kilometrów na godzinę. Gdy dwa takie wiatry zderzają się ze sobą, wyzwalają ogromne ilości energii.

Tego typu kosmiczna kolizja podgrzewa gaz do milionów stopni, dzięki czemu świeci on jasno w promieniach rentgenowskich.

Zwykle, zderzające się wiatry niewiele zmieniają. Jednak niektóre masywne gwiazdy zachowują się dramatycznie.

Tak też jest w przypadku HD 5980, pary dwóch ogromnych gwiazd, każda 60 razy masywniejsza od Słońca, krążące zaledwie 100 mln km od siebie – bliżej, niż my od swojej gwiazdy.

w 1994 roku nastąpił poważny rozbłysk, przypominający wybuch, który zamienił Eta Carinae w drugą co do jasności gwiazdę na niebie, na około 18 lat w XIX w.  

Chociaż jest już za późno na badania historyczne wybuchu Eta Carinae, astronomowie obserwowali HD 5980 teleskopem rentgenowskim, aby badać ten gorący gaz.

W 2007 r. Yaël Nazé z University of Liège, Belgia i jej koledzy odkryli zderzenia wiatrów z tych gwiazd, wykorzystując obserwacje wykonane w latach 2000-2005 teleskopami XMM-Newton oraz Chandra. Następnie obejrzeli to ponownie przez XMM-Newton w 2016 r.

„Spodziewaliśmy się, że HD 5980 delikatnie zblednie z biegiem lat, gdy wybuchająca gwiazda powróciła do normy – ale ku naszemu zdziwieniu zrobiło się dokładnie odwrotnie”, mówi Yaël.

Astronomowie odkryli, że para była 2,5 razy jaśniejsza, niż 10 lat wcześniej, a emisja promieniowania rentgenowskiego była jeszcze bardziej energetyczna. Nigdy wcześniej astronomowie nie widzieli czegoś podobnego w zderzeniu wiatrów.

Trudno było wyjaśnić, co się dzieje – mniej wyrzucanej materii, ale więcej emitowanego światła. W końcu znaleźli teoretyczne badanie, które proponuje odpowiedni scenariusz.

Kiedy zderzają się wiatry gwiazdowe, wstrząśnięta materia uwalnia mnóstwo promieni X. Jeżeli jednak gorąca substancja promieniuje zbyt dużą ilość światła, szybko się ochładza, wstrząs staje się niestabilny, a emisja promieniowania rentgenowskiego przygasa. 

„Ten nieco sprzeczny z intuicją proces jest tym, o czym myśleliśmy, że wydarzyło się w czasie pierwszych obserwacji, ponad 10 lat temu. Ale do roku 2016 szok się rozluźnił, a niestabilności zmniejszyły się, pozwalając ostatecznie na wzrost emisji promieniowania rentgenowskiego” – mówi Yaël.

Są to pierwsze spostrzeżenia, które potwierdzają ten hipotetyczny scenariusz. Koledzy Yaël testują teraz nowy wynik bardziej szczegółowo za pomocą modeli komputerowych.

„Unikalne odkrycia, takie jak te pokazują, w jaki sposób XMM-Newton dostarcza astronomom nowego materiału, żeby lepiej zrozumieć procesy energetyczne zachodzące we Wszechświecie” – mówi Norbert Schartel, naukowiec projektu XMM-Newton w ESA.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

3 lutego 2018

ALMA obserwuje wypływy z bardzo jasnej galaktyki świecącej w podczerwieni

Astronomowie korzystający z ALMA zaobserwowali po raz pierwszy wypływ pojawiający się w jednym z jąder Arp 220. Jest to najbliższa Ziemi, bardzo jasno świecąca w podczerwieni galaktyka, powstała w wyniku zderzenia dwóch galaktyk, które są obecnie w procesie łączenia. Chociaż obiekt ten był przedmiotem obszernych badań, jego zwartość i zaciemnienie stanowiły do tej pory dla astronomów wyzwanie. ALMA zaobserwował wypływ z jednego z jąder w trzech wymiarach (prędkość oraz dwuwymiarowa informacja przestrzenna). Wyniki tych badań pojawiły się w Astrophysical Journal Letters.


Obecność wypływu w Apr 220 została wcześniej wykryta. Jednakże po raz pierwszy ją zaobserwowano oraz określono jej kinematykę i cechy morfologiczne. Dzięki temu odkryciu możliwe jest rozpoczęcie badania pozagalaktycznych wypływów w skali 100 parseków, dając możliwość zbadania procesów zwrotnych w głęboko osadzonych jądrach galaktyk.

„Długość fali obserwacyjnej ALMA w połączeniu z wysoką czułością i rozdzielczością pozwoliła nam obserwować wnętrze tego bardzo zwartego i zasłoniętego pyłem jądra galaktyki. Potwierdziliśmy obecność wypływu i uzyskaliśmy szczegółowy obraz jego morfologii i prędkości w tym samym czasie” – wyjaśnia Loreto Barcos-Muñoz, stypendysta NRAO w Obserwatorium ALMA i główny badacz tych badań.

Nowe obserwacje ALMA pokazują dwubiegunowy, szybki, skolimowany wypływ wynurzający się z zachodniego jądra Arp 220. Materia transportowana z rdzenia przez przepływ ma prędkość maksymalną 840 km/s. Według Loreto Barcos-Muñoza jednym z wyjaśnień tego wypływu może być energia z supernowych i przeniesienia pędu, sprzężenia zwrotnego ciśnienia promieniowania i centralnego aktywnego jądra galaktycznego (AGN).

Kolejnym odkryciem, które zaskoczyło zespół astronomów, było to, że odpływ jest jaśniejszy w HCN niż CO, podczas gdy normą dla wykrytych wcześniej pozagalaktycznych wypływów jest przeciwieństwo tegoż. Konieczne są dalsze obserwacje aby określić pochodzenie tego zachowania, jednak odkrycie to kwestionuje obecną wiedzę o pozagalaktycznych właściwościach wypływów gazu.   

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

2 lutego 2018

Supermasywne czarne dziury mogą pożerać gwiazdy w tempie jednej na rok

Naukowcy z CU Boulder odkryli mechanizm wyjaśniający trwałość asymetrycznych gromad gwiazd otaczających supermasywne czarne dziury w niektórych galaktykach i sugerują, że podczas okresów łączeniach się galaktyk, orbitujące gwiazdy mogły zostać wrzucone do czarnej dziury i zniszczone w tempie jednej na rok.


Badania, które niedawno opublikowano w The Astrophysical Journal, sugerują również odpowiedź na astronomiczną tajemnicę dotyczącą zachowania ekscentrycznych orbit gwiazdowych w pobliżu supermasywnych czarnych dziur oraz dlaczego pozornie niestabilna mechanika przetrwała tak długo.

Grawitacja supermasywnej czarnej dziury tworzy otaczającą ją jądrową gromadę gwiazd, której fizyka grawitacyjna powinna być sferycznie symetryczna. Jednak w kilku galaktykach – w tym w pobliskiej Andromedzie – zaobserwowano asymetryczne gromady gwiazd, które przyjmują postać dysku. Przypuszcza się, że ekscentryczne dyski powstają w wyniku niedawnej fuzji dwóch galaktyk bogatych w gaz.

Wewnątrz dysku każda gwiazda podąża po orbicie eliptycznej, która z czasem zaczyna się obracać wokół supermasywnej czarnej dziury. Orbity gwiazd prawie się nakładają i często wchodzą ze sobą w interakcje. Ostatecznie, grawitacyjne zakłócenia orbity jednej z gwiazd spowodują, że znajdzie się ona zbyt blisko czarnej dziury.

Astronomowie szacują, że po połączeniu się galaktyk, supermasywne czarne dziury pochłaniają jedną gwiazdę na rok, czyli 10 000 razy częściej, niż zakładały to wcześniejsze prognozy.

Odkrycie to wzmacnia dowody obserwacyjne pokazujące, że niektóre galaktyki z supermasywnymi czarnymi dziurami w centrum mają wyższy wskaźnik śmiertelności gwiazd, niż inne oraz sugeruje, że ekscentryczne dyski jądrowe mogą być bardziej powszechne, niż początkowo oczekiwano. Dalsze badania mogą pomóc astronomom lepiej zrozumieć łączenie się galaktyk i ewolucję Wszechświata.

„Andromeda prawdopodobnie przekroczyła szczyt tego procesu, po fuzji, do której doszło dawno temu. Ale dzięki danym o wyższej rozdzielczości możemy znaleźć młodsze dyski ekscentryczne w bardziej odległych jądrach galaktycznych” – Ann-Marie Madigan, adiunkt w CU Boulder’s Department of Astrophysical and Planetary Sciences.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

1 lutego 2018

Modelowanie Wszechświata

Symulacja komputerowa Wszechświata dała nowe wskazówki dotyczące tego, w jaki sposób czarne dziury wpływają na rozkład ciemnej materii, jak ciężkie pierwiastki są produkowane i rozprowadzane w kosmosie oraz gdzie powstają pola magnetyczne.


Astrofizycy z MIT, Harvard University, Heidelberg Institute for Theoretical Studies, Max-Planck Institutes for Astrophysics and for Astronomy oraz Center for Computational Astrophysics uzyskali świeże spojrzenie na tworzenie się i ewolucję galaktyk, opracowując i programując nowy model symulacji dla Wszechświata – „Illustris – The Next Generation” czyli IllustrisTNG. 

Mark Vogelsberger, adiunkt fizyki na MIT oraz MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, pracuje nad rozwijaniem, testowaniem oraz analizą nowych symulacji IllustrisTNG. Razem z Federico Marinacci i Paulem Torreyem, Vogelsberger używał IllustrisTNG do badania obserwowalnych sygnatur z wielkoskalowych pól magnetycznych przenikających Wszechświat.

Vogelsberger użył modelu IllustrisTNG, aby pokazać, że niespokojne ruchy gorących gazów napędzają na małą skalę magnetary, które mogą w sposób wykładniczy zmieniać pola magnetyczne w jądrach galaktyk, oraz że model dokładnie prognozuje obserwowaną siłę tych pól magnetycznych.

„Wysoka rozdzielczość IllustrisTNG w połączeniu z wyrafinowanym modelem formowania się galaktyk, pozwoliła nam bardziej szczegółowo zbadać zagadnienia dotyczące pól magnetycznych, niż jakakolwiek poprzednia symulacja kosmologiczna” – mówi Vogelsberger.

Projekt IllustrisTNG jest kontynuacją modelu oryginalnej symulacji Illustris opracowanego przez ten sam zespół badawczy, który został zaktualizowany, aby uwzględnić niektóre procesy fizyczne odgrywające kluczową rolę w tworzeniu i ewolucji galaktyk.

Podobnie, jak w przypadku Illustris, projekt modeluje kawałek Wszechświata o kształcie sześcianu. Tym razem projekt podążał za formowaniem się milionów galaktyk w reprezentatywnym regionie Wszechświata o rozmiarach blisko miliarda lat świetlnych (cztery lata temu było to zaledwie 350 mln lat świetlnych). IllustrisTNG jest największym dotychczas projektem hydrodynamicznej symulacji powstawania struktur kosmicznych – mówi Volker Springel, główny badacz IllustrisTNG i badacz w Heidelberg Institute for Theoretical Studies, Heidelberg University, oraz Max-Planck Institute for Astrophysics.

Kosmiczna sieć gazu i gwiazd, przewidziana przez IllustrisTNG, tworzy galaktyki dość podobne w kształcie i wielkości do tych rzeczywistych. Po raz pierwszy symulacje hydrodynamiczne mogłyby bezpośrednio obliczyć szczegółowy wzór grupowania się galaktyk w przestrzeni. W porównaniu z danymi obserwacyjnymi – w tym najnowsze przeglądy dotyczące dużych galaktyk, takie jak SDSS – IllustrisTNG wykazuje wielki stopień realizmu, mówi Springel.

Ponadto, symulacje przewidują, w jaki sposób kosmiczna sieć zmienia się w czasie, w szczególności w odniesieniu do szkieletu ciemnej materii kosmosu. „Szczególnie fascynujące jest to, że możemy dokładnie przewidzieć wpływ supermasywnych czarnych dziur na rozkład materii na dużą skalę. Jest to kluczowe dla niezawodnej interpretacji przyszłych pomiarów kosmologicznych” – mówi Springel.

W ramach projektu naukowcy opracowali wyjątkowo wydajną wersję swojego kodu AREPO i wykorzystali go na maszynie „Hazel-Hen" w Supercomputing Center w Stuttgarcie, najszybszym niemieckim komputerze typu mainframe.

Aby obliczyć jeden z dwóch głównych przebiegów symulacji, w ciągu ponad dwóch miesięcy wykorzystano ponad 24 000 procesorów.

W innym badaniu, Dylan Nelson z Max-Planck Institute for Astrophysics, był w stanie zademonstrować istotny wpływ czarnych dziur na galaktyki.

Galaktyki gwiazdotwórcze świecą jasno niebieskim światłem swoich młodych gwiazd do czasu, aż nagłe przesunięcie ewolucyjne ugasi powstawanie gwiazd, tak, że galaktyka zostanie zdominowana przez stare, czerwone gwiazdy i dołączy do cmentarzyska starych, wymarłych galaktyk.

„Jedynym, co może ugasić procesy gwiazdotwórcze w dużych galaktykach eliptycznych są supermasywne czarne dziury w ich jądrach. Bardzo szybkie wypływy z tych grawitacyjnych pułapek osiągają prędkości dochodzące do 10% prędkości światła i wpływają na olbrzymie układy gwiezdne, które są miliardy razy większe niż porównywalnie mniejsze czarne dziury” – wyjaśnia Nelson.

IllustrisTNG pozwala również badaczom lepiej zrozumieć hierarchiczną strukturę formowania się galaktyk. Teoretycy twierdzą, że najpierw powinny powstać małe galaktyki, a następnie łączyć się w coraz większe obiekty, napędzane przez nieustające przyciąganie grawitacyjne. Liczne zderzenia galaktyk dosłownie rozrywają niektóre z nich i rozpraszają ich gwiazdy na szerokich orbitach wokół nowo powstałych dużych galaktyk, które powinny dać im słabą poświatę tła światła gwiazd.

Owe przewidywane blaknące gwiezdne halo są bardzo trudne do zaobserwowania ze względu na małą jasność powierzchniową, ale IllustrisTNG był w stanie dokładnie symulować to, czego astronomowie powinni szukać.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

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...