26 kwietnia 2018

Astronomowie świadkami łączenia się galaktyk

Zaglądając w głąb kosmosu, do czasu, gdy Wszechświat miał zaledwie 10% obecnego wieku, astronomowie natknęli się na skupisko 14 galaktyk, które są bliskie zderzeniu się i połączeniu w jedną ogromną gromadę galaktyk.


Ta ściśle związana galaktyczna protogromada znajduje się około 12,4 miliarda lat świetlnych stąd, co oznacza, że jej światło zaczęło do nas wędrować, gdy Wszechświat miał zaledwie 1,4 mld lat, czyli ok. 1/10 obecnego wieku. Jej poszczególne galaktyki tworzą gwiazdy nawet 1 000 razy szybciej od naszej rodzimej Galaktyki i są stłoczone wewnątrz obszaru przestrzeni kosmicznej jedynie trzykrotnie większym od Drogi Mlecznej.

Uchwycenie masywnej gromady galaktyk w procesie formacji jest spektakularne samo w sobie. Jednak fakt, że ma to miejsce na tak wczesnym etapie istnienia Wszechświata stanowi ogromne wyzwanie dla naukowców do zrozumienia sposobu, w jaki podobne struktury formują się we Wszechświecie.

Podczas kilku pierwszych milionów lat historii kosmosu, normalna materia i ciemna materia zaczęły się gromadzić w coraz większe skupiska, ostatecznie dając początek gromadom galaktyk – największym obiektom w znanym Wszechświecie. Z masami porównywalnymi milionom miliardów Słońc, mogą zawierać aż tysiąc galaktyk, ogromne ilości ciemnej materii, olbrzymie czarne dziury i emitujący promieniowanie rentgenowskie gaz, który osiąga temperaturę ponad miliona stopni.

Obecna teoria i modele komputerowe sugerują jednak, że protogromady tak masywne, jak obserwowane przez ALMA, powinny ewoluować znacznie dłużej.

Sposób, w jaki skupisko galaktyk stało się tak duże w tak krótkim czasie na razie jest trochę tajemniczy, gdyż nie budowało się stopniowo przez miliardy lat, jak mogliby tego oczekiwać astronomowie. Odkrycie to stanowi okazję do zbadania, w jaki sposób gromady galaktyk i ich masywne galaktyki zebrały się w tak ekstremalnych środowiskach.

Ta szczególna galaktyczna protogromada, oznaczona jako SPT2349-56, po raz pierwszy została zaobserwowana jako słabe plamki światła na falach milimetrowych w 2010 roku przy użyciu National Science Foundation’s South Pole Telescope. Obserwacje kontrolne za pomocą teleskopu APEX pomogły stwierdzić, że w rzeczywistości jest to bardzo odległe źródło galaktyczne i godne jest obserwacji z wykorzystaniem ALMA. Wysoka czułość i rozdzielczość ALMA pozwoliły astronomom rozróżnić aż 14 pojedynczych obiektów na zaskakująco małym obszarze przestrzeni, potwierdzając, że obiekt był archetypowym przykładem protogromady w bardzo wczesnym stadium rozwoju.

Ogromna odległość do tej gromady oraz wyraźnie określone składniki oferują astronomom niebywałą okazję do zbadania niektórych z pierwszych etapów powstawania gromady mniej niż 1,5 mld lat po Wielkim Wybuchu. Wykorzystując dane ALMA jako warunki wyjściowe dla zaawansowanych symulacji komputerowych, naukowcy byli w stanie wskazać, że obecny zbiór galaktyk prawdopodobnie wzrośnie i rozwinie się na przestrzeni miliardów lat.

ALMA dała astronomom po raz pierwszy jasny punkt wyjścia do przewidywania ewolucji gromad galaktyk. Z biegiem czasu te 14 galaktyk, które oni obserwują, przestanie tworzyć gwiazdy, zaczną się zderzać ze sobą, tworząc jedną gigantyczną galaktykę. 

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

24 kwietnia 2018

Z wiekiem galaktyki stają się większe i bardziej spuchnięte

Nowe badania międzynarodowego zespołu naukowców wykazały, że galaktyki z wiekiem stają się większe i bardziej spuchnięte.


Jeden ze współbadaczy, profesor Matthew Colless z Australian National University, powiedział, że gwiazdy w młodej galaktyce poruszają się w sposób uporządkowany wokół dysku galaktycznego. Wszystkie galaktyki wyglądają jak zgniecione kule, ale z wiekiem stają się bardziej spuchnięte, a gwiazdy w nich zawarte krążą we wszystkich kierunkach. 

Nasza Droga Mleczna ma więcej, niż 13 miliardów lat, więc nie jest już młoda, jednak wciąż posiada zgrubienie centralne zbudowane ze starych gwiazd oraz ramiona spiralne złożone z gwiazd młodych.

Aby zbadać kształt galaktyki, zespół zmierzył ruch gwiazd za pomocą instrumentu o nazwie SAMI umieszczonego na Anglo-Australian Telescope w Siding Spring Observatory i zbadał 843 galaktyki wszystkich typów.

Główny autor badania, dr Jesse van de Sande z University of Sydney i ASTRO 3D, powiedział, że nie było oczywiste, że galaktyki oraz ich wiek muszą być ze sobą powiązane, więc połączenie było zaskakujące i mogło wskazywać na większą zależność.

Wraz z wiekiem w galaktykach zachodzą wewnętrzne zmiany, co sprawia, że mogą one kolidować z innymi galaktykami. Zdarzenia te zakłócają ruchy gwiazd.

Astronomowie zmierzyli wiek galaktyki na podstawie jej barwy. Młode, niebieskie gwiazdy starzeją się i zmieniają się w czerwone.

Gdy astronomowie wyliczyli, jak były uporządkowane galaktyki w stosunku do tego, jak były zgniecione, ukazał się związek z ich wiekiem. Galaktyki, które mają ten sam kształt zgniecionej kuli, mają także gwiazdy w tym samym wieku.

Dr van de Sande powiedział, że naukowcy od dawna wiedzą, że kształt i wiek były powiązane w bardzo ekstremalnych galaktykach, które są bardzo płaskie i bardzo okrągłe.

Dr Julia Bryant, główny naukowiec z instrumentu SAMI powiedziała, że zespół wciąż szuka prostych, silnych związków, takich jak kształt i wiek, które leżą u podstaw złożoności, jaką naukowcy widzą w galaktykach. Aby zobaczyć te relacje, potrzeba szczegółowych informacji na temat dużej liczby galaktyk.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

22 kwietnia 2018

Czy ciemna materia jest wykonana z pierwotnych czarnych dziur?

Astronomowie badający ruchy galaktyk oraz charakter mikrofalowego kosmicznego promieniowania tła w ubiegłym wieku uświadomili sobie, że większość materii we Wszechświecie była niewidoczna. Około 84% materii w kosmosie to ciemna materia, z której większość znajduje się w galaktycznym halo. Została nazwana ciemną materią, ponieważ nie emituje światła, ale także dlatego, że jest tajemnicza: nie jest złożona z atomów czy innych zwykłych składników, takich jak elektrony i protony.


Tymczasem astronomowie zaobserwowali efekt czarnych dziur, a ostatnio wykryli nawet fale grawitacyjne pochodzące od pary łączących się czarnych dziur. Czarne dziury powstają zwykle w wyniku eksplozji martwej masywnej gwiazdy, procesu, który może trwać setki milionów lat, gdy gwiazda łączy się z otaczającym gazem, ewoluuje i ostatecznie umiera. Uważa się, że niektóre czarne dziury istniały już we wczesnym Wszechświecie, ale prawdopodobnie nie było zbyt wystarczająco czasu w tym okresie na normalny proces ich powstawania. Zaproponowano pewne alternatywne metody, takie jak bezpośredni kolaps pierwotnego gazu lub procesy związane z kosmiczną inflacją, gdzie wiele pierwotnych czarnych dziur mogło powstać.

Astronom z CfA – Qirong Zhu – poprowadził grupę czterech naukowców badających możliwość, że dzisiejsza ciemna materia składa się z pierwotnych czarnych dziur. Jeżeli halo galaktyczne wykonane jest czarnych dziur, powinno mieć inny rozkład gęstości niż halo wykonane z egzotycznych cząstek. Są jeszcze inne różnice – oczekuje się, że halo z czarnych dziur powstało wcześniej w ewolucji galaktyki, niż innego rodzaju halo. Naukowcy sugerują, że patrząc na gwiazdy w halo słabych galaktyk karłowatych można badać te efekty, ponieważ są one małe i słabe, przez co łatwiej można dostrzec niewielkie efekty. Zespół wykonał szereg symulacji komputerowych, aby sprawdzić, czy halo galaktyk karłowatych mogą ukazać obecność pierwotnych czarnych dziur, i odkryli, że mogą: interakcje między gwiazdami i pierwotnymi czarnymi dziurami halo powinny nieznacznie zmienić rozmiary rozkładu gwiazd. Naukowcy sugerują również, że takie czarne dziury musiałyby mieć masy od około dwóch do czternastu mas Słońca, dokładnie w oczekiwanym zakresie dla tych egzotycznych obiektów i porównywalne z wnioskami płynącymi z innych badań. Zespół podkreśla jednak, że wszystkie modele wciąż są nierozstrzygnięte, a natura ciemnej materii pozostaje nieuchwytna.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

21 kwietnia 2018

Ujawniając tajemnice Drogi Mlecznej

Międzynarodowy zespół astronomów skatalogował ponad 70 źródeł wysokoenergetycznych promieni gamma, w tym 16 wcześniej nieodkrytych, podczas badania Drogi Mlecznej przy użyciu teleskopów promieniowania gamma.


Promienie gamma są badane przez astronomów i astrofizyków na całym świecie, ponieważ mogą być wykorzystane do śledzenia pochodzenia promieniowania kosmicznego, nieuchwytnych naładowanych cząstek, które są ważnym składnikiem ewolucji Wszechświata.

Korzystając z teleskopu promieniowania gamma High Energy Stereoscopic System (HESS) w Namibii, astronomowie przez 15 lat badali Drogę Mleczną.

Wyniki opublikowano łącznie w 14 artykułach naukowych w specjalnym wydaniu czasopisma Astronomy and Astrophysics, w tym szczegóły bardzo intrygującego nowego źródła promieniowania gamma. 

Owo szczególne źródło promieniowania gamma zostało znalezione w niezwykłej gromadzie gwiazd, która kryje jedną z najbardziej masywnych i energetycznych młodych gwiazd Drogi Mlecznej, świecącą na niebiesko gwiazdę zmienną o nazwie LBV1806-20. W gromadzie znajduje się również magnetar, ale astronomowie przypuszczają, że źródłem promieniowania jest gwiazda zmienna.

Jeżeli źródłem promieniowania jest ta niebieska gwiazda, będzie to znaczyło, że po raz pierwszy emisja promieniowania gamma została powiązana z tak masywną gwiazdą. Wiele innych źródeł promieniowania gamma było dotąd powiązanych z pulsarami lub pozostałościami po supernowych. Oznaczałoby to nowy rodzaj źródła promieniowania gamma i pierwsze tego rodzaju odkrycie.

Astronomowie całkowicie nie wykluczają związku promieniowania z magnetarem lub innymi gwiazdami gromady. Jednak aby być całkowicie pewnymi, prawdopodobnie będą musieli poczekać na obserwacje ze znacznie czulszego teleskopu promieni gamma nowej generacji – Cherenkov Telescope Array – który jest budowany w Chile.

Inne odkrycia w Drodze Mlecznej obejmują najbardziej ostry obraz źródła gamma – pozostałość po bliskiej supernowej – które umożliwi naukowcom zbadanie tego obiektu dokładniej, niż miało to miejsce do tej pory – oraz trzech nowych „powłok gamma”, które prawdopodobnie są przykładami nowego typu pozostałości po supernowej.

Okazuje się, że około połowa skatalogowanych źródeł pozostaje niezidentyfikowana, co inspiruje astronomów do poszukiwania odpowiedzi przy użyciu różnych teleskopów, działających na pasmach od radiowego po rentgenowskie.   

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

19 kwietnia 2018

Czarna dziura i wiatr gwiazdowy tworzą ogromnego motyla i wyłączają proces powstawania gwiazd w galaktyce

Nowe badania eksplorują galaktykę NGC 6240. Podczas, gdy większość galaktyk posiada w swoim centrum jedną supermasywną czarną dziurę, NGC 6240 ma dwie, które przy okazji okrążają się wzajemnie jednocześnie pozostając blisko zderzenia się.


Badanie ukazuje, w jaki sposób gazy wyrzucane przez te czarne dziury, w połączeniu z gazami wyrzucanymi przez gwiazdy w galaktyce, mogły rozpocząć proces zmniejszania tworzenia się nowych gwiazd w NGC 6240. Naukowcy pokazują także, jak te „wiatry” pomogły stworzyć najbardziej charakterystyczną cechę NGC 6240: ogromny obłok gazu o kształcie motyla.

Galaktyki, takie jak NGC 6240, w których występują dwie dobrze odżywione supermasywne czarne dziury klasy aktywnych jąder galaktycznych (ANG), są dość rzadko spotykanymi. Przyciągają jednak wiele uwagi, gdyż dostarczają spojrzenia na ważny etap ewolucji galaktyk, takich jak na przykład Droga Mleczna. Naukowcy uważają, że tego typu galaktyki powstają z połączenia się dwóch galaktyk macierzystych.

Jednak NGC 6240 jest dziwaczna pod innym względem. W przeciwieństwie do Drogi Mlecznej – która tworzy względnie schludny dysk – bąble  i dżety gazu wyrzucane z NGC 5240 rozciągają się na około 30 000 lat świetlnych w przestrzeń kosmiczną i przypominają motyla w locie. Naukowcy podejrzewali, że motyl ten może być bliźniaczymi sercami galaktyki.

Aby zbadać ten pomysł, naukowcy połączyli obserwacje z trzech różnych teleskopów: Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) w Chile oraz Apache Point Observatory w Nowym Meksyku.

W badaniach opublikowanych w Nature, zespół odkrywa, że mgławicy dały początek dwie różne siły. Na przykład północno-wschodni róg motyla jest tworem gazów emitowanych przez gwiazdy w różnych procesach, natomiast północno-zachodni róg jest zdominowany przez pojedynczy stożek gazu, który został wyrzucony przez parę czarnych dziur.

Dane z trzech teleskopów pozwoliły badaczom na określenie położenia oraz prędkości różnych rodzajów gazu w galaktyce. Dzięki temu odkryli dwa wiatry – jeden napędzany supermasywnymi czarnymi dziurami, i drugi, napędzany poprzez formowanie się gwiazd.

Tego rodzaju wypływ może mieć duże następstwa dla samej galaktyki. Gdy dwie galaktyki się łączą, rozpoczynają nagły wybuch nowej generacji gwiazd. Czarna dziura i wiatry gwiazdowe mogą jednak spowolnić ten proces, usuwając gazy, które tworzą świeże gwiazdy.

NGC 6249 jest w wyjątkowej fazie ewolucji. Teraz intensywnie tworzy gwiazdy, więc potrzebuje dodatkowego, silnego uderzenia dwóch wiatrów, aby spowolnić ten proces i przekształcić ją w mniej aktywną galaktykę. 

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

17 kwietnia 2018

Słysząc kosmiczny szum zderzających się czarnych dziur

Co kilka minut para czarnych dziur zderza się ze sobą, wytwarzając słabe, ale równomierne bębnienie fal grawitacyjnych. Dzięki nowej technice, naukowcy będą w stanie je usłyszeć.


Głęboka przestrzeń kosmiczna nie jest tak cicha, jakby nam się wydawało. Co kilka minut para czarnych dziur rozbija się o siebie nawzajem. Kataklizmy te uwalniają zmarszczki w czasoprzestrzeni, znane jako fale grawitacyjne. Obecnie naukowcy opracowali sposób na usłyszenie tych zdarzeń. Fale grawitacyjne powstałe w wyniku łączenia się czarnych dziur powodują charakterystyczny dźwięk w danych zbieranych przez detektory fal grawitacyjnych. Jak się okazało, nowa technika ujawniła obecność tysięcy wcześniej ukrytych czarnych dziur.

Do chwili obecnej naukowcy zarejestrowali sześć potwierdzonych zdarzeń związanych z falami grawitacyjnymi, które zostały ogłoszone przez współpracowników LIGO i Virgo. Jednak według dr. Erica Thrane'a z ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) i Monash University, każdego roku ponad 100 000 zdarzeń emitujących fale grawitacyjne jest zbyt słabych, aby detektory mogły je jednoznacznie wykryć. Fale grawitacyjne z tych zderzeń łączą się, tworząc tło fal grawitacyjnych. Podczas, gdy poszczególne zdarzenia, które się do nich przyczyniają nie mogą być rozstrzygnięte indywidualnie, naukowcy od lat próbują wykryć ten cichy szum fali grawitacyjnej.

Pomiary tła fal grawitacyjnych pomogą naukowcom badać populacje czarnych dziur na dużych odległościach, a kiedyś być może ta technika da możliwość zobaczenia fal grawitacyjnych pochodzących od Wielkiego Wybuchu, które są ukryte za falami grawitacyjnymi z czarnych dziur i gwiazd neutronowych.

Naukowcy opracowali komputerowe symulacje słabych sygnałów czarnych dziur, zbierając masy danych do momentu, aż nie byli przekonani, że – w ramach symulowanych danych – były to słabe, ale jednoznaczne dowody na połączenie się czarnych dziur. Dr Rory Smith z ARC jest optymistą, że metoda ta w zastosowaniu do rzeczywistych danych przyniesie detekcję. Według doktora Smitha, ostatnie ulepszenia w analizie danych pozwolą na wykrycie „tego, czego przez dziesięciolecia ludzie szukali”. Szacuje się, że nowa metoda jest tysiące razy bardziej czuła, co powinno doprowadzić do osiągnięcia długo poszukiwanego celu.

Warto nadmienić, że naukowcy będą mieli dostęp do nowego superkomputera uruchomionego w marcu b.r. w Swinburne University of Technology. Komputer, o nazwie OzSTAR, będzie używany przez naukowców do wyszukiwania fal grawitacyjnych spośród danych z LIGO.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

12 kwietnia 2018

Gęste gromady gwiazd mogą sprzyjać powstawaniu czarnych dziur z wielu połączeń

Gdy bliźniacze detektory LIGO najpierw odebrały słabe drgania w swoich lustrach, sygnał nie tylko zapewnił pierwszą bezpośrednią detekcję fal grawitacyjnych, ale potwierdził także istnienie układów podwójnych gwiazdowych czarnych dziur, z których ów sygnał dociera.


Gwiezdne układy podwójne czarnych dziur powstają, gdy dwie czarne dziury, utworzone z resztek masywnych gwiazd, zaczynają krążyć wokół siebie. W końcu czarne dziury łączą się ze sobą, zderzając, w wyniku czego zgodnie z teorią względności Einsteina powinny zostać uwolnione ogromne ilości energii w postaci fal grawitacyjnych.

Obecnie, międzynarodowy zespół, kierowany przez astrofizyka z MIT, Carla Rodrigueza, sugeruje, że czarne dziury mogą się łączyć i scalać wielokrotnie, tworząc czarne dziury masywniejsze niż te, jakie tworzą pojedyncze gwiazdy. Takie „połączenia drugiej generacji” powinny pochodzić z gromad kulistych – małych obszarów przestrzeni, zwykle na obrzeżach galaktyk, które są wypełnione setkami tysięcy czy nawet milionami gwiazd.

Zespół uważa, że gromady kuliste powstały z setek do tysięcy czarnych dziur, które gwałtownie opadały do centrum. Tego rodzaju gromady są fabrykami podwójnych czarnych dziur, gdzie wiele z nich znajduje się w małych regionach przestrzeni, w których dwie czarne dziury mogą połączyć się tworząc masywniejszą czarną dziurę. Wtedy ta nowa czarna dziura może znaleźć towarzysza i ponownie się połączyć.

Jeżeli LIGO wykryje układ podwójny, w którym jednym składnikiem jest czarna dziura o masie większej, niż ok. 50 mas Słońca, to zgodnie z wynikami grupy badaczy istnieje duża szansa, że obiekt nie powstał z pojedynczych gwiazd, ale z gęstej gromady gwiazd.

W ciągu ostatnich kilku lat Rodriguez badał zachowanie czarnych dziur w gromadach kulistych oraz to, czy ich interakcje różnią się od czarnych dziur zajmujących mniej zaludnione regiony w kosmosie.

Gromady kuliste można znaleźć w większości galaktyk, a ich liczba zależna jest od rozmiaru galaktyki. Na przykład ogromne, eliptyczne galaktyki posiadają dziesiątki tysięcy tych gwiezdnych skupisk, podczas gdy Droga Mleczna ma około 200, a najbliższa gromada znajduje się w odległości około 7 000 lat świetlnych od Ziemi.

W swoim nowym artykule Rodriguez i jego współpracownicy donoszą o użyciu superkomputera o nazwie Quest, w Northwestern University aby zasymulować złożone, dynamiczne interakcje w 24 gromadach gwiazd o rozmiarach od 200 000 do 2 milionów gwiazd i pokrywających wiele różnych gęstości oraz składów metalicznych. Symulacje modelują ewolucje pojedynczych gwiazd w obrębie tych gromad na przestrzeni ponad 12 miliardów lat, podążając za ich interakcjami z innymi gwiazdami i, ostatecznie, za formowaniem się i ewolucją czarnych dziur. Symulacje modelują również trajektorie czarnych dziur kiedy te się uformowały.

Podczas prowadzenia symulacji naukowcy dodali kluczowy składnik, którego brakowało we wcześniejszych próbach symulujących gromady kuliste. 

Teoria względności Newtona zakłada, że gdyby czarne dziury były początkowo niezwiązane, żadna z nich nie wpłynęłaby na inną, zwyczajnie przechodziły by obok siebie, bez żadnych zmian. Rozumowanie to wynika z faktu, że Newton nie zakładał istnienia fal grawitacyjnych, które potem Einstein przewidział jako pochodzące od masywnych orbitujących obiektów, takich jak np. czarne dziury w bliskim sąsiedztwie.

Zespół postanowił dodać efekty relatywistyczne Einsteina do symulacji gromad galaktyk. Po ich przeprowadzeniu zaobserwowali, że czarne dziury łączą się ze sobą, tworząc nowe wewnątrz samych gromad gwiazd. Bez efektów relatywistycznych, grawitacja Newtona przewiduje, że większość podwójnych czarnych dziur zostanie wyrzucona z gromady przez inne czarne dziury, zanim te się połączą. Jednak biorąc pod uwagę efekty relatywistyczne, Rodriguez i jego koledzy odkryli, że prawie połowa podwójnych czarnych dziur łączy się wewnątrz swoich gromad gwiazd, tworząc nową generację czarnych dziur, bardziej masywnych niż te powstałe z gwiazd. To, co dzieje się z nowymi czarnymi dziurami wewnątrz gromady jest uzależnione od ich spinu.

Wydaje się jednak, że założenie to jest sprzeczne z pomiarami LIGO, który do tej pory wykrywał tylko podwójne czarne dziury ze słabymi spinami. Aby zbadać implikację tego, Rodriguez dobrał spiny czarnych dziur w swoich symulacjach i odkrył, że w tym scenariuszu prawie 20% podwójnych czarnych dziur w gromadach miało co najmniej jedną czarną dziurę, która powstała z poprzedniego połączenia. Ponieważ powstały one z innych czarnych dziur, niektóre z nowo powstałych mogą mieć od 50 do 130 mas Słońca. 

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źrodło:

7 kwietnia 2018

Polowanie na ciemną materię w najmniejszej galaktyce we Wszechświecie

Astronomowie stworzyli nową metodę pomiaru ilości ciemnej materii w maleńkiej galaktyce karłowatej.


Ciemna materia stanowi większość masy Wszechświata, jednak wciąż pozostaje ona nieuchwytna. W zależności od właściwości może być gęsto skupiona w centrach galaktyk lub bardziej płynnie rozmieszczona na większych skalach. Porównując rozkład materii w galaktykach w szczegółowych modelach, naukowcy mogą testować lub wykluczać różne kandydatury na ciemną materię.

Największe ograniczenia dotyczące ciemnej materii pochodzą od najmniejszych galaktyk we Wszechświecie, galaktyk karłowatych. Najmniejsze z nich składają się z zaledwie kilku tysięcy czy dziesiątek tysięcy gwiazd, tak zwanych „ultra słabych” karłów. Takie maleńkie galaktyki, krążące blisko Drogi Mlecznej, składają się prawie wyłącznie z ciemnej materii. Gdyby rozmieszczenie ciemnej materii w tych maleńkich galaktykach mogło zostać wyznaczone, dostarczyłoby to nowych, ekscytujących informacji na temat jej natury. Ponieważ są całkowicie pozbawione gazu i zawierają bardzo niewiele gwiazd, do niedawna nie było realnych metody dokonywania takich pomiarów.

W badaniu opublikowanym przez Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), zespół naukowców opracował nową metodę obliczania gęstości ciemnej materii w galaktykach karłowatych, nawet jeżeli nie zawierają one gazu i mają bardzo niewiele gwiazd. Kluczem do tej metody jest wykorzystanie jednej lub kilku gęstych gromad gwiazd krążących blisko środka takiej galaktyki.

Gromady gwiazd są grawitacyjnie związanymi skupiskami gwiazd orbitujących wewnątrz galaktyk. W przeciwieństwie do galaktyk, gromady gwiazd są tak gęste, że ich składniki grawitacyjnie się rozpraszają, co powoduje ich powolną ekspansję. Zespół naukowców dokonał kluczowego odkrycia, gdy astronomowie zdali sobie sprawę, że tempo rozszerzania zależy od rozkładu ciemnej materii w galaktyce macierzystej. Badacze wykorzystali duży zbiór symulacji komputerowych, aby pokazać, w jaki sposób struktura gromady gwiazd jest wrażliwa na to, czy ciemna materia jest gęsto upakowana w centrum galaktyki, czy bardziej płynnie rozmieszczona. Następnie zespół zastosował swoją metodę do niedawno odkrytej ultra słabej galaktyki karłowatej, Erydan II, znajdując o wiele mniej ciemnej materii, niż przewidywało by to wiele modeli. 

Prof. Justin Read, współautorka badania mówi: „Trudno nam zrozumieć wyniki dotyczące Erydan II jeżeli ciemna materia zawiera słabo oddziałującą „zimną” cząsteczkę – obecnie preferowany model ciemnej materii. Jedna z możliwości jest taka, że ciemna materia w samym centrum Erydana II została „podgrzana” przez gwałtowne formowanie się gwiazd, jak to sugerują niektóre z ostatnich modeli numerycznych. Bardziej kusząca jest jednak możliwość, że ciemna materia jest bardziej złożona, niż przypuszczaliśmy do tej pory.”

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

6 kwietnia 2018

Szybka supernowa odkrywa swoje tajemnice

Astronomowie odkryli 72 szybkie i wściekłe eksplozje, prawdopodobnie wybuchy supernowych ukrytych w kokonach wyrzucanego gazu.


Astronomowie odkrywają tajemnice rzadkiego gwiezdnego wybuchu. Fast-evolving luminous transients (FELT)  są prawie tak energetyczne, jak regularne eksplozje supernowych, jednak powstają i znikają znacznie szybciej. Ponieważ zdarzenia te są tak krótkie, w zasadzie unikały wykrycia aż do czasu dużych, automatycznych przeglądów nieba. W ciągu ostatniej dekady kilkadziesiąt z tych „szybkich supernowych” zostało zauważonych i wysunięto kilka hipotez, czym one mogą być: od rozbłysków gamma przez wybuchy termojądrowe po gwiezdne detonacje.

Przegląd Dark Energy Survey wykrył teraz 72 niesamowite eksplozje w odległych galaktykach – największy dotąd zbiór, dzięki Dark Energy Camera zamontowanej na 4-metrowym Blanco Telescope w Cerro Tololo Inter-American Observatory w Chile. Lider zespołu Miika Pursiainen zaprezentował odkrycie 3 kwietnia podczas Europejskiego Tygodnia Astronomii i Nauki Kosmicznych 2018 w Liverpoolu. Czas trwania szybkich supernowych zawierał się w czasie między jednym tygodniem a jednym miesiącem, podczas gdy tradycyjna supernowa potrzebuje kilku miesięcy, nim przestanie być widoczna.

Na podstawie danych z przeglądu Pursiainen i jego koledzy wywnioskowali, że emisja z typowego FELT pochodzi od gorącej, rozszerzającej się powłoki materii – prawdopodobnie gęstego kokonu wokół wybuchającej gwiazdy. Powłoka może mieć kilka do stu jednostek astronomicznych szerokości oraz temperaturę pomiędzy 10 000 a 30 000<sup>o</sup>C. 

Ostatnio teleskop kosmiczny Keplera dokładnie mierzył jasność jednego konkretnego FELT, znanego jako KSN 2015K (piszemy o tym tutaj http://www.urania.edu.pl/wiadomosci/kepler-rozwiazuje-zagadke-szybkich-wscieklych-eksplozji-4239.html) co 30 minut przez okres trzech tygodni. Dokładna krzywa blasku umożliwiła Armin Rest i jego zespołowi zdecydowanie wykluczyć szereg możliwych scenariuszy tego zdarzenia. Według astronomów jedyny konkretny model zakłada olbrzymią gwiazdę wyrzucającą potężne ilości gazu i pyłu przed pojawieniem się supernowej. Kiedy gwiazda eksploduje, jej zewnętrzne warstwy wtapiają się w gruby kokon, zamieniając większość energii kinetycznej w ciepło i światło.

Ponieważ krzywe blasku 72 zdarzeń znalezionych przez zespół Pursiainena mają tylko kilka punktów danych, nie jest jasne, czy ten sam model odnosi się do wszystkich z nich. Model kokonu jest bardzo atrakcyjny, jednak astronomowie mają więcej pracy do wykonania, zanim będą mogli być pewni, że scenariusz ten wyjaśnia wszystkie obserwowalne cechy tej próbki. Przyszłe obserwacje DES ukażą więcej FELTów a badanie większej liczby z pewnością pomoże w wyjaśnieniu ich prawdziwej natury. 

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

3 kwietnia 2018

Ikar, najodleglejsza jak dotąd odkryta samotna gwiazda

Ikar to ogromna, samotna, niebieska gwiazda, która leży najdalej spośród do tej pory obserwowanych. Normalnie byłaby zbyt słaba, aby można było ją zaobserwować nawet przez największe teleskopy. Jednak dzięki zjawisku soczewkowania grawitacyjnego jej światło zostało znacznie wzmocnione, przez co astronomowie korzystający z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a byli w stanie wskazać gwiazdę oraz ustalić nowy rekord odległości. Wykorzystali także Ikara do przetestowania teorii ciemnej materii oraz do badania charakterystyki gromady galaktyk pierwszego planu.


Gwiazda, żyjąca w odległej galaktyce spiralnej, znajduje się tak daleko, że światło od niej potrzebuje 9 miliardów lat, aby dotrzeć do Ziemi. To oznacza, że widzimy ją w czasie, gdy Wszechświat miał ⅓ swojego obecnego wieku.

Odkrycie Ikara dzięki soczewkowaniu grawitacyjnemu zapoczątkowało nowy sposób, w jaki astronomowie mogą badać pojedyncze gwiazdy w odległych galaktykach. Obserwacje te dostarczają rzadkiego, szczegółowego spojrzenia na ewolucję gwiazd, szczególnie tych świecących najjaśniej.

Grawitacja z masywnej gromady galaktyk znajdującej się między nami a obserwowanym obiektem działa jak naturalna soczewka w kosmosie, zakrzywiając i wzmacniając jego blask. Czasami światło z jednego obiektu tła pojawia się jako kilka obrazów. Może ono być znacznie spotęgowane, co sprawia, że bardzo słabe i odległe obiekty stają się wystarczająco jasne, by je zobaczyć. 

W przypadku Ikara naturalne „szkło powiększające” jest wytworzone przez gromadę galaktyk o nazwie MACS J1149+2223. Znajduje się ona około 5 miliardów lat świetlnych od Ziemi i leży dokładnie pomiędzy nami a galaktyką, która zawiera odległe gwiazdy. Łącząc siłę tej soczewki grawitacyjnej z wyjątkową rozdzielczością oraz czułością teleskopu Hubble’a, astronomowie mogą zobaczyć i zbadać Ikara.

Astronomowie nazwali gwiazdę „Ikar” za grecką mitologiczną postacią Ikara lecącego zbyt blisko słońca na skrzydłach z piór i wosku, które się stopiły (jej oficjalna nazwa to MACS J1149+2223 gwiazda soczewkowana 1). Podobnie jak mitologiczny Ikar, gwiazda tła miała tylko przelotną sławę widoczności z Ziemi: chwilowo osiągnęła 2000 razy bardziej wzmocnioną jasność.

Modele sugerują, że ogromne rozjaśnienie wynikało prawdopodobnie z grawitacyjnego wzmocnienia blasku przez gwiazdę o masie naszego Słońca znajdującej się w galaktyce soczewkującej, gdy przeszła ona przed Ikarem. Światło gwiazdy jest zwykle wzmacniane około 600x ze względu na masę gromady soczewkującej.

Zespół wykorzystał teleskop Hubble’a do monitorowania supernowej w odległej galaktyce spiralnej w 2016 r., gdy zauważył nowy świetlny punkt niedaleko od wzmocnionej supernowej. Z pozycji nowego źródła wywnioskowali, że musi on być znacznie bardziej wzmocniony, niż supernowa.

Gdy przeanalizowali barwy światła pochodzącego z tego obiektu okryli, że jest to niebieski nadolbrzym. Gwiazdy tego typu są znacznie większe, masywniejsze, gorętsze i być może także setki tysięcy razy jaśniejsze, niż Słońce. Jednak bez wzmocnienia soczewką, nadal byłyby niewidoczne, nawet dla Hubble’a.

Skąd astronomowie wiedzieli, że Ikarus nie jest kolejną supernową? „Źródło nie robi się coraz bardziej gorące. Nie eksploduje. Światło jest po prostu wzmocnione. Tego właśnie oczekujemy od soczewek grawitacyjnych” – powiedział kierownik badań Patrick Kelly z Uniwersytetu Minnesota.

Wykrycie wzmocnienia pojedynczej gwiazdy tła stanowiło wyjątkową okazję do przetestowania natury ciemnej materii w gromadzie. Ciemna materia jest niewidzialnym materiałem, który stanowi większość masy Wszechświata.

Badając to, co unosi się w pierwszoplanowej gromadzie, naukowcy byli w stanie przetestować jedną z teorii, że ciemna materia może składać się głównie z ogromnej liczby pierwotnych czarnych dziur powstałych w czasie narodzin Wszechświata, o masach dziesiątki razy większych, niż Słońce. Wyniki tego wyjątkowego testu nie sprzyjają hipotezom, ponieważ fluktuacje światła od gwiazdy tła, monitorowane przez Hubble’a w ciągu 13 lat, wyglądałyby inaczej, gdyby istniał rój ingerujących czarnych dziur. 

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Gwiazda z dyskiem pyłowym zasilanym przez otaczającą materię

Międzynarodowy zespół astronomów publikuje obraz młodej gwiazdy z otaczającym ją dyskiem pyłowym, który wciąż jest zasilany z otoczenia. Zja...