29 października 2019

Gwiazdy zanieczyszczają, galaktyki recyklingują

Galaktyki były kiedyś uważane za samotne wyspy we Wszechświecie: grupy materii unoszące się w pustej przestrzeni. Teraz wiemy już, że są otoczone znacznie większym, ale prawie niewidocznym obłokiem pyłu i gazu. Astronomowie nazywają to ośrodkiem okołogalaktycznym (ang. circumgalactic medium – CGM). CGM działa jak olbrzymi zakład recyklingu, absorbując materię wyrzucaną przez galaktykę, a następnie wpychają ją tam z powrotem.


Misja NASA FORTIS będzie badać ten proces recyklingu, aby pomóc rozwikłać kilka nierozwiązanych tajemnic. FORTIS będzie obserwować pobliską galaktykę, aby zmierzyć gazy, które jej gwiazdy i supernowe pompują do otaczającego CGM. Obserwacje te rzucą światło na to, w jaki sposób materia krąży do i z galaktyk, napędzając powstawanie gwiazd i ewolucję galaktyczną. 

Sprawa brakującej materii

Astronomowie badający cykl życia galaktyk zmagali się z dwiema głównymi tajemnicami.

Po pierwsze, do budowy nowych gwiazd galaktyki potrzebują paliwa – gazów, takich jak wodór, hel a czasem i cięższe pierwiastki. Ale wiele galaktyk nadal tworzy gwiazdy długo po tym, jak, według astronomów, paliwo powinno zostać wyczerpane. Skąd pochodzi dodatkowy gaz?

Po drugie wydawało się, że brakuje produktów ubocznych istniejących gwiazd. „Gdy gwiazdy się starzeją, zanieczyszczają swoje otoczenie. Zbierają materię wokół siebie i wysadzają ją” – powiedział Stephan McCandliss, astrofizyk z Johns Hopkins University i główny badacz FORTIS.

Ale naukowcy odkryli, że wypełnione gwiazdami galaktyki nie były aż tak zanieczyszczone metalami – ciężkimi pierwiastkami powstałymi podczas procesu spalania gwiazd – jak powinny. Gaz bogaty w metal wchodzi do galaktyki i ją opuszcza, ale nikt nie wiedział, jak to się dzieje.

Galaktyczne centrum recyklingu

Astronomowie wiedzieli o istnieniu CGM, ale większość z nich była zbyt słaba lub zbyt rozproszona, by mogli je badać szczegółowo. Od 2009 r. dzięki kosmicznemu spektrografowi FORTIS rozpoczęły się badania nad CGM.

Dwa lata po rozpoczęciu obserwacji, badanie CGM 42 galaktyk wykazało, że są one pełne metali. Był to brakujący wcześniej zapas metali.

„CGM ma zasadnicze znaczenie dla zrozumienia ewolucji galaktyk, ponieważ jest magazynem znacznej części paliwa potrzebnego do formowania się gwiazd” – powiedział Scott Porter, astrofizyk z NASA Goddard Space Flight Center.

Grawitacja, ciągnąc gazy z CGM w kierunku centrum galaktyki, wstrzykuje do galaktyk świeże paliwo potrzebne do tworzenia gwiazd. Jednocześnie wiatry gwiazdowe i supernowe wystrzeliwują metale z powrotem do CGM, uzupełniając zapasy.

Jak gwiazdy i supernowe zanieczyszczają

Misja FORTIS określi, ile gazu jest wpompowywane do CGM w ramach tego procesu recyklingu. W szczególności teleskop zmierzy wiatr gwiazd i supernowych, aby dowiedzieć się, ile gazu jest wdmuchiwane do CGM – i ile przelatuje tuż obok niego.

„Jeżeli gaz zostanie wyrzucony z dużą prędkością, całkowicie ucieknie z galaktyki. Ale jeżeli zostanie wyrzucony z małą prędkością, będzie krążyć wokół i pomoże wzbogacić galaktykę” – powiedział McCandliss. Metale szlachetne mogą być wystrzeliwane przez CGM aż do przestrzeni międzygalaktycznej, omijając proces recyklingu.

FORTIS skieruje swoje instrumenty na galaktykę Trójkąt, znaną również jako M33, znajdującą się w odległości 2,7 mln lat świetlnych stąd. Trójkąt jest jasną galaktyką, a wiele niedawno powstałych gwiazd posiada silne wiatry gwiazdowe.

Po około minucie obserwacji M33, FORTIS skupi się na jej najjaśniejszych gromadach gwiazd i supernowych, aby zmierzyć prędkość i skład ich wiatrów. „To wszystko da nam wyobrażenie o tym, w jaki sposób ta materia krąży i jak wiele z niej jest przenoszonej” – powiedział McCandliss.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

28 października 2019

Nowe badania nad olbrzymimi galaktykami radiowymi są sprzeczne z oczekiwaniami

Konwencjonalne oczekiwania sugerują nam, że duże obiekty wydają się mniejsze, gdy oddalają się od nas, ale to fundamentalne prawo klasycznej fizyki zostaje wywrócone, gdy obserwujemy odległy Wszechświat.


Astrofizycy z University of Kent symulowali rozwój największych obiektów we Wszechświecie, aby pomóc wyjaśnić, w jaki sposób powstały galaktyki i inne ciała kosmiczne. Patrząc na odległy Wszechświat, można go obserwować w stanie przeszłym, gdy był jeszcze w fazie formowania się. W tym czasie galaktyki rosły, a supermasywne czarne dziury gwałtownie wydalały ogromne ilości gazu i energii. Materia ta zgromadziła się w pary zbiorników, które tworzyły największe obiekty we Wszechświecie, tak zwane olbrzymie galaktyki radiowe. Owe olbrzymie galaktyki rozciągają się na kilka milionów lat świetlnych.

Profesor Michael D. Smith z Centrum Astrofizyki i Nauki Planetarnej oraz student Justin Donohoe pracowali razem nad badaniami. Spodziewali się, że gdy dokonają symulacji obiektów w odległym Wszechświecie, będą one wydawać się mniejsze, ale w rzeczywistości znaleźli coś odwrotnego.

Profesor Smith powiedział: „Kiedy patrzymy daleko w odległy Wszechświat, obserwujemy obiekty w przeszłości – gdy były młode. Spodziewaliśmy się, że te odległe olbrzymy pojawią się jako stosunkowo mała para mglistych płatów. Ku naszemu zdziwieniu odkryliśmy, że te olbrzymy wciąż wydają się ogromne, mimo że są tak daleko.”

Powszechnie wiadomo, że galaktyki radiowe są zasilane przez podwójne dżety, które nadmuchują ich płaty i tworzą olbrzymie jamy. Zespół przeprowadził symulacje przy użyciu komputera Forge generując trójwymiarową dynamikę, która odtworzyła działanie tych dżetów. Następnie porównali powstałe obrazy z obserwacjami odległych galaktyk. Różnice oceniono za pomocą nowego wskaźnika klasyfikacji Limb Brightening Index, który mierzy zmiany orientacji i wielkości obiektów. 

Profesor Smith powiedział: „Wiemy już, że gdy jesteśmy wystarczająco daleko, Wszechświat działa jak szkło powiększające, a obiekty zaczynają zwiększać swoje rozmiary na niebie. Z powodu odległości obiekty, które obserwowaliśmy, są wyjątkowo słabe, co oznacza, że możemy zobaczyć tylko najjaśniejsze ich części, gorące punkty, które występują na zewnętrznych krawędziach galaktyki radiowej, więc wydają się większe, niż kiedykolwiek, co jest sprzeczne z naszymi początkowymi oczekiwaniami.”

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

27 października 2019

Pierwsze światło kosmicznego teleskopu rentgenowskiego eROSITA

Uzyskano pierwsze zdjęcia z kosmicznego teleskopu rentgenowskiego eROSITA, który został umieszczony w punkcie L2 w lipcu b.r. Po przedłużonej fazie uruchomienia wszystkie siedem modułów teleskopu z niestandardowymi kamerami CCD obserwuje niebo od 13 października. Pierwsze kompozycje obrazów pokazują w niezwykłych szczegółach naszą sąsiednią galaktykę, Wielki Obłok Magellana, oraz dwie oddziałujące gromady galaktyk odległe o ok. 800 mln lat św.


„Teraz możemy zacząć zbierać owoce ponad dziesięciu lat pracy. Wszyscy jesteśmy pod wrażeniem pięknych pierwszych zdjęć z naszego teleskopu. Aby osiągnąć nasze cele naukowe, potrzebowaliśmy wystarczającej czułości, by wykryć najdalsze gromady galaktyk na całym niebie w rentgenowskim Wszechświecie i analizować je przestrzennie. Te obrazy pierwszego światła pokazują, że możemy to dokładnie tak zrobić, ale możemy pójść o wiele dalej. Kamery CCD są najnowocześniejsze i mają doskonałą rozdzielczość spektralną i czasową. Potencjał nowych odkryć jest ogromny” – mówi Peter Predehl, główny badacz eROSITA. Pierwsze obrazy eROSITA zostały uzyskane w serii ekspozycji wszystkich siedmiu modułów teleskopu, przy łącznym czasie integracji około jednego dnia zarówno dla Wielkiego Obłoku Magellana (LMC) jak i układu A3391/3395 oddziałujących gromad galaktyk oddalonych o ok. 800 mln lat św.

W naszej sąsiedniej galaktyce, LMC, eROSITA pokazuje nie tylko rozmieszczenie rozproszonego gorącego gazu, ale także pewne niezwykłe szczegóły, takie jak pozostałości po supernowej, np. SN 1987A. Teraz obraz z eROSITA potwierdza, że źródło to staje się coraz słabsze, ponieważ fala uderzeniowa wytworzona przez wybuch gwiazdy w 1987 r. rozprzestrzenia się w ośrodku międzygwiezdnym. Oprócz wielu innych gorących obiektów w samym LMC, eROSITA ujawniła również szereg gwiazd na pierwszym planie z naszej własnej galaktyki Drogi Mlecznej, a także odległych aktywnych jąder galaktycznych, których promieniowanie przebija rozproszoną emisję gorącego gazu w LMC.

„Promienie rentgenowskie dają nam wyjątkowe spojrzenie na Wszechświat. Patrząc na pozornie normalna gwiazdę, możemy zobaczyć orbitującego białego karła lub gwiazdę neutronową w trakcie pożerania swojego towarzysza. Światło widzialne pokazuje strukturę galaktyki śledząc jej gwiazdy, ale promienie X są zdominowane przez supermasywne czarne dziury rosnące w ich jądrach. A tam, gdzie za pomocą teleskopów optycznych widzimy gromady galaktyk, promienie X ukazują ogromne zbiorniki gazu wypełniające przestrzeń między nimi i śledzą strukturę ciemnej materii Wszechświata. Dzięki zademonstrowanym wynikom wiemy teraz, że eROSITA doprowadzi do przełomu w naszym rozumieniu ewolucji energetycznego Wszechświata” – wyjaśnia Kirpal Nandra, dyrektor astrofizyki wysokich energii w MPE.

Sięgając w głąb Wszechświata, obraz oddziałującego układu gromad galaktyk A3391/3395 uwydatnia dynamiczne procesy, które prowadzą do powstawania gigantycznych struktur we Wszechświecie. Gromady, wyglądające na obrazach eROSITA jak duże, eliptyczne mgławice, rozciągają się na dziesiątki milionów lat świetlnych i zawierają tysiące galaktyk. Gromady galaktyk są jednym z głównych celów naukowych eROSITA; astronomowie spodziewają się znaleźć około 100 000 gromad galaktyk emitujących promieniowanie X, a także kilka milionów aktywnych czarnych dziur w centrach galaktyk podczas 4-letniego przeglądu całego nieba w miękkich i twardych pasmach rentgenowskich.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

25 października 2019

Gdy egzoplanety się zderzają

Dostrzeżenie następstw zderzenia dwóch egzoplanet daje naukowcom spojrzenie na to, co może się stać, gdy planety zderzą się ze sobą. Podobne zdarzenie w Układzie Słonecznym mogło uformować nasz Księżyc.


Znany jako BD +20 307, układ podwójny gwiazd znajduje się ponad 300 lat świetlnych od Ziemi, a jego składniki mają co najmniej miliard lat. Jednak ten dojrzały układ wykazuje oznaki wirowania zakurzonych szczątków, które nie są zimne, zgodnie z tym, czego można się spodziewać po gwiazdach w tym wieku. Szczątki są raczej ciepłe, co potwierdza, że powstały stosunkowo niedawno, w wyniku zderzenia się dwóch ciał wielkości planety.

Dziesięć lat temu obserwacje tego układu przez obserwatoria naziemne i kosmiczny teleskop Spitzera dały pierwsze wskazówki na temat tej kolizji, gdy odkryto ciepłe szczątki. Teraz obserwatorium Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) ujawniło, że jasność podczerwieni ze szczątków wzrosła o ponad 10% – znak, że teraz jest tam jeszcze więcej ciepłego pyłu.

Wyniki opublikowane w Astrophysical Journal potwierdzają, że ekstremalne zderzenie pomiędzy skalistymi egzoplanetami mogło mieć miejsce stosunkowo niedawno. Tego typu kolizje mogą zmienić układ planetarny. Uważa się, że zderzenie między ciałem wielkości Marsa i Ziemią 4,5 mld lat temu spowodowało powstanie szczątków, które ostatecznie uformowały Księżyc.

Planety powstają, gdy cząsteczki pyłu wokół młodej gwiazdy sklejają się i rosną z czasem. Resztki szczątków pozostają po uformowaniu się układu planetarnego, często w odległych, zimnych regionach, takich jak Pas Kuipera, położony poza orbitą Neptuna w naszym Układzie Słonecznym. Astronomowie spodziewają się znaleźć ciepły pył wokół młodych układów słonecznych. W miarę ewolucji cząsteczki pyłu nadal zderzają się i ostatecznie stają się na tyle małe, że albo zostają wydmuchane z układu, albo wciągnięte w gwiazdę. Ciepły pył wokół starszych gwiazd, takich jak nasze Słońce i układu BD +20 307, powinien już dawno zniknąć. Badanie zakurzonych pozostałości wokół gwiazdy nie tylko pomaga astronomom dowiedzieć się, jak ewoluują układy egzoplanet, ale także buduje pełniejszy obraz historii naszego własnego Układu Słonecznego.

Obserwacje w podczerwieni wykonane kamerą FORCAST teleskopu SOFIA mają kluczowe znaczenie dla odkrywania wskazówek ukrytych w kosmicznym pyle. Obserwowany w świetle podczerwonym układ ten jest znacznie jaśniejszy niż oczekiwano po samych gwiazdach. Dodatkowa energia pochodzi z poświaty zakurzonych szczątków, których nie można zobaczyć na innych długościach fali.

Chociaż istnieje kilka mechanizmów, które mogą powodować, że pył świeci jaśniej – może pochłaniać więcej ciepła z gwiazd lub zbliżać się do gwiazd – nie jest to zbyt prawdopodobne w przeciągu zaledwie dziesięciu lat. Jednak zderzenie planetarne z łatwością bardzo szybko wstrzyknęłoby dużą ilość pyłu. Daje to więcej dowodów na to, że dwie egzoplanety zderzyły się ze sobą. Zespół analizuje dane z obserwacji uzupełniających, aby sprawdzić, czy w układzie nastąpiły dalsze zmiany.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

23 października 2019

Zakłócając przepływ wokół supermasywnej czarnej dziury

W centrum galaktyki NGC 1068 supermasywna czarna dziura ukrywa się w gęstym obłoku pyłu i gazu o kształcie pączka. Kiedy astronomowie wykorzystali ALMA w celu dokładniejszego zbadania tego obłoku, dokonali nieoczekiwanego odkrycia, które może wyjaśnić, dlaczego supermasywne czarne dziury tak szybko rosły we wczesnym Wszechświecie.


Dzięki niesamowitej rozdzielczości ALMA astronomowie zmierzyli ruch gazu na wewnętrznych orbitach wokół czarnej dziury i znaleźli dwa dyski gazu rotujące w przeciwnych kierunkach.

Supermasywne czarne dziury istniały już, gdy Wszechświat był młody – zaledwie miliard lat po Wielkim Wybuchu. Ale to, w jaki sposób ekstremalne obiekty, których masy są nawet miliardy razy większe, niż masa Słońca, zdążyły urosnąć w tak stosunkowo krótkim czasie, jest wyjątkowym pytaniem wśród astronomów. Nowe odkrycie ALMA może być wskazówką. „Przeciwnie rotujące strumienie gazu są niestabilne, co oznacza, że obłoki wpadają do czarnej dziury szybciej niż w przypadku dysku z jednym kierunkiem rotacji. To może być sposób, w jaki czarna dziura zdoła szybko rosnąć” – mówi Violette Impellizzeri z NRAO i główna autorka publikacji.

NGC 1068 (znana również jako M 77) to galaktyka spiralna oddalona o ok. 47 mln lat świetlnych od Ziemi w kierunku konstelacji Wieloryba. W jej centrum znajduje się aktywne jądro galaktyczne, supermasywna czarna dziura, która aktywnie karmi się z cienkiego, rotującego dysku gazu i pyłu, znanego również jako dysk akrecyjny.

Poprzednie obserwacje ALMA pokazały, że czarna dziura nie tylko połyka materię, ale także wyrzuca gaz z niewiarygodnie dużymi prędkościami – do 500 km/s. Ten gaz, który zostaje wydalony z dysku akrecyjnego, prawdopodobnie przyczynia się do ukrycia obszaru wokół czarnej dziury przed teleskopami optycznymi.

Impellizzeri i jej zespół wykorzystali doskonałą zdolność obiektywu zmiennoogniskowego ALMA do obserwacji gazu molekularnego wokół czarnej dziury. Nieoczekiwanie znaleźli dwa przeciwnie rotujące dyski gazu. Wewnętrzny dysk rozciąga się na 2-4 lata świetlne i podążą za rotacją galaktyki, podczas gdy dysk zewnętrzny (zwany również torusem) rozciąga się na 4-22 lata świetlne i wiruje w przeciwnym kierunku.

„Nie spodziewaliśmy się tego. Normalnie gaz opadający do czarnej dziury wirowałby wokół niej tylko w jednym kierunku. Coś musiało zakłócić przepływ, ponieważ niemożliwe jest, aby część dysku samodzielnie zaczęła wirować wstecz” – powiedziała Impellizzeri.

Rotacja wsteczna nie jest niezwykłym zjawiskiem w kosmosie. „Widzimy to w galaktykach, zwykle tysiące lat świetlnych od jąder galaktycznych. Rotacja wsteczna zawsze wynika z kolizji lub interakcji między dwiema galaktykami. Tym, co czyni ten wynik niezwykłym, jest to, że widzimy go na znacznie mniejszą skalę, dziesiątki lat świetlnych zamiast tysięcy od centralnej czarnej dziury” – wyjaśnił współautor pracy Jack Gallimore z Bucknell University w Lewisburg w Pensylwanii.

Astronomowie sądzą, że wsteczny przepływ w NGC 1068 może być wywołany gazowymi obłokami, które wypadły z galaktyki gospodarza, lub małą przechodzącą w pobliżu galaktyką na przeciwbieżnej orbicie uchwyconą przez dysk.

W tej chwili zewnętrzny dysk wydaje się znajdować na stabilnej orbicie wokół dysku wewnętrznego. „Zmieni się to, gdy zewnętrzny dysk zacznie opadać na dysk wewnętrzny, co może się zdarzyć po kilku orbitach lub kilkuset tysiącach lat. Rotujące strumienie gazu zderzą się i staną się niestabilne, a dyski prawdopodobnie zapadną się w świetlnym zdarzeniu, gdy gaz molekularny wpadnie do czarnej dziury. Niestety, nie będzie nas tam, aby być świadkami fajerwerków” – powiedział Gallimore.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

21 października 2019

Ciemna materia rozpędza najmasywniejsze galaktyki spiralne do oszałamiających prędkości

Jak szybko wiruje galaktyka? Droga Mleczna, średnia galaktyka spiralna, obraca się z prędkością 210 km/s w okolicy naszego Słońca. Nowe badania wykazały, że najbardziej masywne galaktyki spiralne wirują szybciej niż oczekiwano. Te „super spiralne”, z których największa waży około 20 razy więcej, niż Droga Mleczna, wirują z prędkościami do 570 km/s.


Super spiralne galaktyki są wyjątkowe pod każdym względem. Oprócz tego, że są znacznie masywniejsze, niż Droga Mleczna, są również jaśniejsze i większe pod względem rozmiarów fizycznych. Rozpiętość największej z nich to 450 000 lat świetlnych w porównaniu do średnicy 100 000 lat świetlnych w przypadku Drogi Mlecznej. Do tej pory znanych jest tylko około 100 takich galaktyk. Zostały odkryte jako ważna nowa klasa galaktyk podczas badania danych z SDSS i z NED.

Patrick Ogle ze Space Telescope Science Institute w Baltimore jest pierwszym autorem artykułu opublikowanego 10 października b.r. w Astrophysical Journal Letters. W pracy przedstawiono nowe dane na temat prędkości obrotowych tych galaktyk zebranych za pomocą SALT, największego pojedynczego teleskopu optycznego na półkuli południowej. Dodatkowe dane uzyskano przy użyciu 5-metrowego teleskopu Hale’a z Obserwatorium Palomar. Dane z misji WISE uzyskane w podczerwieni miały kluczowe znaczenie dla pomiaru mas galaktyk w gwiazdach i tempie ich powstawania.

Nawiązując do nowego badania, Tom Jarrett z Uniwersytetu w Kapsztadzie w Południowej Afryce mówi: „Ta praca pięknie ilustruje potężną synergię między obserwacjami galaktyk w zakresie optycznym i podczerwonym, ujawniając ruchy gwiazd na podstawie spektroskopii SDSS i SALT oraz inne właściwości gwiazdowe poprzez obrazowanie WISE w podczerwieni.”

Teoria sugeruje, że galaktyki te wirują szybko, ponieważ znajdują się w niewiarygodnie dużych halo ciemnej materii. Od dziesięcioleci ciemną materię wiąże się z rotacją galaktyk. Astronom Vera Rubin była pionierem prac nad szybkościami rotacji galaktyk, pokazując, że galaktyki spiralne wirują szybciej, niż gdyby ich grawitacja była wywołana jedynie obecnością gwiazd i gazu. Dodatkowa, niewidoczna substancja, zwana ciemną materią musi wpływać na rotację galaktyki. Oczekuje się, że galaktyka spiralna o danej masie w gwiazdach będzie się obracać z określoną prędkością. Zespół Ogle stwierdza, że galaktyki te znacznie przekraczają spodziewaną prędkość rotacji.

Super spiralne galaktyki rezydują też w znacznie większych halo ciemnej materii. Najbardziej masywne halo, które mierzył Ogle, zawiera wystarczającą ilość ciemnej materii, aby ważyła co najmniej 40 bilionów razy więcej, niż Słońce. Ta ilość ciemnej materii zwykle zawierałaby grupę galaktyk, a nie pojedynczą galaktykę.

„Wygląda na to, że spin galaktyki jest ustalony przez masę halo ciemnej materii” – wyjaśnia Ogle.

Fakt, że galaktyki te łamią zwykły związek między masą galaktyki zawartą w gwiazdach a szybkością rotacji, jest nowym dowodem przeciwko alternatywnej teorii grawitacji znanej jako zmodyfikowana dynamika newtonowska (MOND). MOND sugeruje, że w największych skałach, takich jak galaktyki i gromady galaktyk, grawitacja jest nieco silniejsza niż byłaby przewidywana przez Newtona lub Einsteina. Spowodowałoby to na przykład, że zewnętrzne obszary galaktyki spiralnej obracały by się szybciej, niż można by się tego spodziewać na podstawie masy gwiazdowej. MOND ma na celu odtworzenie standardowej zależności prędkości rotacji galaktyk spiralnych, dlatego nie może wyjaśniać wartości odstających, takich jak super spiralne galaktyki. Obserwacje ich sugerują, że nie jest wymagana dynamika nienewtonowska.

Pomimo tego, że są one najmasywniejszymi galaktykami we Wszechświecie, w rzeczywistości mają niedowagę w postaci gwiazd w porównaniu z tym, czego można się spodziewać po ilości zawartej w nich ciemnej materii. Sugeruje to, że sama ilość ciemnej materii hamuje powstawanie gwiazd. Istnieją dwie możliwe przyczyny: 1 – każdy dodatkowy gaz, który jest wciągany do galaktyki, rozbija się i nagrzewa, uniemożliwiając jej ochłodzenie i tworzenie gwiazd, lub 2 – szybka rotacja galaktyki utrudnia zapadanie się.

Mimo tych zakłócających wpływów, galaktyki te wciąż mogą tworzyć gwiazdy. Pomimo, że największe galaktyki eliptyczne uformowały wszystkie lub większość swoich gwiazd ponad 10 mld lat temu, super spiralne galaktyki nadal tworzą gwiazdy. Każdego roku przekształcają około 30 mas Słońca materii w gwiazdy, co jest normalne dla galaktyk tej wielkości. Dla porównania, nasza Droga Mleczna formuje równowartość około 1 masy Słońca gwiazd rocznie.

Ogle i jego zespół zaproponowali dodatkowe obserwacje, aby pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania na temat tych galaktyk, w tym obserwacje mające na celu lepsze badanie ruchu gazu i gwiazd w ich dyskach. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba dzięki dużemu polu widzenia będzie mógł badać je na większych odległościach i odpowiednio młodszych grupach wiekowych, aby dowiedzieć się więcej na temat tych galaktyk, które są niezwykle rzadkie.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

20 października 2019

Pogoda w gromadach galaktyk może mieć wpływ na brak chłodzenia gazu potrzebnego do formowania gwiazd

Zdaniem zespołu badaczy „pogoda” w gromadach galaktyk może wyjaśnić wieloletnią łamigłówkę. Naukowcy zastosowali wyrafinowane symulacje, aby pokazać, w jaki sposób potężne strumienie z supermasywnych czarnych dziur są zakłócane przez ruch gorącego gazu i galaktyk, uniemożliwiając chłodzenie gazu, który w przeciwnym razie mógłby tworzyć gwiazdy.


Typowe gromady galaktyk składają się z kilku tysięcy galaktyk, które mogą być bardzo różne od naszej Drogi Mlecznej i różnić się rozmiarem i kształtem. Układy te są osadzone w bardzo gorącym gazie znanym jako intracluster medium (ICM), z których wszystkie żyją  w niewidzialnym halo tak zwanej „ciemnej materii”.

Duża liczba galaktyk posiada w swoim centrum supermasywne czarne dziury, a one często mają strumienie materii o dużych prędkościach, rozciągające się na tysiące lat świetlnych, które mogą nadmuchać bardzo gorące płaty w ICM.

Naukowcy przeprowadzili najnowocześniejsze symulacje, patrząc na płaty dżetów w najdrobniejszych szczegółach oraz promienie rentgenowskie emitowane jako rezultat. Model ten rejestruje narodziny i kosmologiczną ewolucję gromady galaktyk i pozwolił naukowcom z niespotykanym realizmem zbadać, w jaki sposób napompowane przez nie dżety i płaty oddziałują z dynamicznym ICM.

Odkryli, że obserwacje rentgenowskie symulowanej gromady ukazały tak zwane „wnęki rentgenowskie” i „jasne obręcze rentgenowskie” generowane przez dżety supermasywnych czarnych dziur, które same są zniekształcone przez ruchy w gromadzie, niezwykle przypominające te znalezione w obserwacjach prawdziwych gromad galaktyk.

Symulacja pokazuje, że gdy galaktyki poruszają się w gromadzie, tworzą one rodzaj „pogody”, poruszając się, odkształcając i niszcząc gorące płaty gazu znajdujące się na końcu dżetów czarnej dziury. Płaty dżetów są niezwykle potężne i jeżeli zostaną zakłócone, dostarczają ogromne ilości energii do ICM.

Zespół uważa, że ten mechanizm zakłócania pogody w gromadach może rozwiązać trwały problem: zrozumienie, dlaczego gaz ICM nie chłodzi się i nie tworzy gwiazd w centrum gromady. Pytanie to nęka fizyków do 25 lat.

Przeprowadzone symulacje dostarczają nowe kuszące rozwiązanie tego problemu. Dr Martin Bourne z Institute of Astronomy w Cambridge skomentował: „Połączenie ogromnych energii pompowanych do płatów dżetów przez supermasywną czarną dziurę i zdolność pogody gromady do zakłócania płatów i redystrybucji tej energii do ICM dostarcza prosty i jednocześnie elegancki mechanizm rozwiązania problemu przepływu chłodzenia.”

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

17 października 2019

Gazowe „wodospady” ujawniają niemowlęce planety wokół młodej gwiazdy

Po raz pierwszy astronomowie korzystający z ALMA byli świadkami trójwymiarowych ruchów gazu w dysku protoplanetarnym. W trzech miejscach w dysku wokół młodej gwiazdy HD 163296 gaz płynie jak wodospad w szczelinach, które najprawdopodobniej powstają w trakcie formowania się planet. Te przepływy gazu były od dawna prognozowane i miałyby bezpośredni wpływ na skład chemiczny atmosfer planet.


Miejsce narodzin planet to dyski złożone z gazu i pyłu. Astronomowie badają te tak zwane dyski protoplanetarne, aby zrozumieć procesy formowania się planet. Piękne obrazy dysków wykonane za pomocą ALMA pokazują wyraźne szczeliny i właściwości pierścienia w pyle, które mogą być wywołane przez planety niemowlęce.

Aby uzyskać większą pewność, że luki te faktycznie są wywołane przez planety, i aby uzyskać pełniejszy obraz formowania się planet, naukowcy oprócz pyłu badają również gaz z dysku. 99% masy dysku protoplanetarnego to gaz, którego tlenek węgla (CO) jest najjaśniejszym składnikiem świecącym na falach milimetrowych, które może obserwować ALMA.

W ubiegłym roku dwa zespoły astronomów zademonstrowały nową technikę polowania na planety przy użyciu tego gazu. Zmierzyli prędkość CO rotującego w dysku wokół młodej gwiazdy HD 163296. Zlokalizowane zakłócenia ruchów gazu ujawniły na dysku trzy wzory podobne do planet.

W nowym badaniu główny autor Richard Teague z University of Michigan i jego zespół wykorzystali nowe dane ALMA o wysokiej rozdzielczości z Disk Substructures at High Angular Resolution Project (DSHARP) do bardziej szczegółowego badania prędkości gazu. „Dzięki wysokiej dokładności danym z tego programu, byliśmy w stanie zmierzyć prędkość gazu w trzech kierunkach zamiast tylko jednym. Po raz pierwszy zmierzyliśmy ruch gazu krążącego wokół gwiazdy, w kierunku gwiazdy lub od niej oraz w górę lub w dół w dysku” – powiedział Teague.

Teague i jego koledzy widzieli, jak gaz przemieszcza się z górnych warstw w kierunku środka dysku w trzech różnych lokalizacjach. „Najbardziej prawdopodobne jest to, że planeta na orbicie wokół gwiazdy odsuwa na bok gaz i pył, otwierając lukę. Gaz powyżej szczeliny zapada się w nią jak wodospad, powodując rotacyjny przepływ gazu w dysku” – wyjaśnił Teague.

Jest to jak dotąd najlepszy dowód na to, że wokół HD 163296 faktycznie powstają planety. Ale astronomowie nie mogą ze stuprocentową pewnością stwierdzić, że przepływy gazu są powodowane przez planety. Na przykład pole magnetyczne gwiazdy również może powodować zaburzenia w gazie. „W tej chwili tylko bezpośrednia obserwacja planet mogła wykluczyć inne opcje. Ale wzorce tych przepływów gazu są wyjątkowe i jest bardzo prawdopodobne, że mogą być wywołane tylko przez planety” – powiedział współautor Jaehan Bae z Carnegie Institution for Science, który przetestował tę teorię za pomocą symulacji komputerowej dysku.

Lokalizacja trzech przewidywanych w tym badaniu planet odpowiada wynikom z ubiegłego roku: prawdopodobnie są one zlokalizowane na 87, 140 i 237 jednostce astronomicznej (j.a. – średnia odległość Ziemia-Słońce). Najbliższa planeta do HD 163296 jest szacowana na połowę masy Jowisza, środkowa planeta ma masę Jowisza a najdalsza jest dwa razy masywniejsza, niż nasz gazowy olbrzym.

Od lat 90. modele teoretyczne przewidują, że istnieją przepływy gazu z powierzchni w kierunku środka płaszczyzny dysku protoplanetarnego, ale zaobserwowane zostały po raz pierwszy. Można ich używać nie tylko do wykrywania planet niemowlęcych. Kształtują także nasze rozumienie tego, w jaki sposób gazowe olbrzymy utrzymują atmosferę.

„Planety tworzą się w centralnej warstwie dysku, tak zwanej płaszczyźnie środkowej. To zimne miejsce, osłonięte przed promieniowaniem gwiazdy. Uważamy, że luki wywołane przez planety dostarczają cieplejszy gaz z bardziej aktywnych chemicznie zewnętrznych warstw dysku i że gaz ten tworzy atmosferę planety” – wyjaśnia Teague.

Teague i jego zespół nie spodziewali się, że będą w stanie zobaczyć to zjawisko. „Dysk wokół HD 163296 jest najjaśniejszym i największym dyskiem, jaki możemy zobaczyć z ALMA. Ale wielką niespodzianką było zobaczyć tak wyraźnie przepływ gazu. Dyski wydają się być bardziej dynamiczne, niż sądziliśmy” – powiedział Teague.

„To daje nam o wiele bardziej kompletny obraz powstawania planet, niż kiedykolwiek marzyliśmy. Charakteryzując te przepływy, możemy ustalić, w jaki sposób rodzą się planety takie jak Jowisz, i określić ich skład chemiczny w chwili narodzin. Możemy to wykorzystać do śledzenia miejsca narodzin tych planet, ponieważ mogą się one przemieszczać podczas procesu formowania” – powiedział jego współautor Ted Bergin z University of Michigan.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

16 października 2019

Droga Mleczna porwała kilka małych galaktyk od swojego sąsiada

Zgodnie z przewidywaniami kosmologii, tak jak Księżyc krąży wokół Ziemi a Ziemia wokół Słońca, tak galaktyki krążą wokół siebie.


Na przykład ponad 50 odkrytych galaktyk satelitarnych okrąża naszą własną galaktykę, Drogę Mleczną. Największą z nich jest Wielki Obłok Magellana (LMC), duża galaktyka karłowata, która na nocnym niebie półkuli południowej przypomina słabą chmurę.

Zespół astronomów odkrył, że kilka małych – albo „karłowatych” – galaktyk krążących wokół Drogi Mlecznej zostało prawdopodobnie skradzionych z LMC, w tym kilka skrajnie słabych karłowatych, ale także stosunkowo jasnych i dobrze znanych galaktyk satelitarnych, takich jak Carina i Fornax.

Naukowcy dokonali tego odkrycia wykorzystując nowe dane zgromadzone przez teleskop kosmiczny Gaia na temat ruchu kilku pobliskich galaktyk i porównując to z najnowszymi kosmologicznymi symulacjami hydrodynamicznymi. Zespół wykorzystał pozycje na niebie i przewidywane prędkości materii, takiej jak ciemna materia, towarzyszącej LMC, stwierdzając, że co najmniej dwie skrajnie słabe i dwie klasyczne galaktyki karłowate, Carina i Fornax, były kiedyś satelitami LMC. Naukowcy podają, że dzięki trwającemu procesowi łączenia masywniejsza Droga Mleczna wykorzystała swoje potężne pole grawitacyjne do rozerwania LMC i kradzieży jego satelitów.

„Wyniki te są ważnym potwierdzeniem naszych modeli kosmologicznych, które przewidują, że małe galaktyki karłowate we Wszechświecie powinny być również otoczone populacją mniejszych, słabszych galaktyk towarzyszących. Po raz pierwszy jesteśmy w stanie odwzorować hierarchię formowania się struktury na tak słabe i skrajnie słabe galaktyki karłowate” – powiedziała Laura Sales, adiunkt fizyki i astronomii, która kierowała zespołem badawczym.

Odkrycia te mają ważne implikacje dla całkowitej masy LMC, a także dla powstania Drogi Mlecznej.

„Jeżeli tak wiele karłów pojawiło się wraz z LMC dopiero niedawno, oznacza to, że właściwości populacji satelity Drogi Mlecznej zaledwie 1 mld lat temu były radykalnie różne, co wpłynęło na nasze zrozumienie, w jaki sposób powstają i ewoluują najsłabsze galaktyki” – powiedziała Sales.

Galaktyki karłowate to małe galaktyki, które zawierają od kilku tysięcy do kilku miliardów gwiazd. Naukowcy wykorzystali symulacje komputerowe z projektu Feedback In Realistic Environments, aby pokazać, że LMC i podobne galaktyki są gospodarzami dla wielu małych galaktyk karłowatych, z których wiele nie zawiera wcale gwiazd – tylko ciemną materię, rodzaj materii, który zdaniem naukowców stanowi większość masy Wszechświata.

„Duża liczba małych galaktyk karłowatych wydaje się sugerować, że zawartość ciemnej materii w LMC jest dość duża, co oznacza, że Droga Mleczna przechodzi najbardziej masywne połączenie w swojej historii, z LMC, jej partnerem, przynosząc aż ⅓ masy w halo Drogi Mlecznej – halo niewidzialnej materii otaczającej naszą galaktykę – powiedział Ethan Jahn, pierwszy autor artykułu i doktorant w grupie badawczej Sales.

Jahn wyjaśnił, że liczba maleńkich galaktyk karłowatych w LMC może być wyższa niż wcześniej oszacowali astronomowie i że wiele z tych małych satelitów nie ma gwiazd.

„Małe galaktyki są trudne do zmierzenie i możliwe, że niektóre znane już skrajnie słabe galaktyki karłowate są w rzeczywistości związane z LMC. Możliwe jest również, że odkryjemy skrajnie słabe powiązane z LMC” – powiedział.

Galaktyki karłowate mogą być satelitami większych galaktyk lub mogą być „odizolowane”, istnieć samodzielnie i niezależnie od większych obiektów. Jak wyjaśnił Jahn, LMC był odizolowany ale został przechwycony przez grawitację Drogi Mlecznej i teraz jest jej satelitą. Według niego LMC był gospodarzem siedmiu własnych galaktyk satelitarnych, w tym Małego Obłoku Magellana, zanim zostały one schwytane przez Drogę Mleczną.

Następnie zespół zbada, w jaki sposób galaktyki wielkości LMC tworzą swoje gwiazdy i jaki to ma związek z ilością masy ciemnej materii.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

15 października 2019

Ogromna gromada galaktyk jako szkło powiększające w promieniach X

Nowa technika soczewek wykrywa maleńką galaktykę karłowatą w pierwszych, wysokoenergetycznych stadiach formowania gwiazd.


Astronomowie wykorzystali ogromną gromadę galaktyk jako szkło powiększające do prześwietlenia promieniami X, aby spojrzeć wstecz w czasie, prawie 9,4 mld lat temu. W trakcie tego procesu zauważyli maleńką galaktykę karłowatą w jej pierwszych, wysokoenergetycznych stadiach formowania gwiazd.

Podczas gdy gromady galaktyk były używane do powiększania obiektów na optycznych długościach fal, naukowcy po raz pierwszy wykorzystali te masywne grawitacyjne olbrzymy do przybliżenia ekstremalnych, odległych zjawisk emitujących promieniowanie X.

To, co wykryli wydaje się być niebieską plamką nowonarodzonej galaktyki, rozmiarów mniej więcej 0,0001 wielkości Drogi Mlecznej, w trakcie tworzenia jej pierwszych gwiazd – supermasywnych, kosmicznie krótkotrwałych obiektów emitujących promieniowanie rentgenowskie o wysokiej energii, które naukowcy wykryli w postaci jasnoniebieskiego łuku.

„Ta mała niebieska plama, oznaczająca, że jest to bardzo mała galaktyka zawierająca wiele bardzo gorących, bardzo masywnych młodych gwiazd, które powstały niedawno. Galaktyka ta jest podobna do pierwszych galaktyk, które powstały we Wszechświecie…. takich, jakich nikt wcześniej nie widział na zdjęciach rentgenowskich w odległym Wszechświecie” – mówi Matthew Bayliss, naukowiec z Mav's Kavli Institute for Astrophysics and Space Research.

Bayliss twierdzi, że wykrycie tej pojedynczej, odległej galaktyki jest dowodem na to, że naukowcy mogą wykorzystać gromady galaktyk jako naturalne rentgenowskie szkła powiększające, aby wykrywać ekstremalne, wysokoenergetyczne zjawiska we wczesnej historii Wszechświata.

„Dzięki tej technice w przyszłości moglibyśmy powiększać odległą galaktykę i datować jej różne części – powiedzmy, ta część ma gwiazdy, które powstały 200 mln lat temu, w porównaniu z inną częścią, która powstała 50 mln lat temu i rozdzielać je w sposób, którego nie można zrobić inaczej” – mówi Bayliss.

Gromady galaktyk to najbardziej masywne obiekty we Wszechświecie, złożone z tysięcy galaktyk, wszystkie połączone grawitacyjnie jedną, ogromną, potężną siłą. Gromady galaktyk są tak masywne, a ich przyciąganie grawitacyjne tak silne, że mogą one zniekształcać czasoprzestrzeń, zaginając Wszechświat i dowolne otaczające światło.

Naukowcy wykorzystali gromady galaktyk jako kosmiczne szkła powiększające, w technice zwanej soczewkowaniem grawitacyjnym. Chodzi o to, że jeżeli naukowcy są w stanie podać w przybliżeniu masę gromady galaktyk, mogą oszacować jej wpływ grawitacyjny na dowolne otaczające światło, a także kąt, pod jakim gromada może zakrzywiać to światło.

Astronomowie wykorzystali gromady galaktyk do powiększania obiektów na optycznych długościach fal, ale nigdy w paśmie rentgenowskim widma elektromagnetycznego, głównie dlatego, że gromady galaktyk same emitują ogromne ilości promieniowania rentgenowskiego. Naukowcy sądzili, że jakiekolwiek promieniowanie X pochodzące ze źródła tła byłoby niemożliwe do odróżnienia od światła własnego gromady.

Naukowcy zastanawiali się, czy mogliby usunąć emisje rentgenowskie pochodzące z gromady galaktyk, aby zobaczyć znacznie słabsze promieniowanie X pochodzące z obiektu znajdującego się za i powiększonego przez gromadę?

Zespół przetestował ten pomysł na podstawie obserwacji przeprowadzonych przez Obserwatorium Chandra, jeden z najpotężniejszych teleskopów rentgenowskich na świecie. Przyjrzeli się szczególnie pomiarom gromady Feniks, odległej gromady galaktyk znajdującej się 5,7 mld lat świetlnych stąd o szacowanej masie ok. kwadryliona mas Słońca, z efektami grawitacyjnymi, które powinny uczynić ją potężną, naturalną soczewką.

Bayliss i jego koledzy analizowali obserwacje gromady Feniks, stale wykonywane za pomocą Chandra przez ponad miesiąc. Obejrzeli także zdjęcia gromady wykonane przez dwa teleskopy optyczne i podczerwone – Kosmiczny Teleskop Hubble’a i Teleskop Magellana w Chile. Przy tych wszystkich różnych spojrzeniach, zespół opracował model do scharakteryzowania efektów optycznych gromady, który pozwolił naukowcom precyzyjnie zmierzyć emisje rentgenowskie z samej gromady i odjąć je od danych.

Pozostały im dwa podobne wzorce emisji promieniowania X wokół gromady, które, jak ustalili, były „soczewkowane” lub grawitacyjnie zakrzywione przez gromadę. Kiedy prześledzili emisje wstecz w czasie, odkryli, że wszystkie pochodzą z jednego, odległego źródła: maleńkiej galaktyki karłowatej sprzed 9,4 mld lat – około ⅓ obecnego wieku Wszechświata.

Połączenie naturalnej mocy soczewkowania gromady Feniks pozwoliło zespołowi zobaczyć maleńką galaktykę ukrywającą się za gromadą, powiększoną około 60 razy. Przy tej rozdzielczości udało im się przybliżyć tak, by dostrzec dwie wyraźne grupy w galaktyce, z których jedna wytwarza znacznie więcej promieniowanie X niż druga.

Ponieważ promienie X są zwykle wytwarzane podczas ekstremalnych, krótkotrwałych zjawisk, naukowcy uważają, że pierwsza grupa bogata w promienie X sygnalizuje część galaktyki karłowatej, która niedawno utworzyła supermasywne gwiazdy, podczas gdy cichszy region to starszy obszar, który zawiera bardziej dojrzałe gwiazdy.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

14 października 2019

Astrofizycy używają sztucznej inteligencji do określania rozmiarów egzoplanet

Zespół naukowców opublikował artykuł, który pokazuje, że znając masę i temperaturę równowagową egzoplanety, można określić jej promień z większą dokładnością, niż poprzednimi metodami.


Solène Ulmer-Moll, doktorantka na Wydziale Nauki Uniwersytetu w Porto (FCUP) wyjaśnia, że wynik ten uzyskano dzięki wykorzystaniu wiedzy z różnych dziedzin: „Ten nowatorski sposób przewidywania promienia egzoplanety jest doskonałym przykładem synergii między nauką o egzoplanetach i techniką uczenia się maszyn.”

Aby scharakteryzować planetę, musimy znać zarówno jej masę jak i promień, aby wyznaczyć gęstość planety i na tej podstawie wywnioskować jej skład. Ale te dane są dostępne tylko dla ograniczonej liczby egzoplanet, ponieważ masa jest często określana przez pomiary prędkości radialnej, podczas gdy promień jest mierzony metodą tranzytową.

Zespół opracował algorytm, który dokładnie prognozuje promień szerokiego zakresu egzoplanet, jeżeli znanych jest kilka innych parametrów planetarnych i gwiezdnych, głównie masy egzoplanet i temperatury równowagowej. Solène Ulmer-Moll dodaje: „Dla setek planet odkrytych metodą prędkości radialnej jesteśmy teraz w stanie przewidzieć ich promień. Możemy wtedy zrozumieć, czy te egzoplanety są potencjalnie skalistymi światami.”

Do tej pory tylko masa egzoplanety była wykorzystywana do przewidywania jej promienia, ale zespół pracuje nad zmianą tego paradygmatu, używając innych parametrów planetarnych i gwiazdowych do wzmocnienia swoich prognoz.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

13 października 2019

Gwałtowne rozbłyski w sercu czarnej dziury

Międzynarodowy zespół astronomów wykorzystał najnowocześniejsze kamery, aby stworzyć film o prędkości 300 klatek na sekundę przedstawiający rosnący układ czarnej dziury z niespotykaną dotąd szczegółowością. W trakcie tego procesu odkryli nowe wskazówki pozwalające zrozumieć bezpośrednie otoczenie tych zagadkowych obiektów.


Czarne dziury mogą karmić pobliską gwiazdę i tworzyć ogromne dyski akrecyjne. Tutaj wpływ silnej grawitacji czarnej dziury i własnego pola magnetycznego materii może spowodować gwałtowne zmieniający się poziom promieniowania emitowanego z układu jako całości.

Promieniowanie to zostało wykryte w świetle widzialnym przez instrument HiPERCAM Gran Telescopio Canarias (La Palma, Wyspy Kanaryjskie) oraz w promieniach X przez obserwatorium NICER na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

Badany układ czarnej dziury nazywa się MAXI J1820+070 i został odkryty na początku 2018 roku. Znajduje się około 10 000 lat świetlnych stąd, w naszej własnej Drodze Mlecznej i ma masę ok. 7 słońc.

Badanie takich układów jest zwykle trudne, ponieważ ich odległości sprawiają, że są zbyt słabe i zbyt małe, aby je zobaczyć – nawet przy użyciu Teleskopu Horyzontu Zdarzeń, który niedawno wykonał obraz czarnej dziury w centrum galaktyki M87. Instrumenty HiPERCAM i NICER pozwalają jednak naukowcom tworzyć „filmy” zmieniającego się światła z układu z prędkością ponad 300 klatek na sekundę, rejestrując gwałtowne „pęknięcia” i „rozbłyski” światła widzialnego i rentgenowskiego.

John Paice z University of Southampton i Inter-University Centre for Astronomy & Astrophysics w Indiach był głównym autorem badania prezentującego te wyniki, a także artystą, który stworzył film. Wyjaśnił pracę w następujący sposób: „Film powstał przy użyciu realnych danych, ale został spowolniony do 1/10 rzeczywistej prędkości, aby ludzkie oko mogło rozpoznać najszybsze rozbłyski. Widzimy, jak materia wokół czarnej dziury jest tak jasna, że przyćmiewa gwiazdę, którą pochłania, a najszybsze migotanie trwa tylko kilka milisekund – to wydajność setek Słońc i więcej emitowana w okamgnieniu.”

Naukowcy odkryli również, że spadkom na poziomie promieni rentgenowskich towarzyszy wzrost światła widzialnego (i odwrotnie). Najszybsze błyski w świetle widzialnym pojawiły się ułamek sekundy po promieniach X. Takie wzory pośrednio ujawniają obecność wyraźnej plazmy.

Nie pierwszy raz znaleziono coś takiego; ułamek sekundy różnicy między promieniowaniem rentgenowskim a światłem widzialnym została zauważona w dwóch innych układach, w których znajdują się czarne dziury, ale nigdy nie zaobserwowano tego poziomu szczegółowości.

Dr Poshak Gandhi ze Southampton skomentował znaczenie tych odkryć: „Fakt, że widzimy to teraz w trzech układach, wzmacnia przekonanie, że jest to cecha jednocząca takie rosnące czarne dziury. Jeżeli to prawda, to musi nam powiedzieć coś fundamentalnego na temat działania plazmy wokół czarnej dziury.”

„Nasze najnowsze pomysły odwołują się do głębokiego związku między opadającymi po spirali a odpływającymi kawałkami plazmy. Ale są to ekstremalne warunki fizyczne, których nie możemy odtworzyć w laboratoriach na Ziemi i nie rozumiemy, jak natura tym zarządza. Takie dane będą miały kluczowe znaczenie dla prawidłowej teorii.”

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

12 października 2019

Czarne dziury hamują wzrost galaktyk karłowatych

Astronomowie z Uniwersytetu Kalifornijskiego odkryli, że potężne wiatry napędzane przez supermasywne czarne dziury w centrach galaktyk karłowatych mają znaczący wpływa na ewolucję tych galaktyk poprzez tłumienie procesu formowania się gwiazd.


Galaktyki karłowate to małe galaktyki zawierające od 100 mln do kilku miliardów gwiazd. Droga Mleczna natomiast ma 200-400 mld gwiazd. Galaktyki karłowate są najliczniejszym rodzajem galaktyk we Wszechświecie i często krążą wokół większych galaktyk.

„Spodziewałyśmy się, że będziemy potrzebować obserwacji o znacznie wyższej rozdzielczości i czułości, i planowałyśmy uzyskać ich jako kontynuację naszych początkowych obserwacji. Widziałyśmy jednak znaki silnie i wyraźnie w początkowych obserwacjach. Wiatry były silniejsze, niż się spodziewałyśmy” – powiedziała Gabriela Canalizo, profesor fizyki i astronomii na UC Riverside, która kierowała zespołem badawczym.

Canalizo wyjaśniła, że astronomowie od kilku dziesięcioleci podejrzewają, że supermasywne czarne dziury w centrach dużych galaktyk mogą mieć głęboki wpływ na sposób wzrostu i starzenia się dużych galaktyk.

„Nasze odkrycia wskazują teraz, że ich efekt może być tak samo dramatyczny, jeśli nie bardziej, w galaktykach karłowatych” – powiedziała.

Badaczki wykorzystały część danych z przeglądu SDSS (Sloan Digital Sky Survey), który mapuje ponad 35% nieba, w celu identyfikacji 50 galaktyk karłowatych, z których 29 wykazało oznaki związane z czarnymi dziurami w ich centrach. Sześć z tych 29 galaktyk wykazywało dowody na wiatry – w szczególności wypływów zjonizowanego gazu o dużej prędkości – pochodzących z ich aktywnych czarnych dziur.

„Korzystając z teleskopów Kecka na Hawajach byłyśmy w stanie nie tylko wykryć ale także zmierzyć określone właściwości tych wiatrów, takie jak ich kinematyka, rozkład i źródło zasilania – zrobiono to po raz pierwszy. Znalazłyśmy dowody na to, że wiatry te mogą się zmieniać w tempie, w jakim galaktyki są zdolne do formowania gwiazd” – powiedziała Canalizo.

Christina Manzano-King, pierwsza autorka badania, wyjaśniła, że badając galaktyki karłowate, można rozwiązać wiele pytań dotyczących ewolucji galaktyk, które pozostają bez odpowiedzi.

„Większe galaktyki często powstają, gdy galaktyki karłowate łączą się ze sobą. Są one zatem przydatne do zrozumienia ewolucji galaktyk. Galaktyki karłowate są małe, ponieważ po powstaniu w jakiś sposób uniknęły łączenia się z innymi galaktykami. Dzięki temu służą jako skamieliny, odkrywając, jak wyglądało środowisko wczesnego Wszechświata. Galaktyki karłowate to najmniejsze galaktyki, w których po raz pierwszy bezpośrednio widzimy wiatry – gaz przepływa z prędkością do 1000 km/s” – powiedziała Manzano-King.

Manzano-King wyjaśniła, że gdy materia wpada do czarnej dziury, ulega nagrzaniu z powodu tarcia i silnych pól grawitacyjnych i uwalnia energię promieniowania. Energia ta wypycha otaczający gaz z centrum galaktyki na zewnątrz do przestrzeni międzygalaktycznej.

„Co ciekawe, w sześciu galaktykach karłowatych wiatry te są wypychane przez aktywne czarne dziury, a nie przez procesy gwiazdowe, takie jak supernowe. Zazwyczaj wiatry napędzane procesami gwiazdowymi są powszechne w galaktykach karłowatych i stanowią dominujący proces regulacji ilości gazu w nich dostępnego do formowania się gwiazd” – powiedziała.

Astronomowie podejrzewają, że gdy wiatr z czarnej dziury jest wypychany, kompresuje gaz przed wiatrem, co może zwiększyć powstawanie gwiazd. Ale jeżeli cały wiatr zostanie wydalony z centrum galaktyki, gaz staje się niedostępny i powstawanie gwiazd może się zmniejszyć. Wydaje się, że to ostatnie zachodzi w sześciu galaktykach karłowatych, które zidentyfikowały badaczki.

„W tych sześciu przypadkach wiatr ma negatywny wpływ na powstawanie gwiazd. Modele teoretyczne tworzenia i ewolucji galaktyk nie uwzględniają wpływu czarnych dziur w galaktykach karłowatych. Widzimy jednak dowody tłumienia powstawania gwiazd w tych galaktykach. Nasze odkrycia pokazują, że modele formowania galaktyk muszą obejmować czarne dziury jako ważne, jeżeli nie dominujące, regulatory formowania się gwiazd w galaktykach karłowatych” – powiedziała Laura Sales.

Następnie, badaczki planują zbadanie masy i pędu wypływów gazu w galaktykach karłowatych.

„To by lepiej poinformowało teoretyków, którzy polegają na takich danych do budowy modeli. Modele te z kolei uczą astronomów obserwacyjnych, w jaki sposób wiatry wpływają na galaktyki karłowate. Planujemy również systematyczne poszukiwanie większej próbki SDSS w celu zidentyfikowania galaktyk karłowatych z odpływami z aktywnych czarnych dziur” – powiedziała Manzano-King.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

10 października 2019

W jaki sposób powstają magnetary, najsilniejsze magnesy we Wszechświecie?

W jaki sposób niektóre gwiazdy neutronowe stają się najsilniejszymi magnesami we Wszechświecie? Niemiecko-brytyjski zespół astrofizyków znalazł możliwą odpowiedź na pytanie, jak powstają tak zwane magnetary. Naukowcy wykorzystali duże symulacje komputerowe, aby wykazać, w jaki sposób połączenie dwóch gwiazd wytwarza silne pola magnetyczne. Jeżeli takie gwiazdy eksplodują w postaci supernowych, mogą powstać magnetary. 


Nasz Wszechświat jest opleciony przez pole magnetyczne. Na przykład Słońce ma otoczkę, w której konwekcja stale wytwarza pola magnetyczne. „Mimo, że masywne gwiazdy nie mają takich powłok, wciąż obserwujemy silne, wielkoskalowe pole magnetyczne na powierzchni około 10% z nich” – wyjaśnia dr Fabian Schneider z Centrum Astronomii Uniwersytetu w Heidelbergu, który jest pierwszym autorem badania. Chociaż takie pola zostały odkryte już w 1947 roku, ich pochodzenie jak dotąd pozostaje nieznane.

Ponad dziesięć lat temu naukowcy zasugerowali, że silne pola magnetyczne powstają, gdy zderzają się dwie gwiazdy. „Ale do tej pory nie byliśmy w stanie przetestować tej hipotezy, ponieważ nie mieliśmy niezbędnych narzędzi obliczeniowych” – mówi dr Sebastian Ohlmann z centrum obliczeniowego Max Planck Society w Garching pod Monachium. Tym razem naukowcy wykorzystali kod AREPO, wysoce dynamiczny kod symulacyjny działający na klastrach obliczeniowych Instytutu Badań Teoretycznych w Heidelbergu (HITS), aby wyjaśnić właściwości Tau Scorpii (τ Sco), magnetara znajdującego się 500 lat świetlnych od Ziemi.

Już w 2016 roku Fabian Schneider i Philipp Podsiadłowski z University of Oxford zdali sobie sprawę, że τ Sco jest tak zwanym niebieskim maruderem. Niebieskie marudery są produktem połączonych gwiazd. „Zakładamy, że Tau Scorpii uzyskała silne pole magnetyczne podczas procesu łączenia” – wyjaśnia dr Philipp Podsiadłowski. Dzięki symulacjom komputerowym τ Sco niemiecko-brytyjski zespół badawczy wykazał teraz, że silne turbulencje podczas połączenia się dwóch gwiazd mogą stworzyć takie pole.

Zdarzenia łączenia się gwiazd są dość częste: naukowcy zakładają, że około 10% wszystkich masywnych gwiazd Drogi Mlecznej jest efektem takich procesów. Zdanie dr Schneidera jest to zgodne z częstością występowania masywnych gwiazd magnetycznych. Astronomowie uważają, że te same gwiazdy mogą tworzyć magnetary, gdy wybuchają jako supernowe.

Może to się zdarzyć również w przypadku τ Sco, gdy pod koniec swojego życia eksploduje. Symulacje komputerowe sugerują, że wygenerowane pole magnetyczne wystarczyłoby do wyjaśnienia wyjątkowo silnych pól magnetycznych w magentarach. „Uważa się, że magnetary mają najsilniejsze pola magnetyczne we Wszechświecie – do stu miliardów razy silniejsze, niż najsilniejsze pole magnetyczne wytworzone kiedykolwiek przez ludzkość” – mówi prof. Dr Friedrich Röpke z HITS.

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...