28 listopada 2019

Gwiazdowa czarna dziura, której nie powinno być

Szacuje się, że w naszej Drodze Mlecznej jest 100 mln gwiazdowych czarnych dziur – kosmicznych ciał utworzonych przez zapadnięcie się masywnych gwiazd i tak gęstych, że nawet światło nie jest w stanie z nich uciec. Do tej pory naukowcy oszacowali masę pojedynczej gwiazdowej czarnej dziury w naszej galaktyce na nie więcej niż 20 mas Słońca. Ale odkrycie ogromnej czarnej dziury obaliło to założenie.


Zespół kierowany przez prof. LIU Jifenga z Narodowego Obserwatorium Astronomicznego Chin (NAOC) zauważył gwiazdową czarną dziurę o masie 70 Słońc. Monstrualna czarna dziura znajduje się 15 000 lat świetlnych od Ziemi i została nazwana przez naukowców LB-1.

Odkrycie to było dużą niespodzianką. „Zgodnie z większością obecnych modeli ewolucji gwiazd, czarne dziury o takiej masie nie powinny istnieć w naszej galaktyce. Myśleliśmy, że bardzo masywne gwiazdy o składzie chemicznym typowym dla Drogi Mlecznej muszą wyrzucić większość gazu gdy zbliżają się do końca swojego życia. Dlatego nie powinny pozostać po nich tak masywne obiekty. LB-1 jest dwa razy większa, niż było uważane za możliwe” – powiedział prof. LIU.

Jeszcze kilka lat temu gwiazdowe czarne dziury można było odkryć tylko wtedy, gdy pochłonęły gaz z gwiazdy towarzyszącej. Proces ten tworzy silne emisje rentgenowskie, wykrywalne z Ziemi, które wskazują obecność zapadniętego obiektu,

Ogromna większość gwiazdowych czarnych dziur w naszej galaktyce nie jest jednak zaangażowana w kosmiczny bankiet, a zatem nie emitują promieniowania X. W rezultacie tylko ok. dwa tuziny czarnych dziur w Galaktyce zostało dobrze zidentyfikowane i zmierzone.

Aby zapobiec temu ograniczeniu, prof. LIU i jego współpracownicy zbadali niebo przy pomocy chińskiego teleskopu Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope (LAMOST), szukając gwiazd krążących wokół niewidzialnych obiektów, przyciąganych przez grawitację.

Ta technika obserwacyjna została po raz pierwszy zaproponowana przez angielskiego naukowca Johna Michella w 1783 r., ale stała się możliwa do zrealizowania dopiero dzięki najnowszym udoskonaleniom technologicznym teleskopów i detektorów.

Jednak takie poszukiwania są jak szukanie przysłowiowej igły w stogu siana: tylko jedna gwiazda na tysiąc może krążyć wokół czarnej dziury.

Po wstępnym odkryciu, do określenia parametrów fizycznych układu wykorzystano największe na świecie teleskopy optyczne: 10,4-metrowy hiszpański Gran Telescopio Canarias i 10-metrowy teleskop Keck I w Stanach Zjednoczonych. Rezultaty były fantastyczne: zaobserwowano gwiazdę ośmiokrotnie masywniejszą od Słońca okrążającą czarną dziurę o masie 70 Słońc w czasie 79 dni.

Odkrycie LB-1 idealnie dopasowuje się do kolejnego przełomu w astrofizyce. Ostatnio detektory LIGO i Virgo zaczęły wychwytywać fale w czasoprzestrzeni wywołane zderzeniami czarnych dziur w odległych galaktykach. Co ciekawe, czarne dziury uczestniczące w takich zdarzeniach są również znacznie większe niż to, co wcześniej uważano za typowe.

Bezpośrednia obserwacja LB-1 dowodzi, że ta populacja nadmiernie masywnych czarnych dziur istnieje nawet na naszym własnym podwórku. „To odkrycie zmusza nas do ponownego zbadania modeli powstawania czarnych dziur o masie gwiazdowej” – powiedział dyrektor LIGO, prof. David Reitze z University of Florida w USA.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

27 listopada 2019

Radioteleskop odkrywa pozostałości martwych gwiazd w centrum Drogi Mlecznej

Radioteleskop z zachodniej Australii uchwycił nowy, spektakularny obraz centrum galaktyki, w której żyjemy, Drogi Mlecznej. 


Obraz z teleskopu Murchison Widefield Array (MWA) pokazuje, jak wyglądałaby nasza galaktyka, gdyby ludzkie oczy widziały fale radiowe. Astrofizyk dr Natasha Hurley-Walker z ICRAR stworzyła ten obraz przy użyciu Pawsey Supercomputing Centre w Perth.

Obrazy uchwyciły miejsce znajdujące się w środku Drogi Mlecznej w kierunku, który astronomowie nazywają centrum Galaktyki.

Dane do badań pochodzą z przeglądu GaLactic and Extragalactic All-sky MWA, w skrócie GLEAM. Pomiar ma rozdzielczość 2 minut łuku (mniej więcej taką samą jak ludzkie oko) i mapuje niebo za pomocą fal radiowych na częstotliwościach między 72 a 231 MHz (radio FM to ok. 100 MHz).

Dzięki tak szerokiemu zakresowi częstotliwości możliwe jest rozdzielenie różnych nakładających się obiektów, gdy patrzy się w kierunku centrum Galaktyki.

Korzystając z tych obrazów, dr Hurley-Walker i jej koledzy odkryli pozostałości 27 masywnych gwiazd, które eksplodowały jako supernowe pod koniec swojego życia. Gwiazdy te były 8 lub więcej razy masywniejsze, niż Słońce, zanim uległy zniszczeniu przed tysiącami lat.

Młodsze i bliższe pozostałości po supernowych, lub te w bardzo gęstym otoczeniu są łatwe do wykrycia, i znanych jest już 295 takich obiektów.

W przeciwieństwie do innych instrumentów, MWA może znaleźć te, które są starsze, oddalone lub zlokalizowane są w bardzo pustym środowisku.

Dr Hurley-Walker powiedziała, że jedna z nowo odkrytych pozostałości po supernowej znajduje się w takim pustym obszarze przestrzeni kosmicznej, daleko od płaszczyzny Galaktyki, a więc pomimo tego, że jest dość młoda, jest również bardzo słaba. Jak mówi, są to pozostałości gwiazdy, która zmarła mniej, niż 9 000 lat temu, co oznacza, że eksplozja mogła być widoczna dla rdzennych mieszkańców Australii w owym czasie.

Ekspert w astronomii kulturowej, prof. Duane Hamacher z University of Melbourne, powiedział, że niektóre tradycje Aborygenów opisują pojawiające się na niebie jasne nowe gwiazdy, ale nie znamy żadnych definitywnych tradycji opisujących to konkretne wydarzenie.

Dr Hurley-Walker powiedziała, że dwie odkryte pozostałości po supernowych są dość niezwykłymi „sierotami”, znalezionymi w regionie nieba, w którym nie ma masywnych gwiazd, co oznacza, że przyszłe poszukiwania w innych takich regionach mogą być bardziej skuteczne niż oczekiwali astronomowie. Jednocześnie inne odkryte w tym przeglądzie pozostałości po supernowych są bardzo stare.

Teleskop MWA jest prekursorem największego na świecie radioteleskopu, Square Kilometre Array, który ma zostać zbudowany w Australii i Afryce Południowej po 2021 roku.

MWA jest idealny do wyszukiwania tego typu obiektów, jednak jego czułość i rozdzielczość są dość ograniczone.

Część SKA, która zostanie zbudowana w tym miejscu co WMA, będzie tysiące razy bardziej wrażliwa i będzie miała znacznie lepszą rozdzielczość, więc powinna znaleźć tysiące pozostałości po supernowych, które powstały w ciągu ostatnich 100 000 lat, nawet po drugiej stronie Drogi Mlecznej.  

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

26 listopada 2019

Chemia w burzliwym ośrodku międzygwiezdnym

W przestrzeni kosmicznej odkryto ponad dwieście molekuł, niektóre z nich (jak Buckminsterfullerene) są bardzo złożonymi molekułami. Oprócz tego, że z natury są bardzo interesujące, molekuły te emitują ciepło, pomagając olbrzymim obłokom materii międzygwiazdowej ochłodzić się i skurczyć, tworząc nowe gwiazdy. Co więcej, astronomowie wykorzystują promieniowanie tych molekuł do badania warunków lokalnych, na przykład podczas formowania się planet w dyskach wokół młodych gwiazd. 



Względna liczebność tych gatunków molekuł jest ważną, ale od dawna pozostaje zagadką, zależną od wielu czynników, m.in. od liczebności podstawowych pierwiastków i siły promieniowania pola UV po gęstość, temperaturę i wiek obłoku. Obfitość małych molekuł (tych z dwoma lub trzema atomami) jest szczególnie ważna, ponieważ stanowią one przejściowe etapy dla większych gatunków, a wśród nich te, które niosą ładunek netto, są jeszcze ważniejsze, ponieważ łatwiej poddają się reakcjom chemicznym. Obecne modele rozproszonego środowiska międzygwiezdnego zakładają równomierne warstwy gazu oświetlonego ultrafioletem o stałej gęstości lub gęstości, która zmienia się płynnie wraz z posuwaniem się w głąb obłoku. Problem polega na tym, że prognozowane modele często nie zgadzają się z obserwacjami.

Dekady obserwacji wykazały również, że ośrodek międzygwiezdny nie jest jednorodny, ale raczej burzliwy, z dużymi zmianami gęstości i temperatury na małych przestrzeniach. Astronom z CfA Shmuel Bialy kierował zespołem naukowców badających obfitość czterech kluczowych cząsteczek - H2, OH+, H2O+, and ArH+ - w naddźwiękowym i burzliwym ośrodku. Te konkretne cząsteczki są zarówno użytecznymi astronomicznymi próbnikami, jak i wysoce wrażliwymi na zmiany gęstości, które naturalnie powstają w niespokojnych ośrodkach. Opierając się na swoich wcześniejszych badaniach zachowanie wodoru w burzliwym ośrodku, naukowcy przeprowadzili szczegółowe symulacje komputerowe, które obejmują szeroki zakres chemicznych ścieżek wraz z modelami naddźwiękowych burzliwych ruchów w różnych scenariuszach wzbudzenia napędzanych promieniowaniem ultrafioletowym i kosmicznym. Ich wyniki wykazują dobrą zgodność. Zakres burzliwych warunków jest szeroki, a prognozy odpowiednio szerokie, jednak aby nowe modele lepiej tłumaczyły obserwowane zakresy, mogą być niejednoznaczne i wyjaśniać konkretną sytuację za pomocą kilku różnych kombinacji parametrów. Autorzy opowiadają się za dodatkowymi obserwacjami i modelami nowej generacji, aby ściślej ograniczyć wnioski.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
CfA

23 listopada 2019

Międzynarodowy zespół badaczy po raz pierwszy udowodnił, że galaktyka NGC 6240 zawiera trzy supermasywne czarne dziury. Obserwacje ukazują czarne dziury znajdujące się bardzo blisko siebie w jądrze galaktyki. Badanie wskazuje na proces jednoczesnego łączenia się galaktyk podczas formowania się największych z nich we Wszechświecie.


Masywne galaktyki, takie jak Droga Mleczna, zazwyczaj składają się z setek miliardów gwiazd i mają w swoich centrach czarną dziurę o masie od kilku milionów do kilkuset milionów mas Słońca. NGC 6240 to tzw. galaktyka nieregularna, ze względu na swój szczególny kształt. Do tej pory astronomowie zakładali, że powstała ona w wyniku zderzenia dwóch mniejszych galaktyk i dlatego ma dwie czarne dziury w swoim jądrze. Jej galaktyczni przodkowie zbliżyli się do siebie z prędkością kilku setek km/s i wciąż się łączą. Ten układ galaktyk znajdujących się w odległości ok. 300 mln lat świetlnych od nas – blisko, jak na kosmiczne standardy – został szczegółowo zbadany na wszystkich długościach fali i do tej pory był uważany za prototyp wzajemnego oddziaływania między galaktykami.

„Dzięki naszym obserwacjom byliśmy w stanie wykazać, że układ oddziałujących galaktyk NGC 6240 ma nie dwie – jak wcześniej zakładano – ale trzy supermasywne czarne dziury w swoim jądrze” – mówi prof. Wolfram Kollatschny z Uniwersytetu w Getyndze. Każda z nich ma masę 90 milionów Słońc. Zlokalizowane są w regionie o średnicy zaledwie 3000 lat świetlnych, to jest 1/100 całkowitego rozmiaru galaktyki. Do tej pory nie odkryto takiej koncentracji trzech supermasywnych czarnych dziur. Niniejszy przypadek dostarcza dowodów na proces jednoczesnego łączenia się trzech galaktyk wraz z ich centralnymi czarnymi dziurami” – dodaje dr Peter Weilbacher z Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP).

Odkrycie tego potrójnego układu ma fundamentalne znaczenie dla zrozumienia ewolucji galaktyk w czasie. Do tej pory nie było możliwe wyjaśnienie, w jaki sposób największe i najbardziej masywne galaktyki, które znamy z naszego kosmicznego środowiska w „teraźniejszości”, powstały w wyniku zwykłych interakcji galaktyk i procesów scalania w ciągu minionych 14 mld lat (tyle w przybliżeniu wynosi wiek Wszechświata). Gdyby jednak zachodziły procesy jednoczesnego łączenia się kilku galaktyk, wówczas największe galaktyki z ich centralnymi supermasywnymi czarnymi dziurami mogłyby ewoluować znacznie szybciej. Obecne obserwacje dostarczają pierwszych wskazówek na temat tego scenariusza.

Do unikalnych, bardzo precyzyjnych obserwacji galaktyki NGC 6240 przy użyciu 8-metrowego teleskopu VLT zastosowano spektrograf 3D MUSE. Dzięki zastosowanej technologii uzyskiwane obrazy mają ostrość podobną do tych otrzymywanych z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, ale dodatkowo zawierają widmo dla każdego obrazowanego piksela. Widma te były decydujące w określeniu ruchu i masy supermasywnych czarnych dziur w NGC 6240.

Naukowcy zakładają, że zaobserwowane bezpośrednie połączenie supermasywnych czarnych dziur w ciągu kilku milionów lat będzie również generować bardzo silne fale grawitacyjne. W dającej się przewidzieć przyszłości sygnały podobnych obiektów będą mogły być mierzone za pomocą planowanego satelitarnego detektora fal grawitacyjnych LISA i będą mogły być odkrywane przyszłe układy łączących się galaktyk.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

21 listopada 2019

Naukowcy znajdują dowody na brakującą gwiazdę neutronową

Pozostałości po spektakularnej supernowej, która zrewolucjonizowała nasze rozumienie tego, w jaki sposób gwiazdy kończą swoje życie, zostały w końcu dostrzeżone przez astronomów z Uniwersytetu w Cardiff.


Naukowcy twierdzą, że znaleźli lokalizację gwiazdy neutronowej, która pozostała po tym, gdy masywna gwiazda zakończyła swoje życie w gigantycznej eksplozji, prowadzącej do słynnej supernowej, znanej jako Supernowa 1987A.

Przez ponad 30 lat astronomowie nie byli w stanie zlokalizować gwiazdy neutronowej, ponieważ została ona ukryta za grubą chmurą kosmicznego pyłu.

Korzystając z anten ALMA zespół znalazł konkretną chmurę pyłu, jaśniejszą niż jej otoczenie, która pasuje do spodziewanej lokalizacji gwiazdy neutronowej.

Główny autor badania opublikowanego w The Astrophysical Journal, dr Phil Cigan z  Cardiff University’s School of Physics and Astronomy, powiedział: „Po raz pierwszy możemy stwierdzić, że w tym obłoku, wewnątrz pozostałości po supernowej znajduje się gwiazda neutronowa. Jej światło zostało zasłonięte bardzo gęstym obłokiem pyłu, bezpośrednio blokującym światło gwiazdy neutronowej na wielu długościach fal.”

Dr Mikako Matsuura, inny wiodący członek zespołu badawczego, dodał: „Chociaż światło gwiazdy neutronowej jest pochłaniane przez otaczający ją obłok pyłu, to z kolei powoduje, że świeci on w promieniowaniu poniżej milimetra, co możemy obserwować za pomocą niezwykle czułych teleskopów ALMA.”

Wspominana supernowa została odkryta w 1987 roku w sąsiedniej galaktyce, Wielkim Obłoku Magellana, oddalonym od nas o zaledwie 160 000 lat świetlnych.

Była to najbliższa nam eksplozja supernowej obserwowana od ponad 400 lat, a od czasu jej odkrycia fascynuje astronomów, którym została dostarczona idealna okazja do zbadania faz przed, w trakcie i po śmierci gwiazdy.

Eksplozja supernowej, do której doszło pod koniec życia gwiazdy, doprowadziła do powstania ogromnej ilości gazu o temperaturze ponad miliona stopni. Gdy gaz zaczął się szybko schładzać poniżej temperatury 0 stopni Celsjusza, część przeobraziła się w kurz.

Od dłuższego czasu ten gęsty obłok był podawany jako wyjaśnienie faktu, że nie zaobserwowano brakującej gwiazdy neutronowej, ale wielu astronomów sceptycznie podchodziło do tego i zaczęło kwestionować, czy w ogóle rozumieją życie gwiazd.

„Nasze nowe odkrycie umożliwia astronomom lepsze zrozumienie tego, w jaki sposób masywne gwiazdy kończą swoje życie, pozostawiając po sobie wyjątkowo gęste gwiazdy neutronowe”, kontynuował dr Matsuura.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

15 listopada 2019

Dwa kosmiczne pawie pokazują gwałtowną historię Obłoków Magellana

W Wielkim Obłoku Magellana za pomocą ALMA odkryto dwa gazowe obłoki w kształcie pawia. Zespół astronomów znalazł kilka masywnych młodych gwiazd w złożonych obłokach o włóknistej strukturze. Odkrycie to bardzo dobrze zgadza się z symulacjami komputerowymi olbrzymich zderzeń gazowych obłoków. Według naukowców oznacza to, że włókna i młode gwiazdy są dowodami wskazującymi na gwałtowne interakcje między Małym i Wielkim Obłokiem Magellana 200 mln lat temu.


Astronomowie wiedzą, że gwiazdy powstają w zapadających się obłokach w przestrzeni. Jednak procesy formowania się olbrzymów, dziesięciokrotnie masywniejszych niż Słońce, nie są zbyt dobrze poznane, gdyż trudno jest upakować tak duże ilości materii w tak małej przestrzeni. Niektórzy badacze sugerują, że oddziaływania między galaktykami zapewniają idealne środowisko do powstawania masywnych gwiazd. Ze względu na potężną grawitację obłoki w galaktykach są wstrząsane, rozciągane i często się ze sobą zderzają. Ogromne ilości gazu są skompresowane w niezwykle małym obszarze, który może tworzyć ziarna masywnych gwiazd.

Zespół badaczy wykorzystał ALMA do zbadania struktury gęstego gazu w N159, tętniącego życiem regionu formujących się gwiazd w Wielkim Obłoku Magellana (LMC). Dzięki wysokiej rozdzielczości ALMA uzyskali szczegółową mapę obłoków w dwóch podregionach, N159E – Mgławica Motyl oraz N159W. 

Co ciekawe, struktury obłoków w tych dwóch regionach wyglądają bardzo podobnie: włókna gazu w kształcie wachlarza rozciągające się na północ z czopami w najbardziej wysuniętych na południe punktach. Obserwacje ALMA wykazały także kilka masywnych młodych gwiazd we włóknach w obu regionach.

Nie jest naturalnym, że w dwóch regionach oddalonych od siebie o 150 lat świetlnych powstały obłoki o podobnym kształcie i to, że młode gwiazdy w nich zawarte mają podobny wiek. Musi być tego wspólna przyczyna. Wzajemne oddziaływanie między Małym i Wielkim Obłokiem Magellana wydaje się być najlepszym rozwiązaniem.

W 2017 roku Yasuo Fukui, profesor z Uniwersytetu Nagoya i jego zespół wykazali ruch wodoru w Małym Obłoku Magellana (LMC) i odkryli, że gazowy składnik tuż obok N159 ma inną prędkość, niż reszta obłoków. Zasugerowali hipotezę, że wybuch gwiazdy jest spowodowany masywnym przepływem gazu z SMC do LMC i że przepływ ten powstał w wyniku bliskiego spotkania obu galaktyk, do którego doszło 200 mln lat temu.

Para obłoków w kształcie pawia w dwóch regionach wskazanych przez ALMA dobrze pasuje do tej hipotezy. Symulacje komputerowe pokazują, że wiele włóknistych struktur powstaje w krótkim czasie po zderzeniu dwóch obłoków, co także wspiera tę ideę.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

13 listopada 2019

Odległe światy pod wieloma słońcami

Czy Ziemia jest jedyną planetą we Wszechświecie nadającą się do zamieszkania, czy też jest gdzieś więcej światów, które są w stanie utrzymać życie? A jeżeli tak, to jak mogą one wyglądać? Aby odpowiedzieć na te zasadnicze pytania, naukowcy szukają miejsca dla egzoplanet: odległych światów, które krążą wokół innych gwiazd poza naszym Układem Słonecznym.


Do tej pory znanych jest ponad 4000 egzoplanet, większość z nich krąży wokół pojedynczych gwiazd podobnych do naszego Słońca. Astrofizyk dr Markus Mugrauer z Uniwersytetu Friedricha Schillera w Jenie odkrył i scharakteryzował dużo nowych układów wielokrotnych gwiazd, które posiadają egzoplanety. Odkrycia potwierdzają założenia, że istnienie kilku gwiazd wpływa na proces powstawania i rozwoju planet.

„Układy wielokrotne są bardzo powszechne w naszej galaktyce. Jeżeli takie układy posiadają planety, są one szczególnie interesujące dla astrofizyki, ponieważ układy planetarne w nich mogą różnić się od naszego Układu Słonecznego w sposób zasadniczy” – wyjaśnia Mugrauer. Aby dowiedzieć się więcej o tych różnicach, Mugrauer przeszukał w bazie danych Gaia ponad 1300 gwiazd posiadających egzoplanety, aby sprawdzić, czy mają one gwiazdy towarzyszące.

W ten sposób wykazał istnienie około 200 gwiazd towarzyszących gospodarzom egzoplanet, które znajdują się w odległości do 1600 lat świetlnych od Słońca. Z pomocą tych danych Mugrauer był w stanie bardziej szczegółowo scharakteryzować gwiazdy towarzyszące oraz ich układy. Odkrył on, że istnieją zarówno ciasne układy gwiazd, w których składniki znajdują się zaledwie 20 jednostek astronomicznych od siebie – co w naszym Układzie Słonecznym odpowiadałoby średniej odległości między Słońcem a Uranem – a także układy z gwiazdami oddalonymi od siebie o 9000 jednostek astronomicznych.

Gwiazdy towarzyszące różnią się również masą, temperaturą i stadium ewolucji. Najcięższe z nich są 1,4 razy masywniejsze od Słońca, podczas gdy najlżejsze mają zaledwie 8% masy Słońca. Większość gwiazd towarzyszących to lekkie, chłodne czerwone karły.

Jednak wśród słabych gwiezdnych towarzyszy zidentyfikowano także osiem białych karłów. Są to wypalone jądra gwiazd podobnych do Słońca, które mają wielkość zaledwie Ziemi ale są w połowie tak ciężkie, jak nasza dzienna gwiazda. Te obserwacje pokazują, że egzoplanety rzeczywiście mogą przetrwać ostatni etap ewolucji gwiazdy podobnej do Słońca.

Większość układów gwiazd posiadających egzoplanety zidentyfikowanych w tym badaniu posiada dwa składniki. Wykryto jednak także około dwóch tuzinów układów potrójnych a nawet poczwórnych. W analizowanym przedziale odległości, od około 20 do 10 000 jednostek astronomicznych, w sumie 15% badanych gwiazd występuje przynajmniej w układzie podwójnym. To tylko około połowa oczekiwanej liczby dla gwiazd podobnych do Słońca. Ponadto wykryte gwiazdy towarzyszące wykazują ok. pięć razy większe odległości do partnera niż ma to miejsce w zwykłych układach.

„Te dwa czynniki wzięte razem mogą wskazywać, że wpływ kilku gwiazd w układzie zakłóca proces powstawania planet, a także dalszy rozwój ich orbit” – mówi Mugrauer. Przyczyną tego może być po pierwsze grawitacyjny wpływ gwiezdnego towarzysza na dysk protoplanetarny okrążający gwiazdę macierzystą, w którym tworzą się planety. Później grawitacja gwiezdnego towarzysza wpływa na ruch planet wokół gwiazdy macierzystej.

Naukowiec chciałby kontynuować projekt w przyszłości. Również w przyszłości badana będzie różnorodność gwiazd gospodarzy egzoplanet przy wykorzystaniu danych z misji Gaia, a wszystkie wykryte gwiazdy towarzyszące zostaną dokładnie scharakteryzowane.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

12 listopada 2019

Czy istnieje życie na super-Ziemi? Odpowiedź może leżeć w jej jądrze

Planety skaliste, większe niż nasza własna, tak zwane super-Ziemie, zaskakująco obficie występują w Drodze Mlecznej i najprawdopodobniej są planetami zdolnymi do podtrzymania życia. Lepsza znajomość ich struktur wewnętrznych pomoże przewidzieć, czy inne planety są w stanie generować pola magnetyczne, które – jak uważają astronomowie – sprzyjają przetrwaniu życia.


W atmosferze planety oddalonej od nas o 124 lata świetlne naukowcy odkryli wodę. Możliwe jest, że nad planetą K2-18b tworzą się chmury a nawet pada z nich deszcz. Krąży ona w tak zwanej strefie zdatnej do zamieszkania wokół gwiazdy a jej temperatura może dopuszczać tam istnienie życia.

Ta skalista planeta jest osiem razy masywniejsza od Ziemi i znana jest jako super-Ziemia (to nazwa nadana planetom rozmiarów od Ziemi do Neptuna). „Super-Ziemie są w rzeczywistości najbardziej rozpowszechnionym typem planet w naszej galaktyce” – powiedział dr Ingo Waldmann, badacz planet pozasłonecznych w University College London, Wielka Brytania, jeden z naukowców, którzy donieśli o istnieniu wodnego świata K2-18b. Super-Ziemie są również możliwymi domami dla obcego życia.

Pierwsza planeta krążąca wokół aktywnej gwiazdy poza Układem Słonecznym została odkryta w 1995 roku. Od tego czasu kosmiczny teleskop Keplera zwiększył tempo odkryć i obecnie znanych jest już ponad 4000 egzoplanet. Początkowo najpowszechniejsze wydawały się tak zwane gorące Jowisze, gazowe olbrzymy krążące bardzo blisko swoich macierzystych gwiazd, jednak w miarę odnajdywania coraz większej liczby super-Ziem, naukowcy byli zaskoczeni ich obfitością.

Większość tych tajemniczych planet zostaje odkryta, gdy przechodząc przed tarczą swojej gwiazdy, wywołują lekki spadek jej jasności. Na tej podstawie naukowcy mogą obliczyć masę i promień planety, a dane wskazują, że planety te są zróżnicowane pod względem składu.

Super-Ziemie mogą być naprawdę zróżnicowane. Jako przykład może posłużyć 55 Cancri e, planeta z oceanem lawy o temperaturach wystarczająco wysokich, aby stopić żelazo, oraz Gliese 1214 b, która jest potencjalną oceaniczną planetą składającą się głównie z wody. Naukowcy wywnioskowali, które cząsteczki znajdują się w atmosferze planety, badając światło gwiazdy przez nią przechodzące.

Jednak trudno jest nam powiedzieć, co dzieje się na tych planetach. „Możemy patrzeć na powierzchnię gwiazdy, aby uzyskać wskazówki dotyczące chemii i składu planety, co daje nam wskazówki na temat ilości żelaza lub krzemu na planecie” – powiedział dr Razvan Caracas, mineralog planetarny z École Normale Supérieure de Lyon we Francji.

Jest to ważne, ponieważ od tego, czy jądro jest stałe, np. niklowe lub żelazo-niklowe oraz zewnętrzna otoczka rdzenia zbudowana jest z płynnego metalu, zależy czy planeta posiada pole magnetyczne czy nie. Ziemskie pole magnetyczne utrzymuje większość promieniowania słonecznego z dala od nas, odchylając strumienie naładowanych cząstek, aby nie dotarły do naszej planety. Badacze uważają, że tego rodzaju osłony byłyby konieczne, aby życie pojawiło się gdzieś indziej.

Dr Caracas nadzorował projekt ABISSE, w którym przeprowadzono symulacje komputerowe różnych mieszanin żelazo-niklowych pod bardzo wysokim ciśnieniem, aby zobaczyć, jak się zachowują. Są to metale, które prawdopodobnie znajdują się w jądrach super-Ziem, ale nie jest jasne, czy żelazo i nikiel zmieszałyby się ze sobą, rozdzieliły na różne warstwy lub stałyby się płynne pod ogromnym ciśnieniem wewnątrz dużych planet.

Dzięki zrozumieniu struktury jądra, która może wynikać z proporcji niklu i żelaza, naukowcy mają nadzieję zrozumieć, co może dziać się wewnątrz super-Ziemi bazując na tym, czego dowiadujemy się na podstawie ich składu chemicznego.

„Dwa jądra mogą zachowywać się inaczej. Jedno może mieć pole magnetyczne, drugie nie. Silne pole magnetyczne zapewnia lepszą ochronę powierzchni przed promieniami słonecznymi, a to oznacza, że mogą się tam tworzyć bardziej złożone cząsteczki organiczne” – wyjaśnia dr Caracas.

Dr Guillaume Fiquet, fizyk eksperymentalny z CNRS i Sorbonne University w Paryżu, próbuje zrozumieć wnętrza super-Ziem dzięki projektowi o nazwie PLANETDIVE. „Kiedy mówi się, że planeta nadaje się do zamieszkania, często ma to związek z obecnością pola magnetycznego, które samo w sobie wiąże się z posiadaniem pewnego rodzaju metalicznego jądra lub przynajmniej materiału przewodzącego” – powiedział.

Naukowiec bada, w jaki sposób materiały takie jak żelazo zachowują się pod ciśnieniem wewnątrz super-Ziem, które może wynosić do 1 terapascala, czyli trzy razy więcej, niż wynosi ciśnienie na Ziemi. To zmiażdży atomy razem i może zmienić właściwości materiałów, co oznacza, że nasza wiedza o tym, jak one zachowują się na Ziemi, może nie dotyczyć egzoplanet.

Dr Fiquet rzuca światło na tajemnicę, odtwarzając wysokie temperatury i ekstremalne ciśnienia, które mogą leżeć u podstaw tych egzotycznych planet. Robi to na znikomo małych skalach, strzelając potężnymi laserami w małe elementy metalu lub ściskając je między mikroskopijnymi kowadłami diamentowymi.

Ta eksperymentalna konfiguracja pomogła mu wykreślić krzywe topnienia dla pierwiastków takich jak żelazo, które prawdopodobnie znajduje się w rdzeniu super-Ziemi pod silnym ciśnieniem. Można je następnie wykorzystać do udoskonalenia właściwości materiałów, których naukowcy używają do wyciągania wniosków o tym, co dzieje się we wnętrzach super-Ziem i ostatecznie dowiedzieć się więcej o ich całkowitym składzie chemicznym, mówi dr Fiquet.

Tymczasem dr Waldmann prowadzi badania, które mają pomóc astronomom w postępowaniu z danymi o super-Ziemiach z przyszłych odkryć egzoplanet przy użyciu sztucznej inteligencji (AI). Jak powiedział dr Waldmann, potrzebujemy sztucznej inteligencji, ponieważ wszystkie dane są niezwykle trudne do analizy, gdyby robił to człowiek.

Super-Ziemie są głównymi kandydatkami do tego, że może na nich istnieć życie. Jego AI, opracowana w ramach projektu ExoAI, pomoże astronomom interpretować dane dotyczące na przykład obserwacji związków chemicznych w atmosferze egzoplanety i powiedzieć im, czy super-Ziemia jest interesującym celem dalszych badań, czy nie.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

9 listopada 2019

Nowe badanie rzuca światło na warunki, które powodują eksplozje supernowych

Zrozumienie termojądrowych eksplozji supernowych typu Ia jest możliwe tylko dzięki modelom teoretycznym, które wcześniej nie były w stanie wyjaśnić mechanizmu powodującego wybuchy.


Jednym z kluczowych elementów tej eksplozji, obecnym praktycznie we wszystkich modelach, jest tworzenie fali naddźwiękowej, która może poruszać się szybciej, niż dźwięk i jest w stanie spalić całą materię gwiazdy, zanim rozproszy się w kosmicznej próżni.

Jednak fizyka mechanizmów odpowiedzialnych za eksplozję gwiazdy nie była do końca poznana.

Teraz zespół naukowców opracował teorię, która rzuca światło na zagadkowy proces powstawania wybuchu w sercu tych kosmicznych zdarzeń.

W badaniu naukowcy proponują istotne zrozumienie tego procesu fizycznego zarówno w gwiazdach, jak i w układach chemicznych na Ziemi. 

Badacze byli w stanie po raz pierwszy zademonstrować proces tworzenia się detonacji z powolnego poddźwiękowego płomienia, wykorzystując do tego celu zarówno eksperymenty jak i symulacje numeryczne przeprowadzone na największych superkomputerach w Stanach Zjednoczonych. Z powodzeniem zastosowali również wyniki do przewidywania warunków podczas detonacji w jednym z klasycznych teoretycznych scenariuszy wybuchu supernowej typu Ia.

Do eksplozji supernowej typu Ia dochodzi wtedy, gdy węgiel i tlen upakowane do gęstości ok. 1000 ton na centymetr sześcienny w jądrze gwiazdy płoną w szybkich reakcjach termojądrowych. Powstała eksplozja niszczy gwiazdę w ciągu kilku sekund i wyrzuca większość jej masy, emitując jednocześnie ilość energii równą energii emitowanej przez gwiazdę w ciągu całego jej życia.

Zazwyczaj, aby doszło do eksplozji, spalanie musi nastąpić w zamkniętym otoczeniu, z przeszkodami, które mogą ograniczać uwalnianie ciśnienia podczas spalania.

Wraz ze wzrostem ciśnienia powstają fale uderzeniowe, które mogą stać się silne do tego stopnia, że skompresują mieszaninę reakcyjną, zapalając ją i tworząc samopodtrzymujący się front naddźwiękowy. Gwiazdy nie mają ścian ani przeszkód, co sprawia, że powstająca detonacja jest enigmatyczna.

Zgodnie z teorią, jeżeli weźmiemy mieszaninę reakcyjną, która płonie i uwalnia energię, i pobudzimy ją do wytworzenia intensywnych turbulencji, może dojść do katastrofalnej niestabilności i gwałtownego zwiększenia ciśnienia w układzie, powodując silne wstrząsy i odpalenie detonacji.

Badaczom udało się uzyskać wgląd w podstawowe aspekty procesów fizycznych, które kontrolują wybuchy supernowych, ponieważ termojądrowe fale spalania są podobne do chemicznych fal spalania na Ziemi, gdyż są kontrolowane przez te same mechanizmy fizyczne.

Ze względu na podobieństwa, odkrycia te można zastosować do różnych naziemnych systemów spalania, w których mogą powstawać detonacje, jak w kontekście wypadków przemysłowych z udziałem wybuchów gazu.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

5 listopada 2019

W ciągu minionego miliarda lat powstały tysiące nowych gromad kulistych

Gromady kuliste, które powstały w ciągu ostatniego miliarda lat zostały odnalezione wokół olbrzymiej galaktyki w centrum gromady Perseusza.


Gromady kuliste mogą zawierać setki tysięcy a nawet dziesięć milionów gwiazd, które pojawiły się zasadniczo w tym samym czasie. Są to najstarsze obiekty widoczne we Wszechświecie. Gromady kuliste zbierają się razem w gęstych, sferycznych skupiskach o średnicach setki razy mniejszych, niż nasza galaktyka. Droga Mleczna jest otoczona około 150 gromadami kulistymi, z których niektóre są widoczne na nocnym niebie; ale wokół olbrzymich galaktyk zlokalizowanych w centrum gromad galaktyk znajduje się około dziesięciu lub nawet dwudziestu tysięcy gromad kulistych. Gromady galaktyk zawierają setki lub tysiące galaktyk połączonych grawitacyjnie i nasyconych gorącym gazem.

Uważa się, że te gromady kuliste powstały wkrótce po narodzinach Wszechświata ok. 13,8 mld lat temu, w tym samym czasie lub nawet przed powstaniem pierwszych galaktyk. Od tego czasu w dużej mierze pozostają niezmienione, oprócz procesu starzenia się wszystkich gwiazd w nich zawartych i stopniowej śmierci większości pozostałych gwiazd.

Thomas Broadhurst, profesor na UPV/EHU’s Department of Theoretical Physics and History of Science, wyjaśnił, że „nie jest w pełni zrozumiałe, dlaczego w centrum gromad galaktyk powstają najjaśniejsze galaktyki. Fakt, że zawierają tysiące starych gromad kulistych, może być punktem, który należy wziąć pod uwagę.” Badanie prowadzone przez dr Lima z University of Hong Kong, z którym Broadhurst współpracował, okazało się nieoczekiwanie odpowiedzią na pochodzenie niektórych gromad kulistych zlokalizowanych wokół olbrzymich galaktyk w centrum gromad galaktyk. „Odkryliśmy, że w ciągu ostatniego miliarda lat z zimnego gazu w olbrzymiej galaktyce znajdującej się w centrum gromady galaktyk Perseusz powstały tysiące nowych gromad kulistych” – wyjaśnił prof. Broadhurst.

Młodsze gromady kuliste są ściśle ze sobą powiązane, a zatem utworzone ze złożonej sieci chłodnego gazu, która rozciąga się na zewnętrzne obszary olbrzymiej galaktyki. Ta sieć chłodnego gazu rozwija się z gorącego gazu, który przenika całą gromadę Perseusza; w rzeczywistości gaz koncentruje się w centrum, umożliwiając szybsze jego chłodzenie, co prowadzi do tworzenia gromad kulistych. Po utworzeniu, te niemowlęce gromady kuliste nie pozostają w sieci chłodnego gazu a opadają do wewnątrz olbrzymiej galaktyki.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

3 listopada 2019

Dzięki mikrosoczewkowaniu odkryto egzoplanetę wielkości Jowisza

Tor wiązki światła jest zakrzywiany przez obecność masy, zatem masywne ciało może działać jak soczewka (soczewka grawitacyjna), aby zakrzywić obraz obiektu widzianego za nim. Naukowcy po raz pierwszy potwierdzili teorię Einsteina podczas słynnego już teraz całkowitego zaćmienia Słońca z 29 maja 1919 roku, obserwując światło gwiazdy zakrzywione przez masę Słońca. Mikrosoczewkowanie to nazwa nadana pokrewnemu zjawisku: pojaśnieniu światła gwiazdy działającej jak soczewka, gdy przed jej tarczą przechodzi planeta. Do tej pory metodą mikrosoczewkowania odkryto około 100 egzoplanet o masach od ok. 50 mas Jowisza do mniej niż kilku mas Ziemi.


Korea Microlensing Telescope Network (KMTNet) rozpoczęła swoją pracę ponad 4 lata temu trzema 1,6-metrowymi teleskopami zlokalizowanymi w Chile, Afryce Południowej i Australii. Jej celem jest odkrywanie egzoplanet metodą mikrosoczewkowania poprzez stałe monitorowanie wybranych obszarów nieba. W zależności od czasu przyznanego na obserwacje, KMTNet powinna być w stanie wykryć i scharakteryzować planety o masach odpowiednio od ok. jednej masy Ziemi do jednej masy Jowisza.

Astronomowie CfA In-Gu Shin i Jennifer Yee byli członkami zespołu KMTNet, który wykorzystał techniki mikrosoczewkowania do odkrycia egzoplanety wielkości Jowisza (jej masa wynosi ok. 0,57 masy Jowisza) krążącej wokół karła typu M (ok. 0,14 masy Słońca) znajdującej się w odległości ok. 4000 lat świetlnych stąd. W przeszłości większość odkryć egzoplanet za pomocą mikrosoczewkowania dokonywano poprzez intensywne obserwacje zdarzeń mikrosoczewkowania po raz pierwszy zauważonych w dużym przeglądzie nieba, jako zmiany światła gwiazdy. Ciągłe monitorowanie pola oznacza, że zarówno odkrycie jak i obserwacja odbywa się za pomocą tych samych teleskopów. To trzydziesta trzecia egzoplaneta odkryta przez KMTNet, ale oprócz potwierdzenia przydatności niewielkich teleskopów i strategii kadencji zespołu do obserwacji, jego odkrycie pokazuje, że statystyki dotyczące tej populacji egzoplanet gwałtownie się poprawiają i oczekuje się, że pomogą lepiej zrozumieć, w jaki sposób powstają i ewoluują gazowe olbrzymy.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

2 listopada 2019

Stary obłok gazowy pokazuje, że pierwsze gwiazdy musiały powstać bardzo szybko po Wielkim Wybuchu

Astronomowie odkryli obłok gazu, który zawiera informacje o wczesnej fazie powstawania galaktyk i gwiazd, z okresu zaledwie 850 mln lat po Wielkim Wybuchu. Obłok został znaleziony przypadkowo podczas obserwacji odległego kwazara i ma właściwości, których astronomowie oczekują od prekursorów współczesnych galaktyk karłowatych. Jeżeli chodzi o względną obfitość, chemia obłoku jest zaskakująco współczesna, co pokazuje, że pierwsze gwiazdy we Wszechświecie musiały powstać bardzo szybko po Wielkim Wybuchu.


Kiedy astronomowie patrzą na odległe obiekty, patrzą w przeszłość. Gazowy obłok odkryty przez astronomów jest tak odległy, że podróż światła od niego do Ziemi zajęła prawie 13 mld lat. Czyli światło docierające do nas mówi nam teraz, jak wyglądał obłok gazu prawie 13 mld lat temu, nie więcej niż ok. 850 mln lat po Wielkim Wybuchu. Dla astronomów jest to niezwykle interesująca epoka. W ciągu pierwszych kilkuset lat po Wielkim Wybuchu powstały pierwsze gwiazdy i galaktyki, ale szczegóły tej złożonej ewolucji są nadal w dużej mierze nieznane.

Ten bardzo odległy obłok gazu był przypadkowym odkryciem. Astronomowie śledzili kilka kwazarów z przeglądu 15 najbardziej odległych znanych kwazarów (z=6,4). Początkowo naukowcy zauważyli, że kwazar P183+05 ma raczej niezwykłe widmo. Ale kiedy Eduardo Bañados, prowadzący badania, przeanalizował bardziej szczegółowe widmo, uzyskane dzięki Teleskopom Magellana w Obserwatorium Las Campanas w Chile, stwierdził, że chodzi o coś innego: dziwne cechy widmowe były śladami obłoku gazu, który znajdował się bardzo blisko odległego kwazara – jeden z najodleglejszych obłoków gazowych, jaki astronomowie byli w stanie zidentyfikować.

Kwazary to niezwykle jasne aktywne jądra odległych galaktyk. Siłą napędową ich jasności jest centralna supermasywna czarna dziura znajdująca się w galaktyce. Materia wirująca wokół czarnej dziury, zanim do niej wpadnie, nagrzewa się do temperatur sięgających setek tysięcy stopni, emitując ogromne ilości promieniowania. Pozwala to astronomom wykorzystywać kwazary jako źródła tła do wykrywania wodoru i innych pierwiastków chemicznych w absorpcji: jeżeli obłok gazu znajduje się bezpośrednio między obserwatorem a odległym kwazarem, część światła kwazara zostaje pochłonięta.

Astronomowie są w stanie wykryć tę absorpcję badając widmo kwazara. Wzór absorpcji zawiera informacje o składzie chemicznym obłoku gazowego, temperaturze, gęstości, a nawet o odległości obłoku od nas (i od kwazara). Stoi za tym fakt, że każdy pierwiastek chemiczny ma swoisty „odcisk palca” linii widmowych – wąski obszar długości fali, w którym atomy tego pierwiastka mogą emitować lub pochłaniać światło szczególnie dobrze. Obecność charakterystycznego odcisku palca ukazuje obecność i obfitość określonego pierwiastka.

Na podstawie widma obłoku naukowcy mogli natychmiast określić jego odległość i spojrzeć wstecz na pierwszy miliard lat kosmicznej historii. Znaleźli także ślady kilku pierwiastków chemicznych, w tym węgla, tlenu, żelaza i magnezu. Jednak ilość tych pierwiastków była niewielka, jedynie 1/800 razy większa, niż w atmosferze Słońca. Astronomowie nazywają metalami wszystkie pierwiastki cięższe od helu; ten pomiar sprawia, że ten obłok gazu jest jednym z najbardziej ubogich w metale (i odległych) układów znanych we Wszechświecie. Michael Rauch z Carnegie Institution of Science, który jest współautorem badania, mówi: „Po tym, jak byliśmy przekonani, że patrzymy na tak pierwotny gaz zaledwie 850 mln lat po Wielkim Wybuchu, zaczęliśmy się zastanawiać, czy układ ten może nadal zachowywać chemiczne podpisy wytwarzane przez gwiazdy pierwszej generacji.”

Znalezienie tych gwiazd pierwszej generacji, tak zwanych gwiazd „trzeciej populacji”, jest jednym z najważniejszych celów w rekonstrukcji historii Wszechświata. W późniejszym Wszechświecie pierwiastki chemiczne cięższe od wodoru odgrywają ważną rolę w zapadaniu się obłoku w gwiazdy. Ale te pierwiastki chemiczne, zwłaszcza węgiel, same wytwarzane są w gwiazdach i wyrzucane w przestrzeń kosmiczną podczas wybuchów supernowych. W przypadku pierwszych gwiazd te pierwiastki by nie istniały, ponieważ bezpośrednio po fazie Wielkiego Wybuchu istniały tylko atomy wodoru i helu. To sprawia, że pierwsze gwiazdy zasadniczo różnią się od wszystkich późniejszych gwiazd.

Analiza wykazała, że skład chemiczny obłoku nie był chemicznie pierwotny, ale zamiast tego względne ilości były zaskakująco podobne do ilości pierwiastków obserwowanych w dzisiejszych międzygalaktycznych obłokach gazowych. Stosunki liczebności cięższych pierwiastków były bardzo zbliżone do proporcji we współczesnym Wszechświecie. Fakt, że obłok gazu we wczesnym Wszechświecie zawiera już metale o współczesnych względnych obfitościach chemicznych, stanowi kluczowe wyzwanie dla formowania się gwiazd pierwszej generacji.

Badanie to sugeruje, że formowanie się pierwszych gwiazd w tym układzie musiało rozpocząć się znacznie wcześniej: oczekiwane od pierwszych gwiazd wydajności chemiczne zostały już usunięte przez wybuchy co najmniej jednej generacji gwiazd. Szczególne ograniczenie czasowe wynika z supernowych typu Ia, kosmicznych eksplozji, które byłyby wymagane do wytworzenia metali o obserwowanych względnych obfitościach. Takie supernowe potrzebują zwykle ok. 1 mld lat, co stanowi poważne ograniczenie dla wszelkich scenariuszy powstawania pierwszych gwiazd.

Teraz, gdy astronomowie odkryli ten wczesny obłok, systematycznie szukają dodatkowych przykładów. Eduardo Bañados mówi: „To ekscytujące, że możemy mierzyć metaliczność i obfitość chemiczną tak wcześnie w historii Wszechświata, ale jeżeli chcemy zidentyfikować sygnatury pierwszych gwiazd, musimy sondować jeszcze wcześniej w kosmicznej historii. Jestem optymistą, że znajdziemy jeszcze bardziej odległe obłoki gazu, które mogłyby nam pomóc zrozumieć, w jaki sposób narodziły się pierwsze gwiazdy.”

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

1 listopada 2019

Być może właśnie odkryto nową klasę czarnych dziur

Czarne dziury dla astrofizyków są bardzo ważną częścią Wszechświata. Tak ważną, że starają się stworzyć katalog wszystkich czarnych dziur w Drodze Mlecznej.


Jednak nowe badania pokazują, że w swoich badaniach naukowcy mogli pominąć całą klasę czarnych dziur, o której istnieniu nie wiedzieli.

W swoim artykule astronomowie proponują nowy sposób poszukiwania czarnych dziur i pokazują, że możliwe jest istnienie klasy czarnych dziur mniejszych niż najmniejsze czarne dziury znane we Wszechświecie. 

„Pokazujemy, że jest jeszcze inna populacja, której nie badaliśmy podczas poszukiwań czarnych dziur. Astronomowie próbują zrozumieć wybuchy supernowych, sposób eksplozji supermasywnych czarnych gwiazd, powstawanie pierwiastków w supermasywnych gwiazdach. Gdybyśmy zatem mogli odkryć nową populację czarnych dziur, powiedziałoby nam to więcej o tym, które gwiazdy eksplodują, a które nie, z których powstaną czarne dziury, a z których gwiazdy neutronowe. To nowy obszar badań” – powiedział Todd Thompson, profesor astronomii na Ohio State University i główny autor badania.

Astronomowie od dawna poszukują czarnych dziur, obiektów, których grawitacja jest tak silna, że nic – ani materia, ani promieniowanie – nie potrafi z nich uciec. Czarne dziury powstają, gdy niektóre gwiazdy umierając kurczą się i wybuchają. Astronomowie szukali również gwiazd neutronowych – małych, gęstych gwiazd, które powstają w wyniku śmierci i zapadnięcia się niektórych z nich.

Obydwa typy obiektów mogą zawierać interesujące informacje o ziemskich pierwiastkach oraz o tym, jak żyją i umierają gwiazdy. Ale aby uzyskać tę informację, astronomowie najpierw muszą dowiedzieć się, gdzie są czarne dziury. Aby się tego dowiedzieć, muszą wiedzieć, czego szukać.

Wskazówka: czarne dziury często występują w układach podwójnych. Oznacza to po prostu, że dwie gwiazdy znajdują się wystarczająco blisko siebie, aby wzajemnie oddziaływać ze sobą grawitacyjnie i krążyć wokół wspólnego środka masy. Kiedy jedna z tych gwiazd umiera, druga może przetrwać wciąż krążąc wokół miejsca, w którym żyła martwa gwiazda – obecnie czarna dziura lub gwiazda neutronowa.

Od lat specjaliści od czarnych dziur wiedzą, że mieszczą się one w przedziale od 5 do 15 mas Słońca. Znane gwiazdy neutronowe nie przekraczają mas 2,1 masy Słońca – gdyby miały ponad 2,5 masy Słońca, zapadałyby się w czarną dziurę.

Jednak latem 2017 r. w badaniach przeprowadzonych przez LIGO w galaktyce oddalonej o 1,8 mln lat św. zaobserwowano łączące się dwie czarne dziury. Jedna z nich miała masę 31 mas Słońca a druga 25 mas Słońca.

„Wszystkich to zaskoczyło. Nie tylko dlatego, że okazało się, że LIGO działa tak, jak się tego spodziewaliśmy, ale dlatego, że masy czarnych dziur okazały się tak ogromne. Nie obserwowano wcześniej czarnych dziur o takich masach.”

Thompson i inni astrofizycy od dawna podejrzewali, że rozmiary czarnych dziur mogą wykraczać poza znany zakres, a odkrycie LIGO wykazało, że faktycznie mogą one być większe. Jednak pomiędzy największymi gwiazdami neutronowymi i najmniejszymi czarnymi dziurami pozostało okno mas. Thompson postanowił sprawdzić, czy uda mu się rozwiązać także i tę zagadkę.

Wraz ze współpracownikami rozpoczęli analizowanie danych z eksperymentu APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution), w ramach którego zgromadzono widma ponad 100 000 gwiazd Drogi Mlecznej. Widmo może pokazać nam, czy gwiazda krąży wokół jakiegoś obiektu: zmiany w widmie – na przykład przesunięcie ku błękitowi, po którym następuje przesunięcie ku czerwieni – wskazuje, że gwiazda krąży wokół niewidocznego towarzysza.

Thompson rozpoczął przeszukiwanie danych, szukając gwiazd, które wykazywały tę zmianę, wykazując, że mogą krążyć wokół czarnej dziury.

Następnie, badacze zawęzili dane z APOGEE do 200 najbardziej interesujących gwiazd. Tharindu Jayasinghe, doktorant z Ohio State University otrzymał zadanie połączenia tysięcy zdjęć każdego potencjalnego układu podwójnego z ASAS-SN (All-Sky Automated Survey for Supernovae), przeglądu, który skatalogował ponad 1000 supernowych.

Analiza danych z obu zbiorów doprowadziła do odkrycia czerwonego olbrzyma, który wydaje się krążyć wokół czegoś, ale to coś według obliczeń jest znacznie mniejsze od znanych czarnych dziur w Drodze Mlecznej i dużo większe niż znane gwiazdy neutronowe.  

Po dalszych obliczeniach i uzyskaniu dodatkowych danych z Tillinghast Reflector Echelle Spectrograph oraz satelity Gaia, astronomowie zdali sobie sprawę, że odkryli małomasywną czarną dziurę o masie około 3,3 masy Słońca.

„Udało nam się opracować nowy sposób poszukiwania czarnych dziur, ale również potencjalnie zdefiniowaliśmy jedną z pierwszych przedstawicielek nowej klasy małomasywnych czarnych dziur, o której astronomowie wcześniej nie wiedzieli. Masy każdych obiektów mówią nam wiele na temat procesów ich formowania się i ewolucji oraz o ich naturze” – powiedział Thompson.

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...