31 stycznia 2020

Kosmiczna Krowa wyjaśnia: sygnały radiowe wskazują na eksplozję i nowo narodzonego magnetara

Obserwacje z wykorzystaniem 21 teleskopów europejskiej sieci VLBI (EVN) ujawniły, że kosmiczna eksplozja, nazwana AT2018cow, najprawdopodobniej utworzyła gwiazdę neutronową o niezwykle silnym polu magnetycznym – znaną jako magnetar. Zdaniem naukowców, obrazy radiowe wysokiej rozdzielczości wytworzone w tym badaniu pokazują właściwości fizyczne gwiazdowej pozostałości, które sprawiają, że alternatywne wyjaśnienia są mniej prawdopodobne.


Wśród krótkotrwałych zjawisk na niebie AT2018cow (Krowa) jest astronomicznym zdarzeniem jak żadne inne. Po raz pierwszy wykryte w 2018 roku, przypadkowo otrzymało swoją nazwę zgodnie z protokołem alfabetycznym klasyfikacji takich obiektów. Jednak nie tylko nazwa czyni je niezapomnianym. AT2018cow zostało zidentyfikowane w stosunkowo pobliskiej galaktyce (ok. 200 mln lat świetlnych od nas). Jego bliskość, wyjątkowo krótkie rozjaśnienie i niezwykle wysoka temperatura wzbudziły powszechną uwagę po odkryciu.

Zdarzenie pierwotnie odkryte za pomocą teleskopów optycznych, następnie było obserwowane na falach od X do radiowych. Obserwacje te wskazują, że istnieje „centralny silnik”, który napędza to zdarzenie. Rezultatem tych obserwacji są teorie mówiące, że tajemniczym źródłem musi być supernowa – gwiazda, której centralne jądro się zapadło – lub zdarzenie rozerwania pływowego (TDE), w którym biały karzeł jest rozrywany, gdy zbliża się do czarnej dziury.

„Obie te teorie sugerowały, że obserwowany ‘centralny silnik’ wytwarzałby relatywistyczne strumienie – wyrzuty materii o wysokiej energii. Dżety te, po wyrównaniu z linią naszego wzroku wydają się znacznie jaśniejsze, gdy zjonizowana materia jest przyspieszana do prędkości bliskiej prędkości światła, i mogą być odpowiedzialne za wyjątkową jasność zdarzenia. Mając sieć radioteleskopów postanowiliśmy sprawdzić, czy tak jest w rzeczywistości” – wyjaśnia Tao An.

Zespół monitorował radiową poświatę, aby znaleźć relatywistyczny dżet Krowy. Przeprowadzili pięć obserwacji w ciągu roku, używając łącznie 21 teleskopów EVN. Radiowe obrazowanie wysokiej rozdzielczości dostarczone przez EVN doprowadziło zespół do zaskakującego wniosku: nie było śladów relatywistycznego dżetu.

Ponadto obserwacje astronomów ujawniają warunki fizyczne, które można wytłumaczyć jedynie obecnością gwiazdy neutronowej o ekstremalnie silnych polach magnetycznych (magnetar), która narodziła się podczas wybuchu.

„Widzimy oznaki, że materia z eksplozji rozszerzyła się w gęstym, namagnetyzowanym środowisku. Sposób, w jaki zanikają sygnały radiowe, jest dokładnie tym, czego możemy się spodziewać, gdyby ‘silnik centralny’ Krowy był magnetarem, który uformował się po zapadnięciu się jądra gwiazdy” – mówi Prashanth Mohan, astronom w Shanghai Astronomical Observatory, Chiny.

Naukowcy sugerują, że takie właściwości wskazują na kolejną intrygującą możliwość. Interakcja magnetara z jego silnie namagnetyzowanym otoczeniem może również powodować krótkie enigmatyczne zjawiska znane jako szybkie rozbłyski radiowe (Fast Radio Bursts – FRB).

„EVN jest najbardziej czułą, niezależną siecią VLBI na świecie, która zapewniła najnowocześniejszy wynik w dziedzinie nauki przejściowej. Do tej pory zapewniła najbardziej dokładne lokalizacje dwóch FRB. Istnieje intrygująca możliwość, że może istnieć połączenie pomiędzy FBR i innymi rodzajami źródeł przejściowych (jak zdarzenie, które wytworzyło AT2018cow) ale wymaga to dalszych badań” – podsumowuje Zsolt Paragi ze Wspólnego Instytutu VLBI ERIC (JIVE).

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

30 stycznia 2020

Kosmiczne szkła powiększające dają niezależne pomiary ekspansji Wszechświata

Zespół astronomów, wykorzystując dane z kosmicznego teleskopu Hubble’a, teleskopu Subaru oraz innych obserwatoriów, zmierzył tempo ekspansji Wszechświata przy użyciu techniki całkowicie niezależnej od jakiejkolwiek poprzedniej metody.


Znajomość dokładnej wartości tempa ekspansji Wszechświata jest ważna dla określenia wieku, rozmiaru i losu kosmosu. Odkrywanie tej tajemnicy było jednym z największych wyzwań w astrofizyce w ostatnich latach. Nowe badanie stanowi dowód na to, że do wyjaśnienia odkryć naukowców mogą być potrzebne nowe teorie.

Wyniki naukowców dodatkowo wzmacniają niepokojącą rozbieżność między szybkością ekspansji, zwaną stałą Hubble'a, obliczoną na podstawie pomiarów lokalnego Wszechświata, a tempem przewidywanym na podstawie promieniowania tła we wczesnym Wszechświecie, jeszcze zanim galaktyki i gwiazdy powstały.

Ta najnowsza wartość reprezentuje najbardziej precyzyjny jak dotąd pomiar metodą soczewkowania grawitacyjnego, w którym grawitacja galaktyki na pierwszym planie działa jak olbrzymie szkło powiększające, wzmacniające i zniekształcające światło z obiektów tła. W badaniach tych naukowcy wykorzystali fizykę soczewkowania grawitacyjnego do obliczenia tempa rozszerzania się Wszechświata.

Zespół astronomów, który dokonał nowych pomiarów stałej Hubble’a, nazywa się H0LiCOW (H0 Lenses in COSMOGRAIL's Wellspring). COSMOGRAIL to skrót od Cosmological Monitoring of Gravitational Lenses, dużego międzynarodowego projektu, którego celem jest monitorowanie soczewek grawitacyjnych.

Wartość stałej Hubble’a zespołu jest zbliżona do pomiarów ekspansji uzyskanych dzięki poprzednim technikom obserwacyjnym, które zostały znacznie udoskonalone w ciągu ostatnich trzech dekad.

H0LiCOW i inne ostatnie pomiary sugerują szybsze tempo ekspansji we Wszechświecie lokalnym, niż oczekiwano na podstawie obserwacji satelity Planck dotyczących tego, jak zachowywał się kosmos ponad 13 mld lat temu.

Przepaść pomiędzy tymi dwiema wartościami ma ważne implikacje dla zrozumienia podstawowych parametrów fizycznych Wszechświata i może wymagać nowej fizyki, aby uwzględnić niedopasowanie.

„Jeżeli te wyniki się nie zgadzają, może to być wskazówką, że jeszcze nie w pełni rozumiemy, jak materia i energia ewoluowały w czasie, w szczególności na początku” – powiedziała liderka zespołu H0LiCOW, Sherry Suyu z Max Planck Institute for Astrophysics w Niemczech, Politechnika w Monachium oraz Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics w Tajpej na Tajwanie.

Jak tego dokonali?
Zespół H0LiCOW wykorzystał teleskop Hubble’a do obserwacji światła z sześciu odległych kwazarów, świetlnych reflektorów z gazu krążącego wokół supermasywnych czarnych dziur w centrach galaktyk. Są idealnymi obiektami tła, ponieważ są jasne, bardzo odległe i rozsiane po całym niebie. Teleskop obserwował, jak światło z każdego kwazara zostało zwielokrotnione na cztery obrazy przez grawitację masywnej galaktyki na pierwszym planie.

Promienie światła z każdego soczewkowanego kwazara mają nieco inną ścieżkę w przestrzeni kosmicznej, aby dotrzeć do Ziemi. Długość ścieżki zależy od ilości materii, która zniekształca przestrzeń wzdłuż pola widzenia do kwazara. Aby prześledzić każdą ścieżkę, astronomowie monitorują migotanie światła kwazara, gdy czarna dziura pochłania materię. Kiedy światło migocze, każdy soczewkowany obraz rozjaśnia się w innym czasie.

Ta migocząca sekwencja pozwala badaczom mierzyć opóźnienia czasowe między każdym obrazem, gdy soczewkowane światło przemieszcza się wzdłuż swojej ścieżki do Ziemi. Aby w pełni zrozumieć te opóźnienia, zespół po raz pierwszy wykorzystał Hubble’a do stworzenia dokładnych map rozkładu materii w każdej galaktyce soczewkującej. Astronomowie mogli wówczas wiarygodnie wnioskować odległości od galaktyki do kwazara oraz od Ziemi do galaktyki i kwazara tła. Porównując te wartości odległości, naukowcy zmierzyli tempo ekspansji Wszechświata.

„Długość każdego opóźnienia czasowego wskazuje, jak szybko Wszechświat się rozszerza. Jeżeli opóźnienia są krótsze, Wszechświat rozszerza się w szybszym tempie. Jeżeli są dłuższe, tempo ekspansji jest wolniejsze” – powiedział członek zespołu Kenneth Wong z Instytutu Fizyki i Matematyki Wszechświata Uniwersytetu Kavli w Tokio, główny autor najnowszej pracy H0LiCOW.

Naukowcy obliczyli, że wartość stałej Hubble’a wynosi 73 km/s/megaparsek (niepewność 2,4%). Oznacza to, że na każde 3,3 mln lat świetlnych od Ziemi galaktyka wydaje się poruszać się o 73 km/s szybciej, z powodu ekspansji Wszechświata. 

Wartość ta znacznie różni się od poprzedniej, która wynosiła 67, wzmacniając napięcie pomiędzy pomiarami stałej Hubble’a współczesnego Wszechświata a wartością przewidywaną na podstawie obserwacji wczesnego Wszechświata.

Zespół H0LiCOW, który rozpoczął działanie w 2012 r. ma teraz obrazy Hubble’a i informacje o opóźnieniu czasowym dla 10 soczewkowanych kwazarów i pośrednich galaktyk soczewkujących. Współpracują z badaczami w dwóch programach nazwie STRIDES (STRong-lensing Insights into Dark Energy Survey), który szuka nowych soczewkowanych układów kwazarów, oraz SHARP (Strong-lensing w programie High Angular Resolution Program), który obrazuje soczewki za pomocą optyki adaptywnej teleskopami Kecka, w celu obserwacji kolejnych 30 układów aby zmniejszyć niepewność z 2,4% do 1%.

Przyszły teleskop Jamesa Webba może pomóc w im osiągnąć ten cel 1% niepewności znacznie szybciej dzięki swojej zdolności do mapowania prędkości gwiazd w galaktyce soczewkującej, co pozwoli astronomom opracować dokładniejsze modele rozkładu materii w galaktyce.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

28 stycznia 2020

Jądra masywnych umierających galaktyk powstały już 1,5 mld lat po Wielkim Wybuchu

Najodleglejsza jak dotąd odkryta umierająca galaktyka, masywniejsza od Drogi Mlecznej – posiadająca ponad miliard gwiazd – pokazała, że „jądra” tych układów powstały 1,5 mld. lat po Wielkim Wybuchu, czyli około miliard lat wcześniej, niż sugerowały to poprzednie pomiary. Odkrycie wzbogaci naszą wiedzę dotyczącą formowania się Wszechświata.


Czym jest „martwa” galaktyka?
Galaktyki z grubsza klasyfikuje się jako martwe lub żywe: martwe galaktyki nie tworzą już gwiazd, podczas gdy żywe są nadal jasne dzięki aktywności gwiazdotwórczej. „Gasnąca” galaktyka jest galaktyką w trakcie umierania – co oznacza, że jej proces gwiazdotwórczy jest znacznie wyhamowany. Gasnące galaktyki nie są tak jasne jak w pełni żywe galaktyki, ale nie są też tak ciemne, jak te martwe. Naukowcy wykorzystują to spektrum jasności jako pierwszy punkt identyfikacji podczas obserwacji galaktyk we Wszechświecie.

Zespół badaczy niedawno odkrył ogromną umierającą galaktykę już 1,5 mld lat po Wielkim Wybuchu, najodleglejszą tego typu galaktykę. „Ponadto stwierdziliśmy, że jej jądro wydaje się w tym czasie w pełni uformowane” – mówi Masayuki Tanaka, autor pracy. „Wynik ten łączy się z faktem, że kiedy te umierające olbrzymie układy wciąż żyły i tworzyły gwiazdy, mogły nie być aż tak ekstremalne w porównaniu ze średnią populacją galaktyk” – dodaje Francesco Valentino, adiunkt w Cosmic Dawn Center w Instytucie Nielsa Bohra i autor artykułu o historii martwych galaktyk.  

Dlaczego galaktyki umierają?
Jednym z największych pytań, na które astrofizyka wciąż nie odpowiedziała, jest to, w jaki sposób galaktyka zmienia się z gwiazdotwórczej w martwą. Na przykład Droga Mleczna wciąż żyje i powoli formuje nowe gwiazdy. Jednak niezbyt daleko (pod względem astronomicznym) centralna galaktyka gromady Panny – M87 – jest martwa i całkowicie inna. Dlaczego? „Może to mieć związek z obecnością olbrzymiej i aktywnej czarnej dziury w centrach galaktyk takich, jak M87” – mówi Valentino.

Jednym z problemów w obserwacji galaktyk z tak dużą szczegółowością jest to, że teleskopy dostępne obecnie na Ziemi są w stanie znaleźć tylko najbardziej ekstremalne układy. Jednak kluczem do opisania historii Wszechświata jest znacznie liczniejsza populacja normalnych obiektów.

Nowy teleskop Jamesa Webba, którego start jest zaplanowany na 2021 rok, będzie w stanie dostarczyć astronomom danych na poziomie szczegółowości, która powinna być w stanie dokładnie odwzorować tę „normalność”.

To, co stwierdzono obserwacyjnie, nie jest zbyt dalekie od tego, co przewidują najnowsze modele. „Do niedawna nie mieliśmy wielu obserwacji do porównania z modelami. Sytuacja jest jednak w fazie szybkiej ewolucji, a dzięki JWST cenne większe próbki ‘normalnych’ galaktyk będą dostępne za kilka lat. Im więcej galaktyk możemy badać, tym lepiej jesteśmy w stanie zrozumieć właściwości lub sytuacje prowadzące do określonego stanu – czy galaktyka żyje, gaśnie czy jest martwa. Zasadniczo chodzi o prawidłowe pisanie historii Wszechświata, coraz bardziej i bardziej szczegółowo. Jednocześnie dostrajamy modele komputerowe, aby uwzględnić nasze obserwacje, co będzie ogromną poprawą nie tylko dla naszej gałęzi pracy, ale ogólnie dla astronomii” – wyjaśnia Francesco Valentino.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

27 stycznia 2020

Teleskop Kepler świadkiem układu gwiazd przechodzącego potężny wybuch

Teleskop Kepler został zaprojektowany do znajdywania egzoplanet, szukając gwiazd, których blask przygasa, gdy przed ich tarczami przechodzą planety. Na szczęście ta sama konstrukcja sprawia, że idealnie nadaje się do wykrywania obiektów, które z czasem jaśnieją lub ciemnieją. Nowe przeszukanie archiwalnych danych Keplera ujawniło niezwykły wybuch nieznanej wcześniej nowej karłowatej. Układ rozjaśnił się o czynnik 1600 w ciągu niecałego dnia, po czym zaczął powoli zanikać.


Omawiany układ gwiazd składa się z białego karła i jego towarzysza brązowego karła, którego masa stanowi 1/10 masy białego karła. Biały karzeł jest pozostałym jądrem po gwieździe podobnej do Słońca, której materia o masie Słońca upchana jest w obszarze rozmiarów Ziemi. Brązowy karzeł to obiekt o masie od 10 do 80 mas Jowisza, który jest zbyt mały aby rozpocząć w swoim wnętrzu fuzję jądrową.

Brązowy karzeł okrąża białego karła w czasie 83 minut w odległości zaledwie 400 000 km – mniej więcej takiej, jak odległość od Ziemi od Księżyca. Są tak blisko siebie, że silna grawitacja białego karła usuwa materię z brązowego karła, wysysając jego esencję jak wampir. Odarta materia tworzy dysk (zwany dyskiem akrecyjnym), gdy krąży spiralnie w kierunku białego karła. 

Kepler był jedynym instrumentem, który mógł być świadkiem tego potężnego wybuchu, ponieważ układ znajdował się wówczas zbyt blisko Słońca z punktu widzenia Ziemi. Kepler zbierał dane co 30 minut, co było kluczowe do uchwycenia każdego szczegółu wybuchu.

Zdarzenie pozostawało ukryte w archiwach Keplera, dopóki zespół astronomów go nie zidentyfikował. „W pewnym sensie przypadkowo odkryliśmy ten układ. Nie szukaliśmy specjalnie potężnego wybuchu. Szukaliśmy jakiegokolwiek stanu przejściowego” – powiedział Ryan Ridden-Harpera ze Space Telescope Science Institute (STScI), jeden z członków zespołu.

Kepler uchwycił całe zdarzenie, obserwując powolny wzrost jasności, a następnie szybkie wzmocnienie. Choć teorie przewidują nagłe pojaśnienia, przyczyna powolnego początku zjawiska pozostaje tajemnicą. Standardowe teorie fizyki dysku akrecyjnego nie przewidują tego zjawiska, które zaobserwowano jeszcze w dwóch różnych potężnych wybuchach nowych karłowatych.

Teorie sugerują, że potężny wybuch jest wyzwalany, gdy dysk akrecyjny osiągnie punkt krytyczny. W miarę gromadzenia materii rośnie, aż zewnętrzna krawędź doświadcza rezonansu grawitacyjnego z orbitującym brązowym karłem. Może to spowodować niestabilność termiczną, wywołującą przegrzanie się dysku. Rzeczywiście, obserwacje pokazują, że temperatura dysku wzrasta z ok. 700 – 3500 stopni Celsjusza do aż 9700 – 11 700 st. C w trakcie zdarzenia.

Ten typ układu nowej karłowatej jest stosunkowo rzadki, znanych jest zaledwie około 100. Pojedynczy układ może trwać lata lub dekady między wybuchami, co sprawia, że zaobserwowanie jednego z nich jest wyzwaniem.

Zespół planuje kontynuować wydobywanie danych z Keplera oraz z TESS, w poszukiwaniu innych stanów przejściowych.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

26 stycznia 2020

Planety wokół pomarańczowych karłów najlepszym miejscem do poszukiwania życia

W poszukiwaniu życia poza Ziemią astronomowie szukają planet w tzw. „strefie zdatnej do zamieszkania” gwiazdy – czasami nazywanej „strefą Złotowłosej” – gdzie temperatury są odpowiednie, aby na powierzchni planety istniała woda w stanie ciekłym niezbędna dla wykształcenia życia w takiej formie, jakie znamy.


Pojawiający się pomysł, wspomagany trwającymi trzy dekady przeglądami gwiazd, jest taki, że istnieją gwiazdy ze „strefą Złotowłosej” – nie za gorące, nie za zimne, a przede wszystkim niezbyt gwałtowne, by posiadać planety przyjazne życiu.

Ponieważ nasze Słońce wykształciło życie na Ziemi przez prawie 4 mld lat, konwencjonalna mądrość sugerowałaby, że gwiazdy takie jak ta byłyby głównymi kandydatkami w poszukiwaniu innych potencjalnie nadających się do zamieszkania światów. W rzeczywistości gwiazdy nieco chłodniejsze i świecące słabiej niż nasze Słońce, sklasyfikowane jako karły typu K, są prawdziwymi „Złotowłosymi gwiazdami”, powiedział Edward Guinan z Uniwersytetu Villanova, Villanova, Pensylwania. „Karły typu K znajdują się w ‘słodkim miejscu’, a ich właściwości są pośrednie między rzadszymi, jaśniejszymi, ale żyjącymi krócej gwiazdami typu słonecznego (gwiazdy typu G) i liczniejszymi gwiazdami – czerwonymi karłami (gwiazdy typu M). Gwiazdy typu K, szczególnie cieplejsze, mają najlepsze ze wszystkich światy. Jeżeli szukasz planet nadających się do zamieszkania, obfitość gwiazdy typu K zwiększa szanse na znalezienie życia.”

W naszej galaktyce jest trzy razy więcej karłów typu K niż gwiazd takich jak nasze Słońce. Około 1000 gwiazd typu K znajdujących się w odległości 100 lat świetlnych od Słońca jest głównymi kandydatkami do eksploracji. Te tak zwane pomarańczowe karły żyją od 15 do 45 mld lat. Natomiast nasze Słońce, które jest już w połowie swojego życia, żyje zaledwie 10 mld lat. Jego stosunkowo szybkie tempo gwiezdnej ewolucji sprawi, że Ziemia stanie się w dużej mierze niezdatna do życia za zaledwie 1-2 mld lat. Gwiazdy typu słonecznego ograniczają czas, przez jaki atmosfera planety może pozostać stabilna. Wynika to z faktu, że za około miliard lat Ziemia będzie krążyć wokół cieplejszej (wewnętrznej) krawędzi strefy zdatnej do zamieszkania Słońca, która będzie przesuwała się na zewnątrz, gdy Słońce będzie stawało się cieplejsze i jaśniejsze. W rezultacie Ziemia zostanie wysuszona, ponieważ straci obecną atmosferę i oceany. W wieku 9 mld lat Słońce stanie się czerwonym olbrzymem, który może pochłonąć Ziemię.

Pomimo niewielkich rozmiarów, jeszcze liczniejsze czerwone karły, znane również jako karły typu M, mają jeszcze dłuższe czasy istnienia i wydają się być wrogie dla życia, jakie znamy. Planety krążące w wyjątkowo wąskiej ekosferze, która znajduje się bardzo blisko gwiazdy, są narażone na ekstremalne poziomy promieniowania rentgenowskiego i UV, które mogą być nawet setki tysięcy razy intensywniejsze niż te, które otrzymuje Ziemia od Słońca. Nieustanne fajerwerki z rozbłyskami i koronalnymi wyrzutami masy bombardują planety smoczym oddechem kipiącej plazmy i deszczem przenikających wysokoenergetycznych cząstek. Planety w ekosferze czerwonych karłów mogą być bardzo wcześnie wypalane do sucha i pozbawiane atmosfery. Prawdopodobnie mogłoby to uniemożliwić ewolucję planet w kierunku większej gościnności kilka milionów lat po ustąpieniu wybuchów czerwonych karłów. „Nie jesteśmy już tak optymistycznie nastawieni do szans na znalezienie życia wokół wielu gwiazd typu M” – powiedział Guinan.

Według badań Guinana, karły typu K nie mają mocno aktywnych pól magnetycznych, które zasilają potężne promieniowania rentgenowskie i UV oraz wybuchy energetyczne, dlatego też rzadziej wyrzucają rozbłyski. Planety towarzyszące uzyskałyby około 1/100 śmiertelnego promieniowania rentgenowskiego w porównaniu do tych krążących wokół bliskich ekosfer magnetycznie aktywnych gwiazd typu M.

W projekcie o nazwie „GoldiloKs” Guinan i jego kolega Scott Engle, współpracują ze studentami studiów licencjackich aby zmierzyć wiek, tempo rotacji oraz promieniowanie X i UV w próbkach głównie chłodniejszych gwiazd typu G i K. Do obserwacji wykorzystują Teleskop Hubble’a, Chandra oraz satelitę XMM-Newton. Czułe obserwacje teleskopem Hubble’a promieniowania UV wodoru zastosowano do oceny promieniowania z próbki około 20 pomarańczowych karłów.

Guinan i Engle odkryli, że poziomy promieniowania byłyby znacznie łagodniejsze dla wszelkich planet towarzyszących niż dla tych znajdujących się wokół czerwonych karłów. Gwiazdy typu K mają również znacznie dłuższe cykle życia, a zatem wolniejszą migrację ekosfery. Dlatego karły typu K wydają się idealnym miejscem do poszukiwania życia, i gwiazdy te pozwoliłyby na rozwój wysoko wyewoluowanego życia na planetach. W ciągu całego życia Słońca – 10 mld lat – gwiazdy typu K zwiększają swoją jasność zaledwie o 10-15%, dając biologicznej ewolucji znacznie dłuższy czas na rozwój zaawansowanych form życia niż na Ziemi.

Guinan i Engle przyjrzeli się bardziej interesującym gwiazdom typu K, wokół których znajdują się planety, w tym Kepler-442, Tau Ceti i Epsilon Eridani. (Dwie ostatnie były celem projektu Ozma z końca lat ‘50 XX w – pierwszej próby wykrycia transmisji radiowych od pozaziemskich cywilizacji).

„Kepler-442 jest godna uwagi, ponieważ ta gwiazda (klasyfikacja spektralna K5) posiada skalistą planetę Kepler-442g, która jest uważana za jedną z najlepszych planet zdatnych do zamieszkania. Jest to egzoplaneta, ponad dwukrotnie masywniejsza od Ziemi. Zatem układ Kepler-442 planeta w ekosferze wokół Złotowłosej gwiazdy” – powiedział Guinan.

W ciągu ostatnich 30 lat Guinan i Engle oraz ich uczniowie obserwowali różne typy gwiazd. Na podstawie swoich badań naukowcy ustalili związek między wiekiem gwiazdy, tempem rotacji, emisją promieniowania X i UV oraz aktywnością rozbłysków. Dane te zostały wykorzystane do zbadania wpływu promieniowania wysokoenergetycznego na atmosfery planet i możliwe życie.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

24 stycznia 2020

Zaobserwowano duże ilości tlenu w atmosferze starej gwiazdy

Międzynarodowy zespół astronomów wykrył duże ilości tlenu w atmosferze jednej z najstarszych i najbardziej ubogich w pierwiastki znanych gwiazd – „pierwotnej gwiazdy” nazwanej przez naukowców J0815+4729.


Nowe odkrycie, dokonane przy użyciu W. M. Keck Observatory na Maunakea na Hawajach, mające na celu analizę składu chemicznego starej gwiazdy, dostarcza ważnej wskazówki dotyczącej tego, w jaki sposób tlen i inne pierwiastki powstały w gwiazdach pierwszej generacji we Wszechświecie.

„Ten wynik jest bardzo ekscytujący. Opowiada nam o najwcześniejszych czasach we Wszechświecie, wykorzystując gwiazdy na naszym kosmicznym podwórku. Nie mogę się doczekać, aby zobaczyć więcej takich pomiarów, abyśmy mogli lepiej zrozumieć najwcześniejsze zalążki tlenu i innych pierwiastków w młodym Wszechświecie” – powiedział główny naukowiec Obserwatorium Kecka John O’Meara.

Tlen jest trzecim pod względem obfitości, po wodorze i helu, pierwiastkiem we Wszechświecie i jest niezbędny dla wszystkich form życia na Ziemi, jako chemiczna podstawa do oddychania oraz budulec węglowodanów. Jest także głównym podstawowym składnikiem skorupy ziemskiej. Jednak tlen nie istniał we wczesnym Wszechświecie; powstaje w wyniku reakcji syntezy jądrowej zachodzącej głęboko w najbardziej masywnych gwiazdach, o 10-krotnej masie Słońca, lub większej.

Śledzenie wczesnej produkcji tlenu i innych pierwiastków wymaga zbadania najstarszych wciąż istniejących gwiazd. J0815+4729 jest jedną z takich gwiazd; znajduje się ponad 5000 lat świetlnych od nas w kierunku konstelacji Rysia.

Gwiazdy, takie jak J0815+4729 są określane także jako gwiazdy halo. Spowodowane to jest ich mniej więcej kulistym rozmieszczeniem wokół Drogi Mlecznej, inaczej niż ma to miejsce w przypadku młodszych gwiazd lokujących się w dysk.

Gwiazdy halo, takie jak J0815+4729, są naprawdę starymi gwiazdami, umożliwiającymi astronomom wgląd w tworzenie się pierwiastków we wczesnej historii Wszechświata.

Zespół badaczy zaobserwował J0815+4729 za pomocą spektrometru HIRES zamontowanego na 10-metrowym teleskopie Keck I. Dane, które wymagały ponad 5 godzin wpatrywania się w gwiazdę w ciągu jednej nocy, posłużyły do zmierzenia obfitości 16 pierwiastków chemicznych w atmosferze gwiazdy, w tym tlenu.

Pierwotny skład gwiazdy wskazuje, że powstała ona w ciągu pierwszych setek milionów lat po Wielkim Wybuchu, być może z materii wyrzuconej z pierwszych supernowych Drogi Mlecznej.

Dane z HIRES dotyczące gwiazdy ujawniły bardzo nietypowy skład chemiczny. Chociaż zawiera stosunkowo duże ilości węgla, azotu i tlenu – około 10, 8 i 3% obfitości mierzonej w Słońcu – inne pierwiastki, takie jak wapń i żelazo, występują w obfitości co najmniej 0,000001 słonecznej.

Jest znanych tylko kilka takich gwiazd w halo naszej galaktyki, ale żadna z nich nie posiada tak ogromnej ilości węgla, azotu i tlenu w porównaniu do zawartości żelaza.

Poszukiwanie gwiazd tego typu obejmuje dedykowane projekty, które przeszukują setki tysięcy widm gwiazdowych, aby odkryć kilka rzadkich źródeł, takich jak J0815+4729, a następnie obserwacje w celu zmierzenia ich składu chemicznego. Gwiazda ta została po raz pierwszy zidentyfikowana wśród danych uzyskanych z przeglądu Sloan Digital Sky Survey (SDSS), a następnie scharakteryzowana przez zespół Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) w 2017 roku za pomocą Grand Canary Telescope na wyspie La Palma.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

23 stycznia 2020

Echa fal grawitacyjnych mogą potwierdzić hipotezę Hawkinga

Echa w sygnałach fal grawitacyjnych sugerują, że horyzont zdarzeń czarnej dziury może być bardziej skomplikowany niż obecnie sądzą naukowcy.


Badacze z University of Waterloo donoszą o pierwszym wykryciu potencjalnego echa wywołanego mikroskopijnym „szumem” kwantowym otaczającym nowo powstałe czarne dziury.

Fale grawitacyjne są zmarszczkami w czasoprzestrzeni emitowanymi w wyniku zderzenia w przestrzeni kosmicznej masywnych, zwartych obiektów, takich jak czarne dziury czy gwiazdy neutronowe.

Zgodnie z OTW nic, co przekroczy punktu bez powrotu, tzw. horyzont zdarzeń, nie może uciec grawitacji czarnej dziury. Tak przynajmniej uważali naukowcy do czasu, gdy Stephen Hawking zastosował mechanikę kwantową i przewidział, że cząstki kwantowe będą powoli wyciekać z czarnych dziur w postaci tzw. promieniowania Hawkinga.

Aż do momentu odkrycia pierwszych fal grawitacyjnych naukowcy nie byli w stanie ustalić eksperymentalnie, czy jakakolwiek materia wycieka z czarnych dziur. Jeżeli szum kwantowy odpowiedzialny za promieniowanie Hawkinga faktycznie istnieje wokół czarnych dziur, fale grawitacyjne mogą się od niego odbijać, co by spowodowało wytworzenie mniejszych sygnałów fali grawitacyjnej po głównym zdarzeniu, tworząc coś w rodzaju echa.

Niayesh Afshordi z University of Waterloo oraz współautor pracy, Jahed Abedi z Instytutu Maxa Plancka, ogłosili pierwsze prawdopodobne odkrycie powtarzającego się echa, które może stanowić eksperymentalny dowód na to, że czarne dziury mogą radykalnie różnić się od przewidywanych przez teorię względności Einsteina, a tym samym, że nie mają one horyzontu zdarzeń.

Echa obserwowane przez zespół Afshordi i Abedi pasują do symulowanych ech przewidywanych przez modele czarnych dziur, które uwzględniają efekty mechaniki kwantowej i promieniowanie Hawkinga.

„Nasze wyniki wciąż są niepewne, ponieważ istnieje bardzo mała szansa, że to, co widzimy, jest w rzeczywistości przypadkowym szumem w detektorach, ale prawdopodobieństwo jest tym mniejsze, im więcej takich przykładów dostrzeżemy. Teraz, gdy naukowcy wiedzą, czego szukamy, możemy zacząć szukać więcej przykładów potwierdzających naszą teorię. Takie potwierdzenie byłoby pierwszym bezpośrednim dowodem kwantowej struktury czasoprzestrzeni” – powiedział Afshordi.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

22 stycznia 2020

Astronomowie używają kosmicznej echolokacji do mapowania otoczenia czarnej dziury

Materia wpadająca do czarnej dziury emituje w przestrzeń kosmiczną promieniowanie X. Teraz astronomowie wykorzystali echa tego promieniowania do mapowania dynamicznego zachowania i otoczenia samej czarnej dziury.


Większość czarnych dziur ma pozornie zbyt małe rozmiary na niebie, abyśmy mogli określić ich bezpośrednie otoczenie, ale nadal możemy badać te tajemnicze obiekty, obserwując, jak zachowuje się materia, gdy się zbliża i wpada do niej.

Gdy materia opada po spirali do czarnej dziury, jest ona podgrzewana i emituje promieniowanie X, które z kolei odbija się echem, gdy oddziałuje z pobliskim gazem. Te obszary kosmosu są bardzo zniekształcone i wypaczone ze względu na ekstremalną naturę i miażdżąco silną grawitację czarnej dziury.

Obecnie naukowcy wykorzystali obserwatorium rentgenowskie XMM-Newton do śledzenia ech świetlnych i mapowania otoczenia czarnej dziury w jądrze aktywnej galaktyki.

Galaktyka macierzysta czarnej dziury nosząca nazwę IRAS 13224–3809 jest jednym z najbardziej zmiennych źródeł promieniowania rentgenowskiego na niebie, podlegając bardzo dużym i szybkim wahaniom jasności rzędu 50 w ciągu zaledwie kilku godzin.

Echo głosu człowieka jest różne w różnej wielkości i kształcie pomieszczenia. W podobny sposób możemy obserwować, jak echa promieniowania rentgenowskiego rozprzestrzeniają się w pobliżu czarnej dziury, aby odwzorować geometrię regionu i stan skupienia materii, zanim zniknie ona w osobliwości. To taka kosmiczna echolokacja.

Ponieważ dynamika opadającego gazu jest silnie związana z właściwościami konsumpcyjnymi czarnej dziury, naukowcy również byli w stanie określić masę i rotację centralnej czarnej dziury galaktyki, obserwując właściwości materii opadającej po spirali do jej wnętrza.

Materia wpadająca do czarnej dziury tworzy dysk. Pod tym dyskiem leży obszar gorących elektronów – o temperaturze ok. 1 mld stopni – zwany koroną. Chociaż naukowcy oczekiwali, że zaobserwują echa pogłosu, którego używali do mapowania geometrii regionu, zauważyli również coś nieoczekiwanego: sama korona szybko zmieniła swój rozmiar w ciągu kilku dni.

Wraz ze zmianą wielkości korony zmienia się echo światła. Śledząc świetlne echa, naukowcy byli w stanie śledzić zmieniającą się koronę i uzyskać jeszcze lepsze wartości dotyczące masy i rotacji czarnej dziury, niż mogliby ustalić, gdyby korona nie zmieniła rozmiaru. Wiadomo, że masa czarnej dziury nie może się wahać, więc wszelkie zmiany echa muszą dotyczyć gazowego środowiska.

W badaniu wykorzystano najdłuższą obserwację akreującej czarnej dziury, jaką kiedykolwiek wykryto za pomocą XMM-Newton, zebraną w latach 2011 i 2016 i trwającą nieco ponad 23 dni. To, w połączeniu z silną i krótkotrwałą zmiennością samej czarnej dziury, pozwoliło naukowcom kompleksowo modelować echa w przedziałach czasowych równych jednej dobie.

Region eksplorowany w tym badaniu nie jest dostępny dla takich obserwatoriów jak Event Horizon Telescope, przy pomocy którego udało się uzyskać pierwsze w historii zdjęcie gazu w bezpośrednim sąsiedztwie czarnej dziury – tej znajdującej się w centrum pobliskiej galaktyki M87. Wynik, oparty na obserwacjach wykonanych radioteleskopami na całym świecie w 2017 r. i ogłoszony w ubiegłym roku stał się światową sensacją.

Scharakteryzowanie środowiska ściśle otaczającego czarne dziury jest podstawowym celem naukowym misji ESA Athena, która ma się rozpocząć na początku lat 30.

Pomiar masy, prędkości rotacji i akrecji dużej próbki czarnych dziur jest kluczem do zrozumienia grawitacji w całym kosmosie. Ponadto, ponieważ supermasywne czarne dziury są silnie powiązane z właściwościami swoich macierzystych galaktyk, badania te są również kluczowe dla pogłębienia naszej wiedzy o tym, jak galaktyki tworzą się i ewoluują w czasie.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

20 stycznia 2020

Dziwne obiekty w pobliżu Sagittarius A*

Astronomowie odkryli dziwną klasę obiektów w centrum naszej galaktyki, niedaleko supermasywnej czarnej dziury zwanej Sagittarius A*. 


Nowe obiekty przez większość czasu wyglądają jak zwarte i rozciągają się, gdy na swoich orbitach zbliżają się do czarnej dziury. Orbity tych obiektów wahają się w przedziale od 100 do 1000 lat.

Grupa badawcza Andrea Ghez z UCLA, współautorki badania, zidentyfikowała niezwykły obiekt w centrum naszej galaktyki w 2005 roku, który później otrzymał miano G1. W 2012 roku astronomowie w Niemczech dokonali zagadkowego odkrycia obiektu nazwanego G2 w centrum Drogi Mlecznej, który zbliżył się do supermasywnej czarnej dziury w 2014 r. Ghez i jej zespół badawczy uważają, że G2 to najprawdopodobniej dwie gwiazdy, które krążyły wokół czarnej dziury w tandemie i połączyły się w niezwykle dużą gwiazdę osłoniętą niezwykle gęstym gazem i pyłem.

„W momencie największego zbliżenia G2 miała naprawdę dziwną sygnaturę. Widzieliśmy to wcześniej ale nie wyglądało to zbyt osobliwie, dopóki nie zbliżyła się do czarnej dziury i stała się wydłużona, a znaczna część jej gazu została rozdarta. Z całkiem nieszkodliwego obiektu, gdy znajdowała się z dala od czarnej dziury, podczas najbliższego podejścia do niej stała się obiektem, który był naprawdę rozciągnięty i zniekształcony i utraciły zewnętrzną powłokę, a teraz robi się coraz bardziej zwarty” – powiedziała Ghez.

Ale czy wartości G2 i G1 są odstające, czy są one częścią większej klasy obiektów? W odpowiedzi na to pytanie grupa badawcza Ghez informuje o istnieniu czterech kolejnych obiektów, które nazywają G3, G4, G5 i G6. Naukowcy ustalili orbitę każdego z nich. Podczas gdy G1 i G2 mają podobne orbity, cztery nowe obiekty mają je bardzo różne.

Ghez uważa, że wszystkie 6 obiektów było gwiazdami podwójnymi, które połączyły się pod wpływem silnie oddziałującej grawitacji supermasywnej czarnej dziury. Badaczka dodaje, że połączenie się dwóch gwiazd zajmuje ponad milion lat.

Do łączenia się gwiazd może dochodzić częściej, niż się tego spodziewali naukowcy i prawdopodobnie procesy te są dość powszechne. Grawitacja czarnych dziur może przyspieszać proces łączenia się gwiazd podwójnych. Możliwe, że wiele gwiazd, które astronomowie obserwowali, i których nie rozumieją, może być końcowym efektem spokojnego łączenia się. Uczymy się, jak ewoluują galaktyki i czarne dziury. Sposób, w jaki gwiazdy podwójne oddziałują ze sobą i z czarnymi dziurami bardzo różni się od tego, jak pojedyncze gwiazdy oddziałują z gwiazdami pojedynczymi i z czarnymi dziurami.

Anna Ciurlo z UCLA, główna autorka pracy zauważyła, że podczas gdy gaz z powłoki zewnętrznej G2 został dramatycznie rozciągnięty, jego pył wewnątrz gazu nie został zbytnio rozciągnięty. „Coś musiało zachować go zwartym i pozwolić przetrwać spotkanie z czarną dziurą. To dowód na istnienie gwiezdnego obiektu wewnątrz G2” – powiedziała.

Unikalny zestaw danych zebranych przez grupę profesor Ghaz podczas ponad 20 lat pozwolił naukowcom dokonać tego odkrycia. Mamy teraz populację obiektów „G”, więc nie jest to „jednorazowe zdarzenie” takie, jak G2.

Naukowcy wykonywali obserwacje używając W.M. Keck Observatory na Hawajach i wykorzystując potężną technologię zwaną optyką adaptywną, która na bieżąco koryguje zniekształcające działanie ziemskiej atmosfery. Przeprowadzili nową analizę danych z 13 lat badań wykonanych w ramach projektu UCLA Galactic Center Orbits Initiative.

We wrześniu 2019 r. zespół Ghez poinformował, że czarna dziura robi się głodniejsza ale nie jest jasne, dlaczego. Wydaje się, że rozrywanie G2 z 2014 r. usuwa gaz, który mógł niedawno zostać połknięty przez czarną dziurę. Połączenie się gwiazd mogłoby ją nakarmić.

Zespół zidentyfikował już kilka kandydatów, którzy mogą należeć do tej nowej klasy obiektów, i nadal je analizuje.

Ghaz zauważyła, że centrum Drogi Mlecznej to ekstremalne środowisko w przeciwieństwie do naszego lokalnego kosmicznego sąsiedztwa. Ziemia znajduje się na przedmieściach Galaktyki, w odległości 26 000 lat świetlnych od jej centrum. Gęstość gwiazd w centrum Drogi Mlecznej jest 1 mld razy większa niż w naszej części Galaktyki. Siła grawitacji jest o wiele mocniejsza a pola magnetyczne są bardziej ekstremalne.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

19 stycznia 2020

Gorący gaz zasila ramiona spiralne Drogi Mlecznej

Międzynarodowy zespół naukowców uzyskał ważny wgląd w pochodzenie materii w ramionach spiralnych Drogi Mlecznej, z której ostatecznie powstają nowe gwiazdy. Analizując właściwości galaktycznego pola magnetycznego, byli w stanie wykazać, że tak zwane ciepły zjonizowany ośrodek (Warm Ionized Medium – WIM), w którym osadzona jest Droga Mleczna, gromadzi się w pobliżu ramienia spiralnego Galaktyki. Jego stopniowe schładzanie służy jako źródło chłodniejszego gazu i pyłu, które zasilają tworzenie się gwiazd.


Droga Mleczna to galaktyka spiralna, kosmiczna wyspa gwiazd w kształcie dysku, w której najbardziej jasne i młode gwiazdy skupiają się w ramionach spiralnych. Tam powstają z gęstego ośrodka międzygwiezdnego (Interstellar Medium – ISM), który składa się z gazu (głównie wodoru) i pyłu (mikroskopijnych ziaren o dużej zawartości węgla i krzemu). Aby nowe gwiazdy stale powstawały, materia musi nieustannie osadzać się na ramionach spiralnych, aby uzupełniać zapasy gazu i pyłu.

Astronomowie byli w stanie wykazać, że dostawa pochodzi z dużo gęstszego składnika ośrodka międzygwiezdnego, który zwykle otacza całą Drogę Mleczną. Ten ciepły zjonizowany ośrodek ma średnią temperaturę 10 000 stopni. Promieniowanie o wysokich energiach pochodzące z gorących gwiazd powoduje, że gazowy wodór WIM jest w dużej mierze zjonizowany. Wyniki sugerują, że gorący ośrodek międzygwiazdowy gromadzi się w wąskim obszarze w pobliżu ramienia spiralnego i stopniowo wpada do niego podczas schładzania.

Naukowcy odkryli gęsty ciepły ośrodek międzygwiezdny, mierząc tak zwaną rotacją Faradaya. Obejmuje ona zmianę orientacji liniowo spolaryzowanych emisji radiowych, gdy te przechodzą przez plazmę (zjonizowany gaz) przemierzając pole magnetyczne. O spolaryzowanym promieniowaniu mówi się, gdy pole elektryczne oscyluje tylko w jednej płaszczyźnie. Zwykłe światło nie jest spolaryzowane. Wielkość zmiany polaryzacji zależy również od obserwowanej długości fali.

W tym badaniu astronomowie byli w stanie wykryć niezwykle silny sygnał w dość niepozornym obszarze Drogi Mlecznej, który znajduje się bezpośrednio po stronie spiralnego ramienia Strzelca Drogi Mlecznej skierowanego na galaktyczne centrum. Samo ramię spiralne wyróżnia się w obrazowanych danych silną emisją radiową generowaną przez osadzone w nim gorące gwiazdy i pozostałości supernowej. Jednak najsilniejsze przesunięcie polaryzacji astronomowie stwierdzili poza tą widoczną strefą. Wnioskują z tego, że zwiększona rotacja Faradaya nie pochodzi z tej aktywnej części ramienia spiralnego. Zamiast tego wywodzi się ze skondensowanego gorącego ośrodka międzygwiezdnego, który podobnie jak pole magnetyczne, należy do mniej oczywistego składnika ramienia spiralnego.

Analiza oparta jest na przeglądzie THOR (The HI/OH Recombination Line Survey of the Milky Way), który był prowadzony przez Instytut Astronomiczny Maxa Plancka na przestrzeni kilku lat, i w ramach którego obserwowany były duży obszar Drogi Mlecznej na kilku długościach fal radiowych. Spolaryzowane źródła radiowe, takie jak odległe kwazary lub gwiazdy neutronowe, służą jako „sondy” do określenia rotacji Faradaya. Umożliwia to astronomom nie tylko wykrycie trudnych do zmierzenia pól magnetycznych w Drodze Mlecznej, ale także badanie struktury i właściwości gorącego gazu. Astronomowie byli zaskoczeni silny sygnałem z dość spokojnej okolicy Drogi Mlecznej. Wyniki te pokazują, że wciąż pozostaje wiele do odkrycia w badaniu struktury i dynamiki Drogi Mlecznej.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

15 stycznia 2020

Egzoplaneta WASP-12b na spirali śmierci

Ziemia jest stracona – ale nie przez najbliższe 5 mld lat. Nasza planeta zostanie upieczona, gdy Słońce rozedmie się i stanie się czerwonym olbrzymem. Jednak egzoplanecie WASP-12b, znajdującej się 600 lat świetlnych stąd w konstelacji Wodnika, pozostało już mniej niż 1/1000 tego czasu – zaledwie 3 mln lat.


Zespół astrofizyków wykazał, że WASP-12b krąży wokół swojej gwiazdy macierzystej, zmierzając w kierunku pewnego zniszczenia. 

WASP-12b. tzw. „gorący Jowisz”, olbrzymia planeta gazowa, taka jak nasz sąsiad Jowisz, która znajduje się blisko swojej gwiazdy, okrążając ją w czasie zaledwie 26 godzin. 

„Od czasu odkrycia pierwszego gorącego Jowisza w 1995 roku, zastanawialiśmy się, jak długo takie planety mogą przetrwać. Byliśmy prawie pewni, że nie mogą istnieć wiecznie. Silne oddziaływania grawitacyjne między planetą i gwiazdą powinny spowodować, że planeta zacznie opadać po spirali do wewnątrz i zostanie zniszczona, ale nikt nie był w stanie przewidzieć, jak długo to potrwa. Mogą to być miliony lat a mogą i miliardy. Teraz, gdy zmierzyliśmy tempo, dla co najmniej jednego układu – miliony lat – mamy nową wskazówkę dotyczącą zachowania się gwiazd jako ciał ciekłych” – powiedział Joshua Winn, profesor nauk astrofizycznych w Princeton i jeden z autorów artykułu.

Problem polega na tym, że gdy WASP-12b okrąża swoją gwiazdę, obydwa ciała oddziałują na siebie grawitacyjnie, wznosząc „fale”, jak fale oceaniczne wznoszone na Ziemi przez Księżyc.

We wnętrzu gwiazdy te fale pływowe powodują, że nieznacznie się ona odkształca i oscyluje. Z powodu tarcia fale te rozbijają się i oscylacje zanikają. Proces ten stopniowo przekształca energię orbitalną planety w ciepło wewnątrz gwiazdy.

„Jeżeli uda nam się znaleźć więcej planet, takich jak WASP-12b, których orbity ulegają zanikowi, będziemy mogli dowiedzieć się więcej o ewolucji i ostatecznym losie układów egzoplanetarnych. Chociaż zjawisko to było przewidywane dla bliskich planet olbrzymów, takich jak WASP-12b w przeszłości, po raz pierwszy uchwyciliśmy ten proces w akcji” – mówi pierwszy autor pracy Samuel Yee.

WASP-12b została odkryta w 2008 roku metodą tranzytu, przy pomocy której to astronomowie obserwują niewielki spadek jasności gwiazdy, za każdym razem, gdy planeta przechodzi przed jej tarczą. Od momentu odkrycia odstęp między kolejnymi spadkami skrócił się o 29 milisekundy rocznie.

To niewielkie skrócenie amplitudy może sugerować, że orbita planety się kurczy, ale istnieją też inne możliwe wyjaśnienia: np. jeżeli orbita WASP-12b ma bardziej owalny niż okrągły kształt, widoczne zmiany okresu orbitalnego mogą być spowodowane zmieniającą się orientacją orbity.

Aby upewnić się, czy orbita faktycznie się skraca, należy obserwować, jak planeta znika za swoją gwiazdą (tzw. zakrycie). Jeżeli orbita po prostu zmienia swój kierunek, rzeczywisty okres orbitalny nie zmienia się, więc jeżeli tranzyt następuje szybciej niż oczekiwano, zakrycie powinno następować wolniej. Ale jeżeli orbita naprawdę się rozpada, czas zarówno tranzytów, jak i zakryć powinien zmieniać się tak samo.

W tym roku astronomowie zgromadzili więcej danych, w tym nowe obserwacje zakryciowe uzyskane za pomocą Kosmicznego Teleskopu Keplera.

Te nowe dane zdecydowanie popierają scenariusz rozpadu orbity, co pozwala astronomom zdecydowanie stwierdzić, że planeta rzeczywiście opada w kierunku swojej gwiazdy. Potwierdza to także wieloletnie teoretyczne przewidywania i pośrednie dane sugerujące, że gorący Jowisz powinien ostatecznie zostać zniszczony w wyniku tego procesu.

To odkrycie pomoże teoretykom zrozumieć wewnętrzne działanie gwiazd i interpretować inne dane dotyczące interakcji pływowych.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

10 stycznia 2020

Dżet z czarnej dziury w M87 osiąga prędkości bliskie prędkości światła

W kwietniu 2019 r. współpracownicy projektu EHT opublikowali pierwszy obraz czarnej dziury z zaobserwowanym masywnym, ciemnym obiektem w centrum galaktyki M87. Ta czarna dziura ma masę ok. 6,5 mld razy większą niż Słońce i znajduje się ok. 55 mln lat świetlnych od Ziemi. Czarna dziura została nazwana przez astronomów M87*, a ostatnio otrzymała hawajską nazwę „Powehi”.


Przez lata astronomowie obserwowali promieniowanie ze strumienia wysokoenergetycznych cząstek – zasilanego przez czarną dziurę – wystrzeliwujące z M87. Badali dżet w świetle radiowym, optycznym i rentgenowskim. Teraz, korzystając z obserwacji Chandra, naukowcy zauważyli, że części dżetu poruszają się z prędkością bliską prędkości światła.

Kiedy materia zbliży się wystarczająco do czarnej dziury, opadnie na dysk akrecyjny. Część materii z wewnętrznego regionu dysku akrecyjnego opadnie na czarną dziurę a część zostanie przekierowywana z dala od niej w postaci wąskich strumieni materii wzdłuż linii pola magnetycznego. Ponieważ proces opadania jest nieregularny, dżety zbudowane są z węzłów, które czasem można zidentyfikować za pomocą teleskopu Chandra i innych.

Naukowcy wykorzystali obserwacje Chandra z 2012 i 2017 roku, aby śledzić ruch dwóch rentgenowskich węzłów znajdujących się w dżecie około 900 i 2500 lat świetlnych od czarnej dziury. Dane rentgenowskie pokazują ruch z pozorną prędkością 6,3 razy większą od prędkości światła dla węzła bliższego czarnej dziurze, i 2,4 razy większą niż prędkość światła dla drugiego.

„Jednym z niezniszczalnych praw fizyki jest to, że nic nie może się poruszać szybciej, niż prędkość światła. Nie złamaliśmy zasad fizyki, ale znaleźliśmy przykład niesamowitego zjawiska zwanego ruchem nadświetlnym” – powiedział współautor badania Brad Snios z CfA.

Ruch nadświetlny występuje, gdy obiekty poruszają się z prędkością bliską prędkości światła w kierunku zbliżonym do naszej linii widzenia. Strumień leci w naszą stronę niemal tak szybko, jak światło, które wytwarza, co daje złudzenie, że jego ruch jest znacznie szybszy niż prędkość światła. W przypadku M87* dżet  celuje bardzo blisko naszego kierunku, co powoduje te pozorne egzotyczne prędkości.

Astronomowie widzieli wcześniej taki ruch w dżecie M87* na radiowych i optycznych długościach fali, ale nie byli w stanie ostatecznie wykazać, że materia w strumieniu porusza się z prędkością zbliżoną do prędkości światła.

Zespół zauważył, że cecha poruszająca się z prędkością 6,3 razy większą niż prędkość światła zanikła o ponad 70% między rokiem 2012 a 2017. To zanikanie prawdopodobnie było spowodowane utratą energii przez cząstki ze względu na wytwarzane promieniowanie, gdy krążyły wokół pola magnetycznego. Aby to mogło nastąpić, zespół musiałby widzieć promieniowanie X z tych samych cząsteczek w obu momentach a nie poruszającą się falę.

Dane z Chandra stanowią doskonałe uzupełnienie danych z EHT. Wielkość prędkości wokół czarnej dziury widziana za pomocą Event Horizon Telescope jest około 100 mln razy mniejsza niż wielkość dżetu widzianego z Chandra.

Kolejna różnica polega na tym, że EHT obserwował M87 przez sześć dni w kwietniu 2017 roku, dając ostatni obraz czarnej dziury. Obserwacje Chandra badają wyrzuconą materię w strumieniu wystrzelonym z czarnej dziury setki i tysiące lat wcześniej.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

8 stycznia 2020

Sieć LIGO-Virgo łapie kolejną kolizję gwiazd neutronowych

25 kwietnia 2019 roku obserwatorium LIGO Livingston wychwyciło coś, co wyglądało na fale grawitacyjne pochodzące ze zderzenia dwóch gwiazd neutronowych. Obecnie nowe badanie potwierdza, że to wydarzenie prawdopodobnie było wynikiem połączenia się dwóch gwiazd neutronowych. Byłby to dopiero drugi przypadek zaobserwowania tego typu zdarzenia na falach grawitacyjnych.


Pierwsza taka obserwacja miała miejsce w sierpniu 2017 r. i przeszła do historii, ponieważ po raz pierwszy zaobserwowano z jednego zdarzenia zarówno fale grawitacyjne jak i światło widzialne. Natomiast zdarzenie zaobserwowane 25 kwietnia nie doprowadziło do wykrycia żadnego światła. Jednak dzięki analizie danych samych fal grawitacyjnych naukowcy dowiedzieli się, że w wyniku zderzenia powstał obiekt o niezwykle wysokiej masie, znacznie wyższej niż tego oczekiwano.

Gwiazdy neutronowe to pozostałości umierających gwiazd, które wybuchają, gdy zapadają się pod koniec swojego życia. Kiedy dwie gwiazdy neutronowe krążą wokół siebie po spirali, przechodzą gwałtowne połączenie, które powoduje wstrząsy grawitacyjne w czasie i przestrzeni. LIGO stało się pierwszym obserwatorium, które bezpośrednio wykryło fale grawitacyjne w 2015 roku; w tym przypadku fale powstały w wyniku gwałtownego zderzenia dwóch czarnych dziur. Od tego czasu LIGO i Virgo zarejestrowały dziesiątki potencjalnych kandydatów na łączące się czarne dziury.

Zdarzenie z kwietnia 2019 r. po raz pierwszy zostało zidentyfikowane w danych z samego detektora LIGO Livingston. Detektor LIGO Hanford był wówczas tymczasowo wyłączony a oddalone o 500 mln lat świetlnych zdarzenie było zbyt słabe, aby mogło być widoczne w danych z obserwatorium Virgo. Korzystając z danych z Livingston połączonych z informacjami uzyskanymi z danych Virgo, zespół naukowców zawęził lokalizację zdarzenia do skrawka nieba o rozmiarach ponad 8200 stopni kwadratowych (albo 20% nieba). Dla porównania lokalizacja zdarzenia z sierpnia 2017 r. została zawężona do regionu zaledwie 16 stopni kwadratowych, czyli 0,04% nieba.

Dane LIGO pokazują, że łączna masa połączonych ciał jest około 3,4 większa od masy Słońca. W naszej galaktyce masy znanych układów podwójnych gwiazd neutronowych sięgają tylko 2,9 masy Słońca. Jedyną możliwością dla niezwykle wysokiej masy jest to, że nie było to zderzenie między dwiema gwiazdami neutronowymi ale między gwiazdą neutronową i czarną dziurą, ponieważ czarne dziury są cięższe, niż gwiazdy neutronowe. Ale gdyby tak było, czarna dziura musiałaby być wyjątkowo mała jak na tę klasę. Zamiast tego naukowcy uważają, że bardziej prawdopodobne jest, że LIGO było świadkiem rozbicia dwóch gwiazd neutronowych.

Uważa się, że pary gwiazd neutronowych powstają na dwa możliwe sposoby. Mogą się tworzyć z układów podwójnych masywnych gwiazd, z których każda kończy swoje życie jako gwiazda neutronowa, lub mogą powstać, gdy dwie oddzielne gwiazdy neutronowe łączą się w gęstym środowisku gwiazdowym. Dane LIGO dotyczące zdarzenia z 25 kwietnia nie wskazują, który z tych scenariuszy jest prawdopodobny, ale sugerują, że potrzeba więcej danych i nowych modeli, aby wyjaśnić nieoczekiwanie dużą masę połączenia.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

7 stycznia 2020

Astronomowie znajdują wędrujące masywne czarne dziury w galaktykach karłowatych

Mniej więcej połowa nowo odkrytych czarnych dziur nie znajduje się w centrach swoich galaktyk a na ich obrzeżach.


Astronomowie próbujący dowiedzieć się o mechanizmach, które pomogły uformować ogromne czarne dziury we wczesnym Wszechświecie, zdobyli ważne nowe wskazówki odkrywając 13 takich w galaktykach karłowatych znajdujących się mniej niż 1 mld lat świetlnych od Ziemi.

Te galaktyki karłowate, ponad 100 razy mniejsze niż nasza Droga Mleczna, są jednymi z najmniejszych galaktyk znanych z tego, że posiadają ogromne czarne dziury. Naukowcy sądzą, że te czarne dziury mają masę ok. 400 000 razy większą niż Słońce.

Amy Reines z Montana State University i jej koledzy wykorzystali VLA do odkrycia pierwszej masywnej czarnej dziury w galaktyce karłowatej w 2011 roku. Odkrycie to było zaskoczeniem dla astronomów i zachęciło do dalszych radiowych poszukiwań.

Naukowcy zaczęli od wybrania próbki galaktyk pochodzących z NASA-Sloan Atlas, katalogu galaktyk wykonanego za pomocą teleskopów obserwujących w świetle widzialnym. Wybrali galaktyki zawierające gwiazdy o całkowitej masie mniejszej niż 3 mld mas Słońca, mniej więcej równe Wielkiemu Obłokowi Magellana, małemu towarzyszowi Drogi Mlecznej. Z tej próbki wybrali kandydatki, które pojawiły się także w przeglądzie Faint Images of the Radio Sky (FIRST), przeprowadzonym przez NRAO w latach 1993 – 2011.

Następnie wykorzystali VLA do stworzenia nowych i bardziej czułych obrazów w wysokiej rozdzielczości 111 wybranych galaktyk.

„Nowe obserwacje VLA pokazały, że 13 z tych galaktyk wykazuje mocne dowody istnienia masywnej czarnej dziury, która aktywnie pochłania otaczającą materię. Byliśmy bardzo zaskoczeni, że mniej więcej w połowie tych 13 galaktyk, czarna dziura nie znajduje się w galaktycznym centrum, w przeciwieństwie do większych galaktyk” – powiedziała Reines.

Naukowcy potwierdzili, że wskazuje to, że galaktyki prawdopodobnie połączyły się z innymi galaktykami w przeszłości. Jest to zgodne z symulacjami komputerowymi przewidującymi, że około połowa masywnych czarnych dziur w galaktykach karłowatych wędruje po ich obrzeżach.

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...