Grudzień 2019

Zlokalizowano najstarsze galaktyki, jakie powstały we Wszechświecie

Dzięki badaniom, przeprowadzonym przez zespół astrofizyków z Uniwersytetu w Durham oraz Centrum Astrofizyki Harvard-Smithsonian w Cambridge, udało się odnaleźć dowody potwierdzające, że najciemniejsze galaktyki satelitarne, które krążą wokół Drogi Mlecznej, należą do pierwszych galaktyk, jakie powstały we Wszechświecie.

 

Wyniki badań sugerują, że galaktyki, takie jak Segue 1, Karzeł Wolarza, Tucana 2 oraz Karzeł Wielkiej Niedźwiedzicy, w rzeczywistości są jednymi z pierwszych galaktyk, jakie kiedykolwiek powstały. Ich szacowany wiek wynosi ponad 13 miliardów lat.

 

Astrofizycy zidentyfikowali dwie populacje galaktyk satelitarnych, które krążą wokół Drogi Mlecznej. Pierwsza z nich jest bardzo ciemną populacją galaktyk, które powstały na końcu tzw. ciemnych wieków. Z kolei druga składa się z nieco jaśniejszych galaktyk, które uformowały się setki milionów lat później, gdy wodór, który został zjonizowany przez intensywne promieniowanie ultrafioletowe, emitowane przez pierwsze gwiazdy, ochłodził się w bardziej masywne halo złożonych z ciemnej energii. W końcu stały się one tak ogromne, że zaczęły formować się jasne galaktyki, takie jak Droga Mleczna.

Niebieskim kolorem zaznaczono jasne galaktyki, a białym wskazano ultraciemne galaktyki - źródło: Durham ICC/HITS/MPIA/Auriga/S. Bose et al.

Zespół badawczy odkrył również, że model formowania się galaktyk, który został wcześniej opracowany, idealnie zgadzał się z danymi, dzięki czemu można było wywnioskować czasy formowania się ciemnych galaktyk satelitarnych. Profesor Carlos Frenk, dyrektor Instytutu Kosmologii Obliczeniowej na Uniwersytecie w Durham, porównał zidentyfikowanie tych pierwszych galaktyk satelitarnych do odnalezienia szczątków pierwszych ludzi, którzy zamieszkiwali Ziemię. Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie The Astrophysical Journal.

 


Droga Mleczna może zawierać miliony czarnych dziur

Astrofizycy tak naprawdę nie wiedzą, jak powstają czarne dziury, ale przypuszcza się, że te kosmiczne potwory rodzą się w eksplozjach potężnych supernowych. Najnowsze obserwacje zdają się potwierdzać te założenia i wskazują, że w Drodze Mlecznej mogą krążyć miliony czarnych dziur o masie gwiazdowej.

 

Przeprowadzone badania dostarczyły pierwszych dowodów obserwacyjnych na obecność czarnych dziur, które z dużą prędkością przemieszczają się w naszej galaktyce. Co więcej, wyniki analiz wskazują, że czarne dziury powstają w wyniku eksplozji supernowych, które w momencie narodzin otrzymują potężnego „kopa” i z ogromną prędkością wyrzucane są w przestrzeń kosmiczną.

Analizy zostały oparte o 16 czarnych dziur, obecnych w układach podwójnych, które aktywnie pożerały gwiazdy. Materia wirująca wokół czarnych dziur wytwarza silne promieniowanie rentgenowskie i fale radiowe, dzięki czemu badacze mogli przyglądać się ich zachowaniu. Naukowcy śledzili ruchy tych układów w naszej Drodze Mlecznej i ustalili ich aktualną prędkość oraz próbowali odtworzyć prędkość poszczególnych układów w momencie ich narodzin.

 

 

Z przeprowadzonych dokładnych analiz wynika, że 12 z 16 układów czarnych dziur faktycznie miało duże prędkości oraz trajektorię, które wskazują na to, że w momencie narodzin zostały wyrzucone. Gdyby wynik odnieść do skali Drogi Mlecznej może się okazać, że naszą galaktykę z ogromną prędkością przemierza około 7,5 miliona czarnych dziur o masie gwiazdowej. Eksplozje supernowych mogą je rozpędzać do prędkości ponad 70 km/s.

Zgodnie z innymi teoriami, szybkie czarne dziury są znacznie wolniejsze od wyrzucanych gwiazd neutronowych ze względu na ich większą masę. Jednak w badaniach nie zauważono korelacji między masą czarnej dziury a prędkością. Wciąż niewiele wiemy o czarnych dziurach, dlatego potrzebne są dalsze obserwacje.

 


Odkryto kolejne dziwne przygasające gwiazdy

Wszystko wskazuje na to, że słynna Tabby Star (KIC 8462852) nie jest jedyną przygasającą gwiazdą. Dotychczas udało się odkryć kilka gwiazd, które z nieznanych nam przyczyn migają. Jednak teraz naukowcy powiadomili o odkryciu aż 21 takich obiektów i wciąż nie potrafimy wyjaśnić ich dziwnego zachowania.

 

Gwiazda KIC 8462852 została odkryta w 2015 roku. Jest nieco większa i gorętsza od Słońca, znajduje się około 1 480 lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Łabędzia. Analiza danych z Kosmicznego Teleskopu Keplera wykazała, że gwiazda w różnych odstępach czasu traci na jasności nawet o 22%. Zachowanie tej migającej gwiazdy jest nieprzewidywalne i nie można go wytłumaczyć w żaden rozsądny sposób, dlatego niektórzy uważają, że wokół KIC 8462852 może znajdować się tzw. sfera Dysona – megastruktura należąca do obcej cywilizacji.

 

W ciągu kilku lat, astronomowie odkryli kilka migających gwiazd, które swoim zachowaniem przypominają słynną Tabby Star. Wciąż nie potrafimy wyjaśnić, co powoduje miganie. Uważa się, że jeśli odkryjemy odpowiednio dużą ilość tego typu obiektów to będziemy mogli je porównać i ewentualnie zrozumieć, co powoduje nieregularne i czasem gwałtowne spadki jasności.

Być może jesteśmy coraz bliżej wyjaśnienia tego fenomenu. Edward Schmidt, astrofizyk z Uniwersytetu Nebraski-Lincoln powiadomił o odkryciu aż 21 nowych migających gwiazd. Naukowiec dokonał tego z pomocą oprogramowania, które szukało podobnych migotań wśród około 14 milionów obiektów o różnej jasności z bazy danych Northern Sky Variable Survey (NSVS) między kwietniem 1999 a marcem 2000 roku. Potencjalnie przygasające gwiazdy zostały dokładniej sprawdzone dzięki danym z All-Sky Automated Survey for Supernovae.

 

W ten sposób zidentyfikowano 21 gwiazd, których migotania nie można wyjaśnić w sposób konwencjonalny. Co więcej, Edward Schmidt podzielił je na dwie kategorie. 15 odkrytych gwiazd powoli traciło na jasności, podobnie jak KIC 8462852, natomiast pozostałe 6 gwiazd traciło jasność w sposób jeszcze bardziej gwałtowny.

 

Tylko dalsze obserwacje mogą pomóc rozwiązać tę zagadkę. Naukowcy zamierzają szukać kolejnych migających gwiazd, aby odnaleźć wspólne dla nich cechy i porównać ze sobą spadki jasności. Być może pozwoli to wyjaśnić tajemnicze zachowanie tych gwiazd.

 


W centrum naszej Galaktyki doszło do potężnego wybuchu

Naukowcy zdobyli dowody wskazujące na tajemniczą eksplozję, która stosunkowo niedawno miała miejsce w centrum Drogi Mlecznej. Wybuch ten był tak potężny, że powstały w jego wyniku rozbłysk energii uderzył w struktury, położone daleko od naszej galaktyki.

 

Źródło intensywnej, rozszerzającej się wiązki energii znajdowało się w centrum Drogi Mlecznej, blisko supermasywnej czarnej dziury. Zdarzenie, które wyemitowało rozbłyski promieniowania w kształcie rozszerzających się stożków w kierunku obu biegunów galaktyki, miało miejsce zaledwie 3,5 miliona lat temu.

 

Do takiego wniosku doszedł zespół naukowców pod kierownictwem profesora Jossa Blanda-Hawthorna z ARC Centre of Excellence for All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (ASTRO 3D). Zjawisko, znane jako rozbłysk Seyferta, stworzyło dwa wielkie stożki jonizacyjne, które przecięły Drogę Mleczną.

Rozbłysk był tak potężny, że uderzył w oddalony o 200 tysięcy lat świetlnych Strumień Magellaniczny – długi strumień gazowych obłoków, łączących Mały i Wielki Obłok Magellana. Naukowcy zakładają, że tak silna eksplozja musiała zostać wywołana przez aktywność nuklearną supermasywnej czarnej dziury Sagittarius A*, położonej w centrum Drogi Mlecznej.

 

3,5 miliona lat, w kategoriach galaktycznych, to bardzo niewiele. Badacze oszacowali, że wybuch mógł trwać przez około 300 tysięcy lat. Odkrycie pokazuje, że centrum Drogi Mlecznej jest o wiele bardziej dynamicznym miejscem niż dotychczas sądzono.

 


Astrofizycy próbują potwierdzić czy Wielki Wybuch rzeczywiście miał miejsce

Zgodnie z teorią Wielkiego Wybuchu, nasz Wszechświat powstał około 13,8 miliarda lat temu w wyniku kosmicznej eksplozji, gdy materia i energia zaczęły rozprzestrzeniać się we wszystkich kierunkach. Uważa się, że okres kosmicznej inflacji odpowiada wielkoskalowej strukturze Wszechświata i wyjaśnia, dlaczego kosmos i mikrofalowe promieniowanie tła wydają się być w dużej mierze jednorodne we wszystkich kierunkach. Dotychczas nie udało się pozyskać dowodów, które jednoznacznie potwierdzałyby hipotezę inflacji kosmologicznej lub wykluczały teorie alternatywne, lecz dzięki najnowszym badaniom, naukowcy być może opracowali sposób na przetestowanie jednej z kluczowych części kosmologicznego modelu Wielkiego Wybuchu.

 

Teoria kosmicznej inflacji stwierdza, że 10−36 sekund po Wielkim Wybuchu, osobliwość, w której koncentrowała się cała materia i energia, zaczęła się rozszerzać. Uważa się, że epoka kosmologicznej inflacji trwała do 10−33–10−32 sekund po Wielkim Wybuchu, po czym zwolniło się tempo rozszerzania Wszechświata. Według tej teorii, początkowa ekspansja kosmosu była szybsza niż prędkość światła.

 

Teoria pomaga wyjaśnić, dlaczego istnieją prawie takie same warunki w odległych od siebie regionach Wszechświata. Jeśli kosmos pochodzi od maleńkiej objętości przestrzeni, która urosła do rozmiarów większych, niż jesteśmy w stanie zaobserwować, wyjaśniałoby to, dlaczego wielkoskalowa struktura Wszechświata jest niemal jednolita i jednorodna.

 

Istnieją także inne teorie, wyjaśniające powstanie Wszechświata, lecz dotychczas brakowało zdolności do falsyfikacji którejkolwiek z nich. Dlatego zespół astronomów z Uniwersytetu Harvarda i Centrum Astrofizyki Harvard-Smithsonian w Cambridge opracował niezależny od modelu sposób odróżniania inflacji od alternatywnych scenariuszy. Zgodnie z tą propozycją, ogromne pola w pierwotnym Wszechświecie doświadczałyby fluktuacji kwantowych i perturbacji gęstości, które bezpośrednio rejestrowałyby skalę wczesnego Wszechświata w funkcji czasu, tj. działałyby jako „standardowy zegar Wszechświata”.

Źródło: NASA/WMAP

Dokonując pomiaru sygnałów, które miałyby pochodzić z tych pól, kosmologowie byliby w stanie stwierdzić, czy zostały zaszczepione jakiekolwiek zmiany w gęstości podczas fazy kurczenia się lub rozszerzania wczesnego Wszechświata. Pozwoliłoby to wykluczyć alternatywy dla teorii kosmicznej inflacji.

 

Perturbacje te byłyby źródłem wszelkich zmian gęstości, obserwowanych przez astronomów we Wszechświecie. To, w jaki sposób te warianty zostały ukształtowane, można określić obserwując tło Wszechświata – a konkretnie, jego rozszerzanie się lub kurczenie.

 

Astronomowie zidentyfikowali potencjalny sygnał, który można byłoby zmierzyć z pomocą dostępnych obecnie instrumentów badawczych, takich jak obserwatorium kosmiczne Plancka, Sloan Digital Sky Survey, VLT Survey Telescope, czy Dragonfly Telescope. W poprzednich badaniach sugerowano, że zmiany gęstości pierwotnego Wszechświata można wykryć poszukując dowodów na niegaussowości, które są korektami dla funkcji Gaussa przy pomiarze wielkości fizycznej - w tym przypadku, mikrofalowego promieniowania tła.

 

Powstanie Wszechświata jest prawdopodobnie jedną z największych zagadek nauki i kosmologii. Jeśli stosując powyższą metodę będzie można wykluczyć alternatywne teorie, przybliży nas to o krok do zrozumienia początków czasu, kosmosu i samego życia.

 


Odkryto zupełnie nowy typ czarnych dziur

Czarne dziury mają ważne znaczenie dla zrozumienia Wszechświata, dlatego naukowcy stale przeczesują kosmos w poszukiwaniu tego typu obiektów. Z najnowszych badań wynika, że najwyraźniej pominięto nieznaną dotychczas klasę czarnych dziur, które są rekordowo małe.

 

Czarne dziury, podobnie jak gwiazdy neutronowe, powstają, gdy dochodzi do kurczenia się i eksplozji niektórych gwiazd. Masa czarnych dziur mieści się w przedziale od 5 do 15 mas Słońca, natomiast masa znanych nam gwiazd neutronowych nie przekracza 2,1 masy Słońca. Gdyby masa gwiazd neutronowych przekroczyła granicę 2,5 masy Słońca, zapadłaby się w czarną dziurę.

 

Jednak w 2017 roku, naukowcy posługujący się detektorem fal grawitacyjnych LIGO namierzyli dwie łączące się czarne dziury. Zdarzenie wystąpiło w galaktyce oddalonej o 1,8 miliona lat świetlnych od Ziemi. Badania wykazały, że jedna z czarnych dziur miała masę 31 mas Słońca, a druga 25 mas Słońca. Oznacza to, te dwie czarne dziury znacznie wykraczały poza przyjęty zakres mas.

Todd Thompson, profesor astronomii na Uniwersytecie Stanowym Ohio i jego zespół postanowił sprawdzić, czy istnieją czarne dziury, których masa znajduje się poniżej tego zakresu. Naukowcy przeanalizowali dane z eksperymentu APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution), który pozwolił zgromadzić widma ponad 100 tysięcy gwiazd w Drodze Mlecznej. Analiza widma pozwala określić, czy gwiazda krąży wokół jakiegoś obiektu – w tym przypadku czarnej dziury.

 

Ostatecznie naukowcy skupili się na zestawie 200 gwiazd i połączyli tysiące zdjęć każdego potencjalnego układu podwójnego z programu przeglądu nieba ASAS-SN (All Sky Automated Survey for SuperNovae). Na drodze tych poszukiwań odkryto czerwonego olbrzyma, który krąży wokół nieznanego wcześniej obiektu kosmicznego o stosunkowo małej masie. Przeprowadzone obliczenia i dane pochodzące z spektrografu TRES (Tillinghast Reflector Echelle Spectrograph) zainstalowanego w teleskopie Tillinghast oraz satelity Gaia wykazały, że jest to czarna dziura o rekordowo niskiej masie zaledwie 3,3 masy Słońca.

 

Najnowsze badania pozwoliły odkryć nową klasę małomasywnych czarnych dziur, a także opracować nową metodę poszukiwania takich obiektów w kosmosie. Co ciekawe, naukowcy nie mieli pojęcia, że czarne dziury o tak niskiej masie w ogóle mogły istnieć.

 


Teleskop TESS mógł odkryć mityczną Planetę X

Naukowcy nie ustają w poszukiwaniach tzw. Dziewiątej Planety, która podobno krąży na obrzeżach Układu Słonecznego. Na podstawie obserwacji orbit konkretnych ciał niebieskich próbuje się ustalić położenie planety, która może być nawet 10 razy masywniejsza od Ziemi. Tymczasem niektórzy astronomowie twierdzą, że ta tajemnicza planeta już została odkryta – musimy tylko przeszukać dane, które zostały wygenerowane przez teleskop poszukujący planet pozasłonecznych.

 

Odnalezienie Dziewiątej Planety wcale nie jest takie łatwe. Podczas poszukiwań planet w odległych systemach gwiezdnych, naukowcy wykorzystują metodę tranzytu, czyli przyglądają się jasności gwiazd. Chwilowe i regularne spadki jasności sugerują, że daną gwiazdę zasłania ciało niebieskie. W przypadku ciemnej planety, położonej na obrzeżach Układu Słonecznego nie można zastosować tej metody.

 

Jednak naukowcy przypuszczają, że teleskop kosmiczny TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), następca teleskopu Keplera, mógł już zaobserwować Dziewiątą Planetę, a dowód na jej istnienie może być zawarty w wygenerowanych danych. Teleskop TESS obserwuje sektory nieba przez długi czas i wykonuje mnóstwo zdjęć z jednego pola widzenia. Po ułożeniu zdjęć w stos, słabo widoczne obiekty mogą stać się znacznie jaśniejsze i mogą też odsłonić ciała niebieskie, które w normalnych warunkach byłyby niewidoczne.

Teleskop TESS – źródło: NASA

Dziewiąta Planeta jest ruchomym obiektem, więc naukowcy musieliby najpierw oszacować jej orbitę. Istnieje również możliwość, aby przetestować wszystkie możliwe orbity, lecz wymagałoby to zastosowania komputera o dużej mocy obliczeniowej. Superkomputery i sztuczna inteligencja mogą okazać się bardzo pomocne w przeszukiwaniu danych teleskopu TESS oraz ustalaniu orbity Dziewiątej Planety.

 


Odkryto jak dwa niezwykle bliskie księżyce Neptuna unikają kolizji

Naukowcy z NASA zarejestrowali dziwne zachowanie dwóch z czternastu satelitów Neptuna - Najada i Talassa. Oba są niewielkimi ciałami niebieskimi o średnicy około 100km. Według ekspertów obiekty te poruszają się w nietypowy sposób, unikając o włos zderzenia ze sobą.

 

Oba księżyce  ze względu na niewielkie rozmiary zostały odkryte dopiero w 1989 roku kiedy w okolice Neptuna zawitała należąca do nas a sonda kosmiczna Voyager 2. Obserwacje dokonane wtedy i pogłębione za pomocą kosmicznego teleskopu Hubble'a sugerują, że orbita Najady odchyla się o około 5 stopni i połowę czasu księżyc znajduje się ponad Talassą a drugą połowę pod nim. Astronomom nie znane są inne dwa ciała niebieskie splecione takim niezwykłym grawitacyjnym tańcem.

Odległość pomiędzy orbitami obu księżyców wynosi tylko 1850 km, ale doskonałą i trwałą kalibracja orbit tych ciał niebieskich powoduje, że z pewnością unikną kolizji. Poza tym Najada obraca się wokół Neptuna przez 7 godzin a Talassa 7,5 godziny. Co cztery zakręty z Talassy można było zaobserwować ją w pobliżu Najady.

Taki powtarzający się wzór orbitalny jest nazywany rezonansem. Dochodzi do niego na wiele sposobów, ale taki jak w przypadku tych dwóch księżyców Neptuna został zaobserwowany po raz pierwszy w historii.