Pole grawitacyjne gwiazdy neutronowej badane dzięki jej własnemu promieniowaniu X

Przy użyciu satelity Chandra astronomowie wykryli właściwości, które moga być pierwszym bezpośrednim dowodem na efekt grawitacji w promieniowaniu z gwiazdy neutronowej. To odkrycie, jeśli zostanie potwierdzone, może pozwolić naukowcom zmierzyć pole grawitacyjne gwiazd neutronowych i ustalić czy gwiazdy te zawierają egzotyczną formę materii nie spotykaną na Ziemi.

 

Artystyczna wizja obiektu 1E 1207.4-5209 - gwiazda neutronowa z gorąca plamą polarną i silnym polem magnetycznym (fioletowe linie). Gwiazda neutronowa znajduje się w odległości około 7000 lat świetlnych od Ziemi. Załączony wykres pokazuje oczekiwane (niebieska przerywana linia) i obserwowane (ciągła zielona linia) widmo promieniowania X pochodzącego z gorącej plamy. Nachylenia w widmie obserwowanym wskazuje na absorpcje (pochłanianie) promieniowania przez gaz w atmosferze gwiazdy neutronowej. (Ilustracja: CXC/M.Weiss; Wykres: NASA/PSU/G.Pavlov i in. )

Zespół kierowany przez George'a Pavlov z Penn State University w University Park (USA) obserwował obiekt 1E 1207.4-5209 - tak nazwano gwiazdę neutronową znajdującą się w centrum pozostałości po supernowej około 7000 lat świetlnych od Ziemi. Rezultaty zaprezentowano 6 czerwca br. na posiedzeniu Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego w Albuquerque w stanie Nowy Meksyk (USA).

Grupa Pavlov'a odkryła dwa spadki w widmie promieniowania X pochodzącego z gwiazdy, które mogą być oznaką absorpcji. Jeśli tak jest rzeczywiście - promienie X pochłaniane są przez jony helu blisko powierzchni gwiazdy w silnym polu magnetycznym - to obserwowane spadki wskazują na to, że pole grawitacyjne zmniejsza energie promieni Roentgena uciekających z gwiazdy neutronowej.

"Taka interpretacja jest zgodna z naszymi danymi," powiedział Pavlov, "ale takie cechy mogą być mieszanką wielu innych własności. Potrzebujemy dokładniejszych pomiarów najlepiej ze spektrometru siatkowego satelity Chandra."

"Cechy wskazujące na absorpcję mogą być pierwszym dowodem efektu grawitacji w promieniowaniu blisko powierzchni samotnej gwiazdy neutronowej," powiedział Pavlov. "Jest to szczególnie ważne, bo pozwoliło by nam ograniczyć jakie typy materii mogą wchodzić w skład tej gwiazdy."

Gwiazdy neutronowe formowane są w momencie, gdy masywna gwiazda wypala swoje paliwo a jądro zaczyna zapadać się (kolapsować). Następuje eksplozja supernowej, a skolapsowane jądro jest kompresowane to gorącego obiektu o średnicy około 20 km z cienką atmosferą, w skład której wchodzi wodór i być może cięższe jony - taka atmosfera znajduje się w polu grawitacyjnym 100 miliardów razy silniejszym niż ziemskie.

Obiekty takie o gęstości większej niż miliard ton na objętość łyżeczki do herbaty nazywane są gwiazdami neutronowymi, ponieważ wydaje się, że złożone są głównie z neutronów. Choć obiekty te badane są od ponad 30 lat ich natura jest wciąż nieznana.

"Nie jesteśmy nawet pewni, czy gwiazdy neutronowe złożone są z neutronów," powiedział Divas Sanwal z Penn State. "Równie dobrze mogą być one zbudowane z pionów, kaonów czy nawet ze swobodnych kwarków."

Jednym ze sposobów ograniczania możliwych rodzajów materii jest pomiar siły grawitacji na powierzchni gwiazdy neutronowej poprzez obserwowanie skutków działania grawitacji na promieniowanie X bardzo blisko powierzchni gwiazdy. Według teorii grawitacji Einsteina, przyciąganie fotonów przez pole grawitacyjne prowadzi do zmniejszenia energii fotonów (wzrasta długość fali promieniowania). Pomiar tego grawitacyjnego redshiftu (przesunięcia ku czerwieni, ku dłuższym falom) wiąże masę gwiazdy z jej promieniem i pozwala na sprawdzenie teorii z różnymi możliwymi wartościami gęstości materii.

Zespół naukowców rozważał kilkanaście możliwych wyjaśnień cech absorpcji obserwowanych w 1E 1207. Moc i energia obserwowanego promieniowania X czyniła je jednak nieprawdopodobnymi a to z powodu przeszkadzającej materii międzygwiazdowej lub absorpcji wywołanej elektronami lub jonami krążącymi w silnym polu magnetycznym. Najbardziej prawdopodobna hipoteza mówi, że obserwowane własności spowodowane są absorbowaniem promieniowania X przez jony helu w polu magnetycznym silniejszym od ziemskiego pola magnetycznego o około 100 bilionów (10¹⁴) razy. W takim przypadku grawitacyjny redshift redukuje energie promieniowania Roentgena o 17%.

Grupa Pavlov'a obserwowała 1E 1027 przy pomocy spektrometru umieszczonego na satelicie Chandra - Advanced CCD Imaging Spectrometer - 6 stycznia 2000 i 5 stycznia 2002, za każdym razy przez około 30 000 sekund (8.3 godz.).

19 czerwca 2002
Źródło | oprac. K.Zawada

Czarna dziura - kosmiczna prądnica!

  Naukowcy z Los Alamos (U.S. Departament of Energy's Los Alamos National Laboratory): Philipp Kronberg, Quentin Dufton, Stirling Colgate i Hui Li przekonują, że czarne dziury mogą być efektywnymi źródłami energii. Linie pola magnetycznego, rozciągające się na odległość milionów lat świetlnych poza galaktykę, mogą być efektem działania dynama (jak w silniku elektrycznym) wewnątrz czarnej dziury.

Badając fale radiowe pochodzące z obszarów przestrzeni okalającej galaktyki, naukowcy odtworzyli strukturę pola magnetycznego. Rozciąga się ono od centrum galaktyki (gdzie prawdopodobnie znajduje się czarna dziura) i wybiega daleko poza granicę galaktyki. Do badań wybrano galaktyki odizolowane, nie oddziałujące z innymi galaktykami, dzięki czemu struktura linii sił pola magnetycznego nie jest zaburzona.

Energia czarnej dziury jest efektywnie przekształcana w energię pola magnetycznego. Choć mechanizm ten nie jest do końca poznany, można przypuszczać że dużą rolę odgrywa dysk akrecyjny rotujący wokół czarnej dziury. Namagnetyzowana materia tworząca dysk skręca linie pola magnetycznego, które unoszone są w postaci pętli daleko poza centralne obszary galaktyki. Energię tego pola możemy obserwować w postaci emisji radiowej.

Jednym z problemów jest wyjaśnienie mechanizmu przekształcania energii magnetycznej na ogrzewanie ośrodka międzygwiazdowego, co obserwuje się w postaci wysokoenergetycznych (bardzo szybkich) cząstek promieniowania kosmicznego. Jednym z procesów przyspieszania cząstek może być rekoneksja linii pola magnetycznego (tzn. przełączanie się linii pola magnetycznego o przeciwnych kierunkach, prowadzące do uwalniania energii magnetycznej).

Zapoznanie się z procesami zachodzącymi w polach magnetycznych galaktyk może mieć duże znaczenie dla ludzi - tu na Ziemi. Gdyby można było przeprowadzać te procesy w sposób kontrolowany to kto wie, może udałoby się zbudować system "reaktorów magnetycznych", będących efektywnym źródłem energii?

12 czerwca 2002
Źródło | oprac. B. Kulesza

Nasza Galaktyka rozszarpuje gromady gwiazd

Grupa naukowców pracująca w projekcie astronomicznym zwanym the Sloan Digital Sky Survey (SDSS), będącym największym przeglądem nieba jaki dotychczas przeprowadzono, przedstawiła 3 czerwca na spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego wyniki obserwacyjne niezbicie potwierdzające hipotezę, że pole grawitacyjne naszej Galaktyki prowadzi do zniszczenia poprzez rozszarpanie kulistych gromad gwiazd.

Gromady kuliste są skupiskami zwykle kilkuset tysięcy gwiazd ułożonych sferycznie symetrycznie, których ilość rośnie znacząco w kierunku centrum gromady. Chyba najbardziej interesującą cechą tych obiektów jest ich wiek - można je z powodzeniem nazwać kosmicznymi Matuzalemami, ponieważ najstarsze gromady kuliste, a w szczególności jedna z nich o numerze w katalogu Messiera M 107, są prawie tak stare jak nasz Wszechświat - liczą około 15 miliardów lat, podczas gdy sam Wszechświat jest jedynie o miliard lat starszy (zakładając najbardziej popularny obecnie model kosmologiczny z niezerową tzw. stałą kosmologiczną). Jeśli wyobrażać sobie naszą Galaktykę czyli Drogę Mleczną jako dysk o średnicy około 30000 pc (1 pc czyli 1 parsek równa się 3.26 lat świetlnych) gdzie znajduje się większość gwiazd razem z naszym Słońcem, to gromady kuliste rozłożone są nie w dysku lecz w kuli o średnicy rzędu średnicy dysku, o środku w centrum galaktyki czyli w tzw. halo galaktycznym, zbudowanym najprawdopodobniej z nieświecącej materii.

Właśnie w halo Drogi Mlecznej, wysoko ponad dyskiem Galaktyki, w odległości około 23 kpc od Słońca położona jest gromada kulista zwana Palomar 5, która jest gromadą z "dolnej półki", a więc nieobfitą w gwiazdy (zawiera ich tylko około 10000), jest dość słabo świecąca i rozmyta na niebie. Właśnie te cechy zasugerowały naukowcom z Max Planck Institut for Astronomy w Heidelbergu (Niemcy) uczestniczących w projekcie SDSS, dr. M.Odenkirchen oraz dr. E.Grebel, że gromada ta może być poddana niszczącemu działaniu sił pływowych pochodzących od naszej Galaktyki. Ze względu na to, że poszczególne części gromady poddane są działaniu różnie skierowanych i o różnej wartości sił grawitacyjnych (sił pływowych), gromada ulega powolnemu rozrywaniu. Odkrycie to przynosi pierwsze tak dokładne obserwacje gromady wraz z fragmentami od niej oderwanymi. Zdjęcie przedstawia gromadę Palomar 5 (najjaśniejszy fragment w centrum) wraz z ogonami materii wyssanej z niej przez siły pływowe. Ogony te zawierają 65% masy całego układu gromada-ogony. Zdjęcie pokazuje także prawdopodobny tor ruchu gromady wokół centrum Galaktyki. Na osiach wokół zdjęcia odłożono współrzędne na sferze niebieskiej - na osi odciętych rektascensję (odpowiednik długości geograficznej na globusie), a na osi rzędnych deklinację (odpowiednik szerokości geograficznej).

Jednak najważniejszym wnioskiem z tych badań wydaje się być możliwość badania rozkładu masy w halo naszej Galaktyki, który jest bardzo słabo poznany ze względu na to, że większość materii ukryta jest w formie materii nieświecącej, innej niż ta w gwiazdach, więc trudnej do obserwacji. Jedynie efekt działania sił grawitacyjnych pochodzących od tej materii może nam dać informacje o rozkładzie masy w galaktykach. Dr. E.Grebel mówi o trudnościach związanych z takimi badaniami: "Ruchy obiektów poruszających się wokół centrum Galaktyki są nadal słabo poznane. Zwykle musimy czekać dziesięciolecia aby zmierzyć ledwie dostrzegalny ruch gromady kulistej na niebie". Badacze przypuszczają, że gromady kuliste były znacznie bardziej liczne w początkach formowania się Galaktyki, ale większość z nich została już dawno rozszarpana na kawałki przez bezlitosne pole grawitacyjne naszej Drogi Mlecznej.

7 czerwca 2002
Źródło | oprac. J.Guzik

Sondowanie pierwszego światła Wszechświata

Astronomowie pracując na odległym płaskowyżu chilijskiej pustyni stworzyli najbardziej szczegółowe obrazy jakie kiedykolwiek wykonano ukazujące najstarsze światło wyemitowane we Wszechświecie. Dostarczyli tym samym niezależnego potwierdzenia kontrowersyjnych teorii dotyczących pochodzenia materii i energii.

 

Wszechświat w wieku 300 000 lat. (Photo: CBI/Caltech/NSF)

Przesuwając granice dostępnej technologii, Cosmic Background Imager (CBI) ufundowany przez National Science Foundation (NSF) i California Institute of Technology (Caltech) wykrył zmiany rzędu minuty łuku w kosmicznym promieniowaniu tła, promieniowaniu, które podróżowało do Ziemi prawie 14 miliardów lat. Mapa fluktuacji pokazuje pierwsze ziarna materii i energii, które później mogły ewoluować w gromady setek galaktyk.

Pomiary dostarczyły również niezależnego dowodu na od dawna dyskutowaną teorię inflacji. Inflacja postuluje iż Wszechświat przeszedł okres gwałtownej ekspansji w pierwszych chwilach swojego istnienia. 300 000 lat później ochłodził się na tyle, że mogły uformować się ziarna materii. Wszechświat stał się "przezroczysty", a światło mogło swobodnie podróżować niemal z niczym nie oddziaływując. CBI obserwuje pozostałości po tym wczesnym promieniowaniu. Uzyskane stąd dane pomogą również naukowcom zrozumieć lepiej odpychającą siłę nazwaną "ciemną energią". "Ciemną energia" wydaje się przeciwstawiać grawitacji i zmusza Wszechświat do przyspieszania swojej ekspansji a tempo tej ekspansji wzrasta.

"Każdy nowy obraz wczesnego wszechświata udoskonala nasz model tego jak to wszystko się zaczęło. Zupełnie tak jak wszechświat urósł i rozprzestrzenił się, wiedza człowieka o jego pochodzeniu rozszerza się dzięki umiejętnościom technicznym oraz cierpliwości i wytrwałości naukowców takich jak ci." powiedziała Rita Colwell, szefowa NSF.

"Po raz pierwszy widzimy ziarna, które były zaczątkiem gromad galaktyk, a tym samym teorie formowania galaktyk można sprawdzać obserwacyjnie," powiedział Anthony Readhead szef grupy z Caltechu. "Te obserwacje o wyjątkowo wysokiej rozdzielczości dostarczają nowy szereg testów kosmologicznych, a także dostarczają nowego niezależnego dowodu na to, że Wszechświat jest płaski i zdominowany przez ciemną materie i ciemną energię."

 

The Cosmic Background Imager. (Photo: CBI/Caltech/NSF )

Naukowcy z USA, Kanady i Chile wykonali najlepsze pomiary, aby określić wiek mikrofalowego promieniowania tła - CMB (Cosmic Microwave Background). CMB jest zapisem pierwszych fotonów, które uciekły z gwałtownie ochładzającego się rozszerzającego się wszechświata około 300 000 lat po kosmicznej eksplozji nazywanej Wielkim Wybuchem, która miała być początkiem naszego wszechświata.

Dane z CBI dotyczące rozkładu temperatur w CMB potwierdzają teorie inflacji. Inflacja stwierdza, że gorąca plazma początkowego wszechświata przeszła przez okres skrajnie gwałtownej ekspansji w pierwszej 10^-32 sekundy. Zmiany temperatury zmierzone przez CBI są rzędu 10 milionowych części stopnia.

Według naukowców piki rozkładu temperatury promieniowania tła wskazują, że dane z CBI są całkowicie zgodne z teoria inflacją i potwierdzają wyniki innych naukowców. W kwietniu 2000 roku międzynarodowa grupa kosmologów kierowana przez Andrew Lange z Caltechu ogłosiła pierwszy poważny dowód na to, że wszechświat jest płaski, czyli, że dwie równoległe linie nigdy się w nim ani nie zbiegną ani nie rozbiegną - zawsze będą równoległe. Zespół Lange'a obserwował niebo na innych częstościach niż CBI używając balonu wznoszącego się wysoko nad Antarktyką.

CBI składa się z 13 interferometrów zamontowanych na platformie o średnicy 6 metrów; działa w zakresie od 26 GHz (1,1cm) do 36 GHz (8mm). Urządzenie znajduje się na najbardziej suchej pustyni świata - Atacama. Dzięki takiemu położeniu zapewniono CBI prace w niskiej wilgotności powietrza jaka panuje na wysokości 5080 metrów. Wyniki badań ukażą się w Astrophysical Journal.

3 czerwca 2002
Źródło | oprac. K.Zawada

Woda na Marsie

Przy użyciu instrumentów sondy kosmicznej Mars Odyssey 2001 (NASA) naukowcy odkryli olbrzymi skarb ukryty pod powierzchnią Marsa - wodę w postaci lodu o objętości rzędu 10 tys. km³. A to może być tylko wierzchołek góry lodowej...

 

Ilustracja - Odysseya znajduje wodę na Marsie. (NASA/JPL University of Arizona/Los Alamos National Laboratories)

"Mieliśmy nadzieję na znalezienie dowodów na istnienie lodu, ale to odkrycie przewyższa wszelkie nasze oczekiwania," powiedział William Boynton z Uniwersytetu w Arizonie. Naukowcy wykorzystali zestaw spektrometrów pracujący w zakresie fal gamma do wykrycia wodoru, który wskazywałby na obecność wody w postaci lodu do głębokości 1 metra na dużym obszarze południowego bieguna planety. Detekcja wodoru oparta jest na pomiarze natężenia promieniowania gamma emitowanego przez wodór oraz na natężeniu neutronów, które podlegają działaniu wodoru. Natężenie neutronów obserwował z pokładu satelity detektor wysoko energetycznych neutronów i spektrometr neutronowy.

Ilość wykrytego wodoru wskazuje na to, że w niższych warstwach gruntu na jednostkę masy przypada 20% - 50% lodu. Ponieważ skały mają większą gęstość niż lód, oznacza to, że w jednostce objętości jest więcej niż 50% lodu. Czyli po ogrzaniu wiaderka bogatej w lód ziemi z bieguna dostaniemy więcej niż pół wiadra wody.

Zestaw spektrometrów fal gamma jest wyjątkowy, ponieważ potrafi ustalić skład ziemi do 1 metra wgłąb podłoża. Łącząc dane różnego typu dostarczone przez urządzenie zespół badaczy doszedł do wniosku, że rozkład wodoru nie jest jednorodny w przebadanym metrze marsjańskiej gleby, ale zagęszcza się w dolnej warstwie.

Zespół stwierdził również, że obszary bogate w wodór występują na terenie, który uważany jest za bardzo zimny i gdzie lód powinien być stały. Powiązanie między wysoką zawartością wodoru na obszarze, w którym przewiduje się występowanie lodu w formie stałej, doprowadził zespół do wniosku, że wodór jest tam rzeczywiście w formie lodu. Warstwa bogata w lód znajduje się około 60 cm pod powierzchnią na 60^o szerokości geograficznej południowej i około 30 cm na 75 ^o szerokości południowej.

"Oznaki ukrytego wodoru widoczne na obszarze bieguna południowego są również dostrzegalne na północy, ale nie tak blisko bieguna. Spowodowane jest to tym, iż sezonowo pojawiający się dwutlenek węgla w postaci szronu (suchy lód) pokrywa w czasie zimy północne obszary Marsa. Gdy na północy nastanie wiosna dane neutronowe dadzą znać, że szron zanika ukazując pod spodem bogatą w wodór glebę," powiedział William Feldman z Los Alamos National Laboratories w Nowym Meksyku (USA).

"Podejrzewamy, że kiedyś na Marsie było bardzo dużo wody. Pytanie brzmi: 'Co się z nią stało?' i 'jakie ma to konsekwencje dla istnienia życia?'  Pomiary lodowego gruntu w obszarach biegunowych Marsa wykonane przez zespół Odyssey to ważny krok w rozwiązaniu tej zagadki, lecz musimy nadal poszukiwać, być może dużo głębiej pod powierzchnią" powiedział Jim Garvin z Centrali NASA w Waszyngtonie.

Neutronowe dane wskazują również na nieco zwiększoną obecność wodoru w obszarze małych i średnich szerokości geograficznych - równoważny kilkunastu procentom wody w jednostce masy. Wstępna interpretacja tych pomiarów mówi jednak, że wodór ten wchodzi w skład minerałów, a nie jest składnikiem zamrożonej wody.

1 czerwca 2002
Źródło | oprac. K.Zawada

Pulsar degraduje gwiazdę do obiektu rozmiarów planety!

Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) odkryli układ podwójny gwiazd, składający się z pulsara oraz maleńkiej gwiazdy, o masie rzędu 10 mas Jowisza. Mały towarzysz pulsara został przez niego kompletnie "wyssany"!

Nowo odkryty układ podwójny zawiera towarzysza o najmniejszej masie spośród wszystkich znanych układów podwójnych.  Jest on typowym przykładem układu, w którym materia gwiazdy towarzyszącej akreuje (spada) na powierzchnię gwiazdy neutronowej. Dzięki temu gwiazda neutronowa coraz szybciej rotuje. Szybkiej rotacji towarzyszy emisja promieniowania radiowego, które dociera do obserwatora na Ziemi w postaci krótkich pulsów (efekt jak w latarni morskiej). Sygnały te powtarzają się z częstotliwością rzędu kilku, kilkuset lub nawet kilku tysięcy pulsów na sekundę! Gwiazdy takie (dalej nazywane pulsarami) obserwuje się powszechnie w Galaktyce od wielu lat.

Artystyczna wizja pulsara rentgenowskiego w układzie podwójnym. Materia z sąsiadującej gwiazdy (z prawej strony) kieruje się  ku szybko wirującej gwieździe neutronowej tworząc dysk (akrecyjny).

Przypuszcza się, że w nowo-odkrytym układzie gwiazda-towarzyszka pulsara była początkowo dość jasnym obiektem, o masie równej 500 mas Jowisza (połowa masy Słońca). Jednak z czasem słabła, malała i kiedyś zniknie całkowicie. "Pulsar magazynował gaz pochodzący od towarzysza przez dłuższy czas" wyjaśnia Duncan Galloway, jeden z odkrywców układu. "Ekscytujące jest to, że odkrycie pozwala prześledzić różne etapy ewolucji pulsarów: od zupełnie młodych gwiazd do końcowych produktów ewolucji".

Jak wiadomo gwiazda neutronowa jest pozostałością masywnej gwiazdy, która całkowicie wyczerpała paliwo jądrowe i odrzuciła otoczkę podczas wybuchu supernowej. Pozostałe po wybuchu jądro o masie rzędu masy Słońca, zapada się do kuli o rozmiarach np. 10 km.

Gwiazdy neutronowe wchodzące w skład układów podwójnych o małej masie (jak w tym przypadku) są pierwszorzędnymi kandydatami na tzw. pulsary milisekundowe, to znaczy takie, których okres jednego obrotu jest rzędu jednej tysięcznej części sekundy. Gwiazdy neutronowe posiadają bardzo silne pole grawitacyjne, zdolne do wyssania gazu z gwiazdy towarzyszącej. Wyciągnięta materia nie spada wprost na powierzchnię gwiazdy neutronowej lecz podąża tam po wielokrotnie zwiniętej spirali, tworzącej tzw. dysk akrecyjny. Energia powoli tracona przez gaz (podczas spadku) wykorzystywana jest na przyspieszenie rotacji gwiazdy neutronowej. Spadająca materia silnie emituje promieniowanie rentgenowskie, obserwowane przez orbitalne teleskopy rentgenowskie.

W nowo odkrytym układzie (XTE J0929-314) okres obiegu dwóch składników wokół wspólnego środka masy wynosi ok. 43 minuty. Rozmiary orbity układu podwójnego są w przybliżeniu takie same jak rozmiary orbity Księżyca (który przebywa ją w czasie rzędu miesiąca!), co czyni układ jednym z najciaśniejszych, jakie znamy. Jest to trzeci z kolei znany przypadek pulsara milisekundowego ciągle ściągającego materię od towarzysza. Poprzednich dwóch odkryć dokonano w kierunku do centrum Galaktyki. Układ XTE J0929-314 leży w zupełnie innej części nieba, dzięki czemu obserwacje są w znacznie mniejszym stopniu zaburzone przez materię międzygwiazdową czy dużą liczbę gwiazd.

Według prof. Chakrabarty'ego zajmującego się pulsarami, XTE J0929-314 jest rzadkim odkryciem: "Pozwoli ono na znalezienie powiązania pomiędzy wolno rotującymi pulsarami w układach podwójnych, a szybkimi pulsarami występującymi samotnie". Obydwa typy pulsarów są powszechnie obserwowane. XTE J0929-314 wydaje się być pulsarem znajdującym się na drodze do "samodzielności". Jego małomasywny towarzysz prawdopodobnie zniknie zupełnie na skutek utraty masy (akreującej na gwiazdę neutronową) lub na skutek "wydmuchania" przez promieniowanie rentgenowski emitowane w dysku akrecyjnym pulsara.

Odkrycia dokonali w połowie maja 2002r.: dr Ron Remillard (MIT Center for Space Research), dr Jean Swank i dr Tod Strohmayer (NASA Goddard Space Flight Center). Odpowiadające układowi podwójnemu źródło promieniowania rentgenowskiego (nazwane XTE J0929-314) zostało zaobserwowane podczas rutynowego przeglądu nieba (Rossi X-ray Timing Explorer). Dr Duncan Galloway (MIT) przeprowadził dodatkowe obserwacje tego obiektu, które ujawniły nietypowe cechy układu podwójnego. W skład zespołu badawczego (MIT) wchodzą również dr Edward Morgan i prof. Deepto Chakrabarty.

29 maja 2002
Źródło | oprac. B.Kulesza

Wiatry szaleją w atmosferze Słońca

Według nowych obserwacji z satelity NASA - Transition Region and Coronal Explorer (TRACE) i satelity Europejskiej Agencji Kosmicznej oraz NASA - Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) wiatry naelektryzowanego gazu przeszywają atmosferę słoneczną, pędząc z prędkością bliską tamtejszej prędkości dźwięku.

 

Zdjęcie pętli koronalnych wykonane z satelity TRACE. Widoczne kolory są fałszywe. Zdjęcie wykonano wykorzystując światło ultrafioletowe emitowane przez gorący, naelektryzowany gaz w pętlach. (Zdj. NASA, TRACE team)

Nowy wynik uzyskany przez astronomów z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) w Cambridge pokazuje, że wiatry i burze atmosfery słonecznej - o prędkości ponad 300 000 km na godzinę - są tak intensywne, że przy wyznaczaniu gęstości atmosfery grają one większą rolę niż grawitacja. Grawitacja Słońca na jej widzialnej powierzchni jest 28 razy silniejsza niż na Ziemi. Osoba ważąca 70 kg, na Słońcu ważyłaby niemal 2000 kg. Na Ziemi podobne zjawiska jak na Słońcu zaszłyby, gdyby wiatr wiał z prędkością 5000 km na godzinę.

"To odkrycie zupełnie zmienia nasze pojmowanie pętli koronalnych, ogromnych, łukowatych struktur naelektryzowanego gazu, które stanowią zewnętrzną atmosferę Słońca - koronę słoneczną" - powiedziała Amy Winebarger, główna autorka artykułu, który w marcu ukazał się w Astrophysical Journal. Obserwacje te wzbudzają żywe zainteresowanie naukowców, tym bardziej, że aktywność Słońca w koronie słonecznej powoduje czasem zakłócenia w działaniu urządzeń elektronicznych na Ziemi.

Atmosfera Słońca przeniknięta jest polem magnetycznym generowanym przez naelektryzowany gaz lub plazmę, która gwałtownie miesza się pod widoczną powierzchnią Słońca. Astronomowie od dawna obserwują pętle plazmy, nazywane pętlami koronalnymi. Wydają się one odwzorowywać skomplikowaną strukturę pola magnetycznego korony słonecznej, w dużym stopniu tak, jak żelazne opiłki otaczając magnes ujawniają niewidzialne linie jego pola magnetycznego. Pętle koronalne mają różne rozmiary, ale większość z nich jest olbrzymia, zdolna objąć kilkanaście planet takich jak Ziemia.

 

Pętle koronalne widziane przez satelitę TRACE. (Zdj. NASA, TRACE team)

Astronomowie wiedzą, że cząstki wchodzące w skład plazmy są elektrycznie naładowane, a więc czują obecność pola magnetycznego. Dotychczas naukowcy uważali, że pętle koronalne są rurkami plazmy schwytanymi i otoczonymi przez łukowatego kształtu pole magnetyczne korony.

Jednak pętle koronalne mają tajemnicze cechy. Istnienie silnej grawitacji Słońca doprowadziła astronomów do wniosku, że plazma powinna być gęstsza przy podstawie pętli i rzadka na jej szczycie, tak jak przyciąganie ziemskie powoduje, że atmosfera Ziemi rozrzedza się wraz ze wzrastającą wysokością. W rzeczywistości pętle koronalne wydają się mieć jednakową gęstość na całej wysokości, mimo że niektóre z nich rozciągają się na milion kilometrów ponad powierzchnię Słońca.

Na filmie wykonanym ze zdjęć z satelity TRACE jasne plamy plazmy wznoszą się w górę i opadają w dół. Dane z SOHO potwierdzają, że te plamy plazmy poruszały się z olbrzymią prędkością. Doprowadziło to naukowców do wniosku, że pętle koronalne nie są nieruchomą plazmą, ale raczej strumieniami plazmy poruszającymi się niezwykle szybko, które wybuchają z powierzchni Słońca i wytryskują pomiędzy struktury pola magnetycznego w koronie.

"Te pętle to raczej nie rurki plazmy zawarte w magnetycznym pojemniku, ale dżety gorącej plazmy płynące pomiędzy silnym polem magnetycznym korony," powiedział Leon Golub z CfA, współautor wspomnianego artykułu. Jeśli pętle koronalne są rzeczywiście strumieniami plazmy poruszającej się wbrew grawitacji Słońca, mogłyby mieć z grubsza tą samą gęstość na całej długości, tak jak stała jest gęstość wody wytryskującej z fontanny.

Pętle koronalne mają zróżnicowany kształt i rozmiar, ale większość z nich jest olbrzymia, zdolna objąć kilkanaście planet o rozmiarze Ziemi. (Zdj. NASA, TRACE team)

Naukowcy obserwują przepływy plazmy w około połowie pętli koronalnych jakie widzi satelita TRACE. Przepływy mogą być obecne również w pozostałych, ale mogą być one, wg badaczy, zbyt słabe, aby TRACE mógł je zmierzyć. Aby zbadać pozostałe pętle potrzebny jest lepszy sprzęt, ponieważ część pętli jest zbyt mała lub ma inną temperaturę niż TRACE potrafi zmierzyć.

Według naukowców, przepływ plazmy, który formuje pętlę, spowodowany jest prawdopodobnie przez nierównomierne ogrzewanie podstaw pętli - plazma przepływa od gorętszego końca do chłodniejszego. "Podstawy pętli dzieli odległość tysięcy kilometrów i nie ma powodu, by zakładać, że środowisko na jednym końcu będzie identyczne i będzie dostarczać dokładnie tę samą ilość ciepła jak środowisko na drugim końcu pętli," mówi Leon Golub.

Naukowcy nie są pewni co jest głównym czynnikiem grzejącym pętle, ale ich prace mogą pomóc odkryć, dlaczego korona słoneczna jest setki razy gorętsza niż powierzchnia Słońca. "Jest wiele teorii tłumaczących grzanie koronalne, ale tylko w kilku z nich ma miejsce niezwykle szybki przepływ plazmy, który widzimy w pętlach koronalnych, tak więc nasze odkrycie bardzo zawęża ich liczbę," powiedziała Amy Winebarger.

23 maja 2002
Źródło | oprac. K.Zawada

Gwiazdy-kanibale potwierdzają teorię Wielkiego Wybuchu

Grupa astronomów z Wielkiej Brytanii ogłosiła odkrycie gwiazd - kanibali, które wyjaśniają tajemnice otaczające Wielki Wybuch. Gwiazdy te - niemal tak stare jak Wszechświat - odsłaniają własności przestrzeni u zarania dziejów Kosmosu.

Zespół z Open University (uniwersytet otwarty) odkrył, że grupa gwiazd, których wiek datuje się na 14 miliardów lat, znajdowała się w korkociągu (dosłownie) z powodu przykrej fazy, przez którą przeszły w swoim wcześniejszym życiu. Były one, krótko mówiąc, gwiazdami - kanibalami. Odkrycie naukowców nie tylko wyjaśnia pochodzenie tych tajemniczych gwiazd, ale również umacnia teorie Wielkiego Wybuchu. Wielki Wybuch (Big Bang) oznacza gwałtowną ekspansję Wszechświata, która miała miejsce na początku czasu i przestrzeni; teoria ta wyjaśnia pochodzenie materii we Wszechświecie, włącznie z tą materią, z której jesteśmy zbudowani my sami.

Badane gwiazdy należą do najstarszych we Wszechświecie. Uformowały się z gazowych chmur krótko po Wielkim Wybuchu. Grupa OU, którą kieruje dr Sean Ryan, stwierdziła, że część gwiazd, które uformowały się we wczesnym Wszechświecie była bardzo niezwykła. Ich niezwykłość polega na tym, że nie zawierają litu - pierwiastka, który, według naukowych teorii, powstał w czasie Wielkiego Wybuchu.

Dr Sean Ryan: "Obserwacje pokazują, że na około 20 gwiazd jedna nie zawiera litu; część astronomów martwiła się, że może to oznaczać poważny błąd w teorii Wielkiego Wybuchu i początku Wszechświata". Nowe i bardziej szczegółowe obserwacje tych osobliwych gwiazd zostały wykonane przy pomocy 4.2 - metrowego teleskopu Herschela. Mając do dyspozycji bardzo precyzyjne urządzenia pomiarowe zespół naukowców odkrył, że gwiazdy nie zawierające litu obracają się niezwykle szybko. "Pomiar prędkości obrotu gwiazd jest bardzo trudny," mówi dr Ryan, "to dlatego nikt nie zobaczył tego wcześniej. Większość tych liczących 14 miliardów lat gwiazd wcale nie obraca się bardzo szybko, ale te niezwykłe mają energię obrotową ponad 16 razy większą niż Słońce. Wiedzieliśmy, że dodatkowa energia mogła przyjść tylko z jednego źródła - z innej gwiazdy."

 

Teleskop Williama Herschela, na którym wykonano obserwacje, jest jednym z najważniejszych brytyjskich teleskopów. Znajduje się na Wyspach Kanaryjskich, gdzie warunki atmosferyczne są o wiele przyjaźniejsze obserwatorom niż na Wyspach Brytyjskich. W pracach teleskopu partycypują astronomowie z Holandii i Hiszpanii. (Zdjęcie: Nik Szymanek and Ian King)

Dr Ulrich Kolb, astronom z zespołu OU, specjalista od gwiazd oddziałujących ze sobą, wyjaśnił co się stało. "Gdy gwiazdy uformowały się z obłoków gazowych, dwie gwiazdy powstały bardzo blisko siebie; zbyt blisko. Gdy podrosły, mniejsza przechwyciła zewnętrzne warstwy większej sąsiadki. Dziś niewiele pozostało po większej gwieździe; została zjedzona przez towarzyszkę." Materiał przechwycony przez mniejszą gwiazdę uniósł energię orbitalną, która została zamieniona na energię obrotową. Odkrycie nadmiernej energii obrotowej odsłoniło historię tych obiektów.

Naukowcy wierzą, że w reakcjach jądrowych lit uległ zniszczeniu na krótko przed tym, jak gwiazdy zaczęły się nawzajem zjadać .

Dr Ryan: "To chyba ulga, że odkryliśmy dlaczego gwiazdy o uszczuplonej zawartości litu tak różnią się od innych gwiazd. Wiedząc, że teoria Wielkiego Wybuchu poprawnie przewiduje ilość wytworzonego litu, możemy być pewni, że naprawdę wiele zrozumieliśmy o pochodzeniu całego Wszechświata. Wodór, który został stworzony w Wielkim Wybuchu, zasila nasze Słońce, a ono z kolei dostarcza energii naszej planecie. Wodór to także główny składnik wody, która jest niezbędna do życia. Dziś wiemy również więcej o tym co dzieje się, gdy gwiazdy żywią się sobą nawzajem."

Pomiaru prędkości z jaką poruszają się gwiazdy dokonano używając spektroskopii doplerowskiej. Jest to podobne do sposobu pomiaru prędkości ruchu na drogach, ale z gwiazdami przebywającymi wiele kilometrów w ciągu sekundy.

Praca angielskiego zespołu ukaże się 20 maja w Astrophysical Journal.

15 maja 2002
Źródło | K.Zawada

Nowa kamera ACS kosmicznego teleskopu Hubble'a odsłania panoramę Wszechświata

Szczęśliwi astronomowie odsłonili ostatnio najbardziej spektakularne obrazy Wszechświata jakie do tej pory można było oglądać. Wykonano je dzięki nowej kamerze zainstalowanej na Teleskopie Kosmicznym - Advanced Camera for Surveys (ACS). Naukowcy donoszą również, że Hubble pracuje znakomicie od czasu marcowej Misji Serwisowej. Advanced Camera for Surveys zastąpiła kosmiczną rekordzistkę - Faint Object Camera, o której pisaliśmy w marcu. Pytaliśmy wówczas: Czy następca kamery FOC - kamera ACS - spisze się równie dzielnie? Wygląda na to, że spisała się na piątkę.

"ACS otwiera nowe szerokie okno na Wszechświat. Prezentowane zdjęcia należą do najlepszych obrazów odległego Wszechświata jakie ludzkość kiedykolwiek widziała", mówi Holland Ford astronom z John Hopkins University, szef trwających 7 lat prac nad ACS. "W najbliższej przyszłości ACS pozwoli nam uzyskać najgłębszy obraz Wszechświata", dodaje Garth Illingworth, wiceszef programu ACS.

 

Nazywana Mgławicą Stożkową (NGC 2264) - w obserwacjach naziemnych ukazuje się w kształcie stożka. Olbrzymi filar gazu i pyłu znajduje się w turbulentnym obszarze formowania się nowych gwiazd. Zdjęcie pokazuje wierzchołek mgławicy o rozmiarze 2.5 lat świetlnych - taką odległość pokonalibyśmy podróżując na Księżyc i z powrotem 23 miliony razy. Cała mgławica ma długość 7 lat świetlnych i znajduje się w gwiazdozbiorze Jednorożca (Monoceros) w pasie Drogi Mlecznej w odległości 2500 lat świetlnych (NASA, ACS Science Team).

Dziesięciokrotny wzrost wydajności otworzy teleskopowi Hubble'a nową oczekiwaną "przestrzeń odkryć." "ASC pozwoli nam przesunąć granice poznania wczesnego Wszechświata. Będziemy w stanie wejść do okresu 'strefy brzasku' - okresu, gdy stygnący Wszechświat pozwolił na formowanie galaktyk", mówi H. Ford.

"Pierwsze astronomiczne zdjęcia z kamery ACS zapierają dech w piersiach," powiedział dr David Leckrone jeden z projektodawców teleskopu Hubble'a z NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt (USA, Maryland). "To nawet więcej niż oczekiwaliśmy. Problemem jest jedynie właściwe przedstawienie tych niezwykłej jakości zdjęć w 'staromodnej' telewizji czy w gazetach."

 

Zdjęcie galaktyki UGC 10214 wykonane przez ACS. Galaktyka spiralna, ochrzszczona "Tadpole" (Kijanka), nie przypomina podręcznikowych zdjęć majestatycznych galaktyk. Za jej zdeformowany kształt odpowiada mały intruz - bardzo niebieska, zwarta galaktyka widoczna w lewym górnym rogu. Kijanka znajduje się w odległości 420 milionów lat świetlnych w konstelacji Smoka. Widoczne jest świecenie przez dysk Kijanki - to nękający ją intruz opuszcza miejsce wypadku. Silna grawitacja pochodząca ze wzajemnego oddziaływania obiektów, wytworzyła ogon złożony z gwiazd i gazu, który rozpościera się na ponad 280 tysięcy lat świetlnych. Duża liczba młodych niebieskich gwiazd i gromad gwiazd, utworzonych na skutek kolizji galaktyki, widoczna jest w ramionach spiralnych i w długim ogonie gwiazd (NASA, ACS Science Team).

Wśród prezentowanych zdjęć duże wrażenie robi zderzająca się galaktyka, nazwana "Kijanką" (Tadpole). Niepodobna do podręcznikowych okazałych galaktyk "Kijanka" z długim pływowym ogonem gwiazd wygląda jak obracające się fajerwerki. Kamera ACS uchwyciła dynamikę i gwałtowność przemian naszego Wszechświata.

Za galaktyką "Tadpole" astronomowie niespodziewanie zobaczyli olbrzymią liczbę galaktyk - dwa razy więcej niż w 1995 roku udało się zobaczyć w legendarnym głębokim polu Hubble'a - Hubble Deep Field (HDF). Ujrzano Wszechświat w czasie jego trwającej 13 miliardów lat ewolucji. Na uzyskanie zdjęcia galaktyk ACS zużyła 1/12 czasu jaką poświęcił na to Wide Field i Planetary Camera 2. Tak samo jak w HDF galaktyki o niezliczonych kształtach rozciągają się w tył niemal do początku czasu. W świetle niebieskim ACS odkrył nawet słabsze obiekty niż te ukazane w HDF.

 

Zderzające się galaktyki przezwano "Myszami" z powodu długich ogonów gwiazd i gazu wypływających z obu galaktyk. Obiekty znajdują się w odległości 300 milionów lat świetlnych w gwiazdozbiorze Coma Berenices (NASA, ACS Science Team).

Powyższe zdjęcie przedstawia kolizje dwu galaktyk spiralnych nazwanych "Myszami" (NGC 4676). Być może widzimy właśnie to, co stanie się z naszą Galaktyką oraz galaktyką w Andromedzie (M31) za kilkanaście miliardów lat. Wykonane symulacje pokazują, że "Myszy" ostatecznie połączą się w jedną galaktykę eliptyczną. Podobny los może czekać Drogę Mleczną i M31.

ACS wykonała te obserwacje w okresie 1 - 9 kwietnia 2002. Kolor zdjęć jest połączeniem 3 oddzielnych obrazów wykonanych w filtrach: bliska podczerwień, pomarańczowy i niebieski.

Zdjęcia, animacje oraz dodatkowe informacje dostępne są na internetowych stronach: http://oposite.stsci.edu/pubinfo/pr/2002/11.

7 maja 2002
Źródło | K.Zawada

Orion | Astro - Wiadomości