Kosmiczny zegar wyznacza wiek Drogi Mlecznej

Nicolas Dauphas z Uniwersytetu w Chicago (ang. University of Chicago) wypracował nową metodę obliczania wieku Drogi Mlecznej. Sposób ten jest wolny od niepotwierdzonych założeń będących zmorą poprzednich metod. Odkrycie Dauphasa, o którym donosi on w magazynie Nature z  29  czerwca, może być wykorzystane do rozwikływania kosmicznych zagadek, z którymi nie można się było uporać przez dekady. "Określanie wieku jest newralgicznym problemem w podstawowym rozumieniu Wszechświata." - powiedział Thomas Rauscher, profesor uczelniany fizyki i astronomii Uniwersytetu w Bazylei (niem. Uniwersitat Basel) w Szwajcarii. - "Wiele różnorodnych wniosków wynikających z pracy Nicolasa czyni z niej podniosłe i bardzo ważne odkrycie."

Dauphas, profesor uczelniany nauk geofizycznych kieruje Laboratorium Początków (ang. Origins Laboratory) na Uniwersytecie w Chicago. Jego rozległe zainteresowania uwzględniają początki ziemskiej atmosfery, najstarsze skały mogące zawierać dowody początków życia na Ziemi oraz informacje na temat powstawania Układu Słonecznego, których może dostarczyć badanie składu meteorytów. W swej ostatniej pracy Dauphas udoskonalił precyzję kosmicznego zegara porównując czas rozpadu dwóch długowiecznych, radioaktywnych pierwiastków - uranu-238 i toru-232. Według tej nowej metody, wiek Drogi Mlecznej wynosi w przybliżeniu 14,5 mld plus minus ponad 2 mld lat. Wiek ten generalnie zgadza się z oszacowaniami 12,2 mld lat - czyli niemalże tyle, ile wynosi wiek samego Wszechświata - dostarczanymi przez wcześniejsze metody. Odkrycie Dauphasa weryfikuje to, co od dawna było podejrzewane mimo niedoskonałości istniejących metod: "Po Wielkim Wybuchu nie potrzeba było dużo czasu, by uformowały się duże struktury, a w tym między innymi nasza Droga Mleczna" - powiedział autor.

Wiek 12 mld lat dla galaktyki opiera się na charakterystykach dwóch różnych grup gwiazd - gromad kulistych oraz białych karłów. Jednak takie oszacowania są zależne od założeń dotyczących ewolucji gwiazd oraz fizyki jądrowej, z których naukowcy jeszcze nie do końca są zadowoleni. Gromady kuliste są gromadami gwiazd znajdującymi się na obrzeżach galaktyki. Procesy gwiezdnej ewolucji sugerują, iż większość gwiazd w takich gromadach jest prawie równie stara jak sama galaktyka. Po Wielkim Wybuchu, 13,7 lat temu, jedynymi pierwiastkami we Wszechświecie były wodór, hel oraz małe ilości litu. Gromady kuliste w Drodze Mlecznej muszą być więc równie stare, ponieważ zawierają głównie wodór i hel. Młodsze gwiazdy zawierają także cięższe pierwiastki uformowane wcześniej we wnętrzach starszych gwiazd, które wyprodukowały je w swych jądrach w procesach termojądrowych. Białe karły, tymczasem, są gwiazdami, które zużyły już cały zapas paliwa i wkroczyły na ostatni etap swego życia. "Białe karły nie mają źródła energii, po prostu powoli stygną. Jeśli spojrzy się na ich temperaturę, znając tempo chłodzenia można oszacować wiek galaktyki, ponieważ niektóre z tych karłów są niemal tak stare jak ona" - powiedział Dauphas.

Bardziej bezpośrednia metoda obliczania wieku gwiazd i Drogi Mlecznej zależy od precyzji uranowo-torowego zegara. Naukowcy mogą przy pomocy teleskopów wykryć optyczne "odciski palców" pierwiastków chemicznych. Wykorzystując taką umiejętność, pomierzyli oni stosunek zawartości uranu do toru w pojedynczej, starej gwieździe spoczywającej w halo Drogi Mlecznej. Czas rozpadu uranu i toru był już znany. Znając również stosunek zawartości uranu do toru w chwili formowania się gwiazdy, obliczenie wieku gwiazdy staje się problemem z narzucającym się rozwiązaniem. Niestety, "taki stosunek jest bardzo słabo znany" - powiedział Dauphas. Problem ten rozwiązał on składając dane z obserwacji uranu i toru w gwiazdach halo z pomiarami takiego stosunku poczynionymi przez innych naukowców podczas badania meteorytów. "Jeśli zbadamy meteoryt, będziemy mieć skład materii, która uformowała Słońce 4,5 mld lat temu." - powiedział. Materiał ten tworzą również szczątki wielu pokoleń innych gwiazd, od dawna już martwych; materiał ten nadal zawiera informacje na temat ich pierwotnej zawartości uranu i toru. "W naszym laboratorium dysponujemy bardzo dobrymi instrumentami, które pozwalają nam na zmierzenie takiego stosunku zawartości z bardzo wysoką precyzją" - powiedział Dauphas. Śledzenie zmian zawartości dwóch wystarczająco długowiecznych, radioaktywnych pierwiastków jest czułą metodą mierzenia czasu, który upłynął od ich powstania" - mówi Rauscher. "Kłopot w tym, by dobrze zacząć odliczanie, czyli znać początkowe ilości uranu i toru. Sprytna kombinacja zawartości w gwiazdach i meteorytach pozwala Nicolasowi uzyskać bardzo dobrą wartość początkową dla zegara uranowo-torowego" - powiedział.

"Naukowcy wykorzystują teraz ten zegar do określania wieku różnych międzygwiezdnych obiektów i cząstek, łącznie z promieniami kosmicznymi" - powiedział Rauscher. Te, mniejsze od atomów, skrawki materii nieustannie bombardują Ziemię ze wszystkich kierunków. Skąd się one biorą? To pytanie gryzie naukowców od niemal wieku. "Praca Dauphasa może także prowadzić do lepszego zrozumienia sposobu produkcji przez gwiazdy złota, uranu i innych ciężkich pierwiastków grających istotne role w codziennym życiu" - powiedział Rauscher.

Narodziny gwiazdy

Teleskop Gemini North. Fot. Gemini Observatory.

Korzystanie z ogromnego teleskopu stojącego na hawajskim wulkanie Mauna Kea to z pewnością marzenie niejednego amatora nocnego nieba. Ostatnio spełniło się ono dla grupy astronomów-amatorów z kanadyjskiej prowincji Quebec. Uzyskali oni rzadką możliwość użycia jednego z największych teleskopów na Ziemi, 8 - metrowego Gemini. Taka sposobność została przez nich wykorzystana do najbardziej wnikliwych obserwacji gwiezdnego matecznika, jakie były kiedykolwiek prowadzone. Całe przedsięwzięcie było rezultatem ogólnonarodowego konkursu przeprowadzonego w Kanadzie. Zadaniem uczestników było przygotowanie proposalu obserwacji przy użyciu teleskopu Gemini. [proposal to projekt obserwacyjny - "podanie" o przydzielenie czasu obserwacyjnego na konkretnym instrumencie do przeprowadzenia obserwacji. Powinny się w nim znaleźć szczegółowy opis projektu, uzasadnienie jego celowości oraz przedstawienie spodziewanych, istotnych wyników naukowych. Ponadto należy przedstawić szczegółowy plan obserwacji. Termin ten nie uzyskał jeszcze swego polskiego odpowiednika. - przyp. MW] "Nasza grupa wiedziała, iż ten obiekt jest niezwykły i nie był wcześniej poddany szczegółowym obserwacjom przy pomocy dużego teleskopu w rodzaju Gemini" - powiedział Gilbert St-Onge, członek klubu zgłaszającego proposal - "Coś mi się zdaje, że nie tylko wykonaliśmy ładne zdjęcie, ale również dostarczyliśmy zawodowcom nieco nowych, wartościowych danych!"

Astronom z projektu Gemini, Tracy Beck, która bada gwiazdowe inkubatory zgadza się z takim stwierdzeniem. "Ten obiekt jest klasycznym i jednym z pierwszych, bezpośrednio poznanych przykładów tego typu młodych gwiazd" - wyjaśnia - "myślę, iż to najgłębsze i najbardziej szczegółowe zdjęcie tego obiektu kiedykolwiek wykonane; naukowcy z całą pewnością wykorzystają w przyszłości te dane do szczegółowych badań." Obserwowany obiekt, znany jako RY Tau jest częścią grupy obiektów określanych mianem gwiazd T Tauri. Reprezentują one najmłodsze, małomasywne gatunki gwiazd, które całkiem niedawno wydostały się z kokonów gazu i pyłu, w których się formowały. Nowe obrazy RY Tau wykonane przez Gemini przedstawiają uderzające obszary postrzępionych filamentów gazowych, które świecą rozpraszając promieniowanie pochodzące od pobliskiej gwiazdy. Na przestrzeni najbliższych kilku milionów lat gaz ten zostanie odrzucony w przestrzeń przez centralną gwiazdę, w wyniku czego pozostanie zwykła gwiazda i być może rodzina planet powstałych przy okazji z resztek materii.

Wykonany przez Gemini North obraz gwiezdnego matecznika RY Tau. Ukazuje on szczegółowo postrzępione resztki gazowego obłoku, z którego powstała jasna gwiazda widoczna poniżej centrum zdjęcia.

Obserwacje, które zajęły w sumie około godziny, przeprowadzone zostały z wykorzystaniem spektrografu GMOS (ang. Gemini Multi-Object Spectrograph) i stanowiły prawdziwe wyzwanie. Gwiazda cetralna jest bowiem tak jasna, iż jej blask przyćmiewa słabe świecenie otaczających ją obłoków. Aby przezwyciężyć te trudności, wykonano szereg krótkich ekspozycji, które następnie połączono by uzyskać ostateczne zdjęcie. Wykorzystano również cztery filtry, aby wydobyć z obłoku kolory interesujących szczegółów.

Cały program sponsorowany był przez grupę naukowców koordynujących obserwacje Gemini prowadzone dla Kanady przez należący do kanadyjskiej Narodowej Rady Naukowej (ang. National Research Council) Astrofizyczny Instytut Herzberga (ang. Herzberg Institute of Astrophysics) znajdujący się w Victorii w prowincji Kolumbii Brytyjskiej. Konkurs, który wystartował w 2004 roku, zgromadził proposale od ponad setki amatorskich klubów astronomicznych z całej Kanady. Był on formą podziękowania za ich pracę wspierającą edukację astronomiczną mieszkańców Kanady. Zwycięski proposal został wybrany przy zastosowaniu podobnych procedur jakich przestrzega się w przypadku zawodowych astronomów, gdzie kryteriami są wartość naukowa oraz oszacowanie celowości i unikatowości obserwacji. "Gdy po raz pierwszy pracowaliśmy nad zaplanowaniem tych obserwacji, żartobliwie określiliśmy ten program jako "godzina dla amatora", jako że pozwala on astronomom-amatorom na uzyskanie godziny pracy z dużym teleskopem" - powiedział Doug Welch, kanadyjski naukowiec pracujący w projekcie Gemini - "jednak kaliber zgłaszanych proposali i naukowy potencjał uzyskanych danych pokazuje, iż bardziej mamy do czynienia z czymś w rodzaju specjalnego turnieju golfowego, gdzie hobbiści pracują bezpośrednio z zawodowcami!"

Konkurs obejmował również godzinę pracy z sąsiadem Gemini - Kanadyjsko-Francusko-Hawajskim Teleskopem (ang. Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT)). Przypadła ona grupie z prowincji Alberta w Kanadzie, która wykorzystała możliwości teleskopu do sporządzania obrazów większych obszarów nieba i przeprowadziła obserwacje gromady gwiazdowej Plejad. Obserwatorium Gemini jest wynikiem współpracy międzynarodowej, która zaowocowała wybudowaniem dwóch, identycznych, 8 - metrowych teleskopów. Teleskop im. Fredericka C. Gilleta znajduje się na Manua Kea na Hawajach (Gemini North), drugi teleskop umieszczono na górze Cerro Pachón w centralnym Chile (Gemini South). W ten sposób oba teleskopy umożliwiają obserwację całego nieba. Wykorzystują ponadto najnowsze technologie umożliwiające dużym, względnie cienkim zwierciadłom, przy wykorzystaniu aktywnego sterowania, na zbieranie i ogniskowanie zarówno światła widzialnego jak i promieniowania podczerwonego.

Teleskop Hubble'a skończył 15 lat

Od 15 lat, należący do NASA/ESA, Kosmiczny Teleskop Hubble'a okrąża Ziemię wykonując przepiękne zdjęcia Wszechświata. Wykonał ich już trzy czwarte miliona!

Kosmiczny Teleskop Hubble'a na orbicie

Hubble został wyniesiony w przestrzeń przez prom kosmiczny Discovery 24 kwietnia 1990 roku i umieszczony na orbicie dzień później, co zapoczątkowało nową erę w historii astronomii. Po raz pierwszy, duży teleskop optyczny znalazł się ponad ziemską atmosferą skutecznie zakłócającą obrazy pochodzące od dalekich gwiazd. Z początku teleskop dawał, niestety, obrazy nieostre. Działo się tak z powodu niedokładności wyszlifowania lustra. Po otrzymaniu "okularów", czyli nowej kamery i urządzenia korygującego wadę, obrazy planet, galaktyk czy mgławic nabrały wyrazu - były nawet 10 razy ostrzejsze, niż te uzyskiwane przez naziemne teleskopy.

W czasie 15 lat swej działalności Hubble wykonał ponad 700 tysięcy ekspozycji ponad 22 tysięcy obiektów. Sama stacja okrążyła Ziemię niemal 88 tysięcy razy przebywając przy tym ponad 4 miliardy kilometrów. To orbitujące obserwatorium wytwarza wystarczająco danych każdego dnia - około 15 gigabajtów - do zapełnienia ponad trzech płyt DVD. Od początku swego istnienia teleskop zarejestrował 23 terabajtów danych, co odpowiada mniej więcej ilości tekstu w 23 milionach powieści. Z teleskopu korzystało ponad 3900 astronomów z całego świata, co zaowocowało długą listą naukowych osiągnięć, takich jak wyznaczenie wieku Wszechświata na 13,7 mld lat, potwierdzenie istnienia dziwnej formy energii nazwanej ciemną energią, wykrycie małych "protogalaktyk" powstałych zanim wiek Wszechświat osiągnął 1 mld lat, dowiedzenie istnienia "supermasywnych czarnych dziur", relacja "na żywo" zderzenia komety z Jowiszem czy wreszcie udowodnienie, iż procesy formowania układów planetarnych są powszechne w całej galaktyce.

Z okazji jubileuszu opublikowano kolejne, piękne jak zwykle zdjęcia. Przedstawiają one dobrze wszystkim znane galaktykę Wir (M 51) oraz Mgławicę Orzeł (M 16). Zdjęcia zostały wykonane Zaawansowaną Kamerą do Przeglądów i należą do największych i najostrzejszych spośród uzyskanych przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a.

Ramiona majestatycznej galaktyki M 51 (znanej także jako NGC 5194) przypominają olbrzymie, spiralne schody pnące się przez kosmiczną otchłań. W rzeczywistości są one długimi pasami gwiazd i gazu poprzecinanymi wstęgami pyłu. To najostrzejsze do tej pory zdjęcie M 51 uwidacznia bardzo dokładnie jej ogólną strukturę - od wygiętych ramion spiralnych, gdzie znajdują się młode gwiazdy, do żółtawego jądra, siedliska starszych gwiazd. Nazwę swą galaktyka zawdzięcza bardzo wyraźnie widocznej strukturze spiralnej. Najbardziej uderzające jest to, że tworzy ją jedynie para ramion. Wiele galaktyk spiralnych posiada liczne, różnie ukształtowane ramiona, co czasem powoduje, iż struktura spiralna jest mniej widoczna. Ramiona spiralne są fabrykami gwiazd, kompresującymi wodór i wytwarzającymi gromady nowych gwiazd. W galaktyce Wir linia produkcyjna zaczyna się ciemnymi obłokami gazu na brzegach wewnętrzych części ramion, następnie przesuwa się do jasnych, różowych obszarów gwiazdotwórczych, po czym kończy jaśniejącymi, niebieskimi gromadami gwiazd wzdłuż zewnętrzych części ramion.

Galaktyka M 51. Widoczne wyraźne ramiona spiralne z różowymi obszarami formowania gwiazd.

Niektórzy astronomowie uważają, iż wydatne ramiona galaktyka Wir zawdzięcza oddziaływaniom ze swym towarzyszem - NGC 5195 - małą, żółtawą galaktyką na zewnętrznym koniuszku jednego ze swych ramion. Na pierwszy rzut oka wygląda, że mały towarzysz przytula się do wyciągniętego w jego stronę ramienia. Ostre zdjęcie z teleskopu Hubble'a pokazuje jednak, iż NGC 5195 przesuwa się za galaktyką Wir i czyni to już od setek milionów lat. Jej oddziaływanie grawitacyjne wzbudza wewnątrz dysku galaktyki Wir fale podobne do kółek na wodzie powstałych po wrzuceniu do niej kamienia. Fale takie, przechodząc przez orbitujące obłoki gazowe wewnątrz dysku, ściskają materię wzdłuż wewnętrznej krawędzi każdego z ramion.

Ciemna materia pyłowa przypomina gromadzenie się chmur burzowych. Takie gęste obłoki kolapsują, tworząc miejsce narodzin gwiazd widoczne jako jasne, różowe obszary gwiazdotwórcze. Największe gwiazdy ostatecznie wymiotą ze swego otoczenia pyłowe kokony ciśnieniem promieniowania, wiatrem gwiazdowym oraz falami uderzeniowymi powstałymi przy wybuchach supernowych. Z tego zamętu powstaną jasne, niebieskie gromady gwiazd, które oświetlą ramiona galaktyki Wir niczym latarnie uliczne.

Mgławica Orzeł (M 16).

Galaktyka Wir to jedna z galaktycznych ulubienic astronomii. Znajduje się w odległości 31 milionów lat świetlnych w gwiazdozbiorze Psów Gończych (Canes Venatici). Piękny widok dysku galaktyki oraz jej bliskość pozwala astronomom na badania klasycznej struktury spiralnej galaktyk oraz procesów formowania gwiazd.

Drugie z jubileuszowych zdjęć przedstawia fragment nie mniej znanej Mgławicy Orzeł (M 16). Choć wygląda jak skrzydlata postać z bajki ustawiona na piedestale, obiekt ten jest w rzeczywistości skłębioną wieżą chłodnego gazu i pyłu wznoszącą się z gwiezdnego żłobka, jakim jest właśnie Mgławica Orzeł. Ta strzelista wieża ma 9,5 roku świetlnego czyli 90 000 miliardów kilometrów. To mniej więcej dwa razy tyle ile od Słońca do następnej, najbliższej nam gwiazdy.

Gwiazdy w Mgławicy Orzeł rodzą się w obłokach chłodnego wodoru znajdującego się w burzliwym otoczeniu rzeźbionym przez energię pochodzącą od młodych gwiazd. Wspomniana wieża może być olbrzymim inkubatorem dla takich nowonarodzonych gwiazd. Na górze zdjęcia widoczne są efekty erozji spowodowanej strugami promieniowania ultrafioletowego pochodzącego od pasma masywnych, gorących i młodych gwiazd (znajdujących się powyżej obszaru przedstawionego na zdjęciu). Światło gwiazd jest również odpowiedzialne za rozjaśnianie chropowatej powierzchni wieży. Wydają się z niej uciekać strugi gazu, które tworzą wokół mgiełkę, podkreślając tym samym jej trójwymiarowy kształt. Sylwetka kolumny rysuje się na tle bardziej odległego, świecącego gazu.

Krawędź ciemnego obłoku wodorowego na szczycie wieży opiera się erozji w sposób podobny do gęstych zarośli pośród palącej się prerii. Ogień szybko wypala trawę, lecz zwalnia napotykając gęstsze zarośla. W tym kosmicznym przypadku, grube obłoki wodoru i pyłu przetrwały dłużej niż ich otoczenie, opierając się promieniowaniu ultrafioletowemu młodych, gorących gwiazd. Wewnątrz wieży prawdopodobnie formują się gwiazdy - zarówno w wyniku kolapsu obłoków gazowych jak i ciśnienia wywieranego przez gaz podgrzany przez okoliczne, gorące gwiazdy. Kolory na zdjęciu powstały w wyniku oddziaływania z gazem mgławicy potężnego strumienia promieniowania ultrafioletowego pochodzącego od gromady gwiazd. Niebieski kolor na górze zdjęcia pochodzi od świecącego tlenu, natomiast czerwony (w dolnej części) - od wodoru.

Era Kosmicznego Teleskopu Hubble'a trwa nadal. Jeszcze nie raz będzie on wykonywać zdjęcia, które będą źródłem cennych informacji oraz wrażeń estetycznych, a także dowodem na piękno otaczającego nas Wszechświata.

26 kwietnia 2005
Źródło: NASA (M 16), NASA (M 51), ESA | Marek Weżgowiec

Jan Paweł II

Ojciec Święty Jan Paweł II pozdrawia pracowników i studentów Uniwersytetu Jagiellońskiego w czasie spotkania w 1997 r

2 kwietnia 2005 r. odszedł Jan Paweł II, jeden z największych Polaków, głowa Kościoła katolickiego, autorytet moralny dla ludzi różnych wyznań i kultur oraz doktor honoris causa wielu uniwersytetów. W dniach żałoby narodowej myślimy również o odwołaniach Papieża do nauk przyrodniczych i filozofii. Oto garść Jego słów.

"Nigdy (...) nie zapominałem o innych gałęziach wiedzy, również tych pozornie z teologią nie związanych. Z tymi dziedzinami nauki miałem kontakty głównie przez fizyków. Często spotykaliśmy się i rozmawiali o najnowszych odkryciach w kosmologii. To było fascynujące zajęcie, potwierdzające Pawłowe twierdzenie, że do jakiegoś poznania Boga można docierać również przez poznanie stworzonego świata."

(Jan Paweł II, Wstańcie, chodźmy!)

"Na koniec pragnę zwrócić się także do naukowców, których poszukiwania są dla nas źródłem coraz większej wiedzy o wszechświecie jako całości, o niewiarygodnym bogactwie jego różnorodnych składników, ożywionych i nieożywionych, oraz o ich złożonych strukturach atomowych i molekularnych. Na tej drodze osiągnęli oni - zwłaszcza w obecnym stuleciu - wyniki, które nie przestają nas zdumiewać. Kieruję słowa podziwu i zachęty do tych śmiałych pionierów nauki, którym ludzkość w tak wielkiej mierze zawdzięcza swój obecny rozwój, ale mam zarazem obowiązek wezwać ich, aby kontynuowali swoje wysiłki nie tracąc nigdy z oczu horyzontu mądrościowego, w którym do zdobyczy naukowych i technicznych dołączają się także wartości filozoficzne i etyczne, będące charakterystycznym i nieodzownym wyrazem tożsamości osoby ludzkiej. Przedstawiciele nauk przyrodniczych są w pełni świadomi tego, że 'poszukiwanie prawdy, nawet wówczas, gdy dotyczy ograniczonej rzeczywistości świata czy człowieka, nigdy się nie kończy, zawsze odsyła ku czemuś, co jest ponad bezpośrednim przedmiotem badań, ku pytaniom otwierającym dostęp do Tajemnicy'".

(Jan Paweł II, Encyklika Fides et ratio)

Zobacz również

6 kwietnia 2005
Krzysztof Chyży

Zanim powstały gwiazdy

Hala ciemnej materii ciężkie jak nasza Ziemia i wielkie jak nasz Układ Słoneczny były pierwszymi strukturami, które powstały we Wszechświecie - tak wynika z nowych, opublikowanych niedawno w Nature obliczeń naukowców z Uniwersytetu w Zurychu. Również nasza Galaktyka Drogi Mlecznej zawiera biliardy takich struktur. Jedno halo złożone z ciemnej materii przechodzi przez naszą Ziemię co kilka tysięcy lat pozostawiając jasny ogon promieni gamma, który może być obserwowany. Codziennie niezliczone i nieobserwowalne cząsteczki ciemnej materii spadają na Ziemie przeszywając nasze ciała.

Wynik symulacji komputerowej przedstawia pierwsze struktury ciemnej materii, które uformowały się we wczesnym Wszechświecie. Niebieski obszar obejmuje 10000 lat świetlnych, jego pierwszy powiększony fragment przedstawiony na czerwono zajmuje 100 lat świetlnych, kolejne powiększenie pokazuje pojedyncze halo ciemnej materii o rozmiarze 0,1 roku świetlnego (taki rozmiar osiąga obłok Oorta, z którego powstał Układ Słoneczny). Jaśniejsze kolory oznaczają większą gęstość materii.

Pierwotne hala ciemnej materii stanowiły rodzaj grawitacyjnego kleju, który przyciągał i 'sklejał' zwyczajną materię. Po latach utworzone w ten sposób skupiska zwyczajnej, dobrze nam znanej barionowej materii utworzyły świecące gwiazdy i galaktyki. Te pierwotne hala ciemnej materii zaczęły powstawać zaledwie 20 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Z różnych pomiarów i wyliczeń wynika, iż ciemna materia stanowi ponad 80 procent masy całego Wszechświata, choć jej natura pozostaje nadal zagadką. Jest inna niż natura atomów, które nas otaczają, a jej obecność możemy odkryć jedynie pośrednio, obserwując jak siłą grawitacji wpływa na tę normalną, barionową materię.

Część naukowców uważa, że neutralino jest cząstką, z której składa się zimna ciemna materia, czyli materia, której składniki poruszają się wolno (mała energia kinetyczna oznacza niską temperaturę cząsteczki). Neutralino miało powstać w czasie Wielkiego Wybuchu. Jak dotąd nikt go nie zaobserwował. Według teorii neutralino ma być cząstką "supersymetryczną" ratującą niezgodności w standardowym modelu cząstek elementarnych. Tej właśnie cząstki użyli naukowcy do komputerowych symulacji, które pokazać miały przebieg tworzenia się pierwotnych hal ciemnej materii. Obliczenia zajęły wiele miesięcy pracy na nowym superkomputerze zBox zaprojektowanym i zbudowanym na Uniwersytecie w Zurychu. zBox, wykorzystując moc 300 procesorów typu Athlon, obliczył jak neutralina rozwijały się w czasie.

Galaktyki i gwiazdy zaczęły tworzyć się około 500 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Te złożone struktury wzięły początek z bardzo niewielkich nierówności, które istniały w niemal jednolicie rozłożonej materii. Z pomocą przyciągającej siły grawitacji obszary o wyższej gęstości materii były w stanie przyciągnąć otaczającą materie, obszary o niskiej gęstości traciły ją. Uważa się, że do wzrostu gęstości zwyczajnej materii przyczyniły się hala ciemnej materii utworzone zaledwie 20 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Dziś wiek Wszechświata szacowany jest na 13,7 miliardów lat.

Komputer zBox. Symulacje neutralinowych hal ciemnej materii zajęły mu 6 miesięcy. Uniwersytet w Zurychu.

Przez ostatnie 20 lat uważano, że neutralina mogły formować masywne ciemne hala. Z ostatnich obliczeń wykonanych w Zurychu wypływają trzy nowe wnioski: 1) jako pierwsze uformowały się hala o masie rzędu Ziemi, 2) struktury te miały bardzo gęste jądra, dzięki czemu wiele z nich powinno 'dożyć' naszych czasów, 3) te miniaturowe hala ciemnej materii poruszają się przez galaktyki, w skład których wchodzą, i oddziaływają ze zwykłą materią. Możliwe jest nawet, że hala takie mogą perturbować obłok Oorta znajdujący się daleko za orbitą Plutona i wpływać grawitacyjnie na zwykłą materię wrzucając jego szczątki do Układu Słonecznego.

Wydaje się, że można by pokusić się o detekcje tych neutralinowych hal, choć to trudne zadanie. Struktury te powinny emitować promieniowanie gamma, czyli najbardziej energetyczne fotony, na skutek zderzeń neutralin i ich samo-anihilacji. Przy odrobinie szczęścia powinniśmy zaobserwować to promieniowanie.

Teleskop MAGIC o średnicy 17 metrów znajduje się w La Palma na Wyspach Kanaryjskich w Hiszpanii.

Największa szansa na detekcję neutralin tkwi w centrach galaktyk, gdzie gęstość ciemnej materii powinna być największa lub w centrach tych migrujących neutralinowych hal o masie rzędu naszej Ziemi. Gęsty obszar oznacza większe prawdopodobieństwo zderzeń neutralin, a więc emisji fotonów gamma.

Jeśli promieniowanie z hal rzeczywiście istnieje, powinien je wykryć satelita GLAST, którego start planowany jest na 2007 rok. Naziemne obserwatoria promieniowania gamma, takie jak VERITAS (układ czterech 12-metrowych teleskopów, Arizona, USA) czy też MAGIC (17-metrowy teleskop, La Palma, Wyspy Kanaryjskie, Hiszpania), również powinny być w stanie wykryć fotony gamma pochodzące z oddziaływania neutralin. Miejmy nadzieje, że coraz dokładniejsze i czulsze techniki detekcji zweryfikują istnienie wciąż kontrowersyjnej ciemnej materii.

25 lutego 2005
Źródło | Karolina Zawada

Planetoida Woszczyk

Planetoida Ida. Czy podobnie wygląda  planetoida Woszczyk? Źródło: NASA

Planetoida o numerze 14382 otrzymała nazwisko polskiego astronoma prof. dr hab. Andrzeja Woszczyka. Planetoida Woszczyk została odkryta 2 marca 1990 r. i otrzymała wtedy oznaczenie 1990 ES6. Inne oznaczenia planetoidy to: 1978 XR, 1998 XS74. Odkrywcą jest belgijski astronom Henri Debehogne z Obserwatorium w Uccle (Bruksela), który ma na swoim koncie aż 628 odkryć asteroid. Obserwacji dokonano w obserwatorium La Silla w Chile.

"W ten sposób dowiedziałem się drugiej ważnej rzeczy: że planeta, z której pochodził, niewiele była większa od zwykłego domu. Ta wiadomość nie zdziwiła mnie. Wiedziałem dobrze, że oprócz dużych planet, takich jak Ziemia, Jowisz, Mars, Wenus, którym nadano imiona, są setki innych, tak małych, że z wielkim trudem można je zobaczyć przy pomocy teleskopu. Kiedy astronom odkrywa którąś z nich, daje jej zamiast imienia numer. Nazywa ją na przykład gwiazdą 3251.
Miałem pewne podstawy, aby sądzić, że planeta, z której przybył Mały Książę, jest gwiazdą B-612. Ta gwiazda była widziana raz tylko, w 1909 roku, przez tureckiego astronoma, który swoje odkrycie ogłosił na Międzynarodowym Kongresie Astronomów. Nikt jednak nie chciał mu uwierzyć, ponieważ miał bardzo dziwne ubranie. Tacy bowiem są dorośli ludzie."

Antoine de Saint-Exupery, Mały Książę

2 marca roku 1990 astronom Henri Debehogne odkrył kolejną planetoidę, którą oznaczono numerem 14382. Astronomowie już od pewnego czasu przestali lubić zwykłe oznaczenia cyfrowe, które choć bardzo przydatne w katalogach, to jednak w normalnym życiu nie zawsze się przydają.

W każdym z astronomów tkwi nuta romantyzmu, która powoduje, że kiedy ktoś zupełnie nie znający się na astronomii zapyta wskazując na niebo: "A tam co świeci?", on zamiast odpowiedzieć: "Ach, to tylko jakaś planeta, nic ponadto" woli odpowiedzieć: "To? To Wenus! Czyż nie świeci ślicznie?"

I dlatego również nowo odkrytej planetoidzie 14382 Międzynarodowa Unia Astronomiczna zdecydowała się nadać imię. Imię znakomitego polskiego astronoma - Profesora Andrzeja Woszczyka, Prezesa Polskiego Towarzystwa Astronomicznego, Redaktora Naczelnego czasopisma Urania - Postępy Astronomii.

Dla tych, którzy na astronomii trochę się znają i chcieliby sami zobaczyć planetoidę Woszczyk (41382) poniżej podajemy wszystko, co będzie im do tego potrzebne (poza, oczywiście, sprzętem). Z poniższej tabeli można odczytać, że planetka jest w gwiazdozbiorze Panny (obecnie widoczna całą noc) w odległości 2,99 jednostek astronomicznych od Słońca i 2,2 jedn.astr. od Ziemi. W dniu 15 marca br. będzie w opozycji, czyli wtedy będą najlepsze warunki do jej obserwacji. Obecnie ma blask ok. 17,5 wielkości gwiazdowej, a w opozycji będzie miała ok. 16,5 magnitudo. Potrzebny jest zatem do jej oglądania teleskop o średnicy co najmniej 10cm.

14 lutego 2005
Źródło: PAP | Tomasz Kisiel

Pocztówka z Tytana

Obraz Tytana przekazany przez próbnik Huygens po obróbce fotograficznej. Poczatkowo myślano, że są to skały lub bloki lodu, wydaje się, że są to raczej kamyki o rozmiarach kilku-, kilkunastu cm. Powierzchnia jest ciemniejsza niż uprzednio myślano, jest mieszaniną lodu wodnego i zestalonego węglowodoru. Ślady erozji wskazują na możliwą działalność wody. Fot. ESA/NASA/University of Arizona

W październik 1997 r. z przylądka Canaveral na Florydzie wystartowała sonda Cassini wraz z umocowanym do niej próbnikiem Huygens. Po niemal 7 latach podróży w lipcu 2004 r. sonda dotarła w pobliże Saturna. 25 grudnia 2004 r. próbnik Huygens oderwał się od swojego macierzystego statku i po następnych 20 dniach samodzielnej podroży, w czasie której przemierzył 4 mln km, 14 stycznia 2005 r. o 11:13 naszego czasu dotarł do zewnętrznych warstw grubej atmosfery Tytana. Rozpoczął opadanie na księżyc z wysokości 1270 km. W ciągu 3 minut wytracił prędkość z 18 000 do 1400 km/h. Następnie spadochrony spowolniły spadek do około 300 km/h. Na wysokości 160 km nad powierzchnią księżyca instrumenty próbnika rozpoczęły badanie atmosfery Tytana. Na wysokości 120 km dzielącej go od powierzchni rozwinął się kolejny, mniejszy spadochron. Zbliżał się moment zetknięcia z Tytanem. Na wysokości 700 metrów włączyły się lampy oświetlające powierzchnię. Wbrew przewidywaniom działały one jeszcze ponad godzinę po lądowaniu próbnika, gdy sonda Cassini skryła się już za horyzontem Tytana. Lądownik opadł na powierzchnie księżyca po 2,5 godz. od momentu rozpoczęcia schodzenia z prędkością 16 km/h. Penetrometr umieszczony na spodzie próbnika zagłębił się 15 cm w głąb zamarzniętej gleby. Biorąc pod uwagę siłę uderzenia i ślady jakie zostawił próbnik po upadku, materiał na jakim osiadł lądownik przypomina w konsystencji mokry piasek lub glinę.

4 minuty po wylądowaniu próbnik rozpoczął transmisję danych naukowych i telemetrycznych na falach radiowych w kierunku orbitera, póki ten znajdował się nad horyzontem. Sonda Cassini po ich odebraniu, odwracała się w stronę Ziemi, wzmacniała sygnał radiowy i wysyłała go w naszą stronę. Na Ziemi dane z sondy odbierane były przez Deep Space Network (ogólnoświatową sieć radioteleskopów), a następnie przekazywane do Europejskiego Centrum Misji w Darmstadt (Niemcy). Fala elektromagnetyczna leci z Saturna ponad godzinę, dlatego Centrum Kontroli Misji tak w Stanach Zjednoczonych jak i w Europie nie wiedziało, co w danej chwili dzieje się z próbnikiem. Pierwsze dane przekazane przez orbiter dotarły do Darmstadt o 17:19 naszego czasu.

Zdjęcia wykonane przez próbnik w czasie jego opadania na księżyc. Panorama obejmuje 360 stopni. Widoczne po lewej stronie białe pasmo oddzielające ciemny i jasny obszar może być 'mgłą' metanu czy oparami etanu. Gdy próbnik opadł, dryfował nad plateau (centralna część zdjęcia) i kierowany był w stronę miejsca planowanego lądowania (prawa strona). Prędkość wiatru wynosiła 6-7 metrów na sekundę. Zdjęcia wykonano z wysokości 8 km z rozdzielczością 20 metrów na piksel. Fot. ESA/NASA/University of Arizona

Giovanni Dominico Cassini (1625 1712) - astronom francuski pochodzenia włoskiego. Dyrektor Królewskiego Obserwatorium w Paryżu. Odkrył cztery satelity Saturna i przerwę w pierścieniach planety, która nazwano na jego cześć przerwą Cassiniego.

Pierwszy sygnał potwierdzający sprawność próbnika dotarł do Ziemi o 11:25 naszego czasu, kiedy teleskop Green Bank w Zachodniej Wirgini (USA) odebrał słaby, ale pochodzący z pewnością od lądownika sygnał radiowy. Był to sygnał podobny do tego, który słyszymy w telefonie, nie niósł on ze sobą żadnych naukowych danych, ale jedynie informację, że próbnik jest sprawny. Orbiter odbierał sygnały z próbnika przez godzinę i 12 minut, następnie zaszedł za horyzont. Mimo to jeszcze przez kilkanaście godzin naziemne teleskopy odbierały sygnały z lądownika Huygens.

Nie wszystko przebiegło idealnie. W wyniku błędu człowieka, wadliwe oprogramowanie spowodowało utratę połowy obrazów wykonanych przez próbnik w czasie jego schodzenia na powierzchnię Tytana. Mamy 350 zdjęć dzięki wysokiej jakości danym z instrumentów próbnika i, niespodziewanie, z pomiarów naziemnych radioteleskopów. Zdjęcia te powinny w zadowalający sposób wypełnić wszystkie główne cele misji. Dane z próbnika będą poddane dalszej analizie. Sieć 18 naziemnych radioteleskopów próbowała monitorować sygnał przesyłany z próbnika Huygens do orbitera Cassini. Dzięki temu udało się odzyskać część utraconych danych dotyczących m.in. pomiaru wiatru.

 

Saturn: odległość od Słońca =1429,4 mln km (9,54 AU), średnica =120 420 km, rok Saturna =29,5 lat ziemskich, R=60268km, obrót wokół własnej osi=0,45 dnia. Podajemy 18 pierwszych z 30 znanych księżyców Saturna, licząc w kolejności rosnącej od planety. 1. Pan (M. Showalter, 1990), R=10km, 2. Atlas (R. Terrile, 1980), R=15km 3. Prometeusz (S. Collins, 1980), R=46km 4. Pandora (S. Collins, 1990), R=42km 5. Epimeteus (R.Walker, 1990), R=57km 6. Janus (A. Dollfus, 1966) R=89km 7. Mimas (W. Herschel, 1789), R=199km 8. Enceladus (Herschel, 1789), R=249km 9. Tethys (G. Cassini, 1684), R=530 km 10. Telesto (B. Smith i in. 1980), R=15km 11. Kalipso (Pascu i in., 1980), R=13km 12. Dione (G. Cassini, 1684), R=560km 13. Helena (B. Laques, J. Lecacheux, 1980), R=18km 14. Rea (G. Cassini, 1672), R=764km 15. Tytan (C. Huygens, 1655), R=2575 16. Hyperion (W. Bond, W. Lassell, 1848), R=143km 17. Japetus (G. Cassini, 1671), R=718km 18. Phoebe (W.Pickering, 1898), R=110km

Lądownik Huygens próbkował atmosferę Tytana w czasie opadania na księżyc. Próbnik wykonywał serię zdjęć przy pomocy kamery DISR (Descent Imager/Spectral Radiometer) Dane zebrał również Huygens Atmospheric Structure Instrument (HASI) wyposażony w czujniki akustyczne. Wydaje się, że jasne części są wzniesieniami, obszary ciemne to gładka być może zamrożona gleba nasycona etanem lub metanem. Nie wiemy jeszcze czy substancje te istnieją na Tytanie w stanie płynnym. Wiatr wiał z prędkością około 26 km/h na wysokości 10-20 km nad powierzchnią. Mikrofon zanotował nawet podmuchy wiatru. Instrumenty na pokładzie odnotowały opary metanu na wysokości 17-20 km nad powierzchnią. Zawartość metanu wzrastała wraz z malejącą wysokością. Gdy próbnik zaczął opadać zanotował temperaturę 70,5K (-202,6C), zaś temperatura na powierzchni wynosiła 93,8K (-182.3C).

Wielka półoś orbity Tytana wynosi 1 221 830 km, okres orbitalny 15,945 dni, masa jest równa 1,35x10²³ kg. Jest to jeden z największych księżyców w Układzie Słonecznym. Posiada gęstą atmosferę złożoną głównie z azotu, argonu i metanu. W jego atmosferze tworzą się gęste chmury. Powierzchnia Tytana może zawierać wiele substancji chemicznych, które kiedyś występowały na Ziemi. W połączeniu z danymi z orbitera Cassini powinniśmy odsłonić kilka tajemnic skrywanych w atmosferze Tytana.

 

Christiaan Huygens (1629-1695) - holenderski fizyk, astronom, matematyk i wynalazca, z wykształcenia prawnik, twórca zegara wahadłowego. Stworzył falową teorię światła i teorię rozchodzenia sie fal (zasada Huygensa). Podał prawa zderzeń sprężystych, wzór na siłę dośrodkową. Za pomocą lunety z własnoręcznie wyszlifowanymi soczewkami odkrył kształt pierścienia Saturna, Tytana - największy księżyc Saturna i spłaszczenie Marsa.

Prezentowane nagranie (0,5MB) z internetowych stron ESA jest rekonstrukcją dźwięków, które 'słyszał' mikrofon próbnika Huygens. Jest to kilkanaście próbek dźwięku nagranych w różnym czasie, kiedy próbnik opadał na księżyc.

Prezentowanedźwięki(0,5MB) (również z internetowych stron ESA) to sygnały radaru próbnika, gdy od powierzchni Tytana dzieliło go zaledwie kilka kilometrów. Sygnał został przekonwertowany na zakres, w którym słyszą dźwięki ludzie. Gdy odległość próbnik-księżyc malała, częstość i natężenie sygnału rosła. Natężenie pomoże naukowcom powiedzieć coś o własnościach gruntu Tytana.

 

Obraz Tytana wykonany w bliskiej podczerwieni przez teleskop Kecka (Hawaje, USA) tuż po lądowaniu próbnika Huygens. Ciemne i jasne plamy mogą być zestalonymi lub płynnymi węglowodorami. Fot. W. M. Keck Observatory

Misję Cassini - Huygens przygotowała wspólnie NASA, ESA i Włoska Agencja Kosmiczna (ASI). Na pokładzie próbnika znajduje się czujnik do pomiaru temperatury skonstruowany w Centrum Badań Kosmicznych (CBK) PAN. Misja orbitera trwać będzie 4 lata i obejmie 70 okrążeń wokół planety, podczas których pokładowe instrumenty będą badać Saturna, jego pierścienie i 30 znanych księżyców. Analiza danych z misji Cassini-Huygens może okazać się cennym wkładem do teorii formowania planet.

18 stycznia 2005
Źródło: NASA, ESA | Karolina Zawada

Nasi sąsiedzi - młode masywne galaktyki

Zdjęcia z satelity Galaxy Evolution Explorer ukazały masywne młode galaktyki w bliskim nam sąsiedztwie, bliskim rzecz jasna, w skali kosmologicznej. Naukowcy skłonni byli przypuszczać jak dotąd, że 'przyrost naturalny' we Wszechświecie zmalał dość mocno i dziś mogą tworzyć się jedynie małe galaktyki.

Typowa młoda galaktyka, w której aż roi się od młodych gwiazd i wybuchających supernowych. Rozbłyski białego światła to właśnie wybuchy supernowych. Fot. NASA/JPL-Caltech. Animacja (3,6 MB) pobrana ze stron http://www.galex.caltech.edu.

Wiemy, że masywne galaktyki tworzyły się we wczesnym Wszechświecie miliardy lat temu, ale wszystkie one od tego czasu zdążyły nie tylko wydorośleć, ale również zestarzeć się i są dziś dostojnymi galaktykami typu naszej Galaktyki Drogi Mlecznej. Jeśli odkryte masywne galaktyki blisko nas są rzeczywiście młode, oznacza to, że przynajmniej część Wszechświata jest nadal miejscem aktywnego powstawania nowych galaktyk.

Odkryto ponad 30 jasnych, zwartych galaktyk, które bardzo przypominają młode galaktyki, które istniały ponad 10 miliardów lat temu. Te nowoodkryte obiekty znajdują się stosunkowo blisko nas w odległości 2 - 4 miliardów lat świetlnych. Mogą liczyć sobie 0,1 - 1 miliarda lat. W porównaniu z naszą Galaktyką, która liczy sobie bagatela 10-12 miliardów lat, nowoodkryte galaktyki są bardzo młode.

Ostatnie odkrycia sugerują, że nasz starzejący się Wszechświat nadal tryska życiem. Galaktyki te pokazują jak wyglądała nasza rodzima Galaktyka w latach swej młodości. Wydawało się, że młodych galaktyk już dziś nie ma, a tymczasem są i mają się dobrze. Odkryte obiekty nazywane są ultrafioletowymi jasnymi galaktykami. Młode gwiazdy świecą głównie w ultrafiolecie, stąd nazwa galaktyk. Satelita Galaxy Evolution Explorer zbadał sporą połać nieba przy pomocy detektora ultrafioletowego o wysokiej czułości. Satelita wyłowił około trzydziestu jasnych obiektów po przebadaniu tysięcy galaktyk. Galaktyki te świecą w ultrafiolecie 10 razy mocniej niż nasza Galaktyka. Oznacza to, że w tych obiektach roi się od obszarów, w którym rodzą się gwiazdy i wybuchają supernowe, co jest charakterystyczną cechą młodych galaktyk. We wczesnym Wszechświecie powstawanie młodych masywnych galaktyk było na porządku dziennym. Wraz z upływem lat Wszechświat miał coraz mniej galaktycznych dzieci. Galaktyki dojrzały i wyglądają dziś jak nasza rodzima Droga Mleczna.

Rysunek wyobrażający satelite GALEX orbitującego wokół Ziemi. Źródło: Caltech

Odkrycie to opisano w Astrophysical Journal Letters. Satelita Galaxy Evolution Explorer (GALEX) został wystrzelony przez NASA 28 kwietnia 2003 roku. Umieszczony został na wysokości 697 km na niemal kołowej orbicie nachylonej do ziemskiego równika pod kątem 29 stopni. Jego zadaniem jest badanie kształtu, jasności, rozmiaru i odległości do galaktyk. Zbiera informacje o obiektach znajdujących się w odległości nawet do 10 miliardów lat świetlnych. Teleskop o średnicy 50 cm zbiera informacje o obiektach promieniujących na falach ultrafioletowych.

2 stycznia 2005
Źródło | Karolina Zawada

Orion | Astro - Wiadomości