Młoda galaktyka w starym Wszechświecie

Przy użyciu Kosmicznego Teleskopu naukowcy z Uniwersytetu Virginia (USA) zidentyfikowali być może najmłodszą galaktykę we Wszechświecie. Wydaje się, że galaktyka karłowata o nazwie I Zwicky 18 liczy sobie jedynie 500 milionów lat. Dla porównania nasza Galaktyka Drogi Mlecznej jest ponad 20 razy starsza - istnieje od około 12 miliardów lat, co jest typowym wiekiem dla znanych nam galaktyk. Znalezisko to dostarcza nowego spojrzenia na procesy formowania galaktyk. Obserwacje obiektu I Zwicky 18 mogą pomóc zrozumieć jak kiedyś wyglądała nasza własna Galaktyka.

 

Galaktyka karłowata I Zwicky 18. Fot. Universytet Virginia.

Przez większą część ewolucji Wszechświata galaktyka pozostawała w formie zalążka - składała się z chmury gazu pierwotnego wodoru i helu. Inne galaktyki już dawno wyszły z tej początkowej fazy rozwoju i zaczęły swe aktywne życie. Galaktyka I Zwicky 18 rozpoczęła aktywny proces formowania gwiazd zaledwie 500 milionów lat temu. Galaktyka oddalona jest od nas o 45 milionów lat świetlnych. To dystans dużo mniejszy niż ten, który dzieli nas od innych młodych galaktyk, dlatego I Zwicky 18 może być wyjątkową okazją do badania szczegółów swojej budowy - innych młodych galaktyk nie widzimy tak dokładnie. Zagadką pozostaje dlaczego gaz w tej karłowatej galaktyce potrzebował aż tak dużo czasu, aby skolapsować i utworzyć pierwsze gwiazdy. Rozwój innych galaktyk przebiegał znacznie szybciej.

I Zwicky 18 jest prawdziwą młodą galaktyką. To nadzwyczajne, bo można by oczekiwać, że galaktyki powstały około miliard lat po Wielkim Wybuchu a nie 13 miliardów lat później. Spodziewamy się tak młodych obiektów na krańcach obserwowalnego Wszechświata, ale nie w lokalnym wszechświecie powiedział profesor Trinh Thuan z Uniwersytetu Virginia, który przeprowadził badania wraz z profesorem Uniwersytetu w Kijowie Yurijem Izotovem (astro-ph/0408391).

Aby dowieść, iż I Zwicky 18 jest nową galaktyką Thuan i Izotov musieli pokazać, że nie ma w niej gwiazd powstałych kilka miliardów lat po Wielkim Wybuchu, czyli z okresu, w którym powstało bardzo wiele gwiazd we Wszechświecie. Trzeba było czekać na obserwacje z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, który miał wystarczającą czułość, aby potwierdzić lub zanegować istnienie starych gwiazd w galaktyce karłowatej. Advanced Camera for Surveys na pokładzie teleskopu Hubble'a potrzebowała bardzo długiego czasu ekspozycji, w którym teleskop zdążył okrążyć Ziemie 25 razy, aby zbadać najsłabsze gwiazdy w galaktyce. Obecność starych gwiazd oznaczałaby, że sama galaktyka I Zwicky 18 jest stara, tak jak inne znane galaktyki. Obserwacje teleskopem Hubble'a potwierdziły młody wiek galaktyki - najstarsze jej gwiazdy mają co najwyżej 500 milionów lat.

Uważa się, że duże galaktyki takie jak Droga Mleczna rosną hierarchicznie - małe galaktyki łączą się tworząc większą galaktykę, tak jak małe strumyki tworzą rwącą rzekę. Potrzebne są bardziej czułe instrumenty, aby przyjrzeć się dokładniej młodej karłowatej galaktyce.

Kolejnym dowodem na młody wiek galaktyki jest skład gazu międzygwiazdowego - głównie wodór i hel, czyli dwa główne pierwiastki, które powstały w czasie Wielkiego Wybuchu. Cięższe pierwiastki jak węgiel, azot, tlen musiały powstać wewnątrz gwiazd. Tych pierwiastków w galaktyce I Zwicky 18 jest jak na lekarstwo, co oznacza, że nie powstały w galaktyce gwiazdy, które zdążyły w swoich wnętrzach wyprodukować te pierwiastki, a w czasie wybuchów supernowych wyrzucić je do ośrodka.

7 grudnia 2004
Źródło | Karolina Zawada

Potrójne zaćmienie na Jowiszu

 

Obraz z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a z 28 marca 2004 r. Źródło: NASA, ESA, E. Karkoschka (University of Arizona)

Charakterystycznymi znakami tego ustawienia są cienie w postaci trzech czarnych kropek rzucane przez trzy księżyce. Cień rzucany przez Io to czarna kropka na lewo od środka tarczy Jowisza, natomiast biała kropka na tej samej wysokości to sama Io. Cień rzucany przez Ganimedesa widoczny jest przy lewej krawędzi tarczy planety, a spora niebieska kropka widoczna na tej samej wysokości to Ganimedes we własnej osobie. W końcu czarna kropka widoczna przy prawej krawędzi tarczy Jowisza to cień Kalisto. Samej Kalisto nie widać.

Powyższe zdjęcie wykonano przy użyciu Near Infrared Camera (kamery czułej w zakresie bliskiej podczerwieni) oraz Multi-Object Spectrometer (spektrometr wieloobrazowy) na pokładzie Teleskopu Hubble'a. Widok trzech cieni księżyców Jowisza widocznych na tle tarczy planety to rzadki widok - można go zobaczyć 1-2 razy na dekadę. Dlaczego potrójne zaćmienie jest takie rzadkie?

 

Rysunek pokazuje wzajemne położenie Jowisza i księżyców Galileusza 28 marca tego roku. Zaznaczono cienie jakie na Jowisz rzuca Io, Ganimedes i Kalisto. Źródło: NASA, ESA, A. Feild and C. Klicka (STScI)

Io, Ganimedes i Kalisto obiegają planetę każda w innym tempie. Podobnie ich cienie przemierzają tarczę planety w różnym tempie. Z tych trzech księżyców najdalej od Jowisza znajduje się Kalisto, a tym samym potrzebuje najwięcej czasu by obiec macierzystą planetę. Gdy cień Kalisto raz przemierzy tarczę Jowisza, Io zdąży go obiec 20 razy. Gdy uwzględnimy jeszcze tempo obiegu Jowisza przez Ganimedesa, okazuje się wówczas, że potrójne zaćmienie na Jowiszu to rzadkie zjawisko. Zaćmienie z marca tego roku było tym rzadsze, że widoczne były dwa spośród trzech rzucających na planetę cień księżyców.

Obraz powstał po złożeniu sygnału odbieranego na trzech długościach fal z zakresu bliskiej podczerwieni. Promienie słoneczne odbijają się od jowiszowych chmur, a ponieważ metan zawarty w atmosferze Jowisza ogranicza dostęp promieni Słońca, dlatego różne kolory chmur oznaczają ich różną wysokość. Obserwacje były robione w zakresie bliskiej podczerwieni, pamiętajmy więc, że kolory są sztucznie dobrane. Żółty kolor oznacza wysokie chmury, różowy niższe chmury, a niebieski jeszcze niższe. Zielony kolor oznacza rzadkie mgły, zagęszczenia gazu położone bardzo wysoko w atmosferze planety. Zawarta na powierzchni Ganimedesa zamrożona woda absorbuje promieniowanie słoneczne, Ganimedes przedstawiony jest w barwie niebieskiej. Natomiast związki siarki na powierzchni Io odbijając promienie świetlne; efekt ten zaznaczono przedstawiając Io w kolorze białym.

5 listopada 2004
Źródło | Karolina Zawada

Pierwsza planeta w Obserwatorium McDonald

Teleskop Hobby-Eberly w Obserwatorium McDonald w stanie Texas w USA odkrył swoją pierwszą planetę poza Układem Słonecznym. Instrument ten o średnicy zwierciadła 9.2 m w połączeniu ze spektrografem o wysokiej rozdzielczości (High Resolution Spectrograph) jest na dobrej drodze, by stać się wysokiej klasy łowcą planet.

 

Hobby - Eberly Telescope, Obserwatorium McDonald ,USA

Nowoodkryta planeta krąży wokół gwiazdy HD 37605. Gwiazdy tej nie można dostrzec gołym okiem (jej jasność widoma wynosi V=8.69 mag). Planeta ma masę 2.84 razy większą niż Jowisz i okrąża swoje macierzyste słońce w ciągu 54.28 ziemskich dni. HD 37605 jest gwiazdą nieco mniejszą i nieco zimniejszą niż nasze Słońce. Typ widmowy tej gwiazdy to K0, co oznacza, że zawiera dużo więcej pierwiastków cięższych natomiast dużo mniej wodoru niż nasze Słońce.

Do tej pory znamy około 120 planet krążących wokół innych gwiazd niż nasze Słońce. Nowa planeta ma trzecią w kolejności najbardziej ekscentryczną orbitę równą e = 0.737 (im większa wartość e tym orbita planety jest coraz bardziej "rozciągniętą" elipsą; dla Ziemi e = 0.0167). Średnia odległość planety od jej macierzystej gwiazdy wynosi 0.26 AU , czyli prawie cztery razy mniej niż odległość Słońce - Ziemia.

Zespół astronomów z obserwatorium McDonald użył techniki pomiaru prędkości radialnej, dobrze znanej metody szukania planet. Choć mówimy, że planeta krąży wokół gwiazdy, to nie jest to do końca prawdą. Gwiazda i planeta obiegają swój wspólny środek masy; ponieważ gwiazda jest dużo masywniejsza niż planeta, ów geometryczny punkt - środek masy znajduje się gdzieś we wnętrzu gwiazdy, ale nie w jej centrum. Na tym polega odkrywanie planet metodą pomiaru prędkości radialnej. Gdy patrzymy na gwiazdę z boku jak krąży wokół środka masy, będziemy mierzyć okresowe przybliżanie się i oddalanie się gwiazdy od Ziemi. Tę zmianę ruchu dobrze widać w pomiarach spektralnych gwiazdy. Obserwując widmo potrafimy oszacować jaką masę ma drugi składnik tego obiegającego się duetu, aby powodował takie a nie inne różnice ruchu swojej macierzystej gwiazdy.

 

Wraz z upływem dni (na osi x) zmienia się prędkość radialna (na osi y wyrażona w m/s) gwiazdy HD 37605, gdy obserwujemy ją obiegającą środek masy układu gwiazda - planeta.

W ciągu 100 dni obserwacji, co odpowiada niecałym dwóm obiegom planety wokół gwiazdy, astronomowie byli w stanie wyznaczyć jej orbitę. Szybkie otrzymanie rezultatów było możliwe dzięki systemowi "queue scheduling" działającemu na teleskopie Hobby - Eberly. Wiele jest gwiazd, którym chcielibyśmy przyjrzeć się nieco dokładniej. Operator teleskopu posiadając listę obiektów do obserwacji wybiera odpowiednie w danym momencie gwiazdy, które można mierzyć biorąc pod uwagę warunki pogodowe i fazę Księżyca.

Nie wiemy, które z milionów gwiazd na niebie mają planety. Zaczynamy obserwować daną gwiazdę, gdy akurat jest to możliwe. W czasie krótkich obserwacji sprawdzamy, czy gwiazda może posiadać planetę o krótkim okresie obiegu. Jeśli pomiary wykluczają taką możliwość, podejrzaną gwiazdę zostawiamy na czas jakiś, aby następnie wrócić do niej i zbadać pod kątem istnienia planet o dłuższym okresie obiegu. Na załączonej ilustracji z pracy opisującej odkrycie planety wokół gwiazdy HD 37605, linią ciągłą zaznaczono przewidywaną zmianę prędkości radialnej, punkty zaś są wartościami zmierzonymi.

Autorem pracy jest W.Cochran, M.Endl, B.McArthur, D.Paulson i V.Smith. Artykuł zostanie opublikowany w Astrophysical Journal Letters.

16 lipca 2004
Źródło | Karolina Zawada

Orion | Astro - Wiadomości