Hala ciemnej materii wokół galaktyk

Kanadyjscy i amerykańscy naukowcy wykonali pierwsze pomiary rozmiaru i kształtu masywnych hal ciemnej materii, które otaczają galaktyki. Natura ciemnej materii pozostaje nadal zagadką Wszechświata. Jednak naukowcom udało się uzyskać jej wyraźny obraz przy użyciu względnie prostej wiedzy fizycznej. Badane hala ciemnej materii okazały się ponad pięćdziesiąt razy masywniejsze niż wszystkie świecące w galaktyce obiekty razem wzięte.

Kanadyjscy i amerykańscy naukowcy wykorzystują efekt soczewkowania grawitacyjnego, który przypomina nieco działanie szkła powiększającego. Tym sposobem badają hala ciemnej materii wokół galaktyk. Okazuje się, że hala te mogą być nawet pięciokrotnie większe niż same galaktyki. Źródło: NASA, Andrew Fruchter and the ERO Team [Sylvia Baggett (STScI), Richard Hook (ST-ECF), Zoltan Levay (STScI)]

Badania naukowców wskazują, że hala ciemnej materii rozciągają się ponad pięć razy dalej niż gwiazdy, które obserwujemy w galaktyce. Według badaczy w przypadku naszej Galaktyki halo rozciąga się na ponad 500 000 lat świetlnych (średnica Drogi Mlecznej szacowana jest na około 100 000 lat świetlnych) a waży około 880 miliardów razy więcej niż Słońce. Pomiary te potwierdzają najbardziej popularny obecnie model Wszechświata wypełnionego głównie tzw. ciemną zimną materią.

Ciemna materia nie emituje światła i dlatego nie można jej bezpośrednio obserwować. Oddziaływuje ona jednak grawitacyjnie wpływając na świecącą materię. Badając materię świecącą można wyciągać wnioski o tej ciemnej, której nie widać. Uważa się, że 25% całkowitej masy Wszechświata stanowi właśnie ciemna materia, 5% to 'normalna materia' (z której jesteśmy zbudowani), a cała reszta, czyli 70% przypada na tzw. ciemną energię (taki procentowy podział można było uczynić wykorzystując równoważność masy i energii).

Ze wspomnianej teorii ciemnej zimnej materii wypełniającej Wszechświat wynika, że hala nie są idealnie kuliste, ale lekko spłaszczone. Kanadyjski zespół potwierdza to stwierdzenie. Wykorzystując technikę słabego soczewkowania grawitacyjnego, która pozwala badać rozmiar i kształt ciemnej materii, zespół zmierzył ponad 1.5 miliona odległych galaktyk przy użyciu dużego teleskopu na Hawajach. Małe zmiany kształtu obserwowanych galaktyk wskazują na spłaszczenie otaczających ich hal.

Większość informacji na temat ciemnej materii pochodziło dotąd z pomiarów ruchu gazu i gwiazd w wewnętrznych obszarach galaktyk. Pomocne w badaniach są również komputery wykonujące symulacje formowania struktur we Wszechświecie. Jednak dokonane właśnie pomiary słabego soczewkowania grawitacyjnego naukowcy mogą wyjaśnić tylko przy założeniu, że galaktyki otoczone są przez masywne 3-wymiarowe hala.

Część naukowców neguje istnienie ciemnej materii proponując przeanalizowanie praw grawitacji, którymi posługujemy się dokonując pomiarów. Kanadyjski zespół jest jednak przekonany, że wykonane przez nich pomiary obalą te teorie.

Przedstawione badania zostały zaprezentowane 25 lipca na 25 Zjeździe Międzynarodowej Unii Astronomicznej w Sydney w Australii.

21 sierpnia 2003
Źródło | oprac. Karolina Zawada

Obłoki gazu z pierwszych gwiazd

VLA w Nowym Meksyku, USA. Źródło:NRAO

Astronomowie badając najdalszy znaleziony do tej pory kwazar odkryli wokół niego dużą ilość gazu, który zawiera atomy utworzone w jądrach pierwszych istniejących gwiazd. Charakterystyczne linie widmowe tlenku węgla zostały odkryte dzięki obserwacjom VLA (Very Large Array) - systemowi 27 radioteleskopów w stanie Nowy Meksyk w USA oraz Interferometrowi Plateau de Bure w Alpach francuskich złożonemu z 5 radioteleskopów. Gaz otaczający młodą galaktykę obserwujemy w momencie gdy Wszechświat ma jedna szesnastą obecnego wieku, czyli wówczas gdy wynurzał się z pierwotnych "Ciemnych Wieków" zanim światło mogło swobodnie podróżować przez Kosmos.

Zaskakujące jest odkrycie tlenku węgla (CO) w młodej i tak odległej galaktyce. Oznacza to, że już na tak wczesnym etapie rozwoju Wszechświata, galaktyki zawierały olbrzymią ilość molekularnego gazu, z którego mogły następnie powstać nowe generacje gwiazd.

Odległa galaktyka, nazwana J1148+5251, zawiera jasny kwazar zasilany przez czarną dziurę o masie co najmniej miliarda Słońc. Obserwujemy tę odległą galaktykę, gdy Wszechświat liczył sobie 870 milionów lat. Obecnie wiek Wszechświata szacujemy na 13.7 miliarda lat. J1148+5251 jest być może jednym z pierwszych świecących obiektów we Wszechświecie.

Obraz obiektu J1148+5251 uzyskany dzięki VLA. Źródło: NRAO/AUI/NSF

W ciągu pierwszych 3 minut życia Wszechświata uformował się w nim jedynie wodór i hel. Węgiel i tlen (które tworzą tlenek węgla) utworzone zostały dopiero w reakcjach termonuklearnych zachodzących w jądrach gwiazd. Według szacunków zaobserwowany węgiel i tlen został utworzony przez pierwsze powstałe gwiazdy około 650 milionów lat po Wielkim Wybuchu. W czasie następnych około 200 milionów lat gwiazdy te (najprawdopodobniej bardzo różne od gwiazd, które znamy dzisiaj) wybuchały jako supernowe wyrzucając węgiel i tlen w przestrzeń kosmiczną. Już w przestrzeni, ochłodzone atomy połączyły się tworząc tlenek węgla, którego obecność wykryły naziemne teleskopy.

Wszechświat w którym istniały pierwsze galaktyki wydaje się bardzo różnić od Wszechświata, który znamy dzisiaj. Około 300 000 lat po Wielkim Wybuchu Wszechświat ochłodził się dzięki ekspansji na tyle, że wypełniające go protony i elektrony mogły połączyć się tworząc atomowy wodór. Neutralny wodór absorbował promieniowanie elekromagnetyczne w wyniku czego Wszechświat "zanurzony był w ciemnościach". W końcu powstały pierwsze galaktyki i gwiazdy. Ich promieniowanie było na tyle energetyczne, że zdołało zjonizować neutralne do tej pory atomy umożliwiając fotonom swobodne podróżowanie przez Wszechświat i kończąc tak zwane Ciemne Wieki.

Nie stało się to w jednej chwili. Każda gwiazda wysyłając wysokoenergetyczne promieniowanie jonizowała swoje najbliższe otoczenie tworząc wokół siebie przezroczyste dla światła bańki zjonizowanego gazu. Wszechświat zaczął przypominać szwajcarski ser z rozrastającymi się w czasie dziurami. W końcu, około miliarda lat po Wielkim Wybuchu, dziury połączyły się ze sobą, a Wszechświat stał się znów w pełni przezroczysty. Okres ten nazywamy erą wtórnej jonizacji Wszechświata.

Łącząc dane radiowe z danymi z teleskopów optycznych można było oszacować średnice przezroczystego "bąbla" wokół galaktyki J1148+5251 na około 30 milionów lat świetlnych. Obserwujemy obiekt J1148+5251 w momencie, gdy pomaga jonizować Wszechświat.

Duża ilość molekularnego gazu w galaktyce, szacowana na ponad 10 miliardów mas Słońca, wskazuje, że procesy we Wczesnym Wszechświecie przebiegały bardzo szybko. Według współczesnych teorii duże galaktyki powstawały w wyniku łączenia się mniejszych galaktyk. Nie następowało to wszak z dnia na dzień; tym bardziej dziwią obserwacje masywnej galaktyki w tak wczesnym Wszechświecie.

Obserwacje optyczne pozwalają na badanie jasnego kwazara w środku galaktyki, natomiast radio-obserwacje pozwalają oglądać samą galaktykę. Obiekt J1148+5251 został odkryty w czasie przeglądu nieba o nazwie Sloan Digital Sky Survey w tym roku, przy użyciu 2.5 metrowego teleskopu optycznego w Nowym Meksyku w USA. Kwazar znajduje się w odległości 12.8 miliarda lat świetlnych (przesunięcie ku czerwieni z=6.42), jest więc najodleglejszym znanym kwazarem.

Tlenek węgla odkryto dzięki radioteleskopom, które wykryły fale radiowe emitowane przez molekularny gaz otaczający galaktykę. Długość fali tej radioemisji była dużo większa niż fal emitowanych przez taki gaz w laboratorium na Ziemi w wyniki efektu Dopplera wywołanego rozszerzaniem się Wszechświata - fale emitowane przez J1148+5251 o długości przykładowo 1 mm docierają do Ziemi mając ponad 6 mm.
Przedstawione badania zostały zaprezentowano w Nature 24 lipca, głównym autorem jest Fabian Walter.

14 sierpnia 2003
Źródło | oprac. Karolina Zawada

Kosmiczni włóczędzy

Angielscy i amerykańscy astronomowie odkryli nieznaną dotychczas populację gromad gwiazd w przestrzeni, którą do tej pory uważano za zupełnie pustą.

Większość galaktyk otoczona jest przez dziesiątki, setki czy nawet tysiące starych gromad gwiazd, które krążą wokół nich niczym pszczoły wokół ula. Nasza Galaktyka Drogi Mlecznej ma około 150 takich "pszczół" zwanych gromadami kulistymi. Gromady kuliste to zbiór liczący do miliona gwiazd, które dzięki grawitacji tworzą gęstą grupę gwiezdną sferycznego kształtu. Badania gromad kulistych dostarczają informacji o formowaniu ich macierzystych galaktyk.

Odkrycie nowego typu gromady gwiazd nastąpiło dzięki zdjęciom z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a oraz wielkiego 10 metrowego optycznego Teleskopu Keck'a na Mauna Kea na Hawajach. Znaleziono dużą liczbę "osieroconych" gromad gwiazd, nie związanych z żadnymi galaktykami. Gromady te swobodnie wędrują w przestrzeni niby kosmiczni włóczędzy.

 

Zdjęcie wykonane przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a ukazuje mały obszar przestrzeni z dużą grupą kilkunastu tysięcy galaktyk znajdujących się około 400 milionów lat świetlnych od Ziemi. Kwadratami oznaczono cztery bardzo liczne "osierocone" gromady gwiazd odkryte niedawno przez zespół astronomów kierowany przez dra Michaela West z Uniwersytetu Hawajskiego. Źródło: Dr. Michael J. West (University of Hawaii)

Chociaż istnienie takich samotnych gromad zostało przewidziane przeszło 50 lat temu, dopiero teraz teorie udało się poprzeć obserwacjami. Odkrycie to dostarczyło również informacji o pochodzeniu tych obiektów. Według naukowców te gromady kuliste zasiedlały niegdyś galaktyki, podobnie jak gromady kuliste, które dziś obserwujemy w pobliskich galaktykach. Siła grawitacji pochodząca od innych, napotykanych galaktyk mogła odciągnąć gwiazdy czy gromady gwiazd od ich macierzystych galaktyk. Mogło też czasem dojść do tego, że cała galaktyka została zniekształcona albo zniszczona w wyniku kolizji z inną galaktyką czy też w wyniku zbiorowego oddziaływania grawitacyjnego pochodzącego od sąsiednich galaktyk Wydaje się, że częściowe czy całkowite zniszczenie galaktyk macierzystych spowodowało rozrzucenie gromad kulistych w przestrzeń międzygalaktyczną.

Odnalezienie tych samotnych gromad kulistych nie było łatwym zadaniem. Z wyjątkiem jednego przypadku wszystkie odnalezione przez grupę badawczą gromady znajdują się miliony lat świetlnych od nas i wyglądają jak punkty światła w morzu ciemności. Obiekty te są bardzo słabe, ludzkie oko musiałoby być około miliarda razy czulsze, aby móc je dostrzec. Były one również na granicy zdolności detekcji Teleskopu Hubble'a.

Badania tych kosmicznych włóczęgów mogą pomóc w oszacowaniu liczby oraz typów galaktyk, które do tej pory mogły ulec zniszczeniu. Niektóre z tych osieroconych gromad gwiazd mogą zostać zaadoptowane przez inne galaktyki, jeśli zbłądzą wystarczająco blisko, aby grawitacja danej galaktyki mogła przechwycić sierotę.

Przedstawione badania zostały zaprezentowane na zakończonym właśnie 25 Zjeździe Międzynarodowej Unii Astronomicznej w Sydney w Australii.

29 lipca 2003
Źródło | oprac. Karolina Zawada

XMM-Newton zmierzył pole magnetyczne umarłej gwiazdy

Dzięki wspaniałej czułości rentgenowskiego obserwatorium XMM-Newton, zespól europejskich astronomów dokonał bezpośrednich pomiarów pola magnetycznego gwiazdy neutronowej. Wyniki pozwalają na głęboki wgląd w fizykę gwiazd neutronowych i odsłaniają nowe zagadki o końcu żywota tych gwiazd.

Gwiazda neutronowa 1E1207.4-5209 widoczna jest jako jasny żółtawy obiekt w centrum obrazu, który został zrobiony przez kamerę EPIC (European Photon Imaging Camera) na pokładzie obserwatorium rentgenowskiego XMM-Newton należącego do Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA). Obraz jest rezultatem najdłuższych obserwacji wykonanych do tej pory jednego obiektu galaktycznego przez XMM-Newton. Źródło: ESA/CESR

Gwiazda neutronowa to bardzo gęste ciało niebieskie, którego masa rzędu naszego Słońca upakowana jest w kuli o rozmiarach 20-30 km. Jest ona produktem gwiazdowej eksplozji, zwanej supernową, w której większość materii gwiazdy jest wyrzucona w przestrzeń, ale jej zapadnięte grawitacyjnie "serce" pozostaje w formie supergęstej, gorącej kuli złożonej z neutronów i niezwykle szybko wirującej.

Gwiazdy neutronowe są niezwykle gorące kiedy się rodzą, ale bardzo szybko się ochładzają. Dlatego też, tylko niektóre z nich emitują energetyczne promieniowanie typu rentgenowskiego. Z tego też względu gwiazdy neutronowe są tradycyjnie badane na falach radiowych, mniej energetycznych od promieni X,  w których jawią się w postaci pulsów promieniowania. Niewiele gwiazd neutronowych może być zatem obserwowana na falach X za pomocą teleskopów rentgenowskich takich jak XMM-Newton, należący do Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA).

W naszej Galaktyce jest około 100 mln gwiazd neutronowych. Do dzisiaj tylko 1400 zostało odkrytych dzięki ich radiowemu promieniowaniu, spośród nich 50 jest znanych jako emitujących promieniowanie rentgenowskie.

Jedną z takich gwiazd jest 1E1207.4-5209. Prowadząc najdłuższe w historii XMM obserwacje (72 godziny) Profesor Giovanni Bignami (z Centre d'Etude Spatiale des Rayonnements - CESR) i jego zespół zmierzył natężenie pola magnetycznego tej gwiazdy. Jest to pierwszy bezpośredni pomiar pola magnetycznego gwiazdy neutronowej. Wszystkie poprzednie oszacowania były jedynie pośrednie. Bazowały np. na teoretycznych założeniach opisujących grawitacyjne zapadanie się gwiazdy, albo na badaniu spowalniania rotacji gwiazdy neutronowej w oparciu o dane radioastronomiczne.

XMM-Newton, najczulszy satelita rentgenowski. Źródło: ESA, Medialab

Promieniowanie X emitowane przez gwiazdę neutronową musi przejść przez jej pole magnetyczne zanim ucieknie w przestrzeń międzygwiazdową. Po drodze cząstki w polu magnetycznym mogą nieco ukraść umykającego promieniowania zaznaczając to jednocześnie charakterystycznym znakiem w widmie - linią absorpcyjną (tzw. cyklotronowa rezonansowa linia magnetyczna). To właśnie zaobserwowanie tego śladu w widmie umożliwiło Prof. Bignami zmierzenie natężenia pola magnetycznego gwiazdy neutronowej.

W przypadku 1E1207.4-5209 bezpośrednie pomiary przy użyciu XMM-Newton dały pola magnetyczne 30 razy słabsze niż przewidywania bazujące na metodach pośrednich. Jak to wytłumaczyć? Astronomowie mogą mierzyć tempo spowalniania obrotu gwiazdy neutronowej. Do tej pory zawsze zakładali, że przyczyną tego spowolnienia jest "tarcie" między polem magnetycznym gwiazdy a jej otoczeniem. W obecnej sytuacji można się spodziewać, że coś dodatkowo wywiera nacisk na gwiazdę, ale co? Spekuluje się, że może to być jakiś niewielki dysk utworzony wokół gwiazdy z pozostałości po wybuchu supernowej, powodujący dodatkowy czynnik spowalniający.

Pozostaje pytanie, czy 1E1207.4-5209 jest obiektem wyjątkowym? Astronomowie mają nadzieję przekonać się o tym prowadząc dalsze obserwacje gwiazd neutronowych za pomocą teleskopu XMM-Newton.

27 lipca 2003
Źródło | oprac. Krzysztof T. Chyży

Teleskop Hubble'a śledzi ciemną materię w gromadzie galaktyk

Wykorzystując zjawisko soczewkowania grawitacyjnego europejscy i amerykańscy astronomowie skonstruowali szczegółową "mapę masy" jednej z największych struktur we Wszechświecie. Wierzą, że doprowadzi to do lepszego zrozumienia sposobu powstawania tych potężnych układów i do zrozumienia kluczowej roli jaką odgrywa w nich ciemna materia.

 

Mapa masy gromady galaktyk CL0024+1654 stworzona dzięki szczegółowym obserwacjom teleskopu Hubble'a. Niebieska część obrazu odpowiada mapie rozkładu ciemnej materii, czerwona (pomarańczowa) część to obraz świecącej materii - galaktyki w gromadzie. Źródło: European Space Agency, NASA, Jean-Paul Kneib (Observatoire Midi-Pyrénées, France/Caltech, USA)

Gromady galaktyk to największe stabilne układy we Wszechświecie. Są one jakby laboratoriami, w których można badać powiązania między rozkładem ciemnej i widocznej materii. W latach trzydziestych ubiegłego wieku, Fritz Zwicky, astronom z Kalifornijskiego Instytutu Technologii, pracując w obserwatorium na Mount Wilson zauważył coś dziwnego w ruchu grup galaktyk ulokowanych dziesiątki milionów lat świetlnych od nas. Ich prędkość (prędkość jednej względem drugiej) była tak duża, że przyciąganie grawitacyjne pochodzące od świecącej materii było za małe, by utrzymać galaktyki razem w jednym układzie. A przecież trzymały się razem!

Widoczny składnik gromad galaktyk (miliardy gwiazd w każdej z tysięcy galaktyk) to jedynie niewielki ułamek ich całkowitej masy. Ponad 80% materii to materia niewidoczna, tak zwana "ciemna materia". Chociaż o obecności ciemnej materii astronomowie wiedzą od dawna, problem polega na sposobie obserwacji jej rozkładu w przestrzeni - wszak ciemna materia nie świeci.

Grupa astronomów użyła Teleskopu Hubble'a do zrekonstruowania mapy rozkładu masy w gromadzie CL0024+1654. Naukowcy po raz pierwszy zobaczyli jak zagadkowa ciemna materia rozłożona jest względem galaktyk. Śledzenie ciemnej materii nie jest łatwym zadaniem, ponieważ ciemna materia nie świeci. Aby zbadać rozkład, skoncentrowano się na dużo słabszych i odleglejszych galaktykach położonych za badaną gromadą. Kształt tych odległych obiektów jest zniekształcony w wyniku grawitacji jaką wywiera na nie gromada. Dzięki takim zniekształceniom można oszacować jaka musi być masa gromady, aby wywołać taki efekt - efekt znany jako "słabe soczewkowanie grawitacyjne".

 

Podczas 5 dni obserwacji Hubble Wide Field and Planetary Camera 2 umieszczona na teleskopie Hubble'a stworzyła 39 zdjęć potrzebnych do sporządzenia mapy rozkładu masy gromady galaktyk CL0024+1654. Każdy z obrazów ma rozmiar równy 1/150 średnicy Księżyca. Cały obraz gromady liczy 27 minuty łuku. Źródło: European Space Agency, NASA, Jean-Paul Kneib (Observatoire Midi-Pyrénées, France/Caltech, USA)

Teleskop Hubble'a poświęcił 120 godzin obserwacji, aby zbadać rozkład ciemnej materii w gromadzie - nigdy jeszcze HST nie badał żadnej gromady galaktyk aż tak długo. Obiekt znajduje się 4.5 miliarda lat świetlnych od Ziemi (tak długo biegło do nas światło z tej gromady przez Wszechświat, który liczy sobie około 14 miliardów lat). Mimo, że jest tak odległa, mierzona średnica kątowa gromady dorównuje niemal średnicy Księżyca widzianego z Ziemi.

Badania pokazały, że gęstość ciemnej materii spada ostro wraz ze wzrostem odległości od centrum gromady, co potwierdza wcześniejsze symulacje komputerowe. Zespół naukowców zauważył, że ciemna materia wydaje się grupować na obrazie powstałej mapy. Stwierdzono koncentracje ciemnej materii stowarzyszonej z galaktykami, o których wiadomo, że powoli spadają na gromadę. CL0024+1654 wzrasta w wyniku łączenia takich pomniejszych grup galaktyk, które już stanowią układ związany dzięki ciemnej materii, która jest jak klej spajający poszczególne świecące składniki.

Wyniki badań ukażą się w Astrophysical Journal. Zdjęcia i animacje dotyczące odkrycia można znaleźć na stronie http://www.spacetelescope.org/video/releases.html.

20 lipca 2003
Źródło | oprac. Karolina Zawada

Dymiące supernowe

Zespół brytyjskich astronomów ogłosił, iż niektóre supernowe mają brzydki zwyczaj - buchają olbrzymią ilością "dymu" znanego jako kosmiczny pył. Odkrycie to rozwiązuje zagadkę powstania pierwszych trwałych cząsteczek i ich późniejszego tworzenia w ponad dziesięciomiliardowej historii Wszechświata.

Supernowa Kasjopeja A obserwowana przez kamerę SCUBA ujawnia otoczkę kosmicznego pyłu o średnicy 12 lat świetlnych. Zdjęcie wykonane jest w sub-milimetrowych falach. Czarny i ciemno-niebieski kolor reprezentuje słabszą emisję podczas gdy jasno-niebieski i biały kolor obszary najjaśniejsze. Źródło: Loretta Dunne (Cardiff University), NASA.

Zespół mierzył zimny, kosmiczny pył w "Kasjopei A", pozostałości po wybuchu gwiazdy supernowej w naszej Galaktyce, w odległości ok. 11 tys. lat światła od Ziemi. Ilość pyłu była tysiąc razy większa niż mierzona dotychczas, sugerując że silne eksplozje supernowych są jednym z najbardziej wydajnych sposobów tworzenia pyłu. To również wyjaśnia zagadkę w jaki sposób uformowały się ostatnio odkryte duże ilości pyłu we wczesnym Wszechświecie.

Niepodobny do ziemskiego pyłu, kosmiczny pył zbudowany jest z bardzo maleńkich ziarenek (głównie węgla i krzemu) unoszących się w przestrzeni międzygwiezdnej, o rozmiarach cząsteczek dymu z papierosa. Ziarna pyłu wokół młodych gwiazd pomagają im w formowaniu się i są one składnikami budowlanymi planet.

Dr Loretta Dunne z Uniwersytetu Cardiff, która przewodniczyła badaniom mówi: "Faktycznie żyjemy na bardzo wielkim zbiorowisku ziaren kosmicznego pyłu! Pytanie o pochodzenie pyłu jest w zasadzie pytaniem o początek naszej Ziemi i innych planet".

Supernowe są gwałtownymi wybuchami gwiazd w końcowym okresie ich życia. W jednej chwili supernowa może uwolnić więcej energii niż nasze Słońce wyprodukuje w ciągu całego życia - około 9 miliardów lat. One również produkują wielkie ilości ciężkich pierwiastków jak węgiel czy tlen i wyrzucają je w przestrzeń międzygwiazdową. Ponieważ są one składnikami kosmicznych ziaren pyłu przypuszczano, że supernowe mogą odegrać ważką rolę w wyjaśnieniu pochodzenia pyłu. Jednakże aż do chwili obecnej jedynie niewielkie ilości pyłu zaobserwowano u supernowych.

Haley Morgan, doktorant uniwersytetu w Cardiff wyjaśnia: "Niektóre supernowe są burzliwym końcem gwiazd, które żyją szybko i umierają młodo. Te gwiazdy są wiele razy masywniejsze od naszego Słońca i spalają swoje paliwo tysiące razy szybciej, w ciągu zaledwie kilku milionów lat. Jeśli supernowe byłyby efektywnymi "fabrykami pyłu" to produkowałyby go więcej niż wynosi masa Słońca".

Badacze przyjrzeli się "Kasjopei A", mającej 300 lat pozostałości, powstałej kiedy gwiazda około 30 razy masywniejsza od Słońca wybuchła. Materiał z eksplozji ciągle rozprzestrzenia się z prędkością 10 tys. km/s w postaci fali uderzeniowej, zagarniając otaczający gaz i pył.

Ziarna pyłu blokują połowę światła z gwiazd i galaktyk, ale te pyłowe obłoki mają za to też inną cechę, wypromieniowują skradzione światło z powrotem jako fale w podczerwieni i na falach sub-milimetrowych (o długości od 0.1 do 1 mm). Aby wykryć właśnie te fale, badacze użyli najsilniejszej kamery sub-milimetrowej SCUBA, będącej na wyposażeniu Teleskopu James Clerk Maxwell na Hawajach.

Kamera SCUBA ujawniła pyłową otoczkę wokół Kasjopei A o masie 1-4 razy większej od masy Słońca. Dr Steve Eales, również z uniwersytetu w Cardiff, mówi: "To jest ponad tysiąc razy więcej niż zdołano wykryć do tej pory! Kasjopeja A musi być wyjątkowo efektywna w tworzeniu pyłu z dostępnych jej elementów". Chociaż astronomowie od dawna szukali pyłu w pozostałościach po supernowych to używali jednak kamer w podczerwieni mogących wykryć jedynie ciepły pył. Pracująca na dłuższych, sub-milimetrowych falach kamera SCUBA umożliwia detekcję pyłu chłodniejszego, o temperaturze poniżej 25 kelwinów (-257^oC).

W ostatnich latach dzięki SCUBA odkryto również duże ilości pyłu w galaktykach odległych o ponad 10 mld lat od Ziemi. Światło od nich leciało do nas tak długo, że widzimy je kiedy Wszechświat miał tylko miliard lat - mniej niż jedna dziesiąta jego obecnego wieku. Pochodzenie tego pyłu z przeszłości było zagadką. Astronomowie uważali, że pył pochodzi głównie z wiatru z chłodnych gwiazd w późnym stadium ich życia. Ale gwiazdy takie jak Słońce potrzebują około 9 mld lat aby osiągnąć ten stan, więc niemożliwe było utworzenie pyłu przez wiatr gwiazdowy w ciągu pierwszego miliarda lat istnienia Wszechświata. Pył tworzony szybko w supernowych rozwiązał wreszcie tę zagadkę.

Dr Rob Ivison z Astronomy Technology Centre w Edynburgu mówi: "W skalach astronomicznych masywne gwiazdy stają się supernowymi w mgnieniu oka, więc możemy teraz zrozumieć dlaczego wczesny Wszechświat jest tak bogaty w pył".

"Obserwacje te dają nam upragniony pierwszy wgląd w to, jak powstały pierwsze trwałe cząsteczki we Wszechświecie" - mówi Haley Morgan.

"Pył został zamieciony pod kosmiczny dywan - przez lata astronomowie uważali go za wielką niedogodność z powodu ukrywania światła gwiazd. Ale teraz odkryliśmy pył na krańcach Wszechświata, w pierwszych gwiazdach i galaktykach, i zrozumieliśmy naszą ignorancję, nie znaliśmy nawet jego pochodzenia. Teraz, z supernowymi jako fabrykami pyłu możemy wyjaśnić jak on powstał" - dodaje Loretta Dunne.

Powyższe doniesienie zostało opublikowane w czasopiśmie Nature, z 17. lipca 2003, Vol. 474, s.285.

19 lipca 2003
Źródło | oprac. Krzysztof T. Chyży

Mars Express wystartowł

Orbiter Mars Express i lądownik Bigiel 2

2 czerwca wystartował statek kosmiczny Mars Express. W przestrzeń kosmiczną wyniosła go rakieta Soyuz-Fregat z Kosmodromu Bajkonur w Kazachstanie. Statek składa się z orbitera i lądownika nazwanego Bigiel 2 (ang. Beagle 2). Orbiter stanowi aluminiowa porowata skrzynka o wymiarach 1.5 na 1.8 na 1.4 metra (nie wliczając paneli słonecznych) o łącznej wadze 1220 kg. Lądownik Bigiel 2 podróżuje przymocowany do statku wyglądając trochę jak bardzo duży zegarek kieszonkowy.

Statek doleci do Marsa w grudniu tego roku po przebyciu 400 milionów km. Bigiel 2 osiądzie na planecie, a statek orbitalny wejdzie na orbitę wokół Marsa.

2 czerwiec 2003 23:45 czasu lokalnego: start statku kosmiczego Mars Express z Kosmodromu Bajkonur, Kazachstan

Mars Express przybył na Kosmodrom Bajkonur 20 maja 2003. Statek kosmiczny napełniony 457 kg paliwa został umieszczony na rakiecie Soyuz 24 maja. 29 maja cała konstrukcja została przetoczona na płytę startową. 90 minut po starcie Mars Express odłączył się od rakiety Soyuz-Fregat. Statek wszedł na orbitę międzyplanetarną. Zaczęły działać panele słoneczne i statek nawiązał łączność ze stacją naziemną. W czasie lotu na Marsa będzie kontaktował się z Ziemią tylko raz dziennie.

Mars Express podróżuje ku Czerwonej Planecie z prędkością 3 km/s względem Ziemi. 3 dni po starcie zwolniono dodatkowe zaciski mocujące lądownik Bigiel 2 do statku, które zapewniały mu idealne przymocowanie w czasie startu i chroniły przed wibracjami. W przestrzeni kosmicznej są już zupełnie niepotrzebne. Następnie urządzenie pirotechniczne uwolni zaciski, co pomoże wystrzelić Bigla 2, gdy statek przybędzie na Marsa. Nastąpi to 6 dni przed lądowaniem na Czerwonej Planecie, kiedy to lądownik oderwie się od orbitera. Bigiel 2 waży tylko 60 kg i jest za lekki, by nieść mechanizm sterowniczy. Nie potrafi również odbierać komend w trakcie rejsu i lądowania. Nie ma własnego napędu. Lądowaniem Bigla pokieruje orbiter. Operacją tą sterować będzie naziemna kontrola lotu w Darmstadt w Niemczech. Orbiter wystrzeli lądownik a sam pozostanie na kursie kolizyjnym z planetą. Następnym trudnym krokiem będzie zmiana jego trajektorii i wyhamowanie prędkości do 1.8 km/s. Przy takiej prędkości grawitacja planety "przechwyci" orbiter i uczyni z niego swojego satelitę. Kolejnych kilkanaście manewrów zmieni jego orbitę i dopiero potem orbiter rozpocznie obserwacje.

Lądownik Bigiel 2

Tymczasem Bigiel 2 wyląduje gdzieś w obszarze równikowym nazwanym Isidis Planitia, wewnątrz elipsy o długości 300 km i szerokości 150 km. Od zbyt twardego lądowania chronić go będą spadochrony i poduszki wypełnione gazem. Gdy bezpiecznie wyląduje, wyśle sygnał, który odbierze radioteleskop Jodrell Bank w Wielkiej Brytanii. Sygnał składa się z 9 nut, które skomponowała angielska grupa muzyczna Blur.

Mars Express będzie badał marsjańską powierzchnie i atmosferę przez conajmniej 2 lata (1 rok marsjański). Wyposażony jest m.in. w kamerę, która będzie mapować planetę z rozdzielczością 10 metrów, a spektrometr stworzy mineralną mapę Marsa z dokładnością do 100 metrów. Lądownik będzie działać na powierzchni przez około 6 miesięcy transmitując dane na Ziemię poprzez orbiter. Wyposażony jest w 2 kamery, mikroskop i 2 spektrometry. Jest w stanie dowiercić się w głąb skorupy Marsa do głębokości 2 metrów i na miejscu zanalizować próbki.

Mars Express będzie badał m.in. ewolucje planety, jej wewnętrzną aktywność, obecność wody na Marsie oraz możliwe przeszłe lub obecne ślady życia.

Mars Express

Naukowcy dokładali wszelkich starań, aby zdążyć z misją Mars Express na czas. A czas jest niezwykły, bo tego lata Mars i Ziemia są wyjątkowo blisko siebie. Możliwość wystrzelenia rakiety na Czerwona Planetę pojawia się co 26 miesięcy, gdy Słońce, Ziemia i Mars ułożone są w linii prostej. Jednak tego lata planety będą wyjątkowo blisko siebie - sytuacja taka zdarza się co 15 - 17 lat. Obliczenia pokazały, że najlepszy czas na start statku, uwzględniając jak najmniejsze zużycie paliwa i najkrótszy czas trwania podróży, przypada między 23 maja a 21 czerwca. Nic więc dziwnego, że naukowcy stanęli do wyścigu z czasem, aby "nie zamknęło się im przed nosem" tak korzystne okno startowe. Mimo pośpiechu nie zrezygnowano z żadnych zaplanowanych prób i testów - naukowcy mieli więc pełne ręce roboty.

Jest to pierwsza europejska podróż na Marsa. Mars Express kosztował 300 milionów euro, dużo mniej niż inne porównywalne misje planetarne. Niski koszt osiągnięto m.in. dzięki powtórnemu wykorzystaniu już istniejących instrumentów oraz sprzętu komputerowego. Mars Ekspres został stworzony przy współudziale 24 firm z 15 krajów członkowskich Europejskiej Agencji Kosmicznej oraz Stanów Zjednoczonych.

14 czerwca 2003
Źródło | oprac. Karolina Zawada

Największy plac budowy we Wszechświecie

Satelita Chandra obserwował dwa bardzo odległe "place budowy", na których praca wre pełną parą. Place budowy to dwie galaktyki a ich obserwacje pokazują w jaki sposób super masywne czarne dziury kontrolują wzrost masy galaktyk w odległym Wszechświecie.

 

Obrazy z satelity Chandra pokazują dwie masywne galaktyki okryte rozległą chmurą wysoko-energetycznych cząstek, które dowodzą wybuchowej przeszłości tych obiektów. W obu galaktykach dżety, widoczne na falach radiowych oraz X, pozwalają śledzić ową aktywność w głąb, aż do centralnie położonej supermasywnej czarnej dziury. Dżety ogrzewają gaz znajdujący się na zewnątrz galaktyki w obszarach o szerokości setek tysięcy lat świetlnych. Źródło: 4C41.17: NASA/CXC/Columbia/C.Scharf et al.; 3C294: NASA/CXC/IoA/A.Fabian et al.

Chandra wykryła promieniowanie X pochodzące z rozległych chmur wysoko-energetycznych cząstek otaczających dwie galaktyki 3C294 oraz 4C41.17. Te energetyczne cząstki są pozostałością po wybuchach, które można śledzić poprzez dżety na falach X i na falach radiowych w głąb dwu galaktyk aż do supermasywnych czarnych dziur ulokowanych w ich centrach. Galaktyki oddalone są od Ziemi o 10 miliardów (3C294) i 12 miliardów (4C41.17) lat świetlnych.

Prawdopodobnie jesteśmy świadkami energetycznej fazy, podczas której supermasywna czarna dziura przekazuje znaczną ilość energii do gazu otaczającego galaktykę. Obserwacje te mogą pomóc wyjaśnić własności dzisiejszych galaktyk, szczególnie tych, które tworzą wielkie gromady galaktyk.

Wyłania się z tych obserwacji obraz wielkiego kosmicznego cyklu. Gęste obszary międzygalaktycznego gazu ochładzają się tworząc kilkanaście mniejszych galaktyk, które następnie łączą się tworząc większą galaktykę z supermasywną czarną dziurą. Galaktyka i jej centralnie położona czarna dziura nadal wzrastają, aż energia wygenerowana przez dżety z najbliższego otoczenia aktywnej czarnej dziury zatrzyma spadek materii na nią. Miliony lat po ustąpieniu aktywności dżetów materia ponownie zacznie spadać na czarną dziurę i cykl rozpoczyna się na nowo.

Tak 3C294 jak i 4C41.17 znajdują się w obszarach przestrzeni zawierającej niezwykle dużą ilość galaktyk. Gaz i galaktyki otaczające omawiane galaktyki zapadną się grawitacyjnie tworząc w ostateczności gromady galaktyk, czyli jedne z najbardziej masywnych obiektów we Wszechświecie. Chociaż 3C294 i 4C41.17 będą rosnąć do gigantycznych rozmiarów, poprzez gromadzenie otaczającej materii, która formuje setki milionów gwiazd, ich wzrost nie będzie przebiegać w sposób niekontrolowany. Obserwacje Chandry mogą pomóc zrozumieć w jaki sposób natura próbuje narzucić ograniczenia masy na najbardziej masywne galaktyki.

Gorąca wirująca materia wokół supermasywnych czarnych dziur w obu galaktykach wyrzuciła dżety wysoko-energetycznych cząstek, które po raz pierwszy zostały zidentyfikowane przez radioteleskopy. Dżety te, widziane również przez Chandrę, wymiotły chmury pyłu i gazu, i pomogły rozpocząć proces formowania miliardów nowych gwiazd. Pyłowe chmury nowo-powstających gwiazd w 4C41.17 widziane w podczerwieni jawią się jako najbardziej energetyczne źródło promieniowania podczerwonego jakie do tej pory zaobserwowano. Chmury te osadzone są w jeszcze większych obłokach gazu.

W Obserwatorium Kecka obserwowano te większe obłoki, które mają temperaturę 10 000 stopni. Chmury te są pozostałością po okresie formowania galaktyk i pod nieobecność innych źródeł ciepła powinny były ochłodzić się gwałtownie wypromieniowując swoją energię. A jednak obłoki są ciepłe. Ciepły gaz chmur odpowiada najbardziej rozległej emisji promieniowania X. Energii potrzebnej do podświetlenia obłoku dostarczać mogły wysokoenergetyczne cząstki lub promieniowanie.

Najwięcej promieniowania rentgenowskiego z 4C41.17 i 3C294 pochodzi ze zderzeń energetycznych elektronów z fotonami kosmiczego promieniowania tła, które stworzone zostały gdy Wszechświat był młody i gorący. Ponieważ galaktyki są bardzo odległe od nas, ich obserwowane obecnie promieniowanie powstało, gdy Wszechświat był młodszy, a promieniowanie tła intensywniejsze. Efekt ten wzmocnił promieniowanie X i pomaga astronomom w studiowaniu bardzo odległych galaktyk.

Artykuły dotyczące przedstawionego odkrycia ukażą się w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (dot. galaktyki 3C294, główny autor Andrew Fabian ) i The Astrophysical Journal (dot. galaktyki 4C41.17, główny autor Caleb Scharf)

5 czerwca 2003
Źródło | oprac. Karolina Zawada

Orion | Astro - Wiadomości