Dzięki niespotykanym rozbłyskom, martwe gwiazdy wykazują oznaki życia

Po wybuchowej śmierci odległej gwiazdy, astronomowie zaobserwowali powtarzające się energetyczne rozbłyski, które trwały przez kilka miesięcy. To zjawisko nigdy wcześniej nie było obserwowane.

Jasne, krótkotrwałe błyski, trwające zaledwie kilka minut, pojawiły się w wyniku rzadkiego rodzaju gwiezdnego kataklizmu, który naukowcy postanowili zbadać. Ten rodzaj zjawiska jest znany jako świecący szybko niebieski optyczny obiekt przejściowy (ang. luminous fast blue optical transients – LFBOT). Te błyski były tak potężne jak pierwotna eksplozja, która nastąpiła 100 dni wcześniej.

Od momentu ich odkrycia w 2018 roku, astronomowie spekulowali na temat źródła napędu dla tych niezwykle ekstremalnych eksplozji, które są znacznie jaśniejsze niż zwykłe gwałtowne końce, jakich doświadczają masywne gwiazdy, które jednocześnie słabną w ciągu dni, a nie tygodni. Badacze zespołu są przekonani, że nieznana wcześniej jasność tych rozbłysków, badana przy użyciu 15 teleskopów na całym świecie, potwierdza, że źródłem muszą być gwiezdne zwłoki: czarna dziura lub gwiazda neutronowa.

Nie widzimy żadnych innych możliwości, które mogłyby wywoływać tego rodzaju rozbłyski – powiedziała Anna Y.Q. Ho z College of Arts and Science. To rozstrzyga wieloletnią debatę na temat źródła napędu dla tego typu eksplozji i ujawnia niezwykle bezpośrednią metodę badania aktywności martwych gwiazd.

Ho jest pierwszą autorką artykułu, który został opublikowany we współpracy z ponad 70 innymi autorami. W artykule scharakteryzowano LFBOT, który został oficjalnie oznaczony jako AT2022tsd i nazwany „Diabłem tasmańskim”. Dodatkowo, artykuł opisuje wynikające ze zdarzenia impulsy światła widoczne około miliarda lat świetlnych od Ziemi.

Ho napisała oprogramowanie, które oznaczyło to zdarzenie we wrześniu 2022 roku, podczas przeglądania pół miliona zjawisk przejściowych, wykrywanych codziennie w przeglądzie całego nieba przeprowadzanym przez kalifornijski Zwicky Transient Facility.

Następnie, w grudniu 2022 roku, podczas rutynowego monitorowania słabnącej eksplozji, Ho oraz jej współpracownicy Daniel Perley z Uniwersytetu Liverpool John Moores w Anglii oraz Ping Chen z Instytutu Naukowego Weizmanna w Izraelu, spotkali się, aby przejrzeć nowe obserwacje przeprowadzone i przeanalizowane przez Ping. Był to zestaw pięciu obrazów, każdy obejmujący kilka minut. Pierwszy obraz, zgodnie z oczekiwaniami, nie pokazał niczego niezwykłego, ale na drugim pojawiło się światło, a następnie pojawił się intensywnie jasny skok w środkowej klatce, który szybko zniknął.

Nikt w rzeczywistości nie miał pojęcia, co powiedzieć – wspomina Ho. Nigdy wcześniej nie spotkaliśmy się z czymś takim – czymś tak szybkim i o takiej intensywności jak pierwotna eksplozja, która nastąpiła kilka miesięcy później – ani w przypadku żadnej supernowej, ani w przypadku FBOT. W astronomii nigdy wcześniej nie mieliśmy do czynienia z czymś takim.

Aby dokładniej zbadać nagłe ponowne pojaśnienie, badacze zaangażowali partnerów, którzy dostarczyli obserwacje z kilkunastu innych teleskopów, w tym jednego wyposażonego w szybką kamerę. Zespół przeanalizował wcześniejsze dane i pracował nad wyeliminowaniem innych możliwych źródeł światła. Ich analiza ostatecznie potwierdziła wystąpienie co najmniej 14 nieregularnych impulsów świetlnych w ciągu 120 dni, co prawdopodobnie stanowi jedynie ułamek całkowitej liczby – taką informację przekazała Ho.

Niesamowite jest to, że zamiast znikać, jak można by się spodziewać, źródło rozjaśniło się ponownie – i znowu, i znowu – powiedziała. LFBOTy już są rodzajem dziwnego, egzotycznego zdarzenia, a to było jeszcze dziwniejsze.

Dokładne procesy zachodzące w tej gwieździe – możliwe, że związane z czarną dziurą wyrzucającą strumienie materii gwiazdowej na zewnątrz z prędkością zbliżoną do prędkości światła – nadal są badane. Ho jest pełna nadziei, że te badania przyczynią się do osiągnięcia długoterminowych celów związanych z ustaleniem, w jaki sposób właściwości gwiazd w trakcie swojego życia mogą przewidywać sposób ich śmierci oraz rodzaj pozostałości, które wytwarzają.

Ho zauważyła, że w przypadku LFBOT szybka rotacja lub silne pole magnetyczne prawdopodobnie odgrywają kluczową rolę w ich mechanizmach startowych. Istnieje również możliwość, że nie są to typowe supernowe, lecz raczej wynik połączenia gwiazdy z czarną dziurą.

Być może jesteśmy świadkami zupełnie innego kanału dla kosmicznych kataklizmów – powiedziała.

Ho powiedziała, że niezwykłe eksplozje dają nam nową perspektywę na cykle życia gwiazd. Zazwyczaj możemy zobaczyć jedynie krótkie momenty różnych etapów – gwiazdy, eksplozji, pozostałości – ale teraz dzięki eksplozjom LFBOT mamy okazję obserwować gwiazdę w trakcie przechodzenia do życia pozagwiezdnego.

Pozostałości nie tylko są obecne, ale także są aktywne i wykonują działania, które możemy wykryć – powiedziała Ho. Dodatkowo, uważamy, że te rozbłyski mogą pochodzić z jednej z tych świeżo utworzonych pozostałości, co daje nam możliwość zbadania ich właściwości w momencie ich powstawania.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
Cornell University

Vega

Na ilustracji: Wizja artystyczna AT2022tsd, eksplozji w odległej galaktyce. Obraz przedstawia jedno z możliwych wyjaśnień: czarna dziura akreująca materię z dysku akrecyjnego i napędza strumień. Zmiany kierunku strumienia mogą powodować obserwowane gwałtowne rozbłyski. Źródło: Robert L. Hurt/Caltech/IPAC

_________________
Pozdrawiam,
Agnieszka Nowak
Prezes O/Kraków PTMA, krakow[at]ptma.pl, agnieszka.nowak[at]ptma.pl PTMA Kraków, Facebook
Vega
Urania
Astronarium
Sky Watcher 127/1500, EOS 7D, Canon 15-85, Canon 75-300, Canon 50/1.8, Samyang Fish Eye 8mm

Obserwacja ALMA młodej gwiazdy ujawnia szczegóły polaryzacji ziaren pyłu

Korzystając z ALMA wykonano najwyższej rozdzielczości zdjęcie polaryzacji pyłu, jakie kiedykolwiek udało się uzyskać dla dysku protoplanetarnego.

ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ma wiele celów, w tym badanie powstawania i ewolucji układów planetarnych. Młode gwiazdy często są otoczone dyskiem gazu i pyłu, z którego mogą formować się planety. ALMA przeprowadził wiele obserwacji wysokiej rozdzielczości, w tym jedno z pierwszych zdjęć młodej gwiazdy HL Tauri. Ta gwiazda znajduje się tylko 480 lat świetlnych od nas i jest otoczona dyskiem protoplanetarnym. Dysk ten ma widoczne szczeliny, które mogą być miejscem formowania się młodych protoplanet. Proces formowania planet jest bardzo skomplikowany i wciąż go nie w pełni rozumiemy. W trakcie tego procesu ziarna pyłu w dysku zaczynają się zderzać i przylegać do siebie, powodując powolny wzrost. To może prowadzić do powstania obiektów podobnych do tych w naszym Układzie Słonecznym.

Badanie ziaren pyłu w złożonych strukturach może odbywać się poprzez analizę polaryzacji emitowanych przez nie fal świetlnych. Wcześniejsze badania nad HL Tauri skupiały się na mapowaniu polaryzacji, ale nowe badania przeprowadzone przez grupę naukowców dostarczyły obrazu polaryzacyjnego tej gwiazdy o niezwykłej szczegółowości. Uzyskany obraz opiera się na aż 10-krotnie większej liczbie pomiarów polaryzacji w porównaniu do jakiegokolwiek innego zarejestrowanego dysku, oraz 100-krotnie większej liczbie pomiarów w porównaniu do większości innych dysków. Według opublikowanych w czasopiśmie Nature badań, jest to bez wątpienia najbardziej szczegółowy obraz polaryzacyjny jakiegokolwiek dotąd zarejestrowanego dysku.

Obraz został zarejestrowany w rozdzielczości 5 jednostek astronomicznych (j.a.), co odpowiada mniej więcej odległości Jowisza od Słońca. Wcześniejsze obserwacje polaryzacji miały znacznie niższą rozdzielczość i nie ujawniały subtelnych wzorców polaryzacji wewnątrz dysku. Na przykład, zespół badawczy odkrył, że ilość spolaryzowanego światła jest większa po jednej stronie dysku niż po drugiej, co prawdopodobnie wynika z asymetrii w rozkładzie ziaren pyłu lub ich właściwości w całym dysku. Ziarna pyłu często nie mają kształtu kulistego. Mogą być spłaszczone jak gruby naleśnik lub wydłużone jak ziarenko ryżu. Gdy światło jest emitowane lub rozpraszane przez te ziarna pyłu, może ulec polaryzacji, co oznacza, że fale świetlne mają określoną orientację, a nie są losowo skierowane. Te nowe wyniki sugerują, że ziarna pyłu w dysku zachowują się bardziej jak ziarna wydłużone, co nakłada silne ograniczenia na ich kształt i wielkość.

Zaskakującym wynikiem badania jest fakt, że w szczelinach dysku występuje więcej polaryzacji niż w pierścieniach, mimo że to właśnie w pierścieniach znajduje się większa ilość pyłu. Polaryzacja w szczelinach ma bardziej azymutalny charakter, co sugeruje, że polaryzacja jest przenoszona z wyrównanych ziaren pyłu wewnątrz szczelin. Natomiast polaryzacja w pierścieniach jest bardziej jednorodna, co wskazuje na to, że pochodzi głównie z efektu rozproszenia. Ogólnie rzecz biorąc, polaryzacja jest wynikiem kombinacji rozproszenia światła oraz wyrównania ziaren pyłu. Na podstawie dostępnych danych nie jest jasne, co dokładnie powoduje wyrównanie ziaren pyłu wewnątrz szczelin. Prawdopodobnie nie jest to spowodowane wyrównaniem względem pola magnetycznego dysku, co jest typowe dla większości pyłu występującego poza dyskami protoplanetarnymi. Obecnie uważa się, że ziarna są wyrównane mechanicznie, być może poprzez własną aerodynamikę, gdy krążą wokół centralnej młodej gwiazdy.

Co odkryją dalsze badania HL Tau? Nowa publikacja jasno pokazuje, że do poznania szczegółów dotyczących ziaren pyłu potrzebna jest wysoka rozdzielczość obserwacji polaryzacyjnych. Jako najpotężniejszy na świecie interferometr, ALMA będzie podstawowym instrumentem do kontynuowania tych badań.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
NRAO

Vega

Na ilustracji: Pierścienie pyłu otaczające HL Tauri, z wzorami linii pokazującymi orientację spolaryzowanego światła. Źródło: NSF/AUI/NRAO/B. Saxton/Stephens i inni

_________________
Pozdrawiam,
Agnieszka Nowak
Prezes O/Kraków PTMA, krakow[at]ptma.pl, agnieszka.nowak[at]ptma.pl PTMA Kraków, Facebook
Vega
Urania
Astronarium
Sky Watcher 127/1500, EOS 7D, Canon 15-85, Canon 75-300, Canon 50/1.8, Samyang Fish Eye 8mm

Całkowicie nowe spojrzenie na galaktyki karłowate otaczające Drogę Mleczną

Nowe badania wskazują, że większość galaktyk satelitarnych Drogi Mlecznej może być zniszczona po wejściu w halo galaktyczne.

Nowe badania sugerują, że większość uznawanych za długowieczne galaktyk satelitarnych naszej Drogi Mlecznej może w rzeczywistości zostać zniszczona po wejściu w halo galaktyczne. Analizując najnowszy katalog z satelity Gaia, międzynarodowy zespół naukowców odkrył, że galaktyki karłowate mogą być w stanie znajdować się poza równowagą. To badanie stawia ważne pytania dotyczące standardowego modelu kosmologicznego, szczególnie związane z występowaniem ciemnej materii w naszym najbliższym otoczeniu.

Przez długi czas uważano, że galaktyki karłowate wokół Drogi Mlecznej są starożytnymi satelitami, które krążą wokół naszej Galaktyki od prawie 10 miliardów lat. Istnienie tych galaktyk wymagało ogromnych ilości ciemnej materii, która chroni je przed silnym oddziaływaniem grawitacyjnym naszej Galaktyki. Przyjęto, że obserwowane różnice w prędkościach gwiazd w tych galaktykach karłowatych są spowodowane właśnie ciemną materią.

Najnowsze dane z Gaia dostarczyły zupełnie nowego obrazu właściwości galaktyk karłowatych. Poprzez analizę energii orbitalnej obiektów w zależności od czasu ich wejścia do halo Drogi Mlecznej, zespół astronomów był w stanie oszacować historię naszej Galaktyki. Okazało się, że obiekty, które przybyły wcześniej, gdy Droga Mleczna była mniej masywna, mają niższe energie orbitalne niż te, które przybyły później. Co ciekawe, większość galaktyk karłowatych ma znacznie większe energie orbitalne niż galaktyka karłowata Sagittarius, która weszła do halo około 5-6 miliardów lat temu. To sugeruje, że większość galaktyk karłowatych pojawiła się znacznie później, mniej niż trzy miliardy lat temu.

Niedawne odkrycia sugerują, że galaktyki karłowate znajdujące się niedaleko naszej galaktyki pochodzą spoza halo, gdzie większość galaktyk karłowatych posiada duże zbiorniki neutralnego gazu. Galaktyki bogate w gaz straciły go w wyniku kolizji z gorącym gazem halo galaktycznego. Ten proces spowodował gwałtowne wstrząsy i turbulencje, które całkowicie zmieniły strukturę galaktyk karłowatych. Wcześniej bogate w gaz galaktyki karłowate były zdominowane przez rotację gazu i gwiazd, jednak po utracie gazu ich grawitacja została zrównoważona przez przypadkowe ruchy pozostałych gwiazd. Ten gwałtowny proces utraty gazu sprawił, że prędkość poruszania się gwiazd w tych galaktykach nie jest już w równowadze z przyspieszeniem grawitacyjnym. Efekty utraty gazu i wstrząsów grawitacyjnych, wynikających z zanurzenia w Galaktyce, wyjaśniają szeroki rozrzut prędkości gwiazd obserwowany w galaktykach karłowatych.

Jednym z ciekawych wniosków tego badania jest rola ciemnej materii. Po pierwsze, brak równowagi w galaktykach karłowatych Drogi Mlecznej uniemożliwia dokładne oszacowanie ich dynamicznej masy oraz zawartości ciemnej materii. Po drugie, w poprzednich teoriach ciemna materia była uważana za czynnik stabilizujący galaktyki karłowate. Jednak w przypadku galaktyk pozbawionych równowagi, odwołanie się do ciemnej materii staje się problematyczne. W rzeczywistości, gdyby galaktyka karłowata zawierała znaczną ilość ciemnej materii, ta obecność zapobiegłaby jej transformacji w galaktykę o chaotycznych ruchach gwiazd, tak jak zaobserwowano.

Opisane niedawne odkrycia dotyczące galaktyk karłowatych i ich przemian w halo doskonale wyjaśniają wiele obserwowanych cech tych obiektów, zwłaszcza fakt, że posiadają one gwiazdy rozlokowane na znaczne odległości od centrum. Ich właściwości wydają się być zgodne z brakiem ciemnej materii, w przeciwieństwie do wcześniejszego poglądu, że galaktyki karłowate są zdominowane przez ciemną materię. Powstaje wiele pytań, takich jak: gdzie znajduje się wiele galaktyk karłowatych z ciemną materią, których standardowy model kosmologiczny przewiduje wokół Drogi Mlecznej? Jak możemy wnioskować o obecności ciemnej materii w galaktyce karłowatej, gdy brak jest równowagi? Jakie inne obserwacje mogą odróżnić galaktyki karłowate pozbawione równowagi od klasycznego obrazu galaktyk karłowatych zdominowanych przez ciemną materię?

Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
AIP

Vega

Na ilustracji: Galaktyki karłowate wokół Drogi Mlecznej. Źródło: ESA/Gaia/DPAC

_________________
Pozdrawiam,
Agnieszka Nowak
Prezes O/Kraków PTMA, krakow[at]ptma.pl, agnieszka.nowak[at]ptma.pl PTMA Kraków, Facebook
Vega
Urania
Astronarium
Sky Watcher 127/1500, EOS 7D, Canon 15-85, Canon 75-300, Canon 50/1.8, Samyang Fish Eye 8mm

Galaktyki karłowate korzystają z długotrwałego okresu spokoju, aby wytworzyć gwiazdy

Patrząc na masywne galaktyki pełne gwiazd, można odnieść wrażenie, że działają one jak fabryki gwiazd, wytwarzając wspaniałe kule gazu. Jednak w rzeczywistości to mniej rozwinięte galaktyki karłowate posiadają większe obszary, w których powstają nowe gwiazdy, charakteryzujące się wyższym tempem formowania się.

Naukowcy z Uniwersytetu Michigan odkryli teraz przyczynę tego zjawiska: galaktyki te doświadczają 10-milionowego opóźnienia w procesie usuwania gazu, który zanieczyszcza ich środowisko. Dzięki temu regiony gwiazdotwórcze są w stanie zatrzymać swoje zasoby gazu i pyłu, umożliwiając łączenie się i ewolucję większej liczby gwiazd.

W przypadku tych stosunkowo dziewiczych galaktyk karłowatych, masywne gwiazdy o masie od 20 do 200 razy większej od masy naszego Słońca nie eksplodują jako supernowe, lecz zapadają się w czarne dziury. Jednak w bardziej rozwiniętych i zanieczyszczonych galaktykach, takich jak nasza Droga Mleczna, istnieje większe prawdopodobieństwo, że gwiazdy eksplodują, generując zbiorowy superwiatr. W wyniku tego procesu gaz i pył są wyrzucane z galaktyki, a tempo formowania się nowych gwiazd szybko maleje.

Wyniki ich badań zostały opublikowane w Astrophysical Journal.

Kiedy gwiazdy eksplodują jako supernowe, zanieczyszczają swoje otoczenie, produkując i uwalniając metale – powiedziała Michelle Jecmen, główna autorka badania. Nasza teza zakłada, że w przypadku środowisk galaktyk o niskiej metaliczności, które są stosunkowo mało zanieczyszczone, występuje 10-milionowe opóźnienie w wystąpieniu silnych superwiatrów, co z kolei przyspiesza proces formowania się gwiazd.

Naukowcy odnoszą się do tzw. sekwencji Hubble'a, diagramu opracowanego przez astronoma Edwina Hubble'a, który służył do klasyfikacji galaktyk. Na głównej gałęzi sekwencji znajdują się największe galaktyki. Są to ogromne, okrągłe i w pełni rozwinięte galaktyki, które już przekształciły cały dostępny gaz w gwiazdy. Wzdłuż odgałęzień sekwencji znajdują się galaktyki spiralne, które posiadają gaz oraz obszary gwiazdotwórcze rozmieszczone wzdłuż spiralnych ramion. Na końcu odgałęzień sekwencji znajdują się najmniejsze i najmniej rozwinięte galaktyki.

Te galaktyki karłowate wykazują naprawdę ogromne obszary gwiazdotwórcze – zauważyła Sally Oey, astronom z Uniwersytetu Michigan i główna autorka badania. Istniało kilka hipotez, które próbowały wyjaśnić ten fenomen, ale odkrycie Michelle dostarcza bardzo przekonującego wyjaśnienia: te galaktyki mają trudności z utrzymaniem procesów tworzenia gwiazd, ponieważ nie są w stanie wydmuchać gazu.

Dodatkowo, ten okres trwający 10 milionów lat daje astronomom możliwość przyjrzenia się scenariuszom przypominającym kosmiczny świt – okres tuż po Wielkim Wybuchu – powiedziała Jecmen. W dziewiczych galaktykach karłowatych gaz gromadzi się i tworzy szczeliny, przez które może uciekać promieniowanie. To zjawisko, wcześniej znane jako „model szpicy płotu”, polega na tym, że promieniowanie UV ucieka między szczelinami w strukturze. Opóźnienie to wyjaśnia, dlaczego gaz ma czas na skondensowanie się.

Promieniowanie UV jest ważne, ponieważ jonizuje wodór – proces, który również miał miejsce tuż po Wielkim Wybuchu, powodując, że Wszechświat zmienił się z nieprzezroczystego w przezroczysty.

Z tego powodu obserwowanie galaktyk karłowatych o niskiej metaliczności, emitujących dużo promieniowania UV, jest w pewnym stopniu porównywalne do patrzenia wstecz, aż do kosmicznego świtu – powiedziała Jecmen. Rozumienie czasu bliskiego Wielkiemu Wybuchowi jest niezwykle interesujące. Stanowi to fundament naszej wiedzy. To coś, co wydarzyło się tak dawno temu – jest fascynujące, że możemy obserwować podobne sytuacje w galaktykach, które istnieją dzisiaj.

W drugim badaniu, które zostało opublikowane w Astrophysical Journal Letters i było prowadzone przez Oey, skorzystano z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, aby przyjrzeć się Mkr 71, regionowi w pobliskiej galaktyce karłowatej NGC 2366, oddalonej o około 10 milionów lat świetlnych. W Mkr 71 zespół naukowców znalazł obserwacyjne dowody potwierdzające scenariusz Jecmen. Wykorzystując nową technikę opartą na HST, zespół zastosował zestaw filtrów, które analizują światło potrójnie zjonizowanego węgla.

Jak powiedziała Oey, w bardziej rozwiniętych galaktykach, gdzie występuje wiele wybuchów supernowych, te eksplozje podgrzewają gaz w gromadzie gwiazd do bardzo wysokich temperatur, sięgających milionów Kelwinów. W wyniku tego gorącego superwiatru, gaz w gromadzie jest wyrzucany na zewnątrz. Jednak w środowiskach o niskiej metaliczności, takich jak Mkr 71, gdzie brak wybuchów supernowych, energia w regionie jest wypromieniowywana. To oznacza, że nie ma szans na powstanie gorącego superwiatru w tego typu galaktykach.

Filtry zespołu naukowego uchwyciły rozproszoną poświatę zjonizowanego węgla w całym obszarze Mkr 71, co jednoznacznie wskazuje, że energia jest wypromieniowywana. W rezultacie nie ma obecności gorącego superwiatru, a zamiast tego gęsty gaz pozostaje w całym środowisku, nie zostaje wyrzucony na zewnątrz.

Oey i Jecmen powiedziały, że ma to wiele implikacji dla ich pracy.

Nasze odkrycia mogą mieć również istotne znaczenie dla wyjaśnienia właściwości galaktyk, które są obecnie obserwowane w kosmicznym świcie przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba – powiedziała Oey. Myślę, że nadal jesteśmy na etapie poznawania konsekwencji tego zjawiska.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
Uniwersytet Michigan

Vega

Na ilustracji: Obszar chodzenia Mkr 71 sfotografowany przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a. Źródło: Sally Oey (University of Michigan), NASA, ESA

_________________
Pozdrawiam,
Agnieszka Nowak
Prezes O/Kraków PTMA, krakow[at]ptma.pl, agnieszka.nowak[at]ptma.pl PTMA Kraków, Facebook
Vega
Urania
Astronarium
Sky Watcher 127/1500, EOS 7D, Canon 15-85, Canon 75-300, Canon 50/1.8, Samyang Fish Eye 8mm

JWST odkrywa nowe struktury w sercu Drogi Mlecznej

Nowe zdjęcie z Teleskopu Webba ukazuje gęste centrum Drogi Mlecznej z niespotykanymi szczegółami. Region Sgr C znajduje się blisko centralnej czarnej dziury Galaktyki, Sgr A*.

Najnowsze zdjęcie z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba przedstawia część gęstego centrum naszej Galaktyki z niespotykanymi dotąd szczegółami. Zdjęcie ujawnia struktury, które astronomowie muszą jeszcze wyjaśnić i które nigdy wcześniej nie były widoczne. W odległości około 300 lat świetlnych od centralnej supermasywnej czarnej dziury Drogi Mlecznej, Sagittarius A*, znajduje się region gwiazdotwórczy o nazwie Sagittarius C (Sgr C).

Nigdy wcześniej nie mieliśmy dostępu do danych podczerwonych tego regionu o takiej rozdzielczości i czułości, jakie dostarcza Teleskop Webba. Dlatego po raz pierwszy możemy zobaczyć wiele obiektów. Webb ujawnia niesamowitą ilość szczegółów, co umożliwia nam badanie procesu formowania się gwiazd w tego typu środowisku w sposób, który wcześniej był niemożliwy – powiedział główny badacz zespołu obserwacyjnego, Samuel Crowe, student studiów licencjackich na University of Virginia w Charlottesville.

Galaktyczne centrum jest najbardziej ekstremalnym środowiskiem w naszej Drodze Mlecznej, gdzie obecne teorie formowania się gwiazd mogą zostać poddane najbardziej rygorystycznym testom – dodał profesor Jonathan Tan, jeden z doradców Crowe'a na Uniwersytecie Wirginii.

Na zdjęciu zidentyfikowano gromadę protogwiazd spośród szacowanych 500 000 gwiazd. Gromada ta składa się z gwiazd, które wciąż się formują i nabierają masy, wytwarzając wypływy, które świecą niczym ognisko w ciemnym w podczerwieni obłoku. W centrum tej młodej gromady znajduje się znana już wcześniej masywna protogwiazda, której masa przekracza 30-krotnie masę naszego Słońca. Obłok, z którego wyłaniają się protogwiazdy, jest tak gęsty, że światło gwiazd znajdujących się za nim nie dociera do Teleskopu Webba. Dlatego na zdjęciu wydaje się, że jest mniej zatłoczone, podczas gdy w rzeczywistości jest to jeden z najgęściej upakowanych obszarów na obrazie. Widoczne są również mniejsze, ciemne w podczerwieni obłoki, które wyglądają jak dziury w polu gwiazdowym. To właśnie w tych miejscach formują się przyszłe gwiazdy.

Instrument NIRCam (Near-Infrared Camera) Teleskopu Webba uchwycił również emisję na dużą skalę ze zjonizowanego wodoru otaczającego dolną część ciemnego obłoku, co zostało pokazane na zdjęciu w kolorze niebieskim. Według Crowe'a, zazwyczaj jest to wynikiem emisji energetycznych fotonów przez młode, masywne gwiazdy. Jednak rozległy obszar, ukazany przez Teleskop Webba, stanowi zaskoczenie i wymaga dalszych badań. Inną cechą tego regionu, którą Crowe planuje dalej zbadać, są struktury przypominające igły w zjonizowanym wodorze, które wydają się być chaotycznie zorientowane w różnych kierunkach.

Centrum Galaktyki to miejsce tłoczne i burzliwe. Znajdują się tam namagnesowane i turbulentne obłoki gazu, w których formują się gwiazdy. Te gwiazdy następnie wpływają na otaczający gaz za pomocą wypływających wiatrów, strumieni i promieniowania – powiedział Rubén Fedriani, który jest współwykonawcą projektu z Instituto Astrofísica de Andalucía w Hiszpanii. Dane z Teleskopu Webba dostarczają nam ogromną ilość informacji na temat tego ekstremalnego środowiska, ale dopiero zaczynamy zgłębiać jego tajemnice.

Centrum Galaktyki, które znajduje się około 25 000 lat świetlnych od Ziemi, jest na tyle bliskie, że pozwala badać pojedyncze gwiazdy za pomocą Teleskopu Webba. To daje astronomom możliwość zebrania bezprecedensowych informacji na temat procesu formowania gwiazd i tego, jak może on zależeć od kosmicznego środowiska, szczególnie w porównaniu z innymi regionami Galaktyki. Na przykład, czy bardziej masywne gwiazdy powstają w centrum Drogi Mlecznej, w przeciwieństwie do krawędzi jej ramion spiralnych?

Obraz z Webba jest oszałamiający, a wnioski, jakie dzięki niemu uzyskamy, są jeszcze lepsze – powiedział Crowe. Masywne gwiazdy to fabryki, które produkują ciężkie pierwiastki w swoich jądrach, więc lepsze ich zrozumienie jest jak poznanie historii powstania dużej części Wszechświata.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
Webb Telescope

Vega

Na ilustracji: Pełny obraz części gęstego centrum Drogi Mlecznej o szerokości 50 lat świetlnych. Około 500 000 gwiazd świeci na tym obrazie regionu Sagittarius C (Sgr C), wraz z kilkoma niezidentyfikowanymi jeszcze obiektami. Źródło: NASA, ESA, CSA, STScI, Samuel Crowe (UVA)

_________________
Pozdrawiam,
Agnieszka Nowak
Prezes O/Kraków PTMA, krakow[at]ptma.pl, agnieszka.nowak[at]ptma.pl PTMA Kraków, Facebook
Vega
Urania
Astronarium
Sky Watcher 127/1500, EOS 7D, Canon 15-85, Canon 75-300, Canon 50/1.8, Samyang Fish Eye 8mm

„Nastoletnie galaktyki” są niezwykle gorące i zawierają nieoczekiwane pierwiastki

Teleskop Webba nieoczekiwanie odkrywa nikiel i tlen, które zazwyczaj są trudne do zaobserwowania.

Podobnie jak ludzcy nastolatkowie, nastoletnie galaktyki są niezdarne, doświadczają gwałtownego wzrostu i lubią heavy metal – czyli nikiel.

Grupa astrofizyków właśnie dokładnie przeanalizowała pierwsze wyniki przeglądu CECILIA (Chemical Evolution Constrained using Ionized Lines in Interstellar Aurorae), który wykorzystuje Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) do badania chemii odległych galaktyk.

Według wstępnych wyników, tzw. „nastoletnie galaktyki”, które powstały około dwóch do trzech miliardów lat po Wielkim Wybuchu, charakteryzują się niezwykle wysoką temperaturą i zawierają nieoczekiwane pierwiastki, takie jak nikiel, które są trudne do zaobserwowania.

Badania zostały opublikowane 20 listopada 2023 roku w czasopiśmie The Astrophysical Journal Letters. Jest to pierwsze z serii nadchodzących badań z przeglądu CECILIA.

Staramy się zrozumieć, jak galaktyki rosły i zmieniały się w ciągu 14 miliardów lat kosmicznej historii – powiedziała Allison Strom z Northwestern, która kierowała badaniami. Wykorzystując JWST, nasz program celuje w nastoletnie galaktyki, które przeżywają trudny okres gwałtownego wzrostu i zmian. Nastolatki często mają doświadczenia, które determinują ich trajektorię wkraczania w dorosłość. W przypadku galaktyk jest podobnie.

Chemiczne DNA daje wgląd w formowanie się galaktyk
Nazwany na cześć Cecilii Payne-Gaposchkin, jednej z pierwszych kobiet, które uzyskały tytuł doktora astronomii, przegląd CECILIA obserwuje widma odległych galaktyk.

Strom porównuje widmo galaktyki do jej „chemicznego DNA”. Analizując to DNA podczas „nastoletnich” lat galaktyki, naukowcy mogą lepiej zrozumieć, jak rosła ona i jak będzie ewoluować w bardziej dojrzałą galaktykę.

Na przykład, astrofizycy nadal próbują zrozumieć, dlaczego niektóre galaktyki wydają się być „czerwone i martwe”, podczas gdy inne, takie jak nasza Droga Mleczna, nadal tworzą nowe gwiazdy. Analiza widma galaktyki może ujawnić jej kluczowe pierwiastki, takie jak tlen i siarka, które stanowią okno na to, co galaktyka robiła w przeszłości i co może robić w przyszłości.

Te nastoletnie lata są naprawdę ważne, ponieważ to właśnie wtedy następuje największy wzrost – powiedziała Strom. Badając to, możemy zacząć zgłębiać fizykę, która spowodowała, że Droga Mleczna wygląda jak Droga Mleczna – i dlaczego może wyglądać inaczej niż sąsiednie galaktyki.

W nowym badaniu, Strom i jej zespół naukowców wykorzystali Teleskop Webba do obserwacji 33 odległych galaktyk w fazie nastoletniej przez nieprzerwane 30 godzin w lecie 2022 roku. Następnie połączyli widma 23 z tych galaktyk, aby stworzyć kompleksowy obraz.

To rozmywa szczegóły indywidualnych galaktyk, ale dostarcza nam lepszy ogólny obraz typowej galaktyki. Ponadto, pozwala nam dostrzec słabiej widoczne obiekty – wyjaśniła Strom. To badanie jest znacznie bardziej wnikliwe i szczegółowe niż jakiekolwiek widmo, które moglibyśmy zebrać za pomocą teleskopów naziemnych, dotyczące galaktyk z tego okresu w historii Wszechświata.

Widma zaskakują
Bardzo głębokie widmo ujawniło obecność ośmiu różnych pierwiastków: wodór, hel, azot, tlen, krzem, siarka, argon i nikiel. Wszystkie pierwiastki cięższe od wodoru i helu powstają wewnątrz gwiazd. Stąd obecność tych pierwiastków dostarcza informacji na temat procesów tworzenia gwiazd i ewolucji galaktyk.

JWST to wciąż bardzo nowe obserwatorium – powiedział Ryan Trainor, profesor fizyki w Franklin & Marshall College i jeden ze współautorów artykułu. Astronomowie na całym świecie wciąż próbują znaleźć najlepsze sposoby analizy danych otrzymywanych z teleskopu.

Chociaż Strom spodziewała się dostrzec lżejsze pierwiastki, była szczególnie zaskoczona obecnością niklu. Nikiel, będący cięższym od żelaza, jest rzadki i wyjątkowo trudny do zaobserwowania.

W swoich najśmielszych snach nigdy nie wyobrażałam sobie, że będziemy mogli dostrzec obecność niklu – powiedziała Strom. Nawet w pobliskich galaktykach nie obserwuje się go często. Musi istnieć wystarczająca ilość tego pierwiastka w galaktyce oraz odpowiednie warunki, aby go zaobserwować. Obserwacje niklu nie są powszechne. Pierwiastki muszą emitować światło w gazie, abyśmy mogli je zaobserwować. Dlatego, abyśmy mogli dostrzec nikiel, muszą istnieć wyjątkowe czynniki związane z gwiazdami w galaktykach.

Kolejną niespodzianką było to, że nastoletnie galaktyki były niezwykle gorące. Poprzez analizę widm, fizycy byli w stanie obliczyć temperaturę tych galaktyk. Podczas gdy w najgorętszych skupiskach galaktyk temperatura może przekraczać 9700 st. C, nastoletnie galaktyki osiągnęły imponującą temperaturę powyżej 13 350 st. C.

To stanowi dodatkowe potwierdzenie, jak różnorodne były galaktyki, gdy były młodsze – powiedziała Strom. Fakt, że obserwujemy wyższą charakterystyczną temperaturę, jest kolejnym dowodem na ich unikalną naturę, ponieważ temperatura i skład chemiczny gazu w galaktykach są ściśle ze sobą powiązane.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
Northwestern

Vega

Na ilustracji: Zdjęcie z JWST gromady galaktyk znanej jako „El Gordo”, która jest przykładem „kosmicznego nastolatka”. Źródło: NASA, ESA, CSA

_________________
Pozdrawiam,
Agnieszka Nowak
Prezes O/Kraków PTMA, krakow[at]ptma.pl, agnieszka.nowak[at]ptma.pl PTMA Kraków, Facebook
Vega
Urania
Astronarium
Sky Watcher 127/1500, EOS 7D, Canon 15-85, Canon 75-300, Canon 50/1.8, Samyang Fish Eye 8mm

Synchronizacja zegarów gwiazdowych a powstawanie i rozprzestrzenianie się gwiazd

Systematyczna różnica między technikami określania wieku gwiazd może otworzyć nowe perspektywy w zrozumieniu wczesnego etapu ich ewolucji.

Zespół pod kierownictwem Núrii Miret-Roig, badaczki z Uniwersytetu Wiedeńskiego i współpracowniczki Instytutu Nauk Kosmicznych Uniwersytetu w Barcelonie (ICCUB), odkrył różnicę w wieku gwiazd, mierzoną dwiema najbardziej wiarygodnymi metodami – izochronalną i dynamiczną. Według badań, wiek dynamiczny śladowy jest konsekwentnie niższy o około 5,5 miliona lat. To odkrycie wskazuje, że „zegar” dynamicznego śledzenia rozpoczyna się, gdy gromada gwiazd zaczyna się rozszerzać po opuszczeniu macierzystego obłoku, podczas gdy „zegar” izochroniczny zaczyna tykać od momentu formowania się gwiazd. Te wyniki mają istotne implikacje dla naszego zrozumienia procesu formowania się gwiazd i ich ewolucji, w tym tworzenia planet i galaktyk. Odkrycie to pozwala przetestować istniejące modele i dostarcza nowego spojrzenia na chronologię powstawania gwiazd. Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Astronomy.

Wiek gwiazd jest trudnym parametrem do zmierzenia w astrofizyce. Najlepsze szacunki wieku uzyskuje się dla gromad gwiazd, czyli grup gwiazd o wspólnym pochodzeniu. Istnieje wiele technik szacowania wieku gwiazd, ale często prowadzą one do sprzecznych wyników. Czy różnice między tymi technikami wynikają z niepewności w modelach i obserwacjach? Czy może ta zagadka wieku może dostarczyć nam informacji o procesie formowania się gwiazd?

Od czasu, gdy astronomowie zrozumieli, jak działają gwiazdy, używają wieków izochronicznych, ale te wieki zależą od konkretnego modelu, którego używamy – powiedziała Núria Miret-Roig, pierwsza autorka tego badania. Dzięki wysokiej jakości danym pochodzącym z satelity Gaia, możemy dynamicznie mierzyć wiek gwiazd niezależnie od modeli gwiazd, co było dla nas ekscytującą możliwością synchronizacji zegarów i przetestowania różnych modeli. Odkryliśmy stałą i interesującą różnicę między dwiema metodami pomiaru wieku. Doszliśmy do punktu, w którym nie możemy już przypisać rozbieżności błędom obserwacyjnym, więc dwa zegary najprawdopodobniej mierzą dwie różne właściwości.

Ta różnica wieku między dwiema metodami stanowi nowe i niezwykle cenne narzędzie do ilościowego określania najwcześniejszych etapów życia gwiazd – powiedział João Alves, współautor badania i profesor na Uniwersytecie Wiedeńskim. Dzięki temu możemy dokładnie zmierzyć, ile czasu potrzebują młode gwiazdy, zanim opuszczą swoje miejsce narodzin.

Ograniczenie to jest kluczowe dla lepszego zrozumienia wczesnych etapów życia gwiazd i ewolucji gromad gwiazd. Badacze przeanalizowali sześć pobliskich (<150 parseków), młodych (<50 milionów lat świetlnych) gromad i ustalili, że czas trwania fazy ustalonej wynosi około 5,5 +/- 1,1 miliona lat. Również zauważyli, że ten czas może zależeć od masy gromady i ilości gwiezdnego sprzężenia zwrotnego. Wykorzystanie tej nowej techniki obserwacyjnej w innych młodych gromadach w sąsiedztwie Słońca, gdzie precyzja pomiarów jest najlepsza, dostarczy nowej wiedzy na temat procesów powstawania i rozpraszania gwiazd.

David Barrado, badacz z Centrum Astrobiologii (CAB), powiedział: Określenie wieku każdego kosmicznego procesu stanowi fundamentalne wyzwanie. Niniejsze badanie stanowi bardzo solidne podstawy dla poszukiwania globalnych rozwiązań. Satelita PLATO, który ma zostać wystrzelony pod koniec 2026 roku, będzie kluczowy dla pełnego rozwiązania tego zagadnienia.

Jak mówi Miret-Roig: Nasza praca otwiera drogę do przyszłych badań nad formowaniem się gwiazd, dostarczając klarowniejszego obrazu ewolucji gwiazd i gromad. Jest to istotny krok w naszym dążeniu do zrozumienia procesu formowania się Drogi Mlecznej i innych galaktyk.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
IOC

Vega

Na ilustracji: Obraz kompleksu obłoków Rho Ophiuchi, najbliższego Ziemi regionu gwiazdotwórczego. Źródło: NASA, ESA, CSA, STScI, Klaus Pontoppidan (STScI)

_________________
Pozdrawiam,
Agnieszka Nowak
Prezes O/Kraków PTMA, krakow[at]ptma.pl, agnieszka.nowak[at]ptma.pl PTMA Kraków, Facebook
Vega
Urania
Astronarium
Sky Watcher 127/1500, EOS 7D, Canon 15-85, Canon 75-300, Canon 50/1.8, Samyang Fish Eye 8mm