Znajdź zawartość

Grupa astronomów informuje o prawdopodobnym odkryciu pozostałości pierwszych gwiazd, jakie uformowały się po Wielkim Wybuchu. Uczeni wykorzystali innowacyjną metodę analizy odległego kwazaru, który badali za pomocą teleskopu Gemini North na Hawajach. Zauważyli niezwykłe proporcje pierwiastków, które – ich zdaniem – mogą pochodzić wyłącznie pozostałości po eksplozji gwiazd III populacji o masie 300-krotnie większej od masy Słońca. Według obecnie obowiązujących poglądów, najstarsza generacja gwiazd, gwiazdy III populacji, mogła tworzyć się już około 100 milionów lat po powstaniu wszechświata. Były to bardzo masywne gwiazdy, które szybko ewoluowały i szybko kończyły życie. Uważa się, że były one zbudowane z wodoru i helu z niewielką domieszką litu. Silne promieniowanie ultrafioletowe emitowane przez te gwiazdy miało spowodować takie zmiany w obłokach wodoru wypełniających wszechświat, że uniemożliwiło to ciągłe powstawanie gwiazd tej populacji. Z kolei eksplozje tych gwiazd wzbogaciły wszechświat w cięższe pierwiastki, przyczyniając się do powstania gwiazd II populacji. Naukowcy od dziesięcioleci poszukiwali śladów gwiazd III populacji, ale dotychczas nie udało się ich znaleźć. Aż do teraz. Japońsko-amerykański zespół analizował jeden z najbardziej odległych znanych nam kwazarów – ULAS J1342+0928 – i zauważył, że stosunek żelaza do magnezu w otaczających go chmurach jest ponad 10-krotnie większy niż w Słońcu. Zdaniem uczonych najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem tego fenomenu jest eksplozja gwiazdy III populacji, która wybuchła jako supernowa z niestabilności kreacji par. Dotychczas nie znamy żadnego nie budzącego wątpliwości przykładu takiej supernowej. Wiemy jednak, że mogą one powstawać w wyniku eksplozji gwiazdy o niskiej metaliczności i masie od 150 do 250 mas Słońca. Gwiazdy III populacji spełniają oba te warunki. Supernowa z niestabilności kreacji par – w przeciwieństwie do innych typów supernowych – nie pozostawiają po sobie czarnej dziury czy gwiazdy neutronowej. Cała ich materia jest rozrzucana. Istnieją więc dwa sposoby, by dostrzec taką supernową. Pierwszy to zarejestrowanie momentu eksplozji. Drugi zaś to zidentyfikowanie w przestrzeni kosmicznej chemicznej sygnatury rozrzuconej przez nią materii. Gemini to jeden z niewielu teleskopów, pozwalających na przeprowadzenie tego typu badań. Jest on wyposażony w Gemini Near-Infrared Spectrograph (GNIRS), który rozdziela światło na fale składowe, a z nich można wnioskować o pierwiastkach wchodzących w skład badanego obiektu. Jednak wnioskowanie na tej podstawie o ilości danego pierwiastka jest trudne, gdyż jasność poszczególnych linii spektrum światła zależy od wielu czynników, nie tylko od ilości pierwiastków. Dwóch autorów badań, Yuzuru Yoshii oraz Hiroaki Sameshima z Uniwersytetu Tokijskiego opracowało więc nową metodę oceny ilości pierwiastków. Pokazała ona, że w badanym materiale jest zadziwiająco mało magnezu w stosunku do żelaza. Stało się dla mnie oczywiste, że widzimy tutaj pozostałości po supernowej z niestabilności kreacji par gwiazdy III populacji, mówi Yoshii. Autorzy badań mówią, że ich odkrycie, dzięki wyjątkowemu stosunkowi ilości magnezu do żelaza, jest najsilniejszym z dotychczasowych dowodów na znalezienie pozostałości po supernowej z niestabilności kreacji par. Obecnie za najsilniejszy uznaje się dowód z badań przeprowadzonych w 2014 roku. Jeśli rzeczywiście japońsko-amerykański zespół znalazł pozostałości gwiazdy III populacji, pozwoli nam to lepiej zrozumieć ewolucję wszechświata, powstawanie kolejnych populacji gwiazd czy pojawienie się życia. Teraz, gdy wiadomo czego i w jaki sposób szukać, odnalezienie kolejnych podobnych pozostałości powinno być łatwiejsze. « powrót do artykułu

Czy w kosmosie także możemy znaleźć czterolistne koniczynki? Odkrył je międzynarodowy zespół naukowców. Współautorem badań jest Jean Surdej, profesor wizytujący w Instytucie Obserwatorium Astronomicznym UAM w Poznaniu. Te czterolistne koniczynki, to kwazary – niezwykle jasne jądra odległych galaktyk, które napędzane są przez znajdujące się w nich supermasywne czarne dziury. Zespół odkrył ich aż tuzin, a ich promienie świetlne zostały zniekształcone przez naturalnie występujące kosmiczne „soczewki” i rozdzielone na cztery podobnie wyglądające obrazy. Przez ostatnie cztery dekady astronomowie zaobserwowali około 50 takich „kosmicznych koniczynek”. Najnowsze badania, trwające zaledwie półtora roku, zwiększyły tą liczbę o około 25 procent, pokazując jak potężnym narzędziem jest uczenie maszynowe, wspomagające astronomów w poszukiwaniach tych kosmicznych osobliwości. Quady (lub kosmiczne czterolistne koniczynki) to kopalnie złota z punktu widzenia rozmaitych zagadnień. Mogą pomóc w wyznaczeniu prędkości rozszerzania się Wszechświata i rozwiązaniu innych tajemnic, związanych np. z ciemną materią czy 'centralnym napędem' kwazarów – mówi Daniel Stern, kierownik zespołu badawczego z Jet Propulsion Laboratory, zarządzanego przez Caltech dla NASA. Nie są to zwykłe igły w stogu siana, ale raczej szwajcarskie scyzoryki ze względu na ogrom ich zastosowań. Oczekujące na publikację w The Astrophysical Journal odkrycia umożliwiły narzędzia oparte o system uczący się oraz dane z kilku naziemnych i kosmicznych teleskopów, takich jak misja Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej, należący do NASA Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), Obserwatorium Kecka na hawajskim szczycie Mauna Kea, Obserwatorium Palomar należące do Caltech, New Technology Telescope w Chile Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) czy teleskop Gemini South w Chile. Kosmologiczny dylemat W ostatnich latach pojawiła się rozbieżność związana z dokładną wartością tempa rozszerzania się Wszechświata, zwaną również stałą Hubble'a. Wartość tą można wyznaczyć dwiema metodami: jedna z nich jest zależna od pomiarów odległości i prędkości obiektów w naszym lokalnym wszechświecie, a druga ekstrapoluje prędkość  w oparciu o modele bazujące na szczątkowym promieniowaniu z czasów krótko po narodzinach Wszechświata, zwanym mikrofalowym promieniowaniem tła. Problem polega na tym, że liczby uzyskane tymi metodami nie pasują do siebie. Może to wynikać z systematycznych błędów pomiarowych, ale wydaje się to coraz mniej prawdopodobne – mówi Stern. Bardziej kusząca wydaje się możliwość, że ta różnica oznacza, iż nasz model wszechświata jest błędny i mamy jeszcze coś nowego do odkrycia w dziedzinie fizyki. Nowe „kosmiczne koniczynki”, którym zespół nadał przydomki takie jak „Wolf's Paw” (Łapa Wilka), „Dragon's Kite” (Smoczy Latawiec), „Gemini's Crossbow” (Kusza bliźniąt) czy „Microscope Lens” (Soczewka mikroskopu) pomogą w przyszłych oszacowaniach stałej Hubble'a-Lemaître i mogą wyjaśnić skąd bierze się rozbieżność między wcześniejszymi pomiarami. Kwazary te znajdują się pomiędzy lokalnymi i odległymi obiektami, których obserwacje wykorzystano do wcześniejszych obliczeń, dzięki czemu umożliwiają astronomom zbadanie pośrednich odległości we Wszechświecie. Wyznaczenie stałej Hubble'a-Lemaître w oparciu o kwazary może wskazać, który z wcześniejszych pomiarów jest poprawny, albo – co byłoby jeszcze bardziej interesujące – może wykazać, że wartość tej stałej znajduje się gdzieś pomiędzy wartościami wyznaczonymi lokalnie i dla odległych obiektów, co wskazywałoby na nieznane dotąd zjawisko w fizyce. Iluzje grawitacyjne Powielenie obrazów kwazarów i innych obiektów kosmicznych ma miejsce gdy grawitacja bliższego obiektu, np. galaktyki, zakrzywia tor lotu światła i powiększa obraz obiektu znajdującego się w tle. To zjawisko, zwane soczewkowaniem grawitacyjnym, obserwowano już wielokrotnie. Zdarza się, że kwazary soczewkowane są w postaci dwóch podobnych obrazów. Znacznie rzadziej w postaci czterech. Quady są lepsze niż podwójne kwazary z punktu widzenia badań kosmologicznych, takich jak pomiary odległości do obiektów, ponieważ mogą być doskonale wymodelowane – mówi współautor George Djorgovski, profesor astronomii z Caltech. Są stosunkowo czystymi laboratoriami dla tych kosmologicznych pomiarów. W ramach nowych badań naukowcy użyli danych z WISE o stosunkowo niewielkiej rozdzielczości, aby wyszukać prawdopodobne kwazary, a następnie dane wysokiej rozdzielczości z misji Gaia, aby sprawdzić, które obrazy z WISE mogą potencjalnie zawierać kwazary w postaci poczwórnych obrazów. Następnie naukowcy wykorzystali uczący się system, aby wybrał najbardziej prawdopodobnych kandydatów na soczewkowane w postaci wielokrotnych obrazów kwazary, odrzucając zwykłe gwiazdy znajdujące się na niebie bardzo blisko siebie w podobnej konfiguracji. Dalsze obserwacje na teleskopach Kecka, w Obserwatorium Palomar, na New Technology Telescope oraz Gemini South potwierdziły, które z tych obiektów rzeczywiście są poczwórnymi obrazami kwazarów znajdujących się w odległości miliardów lat świetlnych od nas. Współpraca ludzi i maszyn Pierwsza "kosmiczna koniczynka" odkryta z pomocą systemu uczącego się, nazwana „Centaur's Victory” (Zwycięstwo Centaura), została potwierdzona podczas nocnych obserwacji zespołu w Caltech, we współpracy z uczonymi z Belgii, Francji i Niemiec, z wykorzystaniem dedykowanego komputera zlokalizowanego w Brazylii, wspomina współautor pracy Alberto Krone-Martins z UC Irvine. Zespół obserwował swoje obiekty zdalnie, wykorzystując teleskop w Obserwatorium Kecka. Uczenie maszynowe było kluczowe w naszych badaniach, ale nie zastąpi decyzji podejmowanych przez człowieka – wyjaśnia Krone-Martins. Stale uczymy i poprawiamy modele w nieskończonej pętli, więc ludzie i ich doświadczenie są nieodzowną częścią tej pętli uczenia się. Jeśli mówimy o 'AI' w kontekście tego typu systemów uczących się, oznacza to „poszerzoną inteligencję”, nie sztuczną inteligencję.  Alberto nie tylko opracował sprytne algorytmy uczenia maszynowego dla tego projektu, ale również zasugerował, aby użyć danych z misji Gaia, czego nie robiono wcześniej w tego typu projektach – mówi Djorgowski. To nie jest tylko historia poszukiwań interesujących soczewek grawitacyjnych ale również tego, jak połączenie big data i uczenia maszynowego może prowadzić do nowych odkryć. Współautorem badań jest Jean Surdej, profesor wizytujący w Instytucie Obserwatorium Astronomicznym UAM w Poznaniu. Prof. Surdej aktualnie uczy studentów, doktorantów i młodych astronomów zagadnień związanych z soczewkowaniem grawitacyjnym. Soczewkowanie grawitacyjne polega na zakrzywianiu biegu promieni świetlnych odległego obiektu, np. kwazara, przez masywna galaktykę znajdującą się bliżej, co powoduje powstawanie "kosmicznych miraży". Jego zainteresowanie badaniami w tym kierunku trwa od 1983 roku, kiedy zaproponował, że niezwykła jasność najjaśniejszych kwazarów we Wszechświecie może być wynikiem wzmocnienia przez soczewkowanie grawitacyjne. Jego zespół odkrył i badał wiele przypadków takich kosmicznych miraży mających postać podwójnych obrazów tego samego kwazara. Kwazary o poczwórnych soczewkowanych obrazach są znacznie rzadsze. Odnalezienie ich można porównać do znalezienia czterolistnej koniczynki na zielonej łące. Można je więc nazwać „kosmicznymi koniczynkami”. W 2002 roku Jean Surdej zaproponował, aby wykorzystać przegląd nieba wykonywany w ramach satelitarnej misji Gaia, realizowanej przez Europejską Agencję Kosmiczną, do wyszukiwania takich kosmicznych konicznek. Międzynarodowy zespół, do którego należy, ogłosił właśnie w czasopiśmie The Astrophysical Journal odkrycie tuzina tego typu kosmicznych miraży, dokonane z pomocą algorytmów sztucznej inteligencji zastosowanych do przeglądu danych z misji Gaia. Dalsze badania astrofizyczne tych nowo odkrytych kosmicznych koniczynek powinny umożliwić niezależne wyznaczenie wieku Wszechświata, prędkości jego ekspansji (stałej Hubble'a-Lemaître) i jego przyszłości. « powrót do artykułu

Wieloletnie obserwacje mikrokwazara SS 433 pozwoliły zidentyfikować szczegóły procesów odpowiedzialnych za produkcję wysokoenergetycznego promieniowania i lepiej poznać jego odległych masywnych kuzynów: kwazary - informuje IFJ PAN. Podczas obserwacji mikrokwazaru SS 433 przeprowadzonych w obserwatorium High-Altitude Water Cherenkov Gamma-Ray Observatory (HAWC) po raz pierwszy zarejestrowano promieniowanie gamma o energiach powyżej 25 TeV. Uważna analiza danych doprowadziła z kolei do zaskakujących wniosków dotyczących miejsc i mechanizmów odpowiedzialnych za produkcję tego promieniowania. Wyniki badań zostały właśnie zaprezentowane na łamach prestiżowego czasopisma naukowego Nature. O badaniach poinformował PAP Instytut Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk (IFJ PAN) w Krakowie, którego pracownicy uczestniczyli w badaniach. Kwazary - jak podkreśla IFJ PAN w przesłanej PAP informacji – należą do najbardziej niezwykłych, a jednocześnie najjaśniejszych obiektów Wszechświata. Siłą napędową kwazara jest znajdująca się w jego centrum supermasywna czarna dziura, otoczona dyskiem akrecyjnym, uformowanym przez spadającą materię. Kwazary są źródłami ekstremalnie intensywnego promieniowania elektromagnetycznego, które obejmuje niemal całe spektrum: od fal radiowych po wysokoenergetyczne promieniowanie gamma. Jednak – jako rodzaj galaktycznych jąder – kwazary z definicji są obiektami od nas odległymi. Najbliższy spośród nich, napędzany szaleńczo wirującymi wokół siebie supermasywnymi czarnymi dziurami Markarian 231, gości w jądrze galaktyki oddalonej o 600 milionów lat świetlnych. Nie jest to niestety dystans sprzyjający prowadzeniu wysokorozdzielczych obserwacji, które ułatwiłyby zrozumienie natury zachodzących tu procesów. Naukowcy mogą jednak uciec się do obserwacji... kwazarów w miniaturze. Jak zauważa IFJ PAN, to, co kwazar wyczynia w skali galaktyki, mikrokwazar robi w skali układu gwiazdowego. Czarne dziury Markariana 231 są gigantyczne: mniejsza ma masę 4 milionów mas Słońca, większa aż 150 milionów. Z kolei najbliższy nam mikrokwazar, znajdujący się w tle gwiazdozbioru Orła SS 433, jest układem podwójnym o radykalnie mniejszych rozmiarach. Znajduje się tu bardzo gęsty obiekt - prawdopodobnie czarna dziura o masie kilku słońc, będąca pozostałością po wybuchu supernowej. Pożera ona materię z dysku akrecyjnego zasilanego wiatrem gwiazdowym napływającym z pobliskiego nadolbrzyma o typie widmowym A (podobną gwiazdą, doskonale widoczną na nocnym niebie, jest Deneb, najjaśniejszy obiekt gwiazdozbioru Łabędzia). Całą tę malowniczą parę, wirującą wokół siebie w imponującym tempie 13 dni i otoczoną mgławicą W50, dzieli od Ziemi dystans zaledwie 18 tys. lat świetlnych. Zarówno kwazary, jak i mikrokwazary, mogą generować dżety, czyli bardzo wąskie i bardzo długie strugi materii, emitowane w obu kierunkach wzdłuż osi rotacji obiektu – tłumaczy cytowana w informacji prasowej dr hab. Sabrina Casanova, prof. IFJ PAN. Dżety są tworzone przez cząstki rozpędzone do prędkości nierzadko bliskich prędkości światła. Pod względem prędkości dżety z SS 433 nie są jednak specjalnie imponujące: osiągają zaledwie 26 proc. prędkości światła. Jak jednak podkreśla dr hab. Casanova, ważniejsze jest tu coś innego: Większość obserwowanych kwazarów ma dżety mniej lub bardziej, ale jednak skierowane w naszą stronę. Taka orientacja utrudnia rozróżnienie szczegółów. Natomiast mikrokwazar SS 433 był na tyle uprzejmy, że skierował swoje dżety nie ku nam, a niemal prostopadle do kierunku, w którym patrzymy. Zatem nie dość, że mamy obiekt niemal pod ręką, to jeszcze jest on ustawiony optymalnie, jeśli chodzi o obserwacje takich detali, jak miejsca, gdzie powstaje promieniowanie – stwierdza badaczka. SS 433 jest jednym z zaledwie kilkunastu kwazarów znajdujących się w naszej galaktyce - a do tego, jako jeden z nielicznych, emituje promieniowanie gamma. Przez 1017 dni promieniowanie to było rejestrowane w obserwatorium HAWC, pracującym na wysokości ponad 4100 m n.p.m. na zboczu meksykańskiego wulkanu Sierra Negra. Zbudowany tu detektor składa się z 300 stalowych zbiorników z wodą, wyposażonych w fotopowielacze wrażliwe na ulotne błyski świetlne, znane jako promieniowania Czerenkowa. Pojawia się ono w zbiorniku, gdy wpadnie do niego cząstka poruszająca się z prędkością większą od prędkości światła w wodzie. Kluczowe znaczenie ma fakt, że część błysków pochodzi od cząstek wygenerowanych wskutek zderzeń wysokoenergetycznych kwantów gamma z ziemską atmosferą. Odpowiednia analiza błysków w zbiornikach pozwala zidentyfikować ich przyczynę. W ten sposób każdej doby HAWC pośrednio rejestruje fotony gamma o energiach od 100 gigaelektronowoltów (GeV) do 100 teraelektronowoltów (TeV). Są to energie nawet trylion razy większe od energii fotonów światła widzialnego i kilkunastokrotnie większe od energii protonów w akceleratorze LHC. W trakcie obserwacji SS 433 (prowadzonych na granicy możliwości rozdzielczych HAWC) naukowcom udało się zarejestrować fotony o energiach powyżej 25 TeV, tj. od 3 do 10 razy większych od raportowanych w całej historii badań mikrokwazarów. Ku zaskoczeniu badaczy w zakresie wysokoenergetycznego promieniowania gamma najjaśniejszym obiektem w układzie wcale nie był sam SS 433 - lecz znajdujące się po jego obu stronach miejsca, w których dżety urywają się, zderzając z materią odrzuconą przez supernową. To nie koniec niespodzianek – dodaje cytowany w komunikacie dr Francisco Salesa Greus z IFJ PAN. Fotony gamma o energiach 25 TeV muszą być produkowane przez cząstki o jeszcze większych energiach. Mogłyby to być protony, ale wtedy musiałyby mieć ogromne energie, na poziomie 250 TeV. Ze zgromadzonych danych wynikało jednak, że ten mechanizm, nawet jeśli rzeczywiście działa, w przypadku SS 433 nie jest w stanie wygenerować odpowiedniej ilości promieniowania gamma – tłumaczy naukowiec. W trakcie dalszych prac dane z HAWC zestawiono z pomiarami SS 433 w pozostałych zakresach spektralnych z innych obserwatoriów. Ostatecznie udało się ustalić, że wysokoenergetyczne kwanty gamma – lub przynajmniej ich większość – muszą być emitowane przez elektrony w dżecie w trakcie ich zderzeń z wypełniającym cały kosmos niskoenergetycznym promieniowaniem mikrofalowym tła. Powyższy mechanizm - po raz pierwszy opisany właśnie w artykule w Nature – nie mógł być wykryty w obserwacjach kwazarów z dżetami skierowanymi ku Ziemi. Mikrokwazar SS 433 pomógł więc ujawnić nie tylko własne tajemnice, ale także tajemnice najjaśniejszych latarń Wszechświata. « powrót do artykułu