Impuls szybszy niż światło
By
KopalniaWiedzy.pl, in Ciekawostki
-
Similar Content
-
By KopalniaWiedzy.pl
Tydzień temu teleskopy wykryły rozbłysk gamma GRB 221009A. Kilka dni później astronomowie korzystający z teleskopu Gemini South stwierdzili, że to najpotężniejsze wydarzenie tego typu. Ten rozbłysk jest tak jasny, a jego źródło znajduje się tak blisko, że to jedna na 100 lat okazja, by odpowiedzieć na pewne podstawowe pytania związane z tego typu eksplozjami – od powstawania czarnych dziur po przetestowanie modeli dotyczących ciemnej materii, mówi Brendan O'Connor z University of Maryland.
Badania GRB 221009A podjęły się, niezależnie od siebie, zespoły Brendana O'Connora i Jillian Rastinejad z Northwestern University. Oba zespoły wykorzystały teleskop Gemini South, ale użyły dwóch różnych instrumentów – pracującego w bliskiej podczerwieni spektrografu FLAMINGOS-2 oraz GMOS (Gemini Multi-Object Spectrographs). Naukowcy mieli nawzajem dostęp do swoich danych i wykonali ich własne analizy.
Wyjątkowo długotrwały GRB 221009A jest najjaśniejszym zarejestrowanym rozbłyskiem gamma, a jego poświata bije wszelkie rekordy we wszystkich długościach fali, informuje O'Connor. Zjawisko będzie jeszcze długo długo badane. Astronomowie z całego świata udostępniają sobie nawzajem dane za pośrednictwem prowadzonego przez NASA archiwum Gamma-ray Coordinates Network.
Naukowcy uważają, że niezwykle silny rozbłysk był wynikiem zapadnięcia się gwiazdy o masie wielokrotnie przekraczającej masę Słońca. W wyniku tego procesu pojawiła się potężna supernowa oraz czarna dziura. Rozbłysk miał miejsce 2,4 miliarda lat świetlnych od Ziemi, w kierunku Gwiazdozbioru Strzały.
W naszym zespole nazywamy ten rozbłysk BOAT albo Brighest Of All Time, gdyż jeśli przejrzy się dane z tysięcy rozbłysków gamma, które zostały zarejestrowane od lat 90., ten się wyróżnia. Dzięki czułym i zróżnicowanym instrumentom na Gemini, będziemy mogli obserwować składniki optyczne GRB221009A znacznie dłużej, niż może to robić większość naziemnych teleskopów. To pomoże nam zrozumieć, dlaczego rozbłyski gamma są tak jasne i mają tak wielką energię, stwierdza Rastinejad.
Po utworzeniu się czarnej dziury pojawiają się dżety cząstek przyspieszanych niemal do prędkości światła. Niedawno informowaliśmy o takim rekordowo szybkim dżecie. Cząstki te zderzają się z pozostałościami gwiazdy, w wyniku eksplozji której powstała czarna dziura. Skutkiem tych zderzeń jest emisja promieniowania rentgenowskiego i promieniowania gamma. Jeśli dżety są skierowane w stronę Ziemi, możemy je obserwować w formie potężnych rozbłysków.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Astronomowie z University of Berkeley poinformowali, że odkryta w 2017 roku gwiazda neutronowa jest nie tylko jednym z najszybciej obracających się pulsarów w Drodze Mlecznej. Pochłonęła ona niemal całą masę towarzyszącej jej gwiazdy, stając się najbardziej masywną ze wszystkich znanych nam gwiazd neutronowych.
Pulsar PSR J0952-0607 obraca się 707 razy na sekundę, a jego masa wynosi aż 2,35 mas Słońca. Gdyby była nieco bardziej masywna, całkowicie by się zapadła, tworząc czarną dziurę Jej badania pozwolą na lepsze zrozumienie ekstremalnego środowiska tych niezwykle gęstych obiektów. Niewiele wiemy o tym, jak materia zachowuje się w tak gęstych miejscach, jak jądro atomu uranu. Gwiazda neutronowa przypomina takie wielkie jądro, mówi profesor Alex Filippenko.
Gwiazdy neutronowe są tak gęste, że 1 cm3 ich materii waży około miliarda ton. Są więc najbardziej gęstymi obiektami we wszechświecie. Zaraz po czarnych dziurach. Tych jednych, ukrytych za horyzontem zdarzeń, nie jesteśmy w stanie badać.
PSR J0952-0607 to tzw. „czarna wdowa”. To oczywiste odniesienie do pająków czarnych wdów, wśród których samica pożera po kopulacji znacznie mniejszego samca. Filippenko i profesor Roger W. Romani od ponad dekady badają systemy „czarnych wdów”, starając się określić górną granicę masy, jaką może osiągnąć pulsar.
Dzięki połączeniu pomiarów z wielu systemów czarnych wdów, stwierdziliśmy, że gwiazda neutronowa może osiągnąć masę 2,35 ± 0,17 masy Słońca, stwierdza Romani. Jeśli zaś jest to granica limitu masy gwiazdy neutronowej, gwiazda taka zbudowana jest prawdopodobnie z mieszaniny neutronów oraz kwarków górnych i dolnych, ale nie z egzotycznej materii, takiej jak kwarki dziwne czy kaony. Taki limit wyklucza wiele proponowanych stanów materii, szczególnie egzotycznej materii we wnętrzu gwiazdy, dodaje Romani.
Naukowcy są generalnie zgodni co do tego, że gwiazdy, których masa jądra przekracza 1,4 masy Słońca, zapadają się pod koniec życia, tworząc gęsty kompaktowy obiekt, w którego wnętrzu panuje tak wysokie ciśnienie, że wszystkie atomy tworzą mieszaninę neutronów i kwarków. Powstają w ten sposób gwiazdy neutronowe, które od początku istnienia obracają się. I mimo że w świetle widzialnym świecą zbyt słabo, byśmy mogli je dostrzec, emitują impulsy radiowe, promieniowania rentgenowskiego, a nawet promieniowania gamma, które omiatają Ziemię na podobieństwo latarni morskiej.
Zwykłe pulsary obracają się z prędkością około 1 obrotu na sekundę. Zjawisko to łatwo wyjaśnić naturalnym obrotem gwiazdy z okresu, przed jej zapadnięciem się. Znamy jednak pulsary obracające się znacznie szybciej, nawet do 1000 razy na sekundę. To tak zwane pulsary milisekundowe. Tak szybki obrót trudno jest wytłumaczyć bez odwoływania się do materii z gwiazdy towarzyszącej, która je wchłaniania przez pulsar i napędza jego ruch. Jednak w przypadku niektórych pulsarów milisekundowych nie potrafimy wykryć ich towarzysza. Jedno z wyjaśnień mówi, że już go nie ma, gdyż pulsar wchłonął całą jego materię.
Naukowcy mówią, że gdy towarzysz gwiazdy neutronowej starzeje się i staje się czerwonym olbrzymem, pochodząca z niego materia opada na pulsar, który zaczyna się coraz szybciej obracać. Z obracającej się gwiazdy wydobywa się wiatr cząstek, który uderza w czerwonego olbrzyma i obdziera go z materii. Ten samonapędzający się proces może trwać do czasu, aż czerwony olbrzym skurczy się do wielkości planety, a nawet całkowicie zniknie. Tak właśnie ma dochodzić do pojawienia się samotnych pulsarów milisekundowych.
Pulsar PSR J0952-0607 potwierdza tę hipotezę. Jego towarzyszem jest niewielka gwiazda, która właśnie traci materię i zbliża się do granicy masy planety, a z czasem może całkowicie zniknąć. Obecnie jej masa jest zaledwie 20-krotnie większa od masy Jowisza, ma więc masę 2% masy Słońca. Znajduje się w obrocie synchronicznym względem pulsara, czyli jest zwrócona do niego zawsze tą samą stroną. Przez to temperatura tej strony wynosi ok. 6000 stopni Celsjusza i sama gwiazda świeci na tyle mocno, że można ją dostrzec za pomocą teleskopu.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Gwiazdy neutronowe są źródłem najpotężniejszych pól magnetycznych we wszechświecie. Naukowcy z Chińskiej Akademii Nauk donieśli właśnie, że satelita Insight-HXMT zaobserwował gwiazdę o najpotężniejszej indukcji magnetycznej na powierzchni. Z pomiarów wynika, że indukcja na powierzchni gwiazdy znajdującej się w układzie podwójnym Swift J0243.6+6124 wynosi gigantyczne 1,6 miliarda tesli. Dotychczasowy rekord, zmierzony w 2020 roku, wynosił 1 miliard tesli.
O tym, o jak olbrzymich wartościach mówimy niech świadczy fakt, że indukcja potężnych magnesów wykorzystywanych w akceleratorach cząstek czy reaktorach fuzyjnych wynosi kilkanaście tesli. A indukcja pola magnetycznego na powierzchni Ziemi to... 0,000065 tesli. Indukcja magnetyczna Swift J0243.6+6124 jest więc 24 biliony razy większa.
Wspomniany układ podwójny składa się z gwiazdy neutronowej oraz jej towarzysza. Potężna grawitacja gwiazdy neutronowej wyciąga z jej towarzysza gaz, który opada na gwiazdę neutronową, tworząc wokół dysk akrecyjny. Plazma z dysku akrecyjnego opada wzdłuż linii pola magnetycznego na powierzchnię gwiazdy, podążając do biegunów magnetycznych, gdzie wywołuje silne promieniowanie rentgenowskie emitowane w wąskich wiązkach wzdłuż biegunów magnetycznych. Jako że gwiazda się obraca, obserwator widzi pulsujące promieniowanie magnetyczne, stąd taki układ nazywa się pulsarem rentgenowskim.
Z wielu badań wiemy, że energia absorpcji linii promieniowania rentgenowskiego z takiego pulsara odpowiada indukcji magnetycznej na powierzchni gwiazdy neutronowej. Dzięki temu możemy mierzyć tę indukcję badając promieniowanie emitowane przez gwiazdę.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Międzynarodowy zespół astronomów odkrył nowy rodzaj gwiazdy neutronowej. Gwiazda obraca się niezwykle powoli. Jej jeden obrót trwa 76 sekund. I jest unikatowa, gdyż znajduje się na „kosmicznym cmentarzu”, z którego nie powinny dobiegać do nas żadne sygnały. Początkowo członkowie zespołu MeerTRAP zarejestrowali pojedynczy impuls by następnie, wykorzystując jednocześnie wykonywane 8-sekundowe obrazy nieba, potwierdzić pozycję niezwykłej gwiazdy.
Gwiazdy neutronowe to niezwykle gęste pozostałości po eksplozjach supernowych. Obecnie znamy około 3000 takich gwiazd w naszej galaktyce. Nowo odkryta gwiazda jest wyjątkowa. Odkrywcy sądzą, że może ona należeć do magnetarów o bardzo długi okresie. To przewidziana teoretycznie klasa gwiazd o ekstremalnie potężnych polach magnetycznych.
Mamy olbrzymie szczęście, że impuls radiowy z gwiazdy przeciął Ziemię, mówi kierująca badaniami doktor Manisha Caleb z University of Sydney. Jest więc prawdopodobne, że w naszej galaktyce istnieje znacznie więcej tak wolno obracających się gwiazd neutronowych. Miałoby to olbrzymie znaczenie dla naszego rozumienia narodzin i ewolucji takich gwiazd. Większość badań nad pulsarami nie jest zaprojektowana, by szukać gwiazd o tak długim okresie, więc nie wiemy, ile takich gwiazd może istnieć, dodaje uczona.
Nowo odkryta gwiazda, PSR J0901-4046 emituje co najmniej siedem różnych rodzajów impulsów, z których część emitowana jest regularnie. Sygnały te mają cechy charakterystyczne pulsarów, magnetarów o bardzo długim okresie, a nawet szybkich rozbłysków gamma (FRB).
To pierwsza znana nam gwiazda z nowej klasy gwiazd neutronowych. Kwestią otwartą pozostają pytania, jak i czy w ogóle jest ona powiązana z innymi klasami, dodaje doktor Caleb.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Rozbłyski gamma, jako jedne z najbardziej energetycznych procesów zachodzących w najdalszych zakątkach Wszechświata, od lat są w centrum zainteresowania astrofizyków. Naukowcy spodziewają się, że podobnie jak w przypadku innych dalekich obiektów, istnieje możliwość soczewkowania grawitacyjnego sygnałów pochodzących od takich zdarzeń. NCBJ bierze udział w poszukiwaniach potwierdzenia tych oczekiwań.
Rozbłyski gamma (GRB, z ang. Gamma-Ray Burst) są obserwowane na całym niebie i są tak jasne, że sygnały od nich docierają z najodleglejszych zakątków Wszechświata. Właściwe zrozumienie kosmologicznego pochodzenia rozbłysków gamma oraz ich natury, zawdzięczamy Polakowi, profesorowi Bohdanowi Paczyńskiemu. Najdalsze obserwowane GRB mają przesunięcie ku czerwieni (z ang. redshift) ~10. Wynika z tego, że ich źródłami są obiekty, od których światło podróżowało do nas ponad 13 miliardów lat. Ze względu na dużą odległość należy się spodziewać, że światło dochodzące do nas od wielu z nich może ulegać soczewkowaniu grawitacyjnemu wywołanemu przez bliższe nam galaktyki. Jednak poza jednym niedawnym przypadkiem opublikowanym w czasopiśmie Nature, nie zdołano jeszcze zaobserwować soczewkowanego GRB tylko i wyłącznie w oparciu o dane z zakresu gamma.
Od dawna sugerowano, że soczewkowanie grawitacyjne może powielać obrazy GRB. Obserwacje takich zjawisk mogłyby być wykorzystane między innymi do znaczącego polepszenia dokładności pomiarów parametrów kosmologicznych, takich jak stała Hubble'a, do badania fizyki fundamentalnej (testując prędkość ich propagacji w zależności od energii), oraz do uzyskania ograniczenia na obfitość ciemnej materii w postaci zwartych obiektów (czarne dziury, wystygłe: gwiazdy neutronowe lub białe karły).
Tradycyjne poszukiwania soczewkowanych GRB skupiają się na zakresie promieni gamma. Międzynarodowy zespół naukowców, w którym pracuje prof. Marek Biesiada z Narodowego Centrum Badań Jądrowych, proponuje by poszukiwania takich zjawisk oprzeć nie tylko o dane gamma, ale też o wielozakresowe obserwacje poświaty rozbłysków (z ang. GRB afterglow).
Problemów przy szukaniu soczewkowanych rozbłysków gamma jest kilka – mówi prof. Marek Biesiada. Po pierwsze, promieniowanie gamma emitowane jest w obszar dość wąskiego stożka – zatem musimy mieć więcej szczęścia, aby wzajemne ustawienie źródła i soczewki skutkowało obserwowalnymi wielokrotnymi obrazami. Po drugie, detektory gamma mają zbyt słabą rozdzielczość, aby zidentyfikować położenie tych wielokrotnych obrazów. Na szczęście sygnały z obrazów docierają do nas z pewnym opóźnieniem czasowym, czyli detektor powinien zarejestrować dwa sygnały o identycznym kształcie. Tu też tkwi pewien problem: opóźnienie czasowe musi być większe niż 1 sekunda, lecz krótsze niż 300 sekund. W innym przypadku nie mamy szans na odkrycie soczewkowania w detektorze promieni gamma. Ograniczenie czasowe oznacza, że soczewkami mogą tu być obiekty o masach między 100 a 10 mln mas Słońca – to zapewne musiałyby być egzotyczne obiekty, np. masywne czarne dziury o tzw. pośrednich masach, które wciąż są jedynie hipotetyczne. Na szczęście, rozbłyskom gamma towarzyszą znacznie dłużej trwające późniejsze poświaty: najpierw w promieniach X, następnie w świetle widzialnym i na falach radiowych. Co więcej, promieniowanie poświaty nie jest już skolimowane do wnętrza stożka. Mamy więc większe szanse na odkrycie układu soczewkowanego grawitacyjnie. Jest to pomysł, który jakiś czas temu zainspirował mnie i dr Aleksandrę Piórkowską-Kurpas z Uniwersytetu Śląskiego.
Korzystając ze standardowego modelu poświaty GRB, badacze określili, jak wyglądałyby dane obserwacyjne soczewkowanej poświaty błysków gamma. Analizy oparte zostały o dwa modele soczewek grawitacyjnych: model punktowy (opisujący gwiazdy lub czarne dziury) oraz model galaktyki (tzw. osobliwa izotermiczna sfera). W takiej sytuacji poświata rentgenowska składałaby się z kilku rozbłysków o podobnym kształcie. Z kolei optyczna krzywa jasności poświaty mogłaby posiadać pojaśnienia na swej gałęzi opadającej, gdy jej blask nieuchronnie się zmniejsza. Symulacje numeryczne pozwoliły uzyskać przewidywane profile krzywych jasności poświat w zależności od masy soczewki i opóźnienia czasowego sygnałów.
W oparciu o swoje analizy naukowcy sugerują, aby przyszłe poszukiwania soczewkowanych GRB oprzeć na dwóch przypadkach obiektów soczewkujących:
1) Zwarty obiekt, typu czarnej dziury o masie nie większej niż 10 mln mas Słońca. Opóźnienie będzie wtedy niewielkie (~100 sekund lub mniejsze), a zwielokrotnione obrazy gamma mogą być rozdzielone lub nakładające się. Jeśli jednak sygnał opóźniony będzie słabszy niż czułość detektora, aparatura zarejestruje tylko jeden sygnał. W takim przypadku, można wykorzystać późniejsze obserwacje poświaty w zakresach rentgenowskim i optycznym, by ocenić, czy obraz jest soczewkowany, czy może obiekt miał kilka następujących po sobie emisji. Jeśli sygnał GRB jest faktycznie soczewkowany, wówczas poświata rentgenowska najprawdopodobniej zawierałaby kilka rentgenowskich flar o podobnym kształcie. W obrazie optycznym poświaty również powinniśmy zaobserwować pojaśnienia „górki” krzywej jasności.
2) Galaktyki o masie 1-100 mld mas Słońca. W takim przypadku typowe opóźnienie będzie rzędu ~17 min – 28 h. Wobec tego w zakresie gamma niezmiernie trudno będzie wykryć soczewkowanie (o ile w ogóle będzie to możliwe). Natomiast w zakresie promieni X, światła widzialnego, czy fal radiowych powinny się ujawnić wyraźne flary (pojaśnienia) na tle słabnącej emisji poświaty. Takie zjawisko pozwoliłoby na łatwą weryfikację czy doszło do soczewkowania.
Biorąc pod uwagę, że teleskopy optyczne oraz radioteleskopy są zazwyczaj w stanie rozróżnić poszczególne obrazy zwielokrotnione, pozwoli to na weryfikację soczewkowania. Jest to kolejny argument na rzecz rozwijania tzw. astronomii wielozakresowej (ang. multimessenger astronomy), co również jest domeną NCBJ.
W ramach powyższych badań, w archiwalnych danych naukowcy znaleźli potencjalnego kandydata soczewkowanego błysku gamma o katalogowej nazwie – GRB130831A. Opóźnienie czasowe było rzędu 500 sekund, co mieści się w zakresie omawianych sytuacji. Pewne detale tego zjawiska nie pozwalają jednak na stuprocentowe potwierdzenie postawionej hipotezy. Naukowcy nie poddają się i zapowiadają dalsze badania GRB 130831A. Tym samym żywią ogromne nadzieje, że dzięki wielozakresowym przeglądom nieba, w szczególności monitoringu całego nieba w zakresie gamma, znalezienie kolejnych soczewkowanych błysków gamma jest tylko kwestią czasu.
« powrót do artykułu
-
-
Recently Browsing 0 members
No registered users viewing this page.