Gwiazda krąży wokół czarnej dziury w Drodze Mlecznej i potwierdza teorię Einsteina
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Przed 10 laty 14 września 2015 roku interferometr LIGO zarejestrował pierwsze fale grawitacyjne wykryte przez człowieka (o ich odkryciu poinformowano 11 lutego 2016 roku). Ludzkość zyskała 3. sposób badania kosmosu, po falach elektromagnetycznych i promieniowaniu kosmicznym. Tym razem zaobserwowaliśmy zaginanie czasoprzestrzeni. Obecnie LIGO rutynowo wykrywa fale grawitacyjne. We współpracy z Virgo (Włochy) i KAGRA (Japonia) tworzy sieć LVK, która średnio co trzy dni rejestruje fale pochodzące z połączenia czarnych dziur. Teraz naukowcy z LVK zdobyli drugi w historii, i jednocześnie najdokładniejszy, dowód obserwacyjny, na prawdziwość teorii o powierzchni czarnych dziur Stephena Hawkinga. W przełomowych badaniach brała udział duża grupa polskich uczonych z Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika, Uniwersytetu Warszawskiego, Uniwersytetu Jagiellońskiego, Polskiej Akademii Nauk, Uniwersytetu w Białymstoku i Narodowego Centrum Badań Jądrowych.
W 1971 roku Stephen Hawking zaprezentował teorię, zgodnie z którą całkowita powierzchnia horyzontu zdarzeń czarnej dziury nigdy się nie zmniejsza. Pierwsze zarejestrowane przez człowieka fale grawitacyjne pochodziły z wydarzenia GW150914, które po analizie okazało się połączeniem czarnych dziur o masach 29 i 36 mas Słońca. W ich wyniku powstała nowa czarna dziura o masie 62 mas Słońca, a brakujące masa 3 Słońc została wyemitowana w postaci promieniowania grawitacyjnego. Gdy Stephen Hawking się o tym dowiedział, skontaktował się z naukowcami z LIGO i zapytał, czy wykryte zjawisko potwierdza jego teorię o powierzchni. Wówczas jednak naukowcy nie byli w stanie odpowiedzieć na to pytanie. Dopiero w 2019 roku, już po śmierci Hawkinga, stworzono odpowiednie techniki analizy danych. Dwa lata później, w 2021 roku ostatecznie stwierdzono, że obserwacje wykazały, iż powierzchnia wynikowej czarnej dziury się nie zmniejszyła. Dokładność obserwacji wynosiła 95%, czyli około 2 sigma. To zbyt mało, by mówić o odkryciu.
Obecnie nadeszło silniejsze potwierdzenie prawdziwości teorii Hawkinga. Znaleziono je w danych z interferometru LIGO – Virgo i KAGRA były akurat wyłączone – który 14 stycznia bieżącego roku zaobserwował sygnał GW250114. Dostarczył on najsilniejszych dowodów na prawdziwość twierdzenia Hawkinga. ANaliza wykazała, że całkowita powierzchnia obu czarnych dziur, które się połączyły, wynosiła 240 000 km2, a powierzchnia nowo powstałej czarnej dziury to około 400 000 km2. Tym razem dokładność obserwacji wynosi 99,999%. Szczegóły badań opublikowano na łamach Physical Review Letters.
Ten wyjątkowy pomiar był możliwy dzięki 10 latom udoskonaleń interferometru. Prace były prowadzone w obu wykrywaczach, w stanach Waszyngton i Louisiana. Nie wiem, co będzie za 10 lat, ale poprzednie 10 lat to czas olbrzymiego wzrostu czułości LIGO. Dzięki temu nie tylko wykrywamy coraz więcej nowych czarnych dziur, ale zdobywamy coraz bardziej szczegółowe dane na ich temat, mówi profesor Katerina Chatziioannou.
Fale grawitacyjne ściskają i rozciągają przestrzeń o 1 część na 1021, zatem cała ziemia jest ściskana lub rozciągana o około szerokość atomu. LIGO składa się z dwóch bliźniaczych urządzeń umieszczonych w odległości około 3000 kilometrów od siebie. Każde z urządzeń ma kształt litery L o ramionach długości 4 kilometrów. Na końcach ramion znajdują się 40-kilogramowe lustra umieszczone dokładnie w tej samej odległości od lasera. W ich stronę wystrzeliwana jest wiązka lasera, która odbija się od luster i wraca do detektorów. Jeśli w trakcie ostrzeliwania luster laserem przez Ziemię przejdzie fala grawitacyjna, zmieni się odległość pomiędzy jednym z luster a laserem. Zatem światło w obu ramionach przebędzie różną drogę. Między promieniami światła dojdzie do interferencji, a badając ją naukowcy mogą mierzyć relatywną długość obu ramion z dokładnością do 1/10 000 szerokości protonu. To wystarczy, by wykryć zmiany długości ramion interferometru spowodowane przejściem fali grawitacyjnej.
Wykorzystanie dwóch identycznych urządzeń położonych w dużej odległości od siebie ma na celu eliminację części zakłóceń powodowanych źródłami na Ziemi (może zostać zakłócone jedno urządzenie, ale drugie położone tak daleko nie odczuje zakłócenia lub będzie to odczuwalne w inny sposób). Duża odległość pozwala też na dodatkowe upewnienie się, że przeszła fala grawitacyjna. Fale te rozchodzą się bowiem z prędkością światła, dokładnie więc wiemy, jakie może być opóźnienie zarejestrowanego sygnału pomiędzy jednym a drugim urządzeniem. Dzięki odległości dzielącej urządzenia możemy też dokonywać lepszej triangulacji, czyli lepiej określać źródło sygnału, a włączenie do tej sieci Virgo i KAGRA dodatkowo zwiększa precyzję pomiarów.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Międzynarodowy zespół naukowców z Izraela, USA, Wielkiej Brytanii, Danii i Finlandii, znalazł dowody świadczące o tym, że gwiazda przetrwała spotkanie z supermasywną czarną dziurą. Do takich wniosków uczeni doszli, gdy niedawno zauważyli rozbłysk, który bardzo przypominał rozbłysk AT 2022dbl sprzed 700 dni. Ten wcześniejszy zaobserwowano dokładnie w tym samym miejscu, co późniejszy, a charakterystyki obu były niezwykle podobne. Badacze wysnuli więc wniosek, że oba rozbłyski spowodowało przejście tej samej gwiazdy w pobliżu czarnej dziury. A to oznacza, że gwiazda przetrwała pierwsze spotkanie.
Gdy gwiazda znajdzie się zbyt blisko supermasywnej czarnej dziury, jest rozrywana przez siły pływowe. Połowa jej masy trafia do czarnej dziury, połowa jest odrzucana. Astronomowie niejednokrotnie obserwowali rozbłyski, świadczące o rozerwaniu gwiazdy przez czarną dziurę. Takie obserwacje pozwalają poznać właściwości czarnych dziur i ich dysku akrecyjnego. Centralną czarną dziurę Drogi Mlecznej możemy badać wykorzystując w tym celu ruch pobliskich gwiazd. Jednak w odniesieniu do innych galaktyk naukowcy muszą polegać na rzadkich wysokoenergetycznych wydarzeniach, pozwalających w ogóle stwierdzić obecność czarnej dziury.
Szacuje się, że raz na 10 000 – 100 000 lat gwiazda może zbliżyć się do czarnej dziury tak blisko, że zostanie rozerwana. Wówczas połowa jej materiału opada na dziurę po spiralnej trajektorii. W bezpośrednim sąsiedztwie dziury opadająca materia osiąga niemal prędkość światła, rozgrzewa się i intensywnie promieniuje. Trwa to kilka tygodni lub miesięcy, dając astronomom okazję do badań.
Jednak wiele takich rozbłysków stanowi zagadkę, gdyż ich jasność i temperatura są znacznie niższe, że przewidują teorie. Dlatego naukowcy szukają alternatywnych wyjaśnień tego fenomenu. Niedawno grupa naukowa pracująca pod kierunkiem Uniwersytetu w Tel Awiwie, zidentyfikowała w danych obserwacyjnych rozbłysk, który bardzo przypominał i miał miejsce w tym samym miejscu co rozbłysk AT 2022dbl sprzed 700 dni. Uczeni wysunęli więc hipotezę, że pierwszy rozbłysk był spowodowany częściowym zniszczeniem gwiazdy przez siły pływowe czarnej dziury, a drugi rozbłysk to dowód na ponowną interakcję tej samej gwiazdy i dziury.
Pytanie brzmi, czy zaobserwujemy kolejny rozbłysk po mniej więcej dwóch latach, czyli na początku 2026 roku. Jeśli tak, to będzie oznaczało, że również drugi rozbłysk był wynikiem częściowego zniszczenia gwiazdy. Może więc i inne rozbłyski, których naturę specjaliści próbują wyjaśnić od dekady, nie są spowodowane przez całkowite zniszczenie gwiazdy, zastanawia się profesor Iair Arcavi z Tel Awiwu.
Źródło: The Double Tidal Disruption Event AT 2022dbl Implies that at Least Some “Standard” Optical Tidal Disruption Events Are Partial Disruptions
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
TOI-6894 to gwiazda jakich wiele, nieduży czerwony karzeł o masie pięciokrotnie mniejszej od masy Słońca. Astronomowie nie spodziewają się, by wokół tak niewielkich gwiazd krążyły duże planety. Podczas ich formowania nie powinno być bowiem warunków do powstania wielkich planet. Jednak uczeni z University College London i University of Warwick dokonali zdumiewającego odkrycia, którego nie potrafią wytłumaczyć.
Wokół TOI-6894 krąży bowiem gazowy olbrzym TOI-6894b o średnicy większej od średnicy Saturna. To odkrycie będzie przełomem w zrozumieniu procesu formowania się gazowych olbrzymów, stwierdzają odkrywcy. Planeta TOI-6894b, zauważona dzięki Very Large Telescope, jest gazowym olbrzymem o niewielkiej gęstości. Przy średnicy większej od Saturna jej masa jest o połowę mniejsza niż olbrzyma z Układu Słonecznego. A jej gwiazda macierzysta to najmniej masywna gwiazda przy której zauważono dużą planetę.
To interesujące odkrycie. Nie rozumiemy, jak gwiazda o tak niskiej masie doprowadziła do powstania tak masywnej planety. To właśnie jeden z celów poszukiwań egzoplanet. Znajdując układy planetarne różne od Układu Słonecznego, możemy przetestować nasze modele i lepiej zrozumieć, jak powstał nas własny system planetarny, mówi doktor Vincent Van Eylen z UCL.
Zgodnie z najszerzej akceptowaną teorią dotyczącą formowania się gazowych olbrzymów, powstają one z dysku akrecyjnego wokół gwiazdy. Znajdujący się tam materiał gromadzi się, tworząc jądro, a gdy staje się ono wystarczająco masywne, zaczyna przyciągać gazy, tworzące atmosferę gazowego olbrzyma. Początkowo proces ten jest powolny, jednak gdy masa atmosfery dorównuje już masie jądra, dochodzi do gwałtownego zasysania gazu z dysku akrecyjnego, a im większa masa, tym proces ten jest szybszy.
Wedle tej teorii utworzenie się gazowych olbrzymów wokół gwiazd o niskiej masie jest trudniejsze, gdyż w ich dysku protoplanetarnym nie ma wystarczająco dużo materiału. Odkrycie TOI-6894b wskazuje, że taki model nie jest dokładny i potrzebne są alternatywne teorie. Być może formowanie się planety przebiegało stopniowo, jej jądro nie było nigdy tak masywne, by rozpoczął się proces gwałtownego zasysania gazu. Być może zaś planeta powstała w grawitacyjnie niestabilnym dysku, który rozpadł się na fragmenty i utworzył planetę. Naukowcy rozważyli oba te scenariusze i uznali, że żaden z nich nie wyjaśnia do końca powstania TOI-6894b. Kwestia więc pozostaje otwarta.
Innym interesującym aspektem nowo odkrytej planety jest temperatura jej atmosfery. Jest ona bowiem niezwykle chłodna. Większość pozasłonecznych gazowych olbrzymów to gorące Jowisze, których atmosfera ma temperaturę 1000–2000 kelwinów. Tymczasem temperatura TOI-6894b to zaledwie 420 kelwinów.
Źródło: A transiting giant planet in orbit around a 0.2-solar-mass host star, https://www.nature.com/articles/s41550-025-02552-4
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Astronomowie nazywają Jowisza „architektem” Układu Słonecznego. Jego potężne pole grawitacyjne odegrało ważną rolę w ukształtowaniu orbit pozostałych planet, wpłynęło na kształt ich dysków protoplanetarnych. Teraz profesorowie Konstantin Batygin z California Institute of Technology i Fred C. Adam z University of Michigan poinformowali na łamach Nature Astronomy, że w przeszłości Jowisz był znacznie większy i wywierał znacznie silniejsze oddziaływanie grawitacyjne.
Naszym celem jest zrozumienie, skąd się wzięliśmy. Żeby to wiedzieć, musimy poznać wczesne fazy formowania się planet. To prowadzi nas do zrozumienia, a jaki sposób swój obecny kształt nabył nie tylko Jowisz, ale cały Układ Słoneczny, stwierdza Batygin.
Naukowcy przyjrzeli się niewielkim księżycom Jowisza, Amaltei i Tebe. Orbity obu są nieco nachylone względem Jowisza, naukowcy wykorzystali je do obliczenia pierwotnej wielkości Jowisza. Z obliczeń tych wynika, że 3,8 miliona lat po tym, jak uformowały się pierwsze planety skaliste Układu Słonecznego, Jowisz miał dwukrotnie, a może nawet dwuipółkrotnie, większą średnicę niż obecnie. Jego pole magnetyczne było zaś 50-krotnie silniejsze niż obecnie. Nasze obliczenia są całkowicie zgodne z teorią o formowaniu się olbrzymich planet i pozwalają na wgląd w system Jowisza pod koniec istnienia mgławicy przedsłonecznej - czytamy na łamach Nature Astronomy.
Ważnym aspektem badań jest oparcie się przez naukowców na danych, które nie są obarczone takim poziomem niepewności jak zwykle używane modele, w których przyjmuje się założenia odnośnie przejrzystości gazu, tempa akrecji czy masy jądra formującej się planety. Batygin i Adams wykorzystali dynamikę orbitalną księżyców Jowisza oraz moment pędu samej planety, czyli wartości, które można bezpośrednio zmierzyć.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Kosmiczna niezwykłość, która rzuca wyzwanie naszemu rozumieniu wszechświata, pokazuje, jaki los może spotkać Drogę Mleczną. Międzynarodowy zespół naukowy, który pracował pod kierunkiem ekspertów z CHRIST University w Bangalore, badał olbrzymią galaktykę spiralną położoną w odległości miliarda lat świetlnych od Ziemi. W centrum galaktyki znajduje się supermasywna czarna dziura o masie miliardy razy większej od masy Słońca, która napędza gigantyczne dżety radiowe o długości 6 milionów lat świetlnych.
Badana galaktyka jest jedną z największych znanych galaktyk spiralnych. Równie wyjątkowe są jej dżety. Tak potężne znajdowano dotychczas niemal wyłącznie w galaktykach eliptycznych, nie spiralnych. To oznacza, że potencjalnie i Droga Mleczna mogłaby wygenerować w przyszłości tak potężne dżety. Jeśli by do tego doszło, mogłoby to oznaczać masowe wymieranie na Ziemi w wyniku intensywnego promieniowania
To odkrycie skłania nas do przemyślenia ewolucji galaktyk, zwiększania masy czarnych dziur i oraz sposobu, w jaki kształtują one swoje otoczenie. Jeśli galaktyka spiralna jest w stanie nie tylko przetrwać, ale i rozwijać się w tak ekstremalnych warunkach, co to oznacza dla przyszłości Drogi Mlecznej? Czy nasza galaktyka doświadczy w przyszłości takiego wysokoenergetycznego zjawiska, które będzie miało poważne konsekwencje dla życia?, zastanawia się główny autor badań, profesor Joydeep Bagchi.
Badacze wykorzystali Teleskop Hubble'a, Giant Metrewave Radio Telescope oraz Atacama Large Millimeter Wave Array za pomocą których przyjrzeli się galaktyce 2MASX J23453268−0449256. Ma ona średnicę 3-krotnie większą od Drogi Mlecznej. W jej wnętrzu odkryli supermasywną czarną dziurę emitującą potężne dżety. Właśnie te dżety są najbardziej zaskakujące. Obowiązuje bowiem pogląd, zgodnie z którym tak aktywne dżety powinny zniszczyć delikatną strukturę galaktyki spiralnej.
Tymczasem 2MASX J23453268−0449256 ma dobrze widoczne ramiona, niewielką poprzeczkę oraz otaczający ją niezakłócony wewnętrzny pierścień gwiazd o średnicy 4,4 kpc (ponad 14 000 lat świetlnych). Galaktykę otacza rozległe halo gorącego gazu emitującego promieniowanie rentgenowskie. Halo powoli stygnie, jednak potężne dżety działają jak piec, uniemożliwiając tworzenie się tam gwiazd, pomimo wystarczającej do ich powstania ilości materiału.
Centralna czarna dziura w Drodze Mlecznej – Sagittarius A (Sgr A*) – ma masę 4 milionów mas Słońca i jest wyjątkowo spokojna. Jednak, jak mówią badacze, może się to zmienić, jeśli wchłonie duża chmurę gazu, gwiazdę czy galaktykę karłowatą. W takiej sytuacji mogłyby pojawić się duże dżety. Takie zjawiska, zwane rozerwaniami pływowymi (TDE – tidal disruption event), obserwowano już w innych galaktykach. Gdyby Sgr A* zaczęła napędzać dżety, to ich wpływ zależałby od siły, kierunku i emisji energii. Taki dżet skierowany w pobliże Układu Słonecznego mógłby pozbawić planety atmosfery, doprowadzić do uszkodzeń DNA w wyniku zwiększonego promieniowania. pozbawić Ziemię warstwy ozonowej i doprowadzić do masowego wymierania.
Autorzy badań zauważyli też, że 2MASX J23453268−0449256 zawiera 10-krotnie więcej ciemnej materii niż Droga Mleczna. Jej obecność może być kluczowa dla stabilności tej szybko obracającej się galaktyki. Fascynującym tematem przyszłych badań może być przeanalizowanie zależności pomiędzy ciemną materią, aktywnością czarnej dziury a strukturą tej galaktyki.
Ze szczegółami można zapoznać się na łamach Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.