Specjaliści prezentują pomysły, jak znaleźć czarną dziurę krążącą w Układzie Słonecznym
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
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 -
przez KopalniaWiedzy.pl
Wiele z odkrytych dotychczas czarnych dziur jest częścią układu podwójnego. Układy takie składają się z krążących wokół siebie czarnej dziury oraz innego obiektu – jak gwiazda, gwiazda neutronowa czy druga czarna dziura. Astronomowie z MIT-u i Caltechu poinformowali właśnie o zaskakującym odkryciu. Jedna z najlepiej przebadanych czarnych dziur, klasyfikowana jako część układu podwójnego, okazała się wchodzić w skład układu potrójnego.
Dotychczas sądzono, że czarnej dziurze V404 Cygni towarzyszy jedynie sąsiednia gwiazda. Obiega ona dziurę w ciągu 6,5 doby, to tak blisko, że V404 Cygni wciąga materiał z gwiazdy.Ku zdumieniu badaczy okazało się jednak, że wokół czarnej dziury krąży jeszcze jedna gwiazda.
Ten drugi z towarzyszy znajduje się w znacznie większej odległości. Gwiazda obiega dziurę w ciągu 70 000 lat. Sam fakt, że czarna dziura wywiera wpływ grawitacyjny na tak odległy obiekt każe zadać pytania o jej pochodzenie. Czarne dziury tego typu powstają w wyniku eksplozji supernowej. Badacze zauważają jednak, że gdyby tak było w tym przypadku, to energia wyemitowana przez gwiazdę przed jej zapadnięciem się, eksplozją i utworzeniem czarnej dziury, wyrzuciłaby w przestrzeń kosmiczną każdy luźno powiązany z nią obiekt. Zatem tej drugiej gwiazdy, bardziej odległej od czarnej dziury, nie byłoby w jej otoczeniu.
Dlatego też badacze uważają, że zaobserwowana przez nich czarna dziura powstała w wyniku bezpośredniego zapadnięcia się gwiazdy, w procesie, który nie doprowadził do pojawienia się supernowej. To znacznie bardziej łagodna droga tworzenia się czarnych dziur. Sądzimy, że większość czarnych dziur powstaje w wyniku gwałtownej eksplozji gwiazd, jednak to odkrycie poddaje tę drogę w wątpliwość. To bardzo interesujący układ z punktu badania ewolucji czarnych dziur. I każe zadać sobie pytanie, czy istnieje więcej układów potrójnych, mówi Kevin Burdge z MIT-u.
Odkrycia dokonano przypadkiem. Naukowcy analizowali bazę Aladin Lite, repozytorium obserwacji astronomicznych wykonanych przez różne teleskopy naziemne i kosmiczne. Wykorzystali automatyczne narzędzie, by wyodrębnić z bazy obserwacje dotyczące tych samych fragmentów nieboskłonów. Szukali w nich śladów nieznanych czarnych dziur. Z ciekawości Burdge zaczął przyglądać się V404 Cygni. To czarna dziura znajdująca się w odległości 8000 lat od Ziemi i jedna z pierwszych potwierdzonych czarnych dziur. Od czasu potwierdzenia w 1992 roku V404 Cygni jest jedną z najlepiej przebadanych czarnych dziur, na jej temat powstało ponad 1300 prac naukowych.
Burdge, oglądając jej zdjęcia, zauważył dwa źródła światła, zadziwiająco blisko siebie. Pierwsze ze źródeł zostało już wcześniej opisane jako niewielka gwiazda, której materiał jest wciągany przez V404 Cygni. Drugim ze źródeł nikt się dotychczas szczegółowo nie zainteresował. Burdge przystąpił do pracy. Dzięki danym z europejskiego satelity Gaia stwierdził, że to druga gwiazda, poruszająca się w tandemie z pierwszą. Prawdopodobieństwo, że to tylko przypadek, wynosi 1 do 10 milinów.
Zatem ta druga gwiazda również jest powiązana grawitacyjnie z V404 Cygni. Jest jednak daleko od niej. Znajduje się w odległości 3500 jednostek astronomicznych, czyli 3500 razy dalej niż Ziemia od Słońca. Obserwacje tej gwiazdy zdradziły też wiek całego układu. Badacze stwierdzili, że gwiazda rozpoczyna proces zmiany w czerwonego olbrzyma, ma zatem około 4 miliardów lat.
Jak się zatem okazuje, nawet – wydawałoby się – bardzo dobrze przebadane obiekty astronomiczne mogą skrywać niezwykłe tajemnice, których rozwikłanie znacząco zmienia i wzbogaca naszą wiedzę.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
NASA zaprezentowała pierwsze zdjęcia pełnowymiarowego prototypu sześciu teleskopów, które w przyszłej dekadzie rozpoczną pracę w kosmicznym wykrywaczu fal grawitacyjnych. Budowane przez ekspertów z NASA teleskopy to niezwykle ważne elementy misji LISA (Laser Interferometer Space Antenna), przygotowywanej przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA).
W skład misji LISA będą wchodziły trzy pojazdy kosmiczne, a na pokładzie każdego z nich znajdą się po dwa teleskopy NASA. W 2015 roku ESA wystrzeliła misję LISA Pathfinder, która przetestowała technologie potrzebne do stworzenia misji LISA. Kosmiczny wykrywacz fal grawitacyjnych ma rozpocząć pracę w 2035 roku.
LISA będzie składała się z trzech satelitów, tworzących w przestrzeni kosmicznej trójkąt równoboczny. Każdy z jego boków będzie miał długość 2,5 miliona kilometrów. Na pokładzie każdego z pojazdów znajdą się po dwa identyczne teleskopy, przez które do sąsiednich satelitów wysyłany będzie impuls z lasera pracującego w podczerwieni. Promień będzie trafiał w swobodnie unoszące się na pokładzie każdego satelity pokryte złotem kostki ze złota i platyny o boku 46 mm. Teleskopy będą odbierały światło odbite od kostek i w ten sposób, z dokładnością do pikometrów – bilionowych części metra – określą odległość pomiędzy trzema satelitami. Pojazdy będą umieszczone w takim miejscu przestrzeni kosmicznej, że na kostki nie będzie mogło wpływać nic oprócz fal grawitacyjnych. Zatem wszelkie zmiany odległości będą świadczyły o tym, że przez pojazdy przeszła fala grawitacyjna. Każdy z pojazdów będzie miał na pokładzie dwa teleskopy, dwa lasery i dwie kostki.
Formacja trzech pojazdów kosmicznych zostanie umieszczona na podobnej do ziemskiej orbicie wokół Słońca. Będzie podążała za naszą planetą w średniej odległości 50 milionów kilometrów. Zasada działania LISA bazuje na interferometrii laserowej, jest więc podobna do tego, jak działają ziemskie obserwatoria fal grawitacyjnych, takie jak np. opisywane przez nas LIGO. Po co więc budowanie wykrywaczy w kosmosie, skoro odpowiednie urządzenia istnieją na Ziemi?
Im dłuższe ramiona wykrywacza, tym jest on bardziej czuły na fale grawitacyjne o długim okresie. Maksymalna czułość LIGO, którego ramiona mają długość 4 km, przypada na zakres 500 Hz. Tymczasem w przypadku LISY będzie to zakres 0,12 Hz. Kosmiczny interferometr będzie więc uzupełnienie urządzeń, które posiadamy na Ziemi, pozwoli rejestrować fale grawitacyjne, których ziemskie urządzenia nie zauważą.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Gdyby większość ciemnej materii istniała nie w postaci w formie cząstek, a mikroskopijnych czarnych dziur, to mogłyby one wpływać na orbitę Marsa tak, że bylibyśmy w stanie wykryć to za pomocą współczesnej technologii. Zatem zmiany orbity Czerwonej Planety mogłyby posłużyć do szukania ciemnej materii, uważają naukowcy z MIT, Uniwersytetu Stanforda i Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz. A wszystko zaczęło się od odrodzenia hipotezy z lat 70. XX wieku i pytania o to, co stałoby się z człowiekiem, przez którego przeszłaby miniaturowa czarna dziura.
Pomysł, że większość ciemnej materii, której wciąż nie potrafimy znaleźć, istnieje w postaci miniaturowych czarnych dziur, narodził się w latach 70. Wysunięto wówczas hipotezę, że u zarania wszechświata z zapadających się chmur gazu powstały niewielkie czarne dziury, które w miarę ochładzania się i rozszerzania wszechświata, rozproszyły się po nim. Takie czarne dziury mogą mieć wielkość pojedynczego atomu i masę największych znanych asteroid. W ostatnich latach hipoteza ta zaczęła zdobywać popularność w kręgach naukowych.
Niedawno jeden z autorów badań, Tung Tran, został przez kogoś zapytany, co by się stało, gdyby taka pierwotna czarna dziura przeszła przez człowieka. Tran chwycił za coś do pisania i wyliczył, że gdyby tego typu czarna dziura minęła przeciętnego człowieka w odległości 1 metra, to osoba taka zostałaby w ciągu 1 sekundy odrzucona o 6 metrów. Badacz wyliczył też, że prawdopodobieństwo, by taki obiekt znalazł się w pobliżu kogokolwiek na Ziemi jest niezwykle małe.
Jednak Tung postanowił sprawdzić, co by się stało, gdyby miniaturowa czarna dziura przeleciała w pobliżu Ziemi i spowodowała niewielkie zmiany orbity Księżyca. Do pomocy w obliczeniach zaprzągł kolegów. Wyniki, które otrzymaliśmy, były niejasne. W Układzie Słonecznym mamy do czynienia z tak dynamicznym układem, że inne siły mogłyby zapobiec takim zmianom, mówi uczony.
Badacze, chcąc uzyskać jaśniejszy obraz, stworzyli uproszczoną symulację Układu Słonecznego składającego się z wszystkich planet i największych księżyców. Najdoskonalsze symulacje Układu biorą pod uwagę ponad milion obiektów, z których każdy wywiera jakiś wpływ na inne. Jednak nawet nasza uproszczona symulacja dostarczyła takich danych, które zachęciły nas do bliższego przyjrzenia się problemowi, wyjaśnia Benjamin Lehmann z MIT.
Na podstawie szacunków dotyczących rozkładu ciemnej materii we wszechświecie i masy miniaturowych czarnych dziur naukowcy obliczyli, że taka wędrująca we wszechświecie czarna dziura może raz na 10 lat trafić do wewnętrznych regionów Układu Słonecznego. Wykorzystując dostępne symulacje rozkładu i prędkości przemieszczania się ciemnej materii w Drodze Mlecznej, uczeni symulowali przeloty tego typu czarnych dziur z prędkością około 241 km/s. Szybko odkryli, że o ile efekty przelotu takiej dziury w pobliżu Ziemi czy Księżyca byłyby trudne do obserwowania, gdyż ciężko byłoby stwierdzić, że widoczne zmiany wywołała czarna dziura, to w przypadku Marsa obraz jest już znacznie jaśniejszy.
Z symulacji wynika bowiem, że jeśli pierwotna czarna dziura przeleciałaby w odległości kilkuset milionów kilometrów od Marsa, po kilku latach orbita Czerwonej Planety zmieniłaby się o około metr. To wystarczy, by zmianę taką wykryły instrumenty, za pomocą których badamy Marsa.
Zdaniem badaczy, jeśli w ciągu najbliższych dziesięcioleci zaobserwujemy taką zmianę, powinniśmy przede wszystkim sprawdzić, czy nie została ona spowodowana przez coś innego. Czy to nie była na przykład nudna asteroida, a nie ekscytująca czarna dziura. Na szczęście obecnie jesteśmy w stanie z wieloletnim wyprzedzeniem śledzić tak wielkie asteroidy, obliczać ich trajektorie i porównywać je z tym, co wynika z symulacji dotyczących pierwotnych czarnych dziur, przypomina profesor David Kaiser z MIT.
A profesor Matt Caplan, który nie był zaangażowany w badania, dodaje, że skoro mamy już obliczenia i symulacje, to pozostaje najtrudniejsza część – znalezienie i zidentyfikowanie prawdziwego sygnału, który potwierdzi te rozważania.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
O teleskopie Hubble'a słyszeli chyba wszyscy. Nic w tym dziwnego, gdyż jest to jeden z najważniejszych instrumentów naukowych wykorzystywanych obecnie przez człowieka. Niewiele osób jednak wie, że teleskopy wcale nie muszą spoglądać w niebo. Na Antarktydzie powstaje właśnie niezwykłe urządzenie. Teleskop IceCube (Kostka Lodu), jest budowany wewnątrz lodowej czapy pokrywającej południowy biegun naszej planety. Jego zadaniem jest wykrywanie neutrin.
Neutrino
Neutrino to jedna z cząstek elementarnych. Należy ona do grupy leptonów i wyróżniamy trzy typy neutrin: taonowe, mionowe oraz elektronowe. Neutrino ma zerowy ładunek elektryczny i niemal nie ma masy. Cząstka jest tak przenikliwa, że na przykład planety nie stanowią dla niej żadnej przeszkody. W każdej chwili przez nasze ciała, przez budynki i przez samą Ziemię przelatuje niezliczona liczba neutrin. Ich głównym źródłem jest oddziaływanie promieni kosmicznych w górnych warstwach atmosfery. Neutrina emitują też np. gwiazdy i reaktory atomowe.
Istnienie neutrin zostało przewidziane teoretycznie w 1930 roku przez Wolfganga Pauliego, ale musiało minąć aż 26 lat zanim eksperymentalnie udowodniono, że Pauli się nie mylił.
Cząsteczki te są bardzo łakomym kąskiem dla astronomów. Podróżują z prędkością światła od źródeł promieniowania, a na swej drodze nie napotykają niemal żadnych przeszkód. Neutrina powstają np. we wnętrzach gwiazd i bez najmniejszych problemów przemierzają przestrzeń kosmiczną. Badanie neutrin pozwala więc naukowcom wysnuć wnioski na temat samych źródeł, z których zostały wyemitowane.
Z tego, co wiemy obecnie, zdecydowana większość istniejących neutrin pochodzi z samych początków wszechświata, powstały w momencie Wielkiego Wybuchu.
IceCube
Neutrina badane są od kilkudziesięciu lat i od lat naukowcy opracowują nowe metody ich obserwacji. Teoretycy od dawna uważają, że do obserwacji neutrin pochodzących z bardzo odległych źródeł potrzebny jest instrument długości co najmniej kilometra. Takim instrumentem ma być IceCube. Na miejsce jego budowy wybrano Antarktydę, gdyż jej lody są wyjątkowo czyste i wolne od źródeł promieniowania. Nic nie powinno więc zakłócać pracy niezwykłego teleskopu.
Będzie się on składał z co najmniej 4200 modułów optycznych zawieszonych na 70 pionowych linach, a te z kolei będą umieszczone na głębokości od 1450 do 2450 metrów pod powierzchnią lodu. Na samej powierzchni znajdzie się kopuła zbudowana z co najmniej 280 modułów optycznych. Powierzchnia IceCube'a będzie wynosiła około 1 kilometra kwadratowego. Jak łatwo obliczyć, objętość tego niezwykłego instrumentu naukowego to około 2,5 kilometra sześciennego. Po ukończeniu prac IceCube będzie działał przez 20 lat.
Uczeni mają nadzieję, że odpowie on na tak fundamentalne pytania, jak warunki fizyczne rozbłysków gamma czy też pozwoli zbadać naturę fotonów pochodzących z pozostałości po supernowej w gwiazdozbiorze Kraba oraz z nieodległych galaktyk. Być może IceCube pozwoli również potwierdzić teorię strun.
Obecnie IceCube składa się z 40 lin. Do stycznia 2009 roku przybędzie 9 kolejnych. Rok później mają być już 63 liny, a w marcu 2010 roku urządzenie osiągnie pełną gotowość operacyjną. We wrześniu 2010 roku zakończony zostanie główny etap budowy IceCube'a.
Obecnie budżet projektu wynosi 271 milionów dolarów. W pracach bierze udział około 200 naukowców i 29 instytucji.
O skali przedsięwzięcia niech świadczą liczby. Wywiercenie w lodzie każdego z 70 otworów o średniej głębokości 2454 metrów trwa średnio 48 godzin (pierwszy otwór wiercono przez 57 godzin). W tym czasie usuwane jest 757 metrów sześciennych lodu i zużyciu ulega około 2400 litrów paliwa. W każdym otworze umieszczana jest lina. Operacja ta trwa 11 godzin. Praca nie jest łatwa, gdyż Antarktyda to najzimniejsze, najbardziej wietrzne i najbardziej suche miejsce na Ziemi. W niektórych jej punktach nie padało od tysięcy lat, a średnie temperatury na Biegunie Południowym wynoszą latem około -37 stopni Celsjusza. Rekord ciepła na Biegunie to -13,8 stopnia Celsjusza. Rekord zimna na Antarktydzie to -89 stopni Celsjusza.
Najsilniejsze podmuchy wiatru zanotowano w lipcu 1972 roku. Naukowcy z francuskiej bazy Dumont d'Urville poinformowali wówczas, że wiatr wial z prędkością 320 kilometrów na godzinę. Na Antarktydzie znajduje się też największa pustynia na świecie, a rekordowy zanotowany spadek temperatury wyniósł 36 stopni w ciągu 12 minut.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.