Niezwykły sygnał w falach grawitacyjnych. Rekordowa gwiazda neutronowa czy rekordowa czarna dziura?
-
Similar Content
-
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
Naukowcy z Uniwersytetu w Kopenhadze, badając populacje gwiazd poza Drogą Mleczną, dokonali odkrycia, które może zmienić nasze rozumienie wielu procesów astronomicznych, w tym tworzenia się czarnych dziur, powstawania supernowych oraz tego, dlaczego galaktyki umierają.
Od lat 50. ubiegłego wieku przyjmuje się, że populacje gwiazd w innych galaktykach są podobne do tej, którą obserwujemy w Drodze Mlecznej – składają się one z gwiazd o dużej, średniej i małej masie. Duńscy naukowcy, na podstawie obserwacji 140 000 galaktyk do których analizy wykorzystano liczne zaawansowane modele, doszli do wniosku, że rozkład mas gwiazd w innych galaktykach wcale nie jest podobny do tego, co obserwujemy w najbliższym sąsiedztwie. Okazało się, że w odległych galaktykach gwiazdy mają zwykle większą masę niż w Drodze Mlecznej i u jej sąsiadów.
Masa gwiazd wiele nam mówi. Jeśli zmienimy masę gwiazd, zmieni się też liczba supernowych oraz czarnych dziur powstających z masywnych gwiazd. Zatem uzyskane przez nas wyniki oznaczają, że musimy jeszcze raz rozważyć wiele naszych założeń, gdyż odległe galaktyki wyglądają inaczej niż nasza, mówi główny autor badań, Alber Sneppen z Instytutu Nielsa Bohra.
Założenie, że rozkład wielkości i mas gwiazd z w odległych galaktykach jest taki sam jak w naszej, przyjęto przed około 70 laty dlatego, że nie wyliśmy w stanie wystarczająco szczegółowo galaktyk tych badać. Widzieliśmy jedynie wierzchołek góry lodowej i od dawna podejrzewaliśmy, że założenie, iż inne galaktyki wyglądają jak nasza, nie jest zbyt dobrym założeniem. Nikt jednak nie próbował dowieść, że w innych galaktykach populacje gwiazd wyglądają inaczej. Nasze badania pozwoliły nam to wykazać, a to otwiera drogę do lepszego zrozumienia tworzenia się galaktyk i ich ewolucji, wyjaśnia profesor Charles Steinhardt.
Naukowcy wykorzystali katalog COSMO, wielką międzynarodową bazę danych zawierającą ponad milion obserwacji światła z galaktyk, od takich znajdujących się w naszym najbliższym sąsiedztwie, po obiekty odległe o 12 miliardów lat świetlnych. Autorzy analizy twierdzą na przykład, że odkryli, dlaczego w pewnym momencie galaktyki przestają tworzyć nowe gwiazdy. Teraz, gdy lepiej określiliśmy masy gwiazd, widzimy nowy wzorzec. Najmniej masywne galaktyki tworzą gwiazdy, a bardziej masywne ich nie tworzą. To wskazuje, że istnieje uniwersalny trend opisujący śmierć galaktyk, mówi Sneppen.
Z badań wynika również, że większość galaktyk posiada bardziej masywne populacje gwiazd, niż sądzono. Ze szczegółami pracy można zapoznać się na łamach The Astrophysical Journal.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Astronomowie pracujący przy Event Horizon Telescope (EHT, Teleskop Horyzontu Zdarzeń) pokazali pierwszy obraz Sagittariusa A*, czyli supermasywnej czarnej dziury znajdującej się w centrum Drogi Mlecznej. Co prawda nie jesteśmy w stanie dostrzec samej czarnej dziury, ale możemy zobrazować rozgrzany świecący gaz krążący wokół niej. EHT zarejestrował światło zakrzywione przez potężną grawitację Sgr A*, która jest 4 000 000 razy bardziej masywna od Słońca.
Teleskop Horyzontu Zdarzeń to projekt naukowy, w którym uczestniczą radioteleskopy rozsiane po cały świecie. Celem projektu jest obserwacja Sgr A* i M87*, co ma pozwolić na weryfikację OTW, zrozumienie procesu akrecji oraz powstawania dżetów wokół czarnych dziur.
Byliśmy zaskoczeni tym, jak dobrze rozmiary dysku otaczającego czarną dziurę zgadza się z Ogólną Teorią Względności Einsteina, mówi Geoffrey Bower z EHT. Te bezprecedensowe obserwacje znakomicie uzupełniają naszą wiedzę o tym, co dzieje się w centrum naszej galaktyki i dają nam wgląd w interakcje pomiędzy masywnymi czarnymi dziurami, a otoczeniem.
Przed trzema laty EHT pokazał nam pierwszy w historii obraz czarnej dziury. Zobrazował wówczas M87*, znajdującą się w centrum galaktyki Messier 87.
Teraz widzimy, że Sgr A* jest bardzo podobna do M87*, mimo tego, że jest od niej ponad tysiąc razy mniejsza i mniej masywna. Mamy dwa całkowicie różne typy galaktyk i dwie czarne dziury o zupełnie innych masach. Ale blisko krawędzi dziury te wyglądają zadziwiająco podobnie, stwierdza Sera Makroff z Uniwersytetu w Amsterdamie.
Uzyskanie obrazu Sgr A* było znacznie trudniejsze niż M87*. Gaz w pobliżu obu tych czarnych dziur porusza się z taką samą prędkością bliską prędkości światła. Jednak o ile obiegnięcie M87* zajmuje gazowi dni lub tygodnie, to w przypadku SgrA* są to zaledwie minuty. A to oznacza, że jasność gazu i jej wzorzec szybko się zmieniają. Próba sfotografowania takiego obiektu przypomina próbę uzyskania ostrego zdjęcia szczeniaka próbującego schwytać własny ogon, wyjaśnia Chi-kwan Chan z University of Arizona.
Naukowcy musieli więc opracować zaawansowane narzędzia, które brałyby pod uwagę ruch gazu wokół Sgr A*. O ile zatem M87* była łatwiejszym, bardziej stabilnym obiektem do zobrazowania, w przypadku którego niemal wszystkie zdjęcia wyglądały tak samo, to Sgr A* na każdym z ujęć wyglądała inaczej. Potrzeba było współpracy 300 specjalistów z 80 instytucji na całym świecie, by uzyskać pierwszy uśredniony obraz czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Astronomowie odkryli nowy typ eksplozji gwiazd – mikronową. Do tego typu eksplozji dochodzi na powierzchni niektórych gwiazd, a w ich wyniku w ciągu kilku godzin wypaleniu ulega nawet 20 x 1015 ton materiału tworzącego gwiazdę.
Odkryliśmy zjawisko, które nazwaliśmy mikronową. Jego istnienie rzuca wyzwanie naszemu rozumieniu, w jaki sposób w gwiazdach dochodzi do eksplozji termojądrowych. Dotychczas sądziliśmy, że wiemy, jak to się dzieje. Jednak to odkrycie pokazuje, że eksplozje takie mogą powstawać w zupełnie nowy sposób, mówi Simone Scaringi z Durham University, który stał na czele zespołu badawczego.
Mikronowe to potężne wydarzenia w małej skali. Niosą ze sobą znacznie mniej energii niż znane nam od wieków nowe. Oba typy eksplozji łączy rodzaj gwiazd, mają one bowiem miejsce na białych karłach. To martwe gwiazdy o masie podobnej do masy Słońca, ale średnicy Ziemi.
Gdy biały karzeł występuje w układzie podwójnym, może wysysać materię swojego towarzysza. Gdy ta materia opada na bardzo gorącą powierzchnię białego karła dochodzi do eksplozji, w wyniku której atomy wodoru łączą się, tworząc atom helu. W nowych eksplozja termonuklearna ma miejsce na całej powierzchni gwiazdy. Takie powodują, że biały karzeł pali się i jasno świeci przez wiele tygodni, wyjaśnia współautorka badań, Nathalie Degenaar z Uniwersytetu w Amsterdamie.
Z kolei mikronowe to podobne eksplozje, do których dochodzi w mniejszej skali. Trwają one zaledwie kilka lub kilkanaście godzin. Zarejestrowano je na niektórych białych karłach o bardzo silnym polu magnetycznym, które kieruje opadający na gwiazdę materiał w stronę jej biegunów. Po raz pierwszy obserwowaliśmy zlokalizowaną fuzję wodoru. Wodorowe paliwo zostaje uwięzione w pobliżu biegunów niektórych białych karłów i tylko tam dochodzi do fuzji, dodaje Paul Groot z Radbound University. To zaś prowadzi do mikroeksplozji o sile 1/1 000 000 nowych, stąd też nazwa mikronowa, wyjaśnia uczony.
Odkrycie mikronowych to wyzwanie dla obecnego rozumienia gwiezdnych eksplozji. To pokazuje, jak dynamicznym miejscem jest wszechświat. Takie zjawiska mogą często występować, ale jako że trwają krótko, trudno jest je uchwycić, dodaje Scaingi.
Naukowcy dokonali odkrycia przypadkiem, przeglądając dane z Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Odkryliśmy w nich coś niezwykłego. Jasny rozbłysk w paśmie optyczny, który trwał kilka godzin. Podczas dalszych poszukiwań znaleźliśmy kilkanaście podobnych sygnałów, mówią naukowcy. W danych z TESS znaleziono trzy mikronowe, z czego dwie miały miejsce na białych karłach. Potwierdzenie, że i w przypadku trzeciej eksplozji mieliśmy do czynienia z białym karłem, wymagało wykorzystania instrumentu X-shooter z Very Large Telescope. Dzięki niemu zidentyfikowano zaś kolejne mikronowe.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Egzotyczne, szybko rotujące obiekty, są w kręgu zainteresowań astrofizyków. Polscy astronomowie próbują uzyskać informacje o warunkach fizycznych panujących we wnętrzu szybko rotujących gwiazd neutronowych. W pracy opublikowanej w The Astronomical Journal [PDF] wzbogacili analizy o efekty wynikające ze zjawiska pociemnienia grawitacyjnego.
Gwiazdy neutronowe są jednymi z ekstremalnych obiektów we Wszechświecie. Gęstość materii w ich wnętrzach dwukrotnie przekracza gęstość jądra atomowego. W takich warunkach, w jądrze gwiazdy, mogą pojawiać się tak egzotyczne stany, jak kondensaty pionów, kaonów, a nawet swobodne kwarki. Centrum gwiazdy może być w stanie nadciekłym lub nadprzewodzącym. Materii w takich warunkach, jakie występują we wnętrzach gwiazd neutronowych, nie jesteśmy w stanie otrzymać w żadnym ziemskim laboratorium. Jedynym sposobem na jej badanie pozostają obserwacje astronomiczne. Stworzone modele teoretyczne opisują strukturę wnętrza gwiazdy neutronowej przy założonych właściwościach i składzie materii ją tworzącej. Użyteczną dla astronomii obserwacyjnej formą przedstawienia tych modeli jest zależność promienia gwiazdy neutronowej od jej masy. Zatem wyznaczenie mas i promieni dla kilku, kilkunastu gwiazd i skonfrontowanie ich z przewidywaniami modeli, pozwoliłoby na weryfikację założeń teoretycznych na temat własności materii wnętrza gwiazdy neutronowej.
Polski zespół astronomów i astrofizyków, w skład którego wchodzą dr Agnieszka Majczyna (NCBJ), prof. Jerzy Madej (Obserwatorium Astronomiczne UW), prof. Agata Różańska (Centrum Astronomiczne im. M. Kopernika, PAN) oraz mgr Mirosław Należyty, realizuje projekt mający na celu wyznaczenie mas i promieni gwiazd neutronowych. Zaproponowana przez nich metoda polega na modelowaniu widm promieniowania gwiazd neutronowych i dopasowania ich do widm gwiazd neutronowych obserwowanych w zakresie rentgenowskim. Stworzony przez nich model – ATM24 uwzględnia wiele istotnych efektów, jak na przykład rozpraszanie fotonów na gorących elektronach (rozpraszanie Comptona). Niedawno autorzy wzbogacili model o kolejny ważny efekt – pociemnienie grawitacyjne.
Pociemnienie grawitacyjne występuje w gwiazdach odkształconych zarówno wskutek sił pływowych (w układzie podwójnym gwiazd) jak i rotacji. Gwiazdy neutronowe, choć silnie związane grawitacyjnie, ze względu na szybką rotację, dochodzącą nawet do tysiąca obrotów na sekundę, ulegają odkształceniu. Rotująca gwiazda przypomina elipsoidę obrotową – nieznacznie spłaszczoną na biegunach kulę. Taki kształt gwiazdy powoduje różnicę w wartości przyspieszenia grawitacyjnego, a tym samym temperatury w poszczególnych obszarach na jej powierzchni. Taka gwiazda wygląda na gorętszą, gdy obserwuje się ją od strony bieguna, gdzie grawitacja jest większa, niż gdyby patrzeć na nią w płaszczyźnie równika. W tej klasie obiektów szybko rotujące gwiazdy neutronowe są więc dobrymi kandydatami do badań efektu pociemnienia grawitacyjnego. Efekt pociemnienia grawitacyjnego jest znany od 1924, jednak w teoretycznych modelach atmosfer gwiazdowych, opisujących rozkład widmowy promieniowania, nie był uwzględniany. Powszechnie dotąd przyjmowane założenie jednorodnej grawitacji i temperatury na powierzchni odkształconej gwiazdy jest jedynie przybliżeniem, które autorzy porzucili w ramach swojej pracy.
Zbadaliśmy wpływ efektu pociemnienia grawitacyjnego na obserwowane widmo szybko rotującej, spłaszczonej gwiazdy neutronowej – mówi dr Agnieszka Majczyna z Zakładu Astrofizyki NCBJ. W naszym modelu widma promieniowania uwzględniamy przyczynki pochodzące od obszarów o różnych wartościach temperatury i przyspieszenia grawitacyjnego na powierzchni gwiazdy neutronowej, widzianej przez odległego obserwatora. Obliczona przez nas siatka modeli jest pierwszą taką w skali światowej. Nasze badania jasno pokazują, że efekt pociemnienia grawitacyjnego silnie wpływa na kształt widma i powinien być uwzględniany w realistycznych modelach atmosfer rotujących gwiazd neutronowych. Naukowcy nadal pracują nad udoskonalaniem modeli widm promieniowania rotujących gwiazd neutronowych. Kolejnym etapem naszego projektu będzie ulepszenie zaproponowanej przez nas metody wyznaczania masy i promienia gwiazdy neutronowej oraz stworzenie rozległej siatki teoretycznych modeli widm promieniowania. Ulepszona metoda dopasowania policzonej siatki modeli, zastosowana do obecnych lub przyszłych widm, obserwowanych pozwoli na nałożenie ograniczeń na własności supergęstej materii, która występuje we wnętrzu gwiazdy neutronowej – dodaje dr Majczyna.
« powrót do artykułu
-
-
Recently Browsing 0 members
No registered users viewing this page.