Galaktyki i czarna dziura spowite gazową siecią pomogą wyjaśnić zagadkę wczesnego wszechświata
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Niedługo po tym, jak Teleskop Jamesa Webba rozpoczął pracę, naukowcy zauważyli na przesłanych przez niego zdjęciach coś niezwykłego – niewielkie czerwone kropki. Niezwykłe obiekty były wyraźne i było ich całkiem sporo. Od razu stało się jasne, że Webb zauważył coś, czego nie widział Hubble. Kolejne spływające dane pokazały, że obiekty są kompaktowe i znajdują się w odległości 12 miliardów lat świetlnych. A analizy widma światła nie pasowały do żadnych znanych nam obiektów. Astronomowie musieli więc szukać poza standardowymi wyjaśnieniami.
Jedną z pierwszych hipotez było stwierdzenie, że małe czerwone kropki to galaktyki o niezwykle dużym zagęszczeniu gwiazd, a silnie czerwona barwa pochodzi od otaczających je chmur pyłu. Jeśli zamkniemy Układ Słoneczny w sześcianie o boku 1 roku świetlnego, to znajdzie się w nim 1 gwiazda – Słońce. Zgodnie z nową hipotezą, w czerwonych kropkach w takim sześcianie miały istnieć setki tysięcy gwiazd. Byłoby to niezwykle duże zagęszczenie. Najbardziej gęstym regionem Drogi Mlecznej jest jej centrum. Tam w sześcianie o boku 1 roku świetlnego znaleźlibyśmy około tysiąca gwiazd. Istnienie zagęszczenia gwiazd takiego, jakie postulowano dla czerwonych kropek oznaczałoby, że gwiazdy powstają również w sposób, jakiego wcześniej nie obserwowaliśmy.
Wkrótce jednak zaproponowano kolejne wyjaśnienie: czerwone kropki miały być aktywnymi jądrami galaktyk (AGN) otoczonymi chmurami pyłu. AGN-y emitują duże ilości energii, która wytwarzania jest podczas opadania materiału na supermasywną czarną dziurę. Jednak widmo spektroskopowe kropek nie zgadzało się z widmem znanych AGN, ponadto ta hipoteza wymagałaby istnienia supermasywnych czarnych dziur, a biorąc pod uwagę liczbę czerwonych kropek, dziur musiałoby być zaskakująco wiele.
Anna de Graaff z Instytutu Astronomii im. Maxa Plancka w Heidelbergu i jej międzynarodowy zespół zaangażowali do pracy nową aplikację RUBIES (Red Unknowns: Bright Infrared Extragalactic Survey).
Pomiędzy styczniem a grudniem ubiegłego roku aplikacja wykorzystała niemal 60 godzin czasu obserwacyjnego Webba do uzyskania widm 4500 galaktyk. Wśród nich znaleziono 35 czerwonych kropek. Najważniejszym, najbardziej obiecującym znaleziskiem było zauważenie obiektu, który nazwano „Klifem”. Znajduje się on 11,9 miliardów lat świetlnych od nas, a jego wyróżniającą się cechą był wyraźny wzrost promieniowania w zakresie ultrafioletu.
Sygnał ten był tak silny, że wymagał nowej interpretacji czerwonych kropek. Ekstremalne właściwości Klifu zmusiły nas do powrotu do tablicy i opracowania nowych modeli, przyznaje de Graaff. Co prawda podobne wzrosty promieniowania UV widoczne są w widmach galaktyk zawierających dużo bardzo gorących młodych gwiazd, jednak nie są one tak gwałtowne. Widać je również w widmach samych młodych gwiazd. I – co było niezmiernie zaskakujące – dane z czerwonych kropek wskazywały, że są one bardziej podobne do pojedynczej gwiazdy niż do galaktyki.
Naukowcy opracowali model, które nazwali „gwiazdą czarnej dziury” (BH*). BH* nie są technicznie gwiazdami, gdyż w ich wnętrzu nie zachodzi fuzja jądrowa, ponadto tworzący je gaz ulega znacznie bardziej gwałtownym turbulencjom niż w gwiazdach. Wedle tej koncepcji BH* to AGN-y, czarne dziury, ale otoczone nie pyłem, a gęstą powłoką wodoru. Gaz gwałtownie opada do czarnej dziury, dochodzi do jego rozgrzania tak, że z zewnątrz całość przypomina gwiazdę.
Jeśli badacze mają rację, i Teleskop Webba odkrył dużą populację supermasywnych czarnych dziur otoczonych gazem, wyjaśniałoby to, mechanizm powstawania supermasywnych czarnych dziur we wczesnym wszechświecie. Bo sygnały istnienia takich dziur odkryto już wcześniej, problemem zaś był mechanizm ich powstawania.
Warto jednak zwrócić uwagę, że hipoteza Graaff i jej zespołu jest nowa. Badania zostały na razie opublikowane w repozytorium arXiv, a nie w recenzowanym piśmie naukowym. I mimo, że dostarcza ona pożądanego wyjaśnienia powstawania supermasywnych czarnych dziur we wczesnym wszechświecie, nie została jeszcze zweryfikowana przez środowisko naukowe.
« powrót do artykułu -
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
Wysoki odsetek ludzi cierpiących na zaburzenia ze spektrum autyzmu to skutek tego, w jaki sposób ewoluowaliśmy, uważają autorzy artykułu opublikowanego na łamach Molecular Biology and Evolution. Wielu naukowców uważa, że autyzm i schizofrenia mogą być zaburzeniami dotykającymi wyłącznie ludzi. Bardzo rzadko bowiem u zwierząt innych niż H. sapiens obserwuje się zachowania identyfikowane z tymi chorobami.
Dzięki postępom w analizie RNA pojedynczych komórek wiemy, że komórki mózgu ssaków są bardzo zróżnicowane, a w mózgu ludzi zaszły szybkie zmiany genetyczne, których nie obserwujemy u innych ssaków.
Autorzy najnowszych badań, Alexander L. Starr i Hunter B. Fraser z Uniwersytetu Stanforda przeanalizowali niedawno opublikowane bazy danych zawierające informacje z sekwencjonowania pojedynczych jąder komórkowych (scRNA-seq) w trzech różnych obszarach mózgu. Zauważyli, że najpowszechniej występujące w zewnętrznej warstwie mózgu neurony L2/3 IT ewoluowały u ludzi wyjątkowo szybko w porównaniu z innymi małpami. A co najbardziej zaskakujące, ta błyskawiczna ewolucja wiązała się z olbrzymimi zmianami w genach, które powiązane są z autyzmem. Prawdopodobnie cały proces napędzany był selekcją naturalną właściwą wyłącznie dla rodzaju Homo.
Starr i Fraser uważają, że wyniki ich badań bardzo silnie wskazują, że podczas ewolucji człowieka doszło do pojawienia się genów odpowiedzialnych za autyzm. Jednak przyczyny takiej zmiany nie są jasne. Nie wiemy, jakie korzyści z tych genów mogli odnosić nasi przodkowie. Niewiele bowiem wiemy o anatomii mózgu, połączeniach między neuronami czy zdolnościach poznawczych przodków H. sapiens. Badacze spekulują, że być może geny powodujące autyzm odpowiadają też za spowolnienie rozwoju, dzięki czemu nasze mózgi po urodzeniu rozwijają się wolniej niż na przykład mózgu szympansów. Warto też zauważyć, że autyzm i schizofrenia często zaburzają właściwe człowiekowi umiejętności wytwarzania i rozumienia mowy.
Być może geny, które powodują autyzm, dały nam korzyść w postaci spowolnienia rozwoju mózgu, co umożliwiło wykształcenie się złożonego języka oraz bardziej złożonych procesów myślowych. Nasze badania wskazują, że te same zmiany genetyczne, które spowodowały, że ludzki mózg jest unikatowy, powodują też, że jest bardziej neuroróżnorodny, mówi Starr.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Szybkie rozbłyski radiowe (FRB) wciąż stanowią zagadkę. Astronomowie ciągle nie wiedzą, co jest ich źródłem, jak powstają, często nie potrafią też określić położenia źródła. Niedawno dzięki rozbudowanemu Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) zarejestrowano najjaśniejszy z FRB i dokładnie określono jego położenie. To zaś może się przyczynić do rozwiązania zagadki rozbłysków.
Teleskop CHIME powstał, by wykrywać i tworzyć mapę rozkładu wodoru we wszechświecie. Pracę rozpoczął w 2018 roku i od tej pory wykrył około 4000 FRB. Nie był jednak w stanie dokładnie określić lokalizacji rozbłysków. Ostatnio jednak został rozbudowany. Dodano do niego CHIME Outriggers, trzy miniaturowe wersje CHIME rozsiane po całej Ameryce Północnej. Dzięki temu teleskop jest w stanie zlokalizować miejsce rozbłysku. Precyzja narzędzia jest zadziwiająca. Wyobraź sobie, że jesteśmy w Nowym Jorku, a na Florydzie przez tysięczną część sekundy – tyle trwają FRB – rozbłysł świetlik. Zlokalizowanie tej części galaktyki, w której doszło do FRB jest jak wskazanie nie tylko tego, z którego drzewa świetlik pochodzi, ale na której gałęzi przysiadł, mówi Shion Andrew z Kavli Institute.
Wspomniany na wstępie rozbłysk zyskał nieoficjalną nazwę RBLOAT, od „radio brightest flash of all time” (najjaśniejszy rozbłysk radiowy wszech czasów). Jego jasność, w połączeniu ze stosunkowo niewielką odległością, w jakiej do rozbłysku doszło, daje astronomom bezprecedensową okazję do badania tego typu zjawisk. RBFLOAT miał bowiem miejsce w odległości około 130 milionów lat świetlnych od Ziemi, w Gwiazdozbiorze Wielkiej Niedźwiedzicy.
Ultrajasny rozbłysk został wykryty 16 marca 2025 roku. Był tak jasny, że początkowo naukowcy nie byli pewni, czy to FRB czy też jakieś zjawisko, do którego doszło na Ziemi. Okazało się jednak, że teleskopy CHIME Outrigger wskazały, że zjawisko miało miejsce w galaktyce spiralnej NGC4141. Mieliśmy więc do czynienia z jednym z najbliższych i najjaśniejszych z wykrytych FRB.
Dzięki kolejnym obserwacjom tego obszaru astronomowie dowiedzieli się, że FRB pochodził zza krawędzi regionu aktywnego formowania się gwiazd. Autorzy badań wysunęli hipotezę, że źródłem RBFLOAT był magnetar, młoda gwiazda neutronowa o potężnych polach magnetycznych. Lokalizacja miejsca rozbłysku, zaraz za krawędzią regionu formowania się gwiazd, może sugerować, że to magnetar w nieco starszym wieku.
Uczeni przeszukali cały zestaw danych CHIME i nie znaleźli w tym regionie innego rozbłysku. Zatem przynajmniej w ciągu ostatnich 6 lat nie doszło tam do podobnego wydarzenia. Wciąż nie wiadomo, czy powtarzające się i unikatowe FRB mają to samo źródło. Istnieją pewne dowody wskazujące, że nie wszystkie rozbłyski powstają tak samo. Dzięki takim urządzeniom jak CHIME naukowcy mogą rejestrować setki FRB rocznie, porównywać je ze sobą i próbować rozwiązać zagadkę tych niezwykłych zjawisk.
Badania zostały szczegółowo opisane na łamach Astrophysical Journal Letters.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z Państwowego Instytutu Geologicznego-Państwowego Instytutu Badawczego i Uniwersytetu Jagiellońskiego dokonali przełomowego odkrycia, zmieniającego pogląd nauki na ewolucję kręgowców lądowych. W Górach Świętokrzyskich znaleźli najstarsze ślady poruszania się kręgowców na lądzie. Ślady pochodzą sprzed ponad 400 milionów lat i dowodzą, że pierwszymi kręgowcami, które próbowały wyjść na ląd, były ryby dwudyszne. Ta próba zasiedlenia nowego środowiska miała miejsce 10 milionów lat przed wyjściem na ląd terapodów – ostatecznych zwycięzców wyścigu o poruszanie się suchą stopą.
Piotr Szrek, Katarzyna Grygorczyk, Sylwester Salwa, Patrycja Dworczak i Alfred Uchman znaleźli skamieniałe ślady, które nazwali Reptanichnus acutori czyli „Czołgający się pionier”. Całość terminologii naukowej brzmi Reptanichnus acutori igen. et isp. nov., gdzie „Reptanichus” to nazwa nowego ichnorodzaju, czyli rodzaju wyznaczonego na podstawie śladów kopalnych, a nie skamieniałych szczątków zwierzęcia; „acutori” to nazwa gatunku, a zapis „igen. et isp. nov.” oznacza nowy ichnorodzaj i nowy ichnogatunek.
Ślad składa się z elementów o różnej morfologii. Badacze zidentyfikowali odciski płetw, tułowia, ogona i pyska, którym zwierzę podpierało się, by podciągnąć resztę ciała. Analiza śladów przyniosła dodatkowe sensacyjne odkrycie. Okazało się, że wędrujące po lądzie ryby niemal zawsze podpierały się pyskiem, przechylając głowę na lewą stronę. To sugeruje dominację prawej półkuli mózgu i jest najstarszym dowodem na lateralizację u kręgowców. Może to też oznaczać, że preferencja dla lewej strony, która u ludzi została wyparta przez praworęczność, pojawiła się ewolucyjnie wcześniej.
Niezwykłe ślady najpierw zauważono w murach słynnego zamku Krzyżtopór. Wówczas naukowcy rozpoczęli badania w regionie i odkryli kolejne ślady w niewielkim opuszczonym kamieniołomie we wsi Ujazd.
Interpretację odnośnie powstania skamieniałości potwierdzają eksperymenty ze współcześnie żyjącymi rybami dwudysznymi z Afryki. Pozostawiają one niemal identyczne ślady.
Więcej na temat badań przeczytasz w artykule Traces of dipnoan fish document the earliest adaptations of vertebrates to move on land.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.