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
W dobie niezmiennie ciekawych odkryć, szczególnie związanych z JWST, wracamy do fundamentalnych pytań dotyczących początków Wszechświata. W odległości 12,8 miliardów lat świetlnych od Ziemi znajduje się czarna dziura o masie około miliarda mas Słońca. Powstała zatem w czasie krótszym niż miliard lat po Wielkim Wybuchu. Dziurę odkryto przed dwoma laty, a dzięki teleskopowi Chandra wiemy, że zasila ona kwazar RACS J0320-35. Chandra pozwolił też stwierdzić, że czarna dziura rośnie w rekordowo szybkim tempie.
Gdy materia opada na czarną dziurę, jest podgrzewana i pojawia się intensywne promieniowanie w szerokim zakresie. Promieniowanie to wywiera ciśnienie na opadający materiał. Gdy tempo opadania materii osiągnie wartość krytyczną, ciśnienie promieniowania równoważy grawitację czarnej dziury i materiał nie może już na nią szybko opadać. Ta wartość krytyczna nazywana została granicą Eddingtona.
Naukowcy uważają obecnie, że czarne dziury przybierające na masie wolniej niż pozwala granica Eddingtona muszą rozpocząć swoje istnienie jako obiekty o około 10 000 mas Słońca lub więcej, by w ciągu miliarda lat po Wielkim Wybuchu osiągnąć masę miliard razy większą od naszej gwiazdy. Żeby jednak czarna dziura rozpoczęła swoje istnienie od tak dużej masy, musiałaby powstać w wyniku rzadko zachodzącego procesu zapadnięcia się wielkiej chmury gęstego gazu zawierającego niezwykle małe ilości pierwiastków cięższych od helu.
Jeśli jednak RACS J0320-35 rzeczywiście rośnie w tempie 2,4-krotnie przekraczającym granicę Eddingtona – jak na to wskazują badania – i jeśli proces ten zachodzi przez dłuższy czas, to czarna dziura mogła powstać w bardziej typowy sposób, wskutek zapadnięcia się masywnej gwiazdy o masie nie przekraczającej 100 Słońc.
Znając masę czarnej dziury i tempo jej rośnięcia, naukowcy są w stanie obliczyć, jaką miała masę, gdy powstała. To z kolei pozwala na testowanie różnych teorii dotyczących powstawania czarnych dziur. W przypadku RACS J0320-35 naukowcy porównali modele teoretyczne z danymi z Chandry dotyczącymi promieniowania rentgenowskiego. Okazało się, że uzyskane przez teleskop spektrum promieniowania rentgenowskiego wskazuje, że czarna dziura rośnie szybciej niż granica Eddingtona, a znajduje to potwierdzenie w spektrum w zakresie widzialnym i podczerwieni.
Tego typu badania przybliżają nas do rozwiązania zagadki dotyczącej powstania pierwszego pokolenia czarnych dziur. Inną tajemnicą, do rozwikłania której się zbliżyliśmy, było zauważenie dżetów cząstek uciekających od czarnej dziury z prędkością światła. Tego typu dżety są rzadko obserwowane w przypadku kwazarów, a to może oznaczać, że szybko rosnąca czarna dziura może mieć z nimi coś wspólnego.
Artykuł X-Ray Investigation of Possible Super-Eddington Accretion in a Radio-loud Quasar at z = 6.13 został opublikowany na łamach The Astrophysical Journal Letters.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Od kilkudziesięciu tysięcy lat na Ziemi żyje tylko jeden gatunek rodzaju Homo – Homo sapiens. Najstarsze znane szczątki naszego gatunku – o cechach przejściowych między formami archaicznymi a współczesnymi – znaleziono w Maroku, a ich wiek oceniono na około 315 000 lat. Z kolei z badań genetycznych wynika, że H. sapiens i H. neanderthalensis rozdzielili się około 600 000 lat temu. Jednak najnowsze badania, opublikowane właśnie na łamach Science, wskazują, że proces wyodrębniania się naszego gatunku należy przesunąć wstecz o setki tysięcy lat.
W 1989 roku na stanowisku Xuetangliangzi w chińskiej prowincji Hubei znaleziono czaszkę Yunxian 1, a rok później natrafiono na Yunxian 2. Obie czaszki uległy zniszczeniu – Yunxian 2 w mniejszym stopniu, a jej wiek, na podstawie wieku osadów w których się znajdowała, oceniono na 0,94 do 1,1 miliona lat. Stan czaszek utrudniał ich identyfikację. Przypisywano je do gatunków H. erectus, H. heidelbergensis, a nawet uznawano za archaicznych H. sapiens. Najnowsze badania przynoszą sensacyjną zmianę identyfikacji szczątków z Hubei.
Zespół Xiaobo Fenga (Uniwersytet Shanxi), Qiyu Yina (Chińska Akademia Nauk), Fanga Gao (Instytut Zabytków Kulturowych i Archeologii w Kunmingu) i Dana Lu (Chińska Akademia Nauk) wspomagany przez Chrisa Stringera (Muzeum Historii Naturalnej w Londynie), wykorzystał nowoczesne narzędzia do odtworzenia oryginalnego wyglądu czaszki Yunxian 2. Naukowcy użyli zaawansowanej tomografii komputerowej, złożonych metod rekonstrukcji wirtualnej i skanowania 3D, a tak odtworzoną czaszkę porównali z ponad 100 innymi skamieniałościami.
Wyniki badań pokazały, że Yunxian 2 posiada unikalną kombinację cech prymitywnych i bardziej zaawansowanych. Niektóre z nich przypominają H. erectus, inne zaś są bardziej podobne do cech Homo longi czy Homo sapiens.
Nasza analiza filogenetyczna wskazuje, że większość plejstoceńskich homininów z Azji, dotychczas opisywanych jako „archaiczni Homo sapiens”, powinno być klasyfikowanych w kladzie Homo longi. Jest on kladem siostrzanym kladu H. sapiens. W ostatnim czasie odkryto skamieniałości w Xujiayao, Xuchang, Xiahe, Penghu i jaskini Denisowa, przypisując je do nowych gatunków. Wyniki naszych badań wskazują, że te szczątki Homo (z wyjatkiem Xuchang), należą do kladu Homo longi. Czaszka z Yunxian jest najstarsza z całego kladu, z badań nie wynika jednak, by była najbliżej początków tego kladu, stwierdzają autorzy badań.
Zgodnie z dotychczasowym stanem wiedzy, do rozdzielenia się neandertalczyka i Homo sapiens doszło między 700 000 a 500 000 lat temu. Jednak w ostatnich latach badania współczesnych i prehistorycznych genomów H. sapiens, neandertalczyków i denisowian zaczęły wskazywać na znacznie wcześniejszy okres wyodrębniania się naszego gatunku od innych. Również analiza statystyczna przeprowadzone przez autorów omawianych tutaj badań wskazuje, że proces wyodrębniania się tych gatunków zaczął zachodzić wcześniej. Zgodnie z wynikami najnowszych badań początki kladu H. longi sięgają 1,2 miliona lat, a początków kladu H.sapiens należy szukać przed 1,02 milionami lat. Do rozdzielenia obu tych linii ewolucyjnych człowieka doszło 1,32 milionów lat temu. Według naszej analizy, monofiletyczny klad neandertalczyków, uważany powszechnie za siostrzany względem H. sapiens, oddzielił się od kladów H. longi i H. sapiens około 1,38 milionów lat temu, podsumowują badacze.
Z analizy wynika zatem, że jako pierwszy oddzielił się klad neandertalczyka, następnie zaś doszło do oddzielenia się kladów H. longi (do którego należą denisowianie) oraz H. sapiens. Procesy te zaszły ponad milion lat temu. Ostatnie badania przynoszą zatem ważną zmianę, umiejscawiając denisowian (i cały klad H. longi) bliżej H. sapiens, podczas gdy wcześniej na podstawie badań genetycznych uznawano, że jest im bliżej do neandertalczyków. Autorzy badań, porządkując drzewo ewolucyjne człowieka stwierdzają, że dwa pozostałe klady Homo, które wyodrębniły się ponad milion lat temu to H. heidelbergensis (zaczął wyodrębniać się ok. 1,5 miliona lat temu) i H. erectus.
Niektórzy badacze mogą sceptycznie podchodzić do tak odległych dat wyodrębniania się kladów. Są one bowiem starsze niż wskazują na to badania genetyczne. Jeśli jednak Yunxian to rzeczywiście wczesny przedstawiciel kladu denisowian-H.longi, to koniecznym jest też przesunięcie wieku tego kladu do co najmniej miliona lat temu, a to z kolei wymaga przesunięcia datowania początków linii, które doprowadziły do powstania H. heidelbergensis, neandertalczyka i H. sapiens, stwierdzają badacze.
Z wynikami fascynujących badań można zapoznać się na łamach Science.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Dzikie szympansy spożywają dziennie 14 gramów etanolu. Biorąc pod uwagę masę ich ciała, to odpowiednik ponad dwóch drinków. Takie wnioski płyną z pierwszych badań, podczas których udało się zmierzyć zawartość etanalu w owocach dostępnych szympansom w ich naturalnym środowisku w Afryce. Nie wiemy, czy małpy celowo spożywają bardziej dojrzałe owoce, z większą zawartością alkoholu. Jednak ich powszechna dostępność w środowisku sugeruje, że alkohol jest zwykłą częścią ich diety i że prawdopodobnie był też częścią diety przodków człowieka.
Uczeni z USA i Wybrzeża Kości Słoniowej pobrali próbki owoców z Ngogo w Ugandzie i Taï na Wybrzeżu Kości Słoniowej. Owoce zawierały 0,26% alkoholu wagowo. Prymatolodzy badający szympansy w tych miejscach stwierdzili, że zwierzęta zjadają średnio dziennie 4,5 kilograma owoców, co stanowi około 75% ich diety. Na tej podstawie badacze mogli wyliczyć ilość spożywanego alkoholu.
Jeśli szympansy wybierają losowo owoce, tak jak my to robiliśmy, to 14 gramów jest ich przeciętnym dziennym spożyciem. Jeśli jednak wybierają bardziej dojrzałe owoce, to te 14 gramów stanowi ostrożnie wyliczoną dolną granicę spożycia, mówi profesor Robert Dudley z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley.
Zwierzęta spożywają alkohol w owocach stopniowo przez cały dzień i nie wykazują żadnych objawów z tym wiązanych. Jednak ciągłe wystawienie na oddziaływanie alkoholu wskazuje, że tak samo było z naszymi przodkami. To jednocześnie wskazówka, że codziennych dawek alkoholu brakuje zarówno w diecie szympansów trzymanych w niewoli, jak i ludzi. Prawdopodobnie ludzka skłonność do spożywania alkoholu wzięła się z tej codziennej ekspozycji, na jaką byli wystawieni nasi wspólni przodkowie z szympansami, dodaje Aleksey Maro z UC Berkeley.
Profesor Dudley już 20 lat temu zaczął podejrzewać, że H. sapiens lubi alkohol, gdyż odziedziczył to zamiłowanie po przodkach. Przed 11 laty opisał swoją teorię w książce The Drunken Monkey: Why We Drink and Abuse Alcohol. Spotkała się ona z krytyką ze strony wielu naukowców, przede wszystkim prymatologów, którzy stwierdzili, że naczelne nie jedzą sfermentowanych owoców.
Jednak z czasem podejście innych specjalistów zaczęło się zmieniać. Pojawiało się coraz więcej doniesień o małpach jedzących sfermentowane owoce, publikowano artykuły dotyczące trzymanych w niewoli naczelnych i ich skłonności do alkoholu. Na przykład w 2016 roku naukowcy z Dartmouth University donieśli, że gdy palczakom madagaskarskim i kukangom oferowano sok z różną zawartością alkoholu, zwierzęta najpierw wypijały ten, gdzie alkoholu było najwięcej.
Nie tylko ssaki lubią alkohol. Pół roku temu Dudley i jego zespół opublikowali wyniki badań, z których dowiadujemy się, że w piórach 10 z 17 gatunków ptaków, które zbadali, znajdowały się metabolity wtórne alkoholu. To wskazuje, zdaniem uczonego, że alkohol spożywają wszystkie zwierzęta, których podstawę diety stanowią owoce.
Dudley uważa, że zwierzęta mogą celowo wybierać bardziej dojrzałe owoce, gdyż dostarczają one więcej energii, a dodatkowo alkohol może zwiększać przyjemność z jedzenia. Niewykluczone też, że dzielenie się owocami z wysoką zawartością alkoholu ma znacznie przy zacieśnianiu więzi społecznych u zwierząt.
Badacze zauważyli, że najchętniej jedzone przez szympansy owoce – Ficusa mucuso w Ngogo oraz Parinari excelsa w Taï – zawierają najwięcej alkoholu ze wszystkich, jakie spożywają. Całe grupy samców gromadzą się w koronach F. mucuso i jedzą owoce zanim wybiorą się na wspólny patrol swojego terytorium. Z kolei owoce P. excelsa są chętnie jedzone też przez słonie, o których wiadomo, że pociąga je alkohol.
Więcej o szympansach spożywających alkohol: Ethanol ingestion via frugivory in wild chimpanzees.
« powrót do artykułu -
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
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.