Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Obrazy radiowe młodego wszechświata

Recommended Posts

Międzynarodowy zespół astronomów, w którego składzie znajdują się także naukowcy z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu, opublikował najdokładniejszą w historii mapę Wszechświata w zakresie niskich częstotliwości radiowych, używając europejskiej sieci odbiorników LOFAR.

Aby tego dokonać, obserwowano wielokrotnie te same obszary nieba, by móc je następnie połączyć w jeden obraz o bardzo długiej ekspozycji. Dzięki temu na obrazie wykryto słabe poświaty radiowe od gwiazd, które eksplodowały jako supernowe w dziesiątkach tysięcy galaktyk, rozmieszczonych aż po najdalsze rejony Wszechświata. Specjalne wydanie czasopisma naukowego Astronomy and Astrophysics jest poświęcone czternastu pracom badawczym opisującym sposób powstania map i pierwsze wyniki naukowe.

Do tej pory radiowe obserwacje nieba w głównej mierze skupiały się na najjaśniejszej emisji, jaką możemy odebrać, czyli tej pochodzącej od masywnych czarnych dziur znajdujących się w centrum swoich galaktyk. Jednak obraz, jaki powstał na niskich częstotliwościach radiowych dzięki obserwacjom LOFAR-a, jest tak głęboki, że większość obiektów na nim widocznych to galaktyki takie jak nasza Droga Mleczna, których gwiazdy dopiero się tworzą. Połączenie bezprecedensowej czułości tego przeglądu i jego dużego obszaru na niebie - około 300 razy większego niż Księżyc w pełni - pozwala na wykrycie dziesiątek tysięcy galaktyk podobnych do naszej Drogi Mlecznej i położonych nawet na krańcach Wszechświata, w momencie, gdy jeszcze się tworzyły.

Co więcej, powstawanie gwiazd zwykle zachodzi w chmurach pyłu, które w zakresie fal widzialnych przesłaniają nam widok. Tymczasem fale radiowe przenikają przez pył, dzięki czemu możemy uzyskać pełny obraz tworzenia się gwiazd w galaktykach. Bardzo dokładne obserwacje wykonane za pomocą instrumentu LOFAR umożliwiły precyzyjne wyznaczenie związku między jasnością galaktyk w zakresie fal radiowych a tempem formowania się nowych gwiazd, a także pomogły w dokładniejszych ocenach liczby nowych gwiazd tworzących się w młodym Wszechświecie.

Ponadto unikalny zbiór danych pochodzących z przeglądu LOFAR umożliwił przeprowadzenie szeregu innych badań naukowych, takich jak badanie emisji radiowej pochodzącej z masywnych czarnych dziur w kwazarach czy też ze zderzeń olbrzymich gromad galaktyk. Analiza zebranych danych przyniosła również pewne zaskakujące rezultaty. Powtarzane co pewien czas obserwacje fragmentu nieba pozwoliły na badanie źródeł o zmiennej jasności. Umożliwiło to m.in. wykrycie czerwonego karła – gwiazdy CR Draconis. Gwiazda ta wykazuje wybuchy emisji radiowej, które bardzo przypominają te pochodzące z Jowisza i mogą być wywołane interakcją gwiazdy z nieznaną wcześniej planetą lub być wynikiem bardzo szybkiej rotacji gwiazdy.

Obrazy radiowe nieba uzyskuje się w wyniku przetworzenia ogromnej ilości danych. Aby stworzyć obrazy z LOFAR-a, połączono sygnały pochodzące z ponad 70 000 anten wchodzących w skład tego instrumentu, co dało ponad 4 petabajty surowych danych, czyli około miliona płyt DVD. Przetworzenie tej olbrzymiej ilości informacji i interpretacja uzyskanych obrazów możliwa była dzięki zastosowaniu najnowszych osiągnięć matematycznych z zakresu analizy danych.

Omawianymi badaniami kierował prof. Philip Best z Uniwersytetu w Edynburgu w Wielkiej Brytanii, a wzięli w nich udział również polscy astronomowie: prof. Krzysztof Chyży, dr Arti Goyal, dr hab. Marek Jamrozy, dr Błażej Nikiel-Wroczyński z Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie; dr hab. Magdalena Kunert-Bajraszewska, mgr Aleksandra Wołowska z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu; dr hab. Katarzyna Małek z Narodowego Centrum Badań Jądrowych.

Międzynarodowy Teleskop LOFAR (LOw Frequency ARray) to transeuropejska sieć anten radiowych, której centrum znajduje się w Exloo w Holandii. LOFAR został zaprojektowany, zbudowany i jest aktualnie obsługiwany przez ASTRON, Holenderski Instytut Radioastronomii. Francja, Irlandia, Łotwa, Holandia, Niemcy, Polska, Szwecja, Włochy i Zjednoczone Królestwo są krajami partnerskimi w konsorcjum Międzynarodowego Teleskopu LOFAR. Polskimi stacjami LOFAR-a kieruje grupa POLFARO, w skład której wchodzą właściciele 3 stacji: Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie – stacja Bałdy, Uniwersytet Jagielloński w Krakowie – stacja Łazy, Centrum Badań Kosmicznych PAN w Warszawie – stacja Borówiec; oraz Poznańskie Centrum Superkomputerowo-Sieciowe w Poznaniu. Utrzymanie polskich stacji LOFAR-a finansowane jest przez Ministerstwo Edukacji i Nauki.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      W Białym Domu właśnie odbyła się uroczystość, w czasie której zaprezentowano próbkę tego, czego możemy spodziewać się jutro. Joe Biden pokazał zdjęcie SMACS 0723, masywnej gromady galaktyk działającej jak kosmiczna soczewka.
      Gromada galaktyk SMACS 0723 jest chętnie obserwowana przez Teleskop Hubble'a i inne teleskopy w poszukiwaniu obrazów z dalekiej przeszłości. Masywna grupa galaktyk, oddalona od nas o około 4,6 miliarda lat świetlnych, działa jak gigantyczny kosmiczny teleskop. Pole grawitacyjne galaktyk zagina i powiększa światło z obiektów znajdujących się poza nimi, działając jak soczewka. Mamy tutaj do czynienia ze zjawiskiem znanym jako soczewkowanie grawitacyjne. Dzięki SMACS 0723 możemy obserwować niezwykle odległe obiekty, które – gdyby nie soczewkowanie grawitacyjne – byłyby dla nas niewidoczne.
      Jutro, 12 lipca, NASA – we współpracy z Europejską Agencją Kosmiczną (ESA) i CSA (Kanadyjską Agencją Kosmiczną) – pokaże kolejne pełnokolorowe obrazy oraz dane spektroskopowe zgromadzone przez Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba.
      Innymi obiektami, które wybrał międzynarodowy komitet, złożony z przedstawicieli NASA, ESA, CSA oraz Space Telescope Science Institute, a które zobaczymy jutro na pierwszych obrazach przekazanych przez Webba, będą:
       
      Mgławica Carina, jedna z największych i najjaśniejszych mgławic. Znajduje się w odległości około 7600 lat świetlnych od Ziemi, w Gwiazdozbiorze Carina. W mgławicach rodzą się nowe gwiazdy, a Mgławica Carina jest domem licznych masywnych gwiazd, wielokrotnie większych od Słońca; planeta WASP-96 b to gazowy olbrzym oddalony o 1150 lat świetlnych od Ziemi. Okrąża swoją gwiazdę w 3,4 doby i ma masę o połowę mniejszą od masy Jowisza. Z planety otrzymamy obraz spektroskopowy; Mgławica Pierścień Południowy, zwana też Rozerwaną Ósemką, jest mgławicą planetarną, rozszerzającą się chmurą gazu, która otacza umierającą gwiazdę. Rozerwana Ósemka znajduje się w odległości około 2000 lat świetlnych od Ziemi i ma średnice niemal pół roku świetlnego; Kwintet Stephana, jest pierwszą kompaktową grupą galaktyk. Odkryty został w 1877 roku. Cztery z pięciu tworzących go galaktyk jest ze sobą powiązanych grawitacyjne. Kwintet Stephana znajduje się w odległości 290 milionów lat świetlnych od nas.
      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcom z University of Massachusetts w Amherst udało się rozwiązać jedną z podstawowych zagadek astronomii, na którą odpowiedzi szukano od lat. Dzięki ich pracy, opublikowanej na łamach Nature, wiemy, dlaczego niektóre z najstarszych i najbardziej masywnych galaktyk bardzo szybko przestały być aktywne i nie pojawiają się w nich już nowe gwiazdy.
      Najbardziej masywne galaktyki we wszechświecie powstały niezwykle szybko, krótko po Wielkim Wybuchu sprzed niemal 14 miliardów lat. Jednak z jakiegoś powodu przestały działać. Już nie powstają w nich nowe gwiazdy, mówi profesor Kate Whitaker. To właśnie formowanie się nowych gwiazd jest jednym z procesów umożliwiających wzrost galaktyk. Od dawna wiemy, że wczesne masywne galaktyki stały się nieaktywne, ale dotychczas nie wiedzieliśmy dlaczego.
      Zespół Whitaker połączył dane z teleskopu Hubble'a i ALMA. Pierwszy z nich obserwuje wszechświat w zakresie od ultrafioletu do bliskiej podczerwieni – w tym część zakresu widzialnego dla ludzkiego oka – drugi zaś pracuje w spektrum pomiędzy 0,32 do 3,6 mm, którego nasze oczy nie widzą.
      Naukowcy poszukiwali za pomocą ALMA niewielkich ilości zimnego gazu, który stanowi główne źródło energii dla procesu tworzenia się nowych gwiazd. We wczesnym wszechświecie, a więc i w tych galaktykach, było bardzo dużo tego gazu. Skoro galaktyki te przestały szybko tworzyć nowe gwiazdy, to powinno im sporo takiego gazu pozostać", spekulowali uczeni. Jednak okazało się, że w badanych galaktykach pozostały jedynie śladowej ilości zimnego gazu znajdujące się w okolicach ich centrów. To zaś oznacza, że w ciągu kilku pierwszych miliardów lat galaktyki te albo zużyły cały gaz, albo go wyrzuciły. Niewykluczone też, że istnieje jakiś mechanizm, który blokuje uzupełnianie gazu przez galaktyki.
      W następnym etapie badań naukowcy chcą sprawdzić, jak bardzo zagęszczony jest ten pozostały w starych galaktykach gaz i dlaczego znajduje się wyłącznie w pobliżu ich centrum.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Dwie grupy naukowe twierdzą, że wpadły na ślad nieznanego rodzaju ciemnej energii, która mogła istnieć w ciągu pierwszych 300 000 lat po Wielkim Wybuchu, przed okresem rekombinacji, w którym protony i elektrony utworzyły atomy. Obecność tej ciemnej energii – o ile w ogóle spostrzeżenia się potwierdzą – może wyjaśniać, dlaczego różne metody obliczania tempa rozszerzania się wszechświata dają różne wyniki.
      Tempo rozszerzania się wszechświata, stała Hubble'a, zostało wyliczone 100 lat temu. Problem w tym, że wyliczenia stałej Hubble'a w oparciu o badania mikrofalowego promieniowania tła (CMB), czyli promieniowania wyemitowanego na wczesnych etapach rozwoju wszechświata, dają inne wyniki, niż liczone w oparciu o supernowe. Innymi słowy, obliczenia oparte na najstarszych danych nie zgadzają się z tymi, opartymi na danych nowszych. Istnienie w przeszłości nieznanej formy ciemnej energii być może pozwoliłoby wyjaśnić te różnice.
      Dotychczas powstały liczne hipotezy, próbujące wyjaśnić te różnice. Przed dwoma laty Marc Kamionkowski i jego koledzy z Johns Hopkins University, zaproponowali hipotezę o „wczesnej ciemnej energii”, która miała wypełniać wszechświat przez kilkaset tysięcy lat po Wielkim Wybuchu. Nie jest to do końca przekonujące, ale to jedyny model, który może działać, mówi Kamionkowski.
      Ta wczesna ciemna energia nie byłaby w stanie napędzać przyspieszenia wszechświata w sposób, jaki robi to „normalna” ciemna energia, ale spowodowałaby ona, że plazma we wczesnym wszechświecie ochładzałaby się szybciej. A to z kolei wpłynęłoby na interpretację wyników pomiarów CMB, szczególnie zaś wieku wszechświata i tempa jego rozszerzania się.
      Informacje, sugerujące istnienie energii postulowanej przez zespół Kamionkowskiego, zauważono w danych dotyczących polaryzacji CMB z Atacama Cosmology Telscope (ACT) z lat 2013–2016. Autorami jednego z artykułów – oba zostały opublikowane na serwerze arXiv – są uczeni pracujący przy ACT, a autorami drugiego niezależna grupa naukowa.
      Sami autorzy badań, zwracają uwagę, że jest jeszcze zdecydowanie zbyt wcześnie, by ogłaszać odkrycie. Zebrane dane nie pozwalają jednoznacznie stwierdzić, że mamy do czynienia z nieznanym rodzajem ciemnej energii. Jednak, jak zauważają, kolejne obserwacje za pomocą ACT oraz South Pole Telescope mogą już wkrótce dostarczyć kolejnych danych. Jeśli to prawda, jeśli rzeczywiście we wczesnym wszechświecie istniała jakaś inna forma ciemnej energii, to powinniśmy zobaczyć silny sygnał, mówi Colin Hill, kosmolog z Columbia University, który jest współautorem badań zespołu ACT.
      ACT i South Pole Telescope to urządzenia, których celem jest mapowanie CMB. Autorzy obu artykułów z arXiv twierdzą, że dane z ACT dotyczące polaryzacji mikrofalowego promieniowania tła, bardziej pasują do modelu zawierającego wczesną ciemną energię, niż do modelu standardowego. Jeśli byłyby prawdziwe, to by oznaczało, że wszechświat liczy sobie 12,4 miliarda lat, a nie 13,8 miliarda lat, jak się obecnie przyjmuje. Ponadto tempo rozszerzania się wszechświata liczone z mikrofalowego promieniowania tła byłoby o 5% większe, czyli wynosiłoby ok. 71 km/s/Mpc (kilometrów na sekundę na megaparsek), a to już mieści się w zakresach wartości liczonych z supernowych.
      Uczeni bardzo ostrożnie podchodzą do swoich spostrzeżeń. W tej chwili sprawdzają, czy również w zarejestrowanych przez ACT danych dotyczących temperatury CMB zauważą preferencje odnośnie hipotezy o wczesnej ciemnej energii. Niezwykle ważne dla zweryfikowanie tych informacji będzie sprawdzenie danych z ACT za pomocą danych z South Pole Telescope.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Galaktyki, gwiazdy, planety i ich księżyce obracają się wokół własnych osi. Teraz międzynarodowy zespół badawczy dodał do tych obiektów kosmiczne włókna, skupiska gromad i supergromad galaktyk, które rozciągają się na odległość setek milionów lat świetlnych. Tym samym są to największe obracające się obiekty w przestrzeni kosmicznej. Ich ruch może wyjaśniać, dlaczego galaktyki i inne obiekty tak chętnie wirują wokół własnej osi.
      Naukowcy nie do końca rozumieją fenomen obracania się wokół własnej osi na skalę kosmiczną. Jednym ze sposobów zrozumienia tego zjawiska jest próba poznania obszarów, w których rotacja ustaje.
      Naukowcy z Instytutu Astrofizyki im. Leibnitza w Poczdamie, pracujący pod kierunkiem Noama Liebskinda, postanowili sprawdzić, czy włókna galaktyczne również się obracają. Struktury te mają długość setek milionów, a szerokość zaledwie kilku milionów lat świetlnych. Przypominają gigantyczne mosty, łączące ze sobą gromady galaktyk.
      Już wcześniejsze badania sugerowały, że włókna mogą być miejscami, gdzie rotacja ustaje. Jednak grupa Liebskinda, we współpracy z uczonymi z Francji, Chin i Estonii, wywróciła te przekonania do góry nogami.
      Galaktyki, wędrujące wzdłuż włókien, poruszają się po orbitach przypominających helisę czy też korkociąg, krążąc wokół środka włókna. Nigdy wcześniej nie obserwowaliśmy takiego ruchu obrotowego na tak wielką skalę. To wskazuje, że musi istnieć nieznany mechanizm fizyczny napędzający ten ruch, mówi Liebskind.
      Naukowcy odkryli ten ruch analizując dane ze Sloan Digital Sky Survey, w ramach którego gromadzone są informacje o świetle docierającym do nas z setek tysięcy galaktyk. Jako że nie jesteśmy w stanie mierzyć obrotu w tak gigantycznej skali, naukowcy badali przesunięcie galaktyk ku czerwieni i ku światłu niebieskiemu. W ten sposób mogli określić, jak szybko galaktyki przybliżają się i oddalają od nas.
      Aby tego dokonać przeanalizowali tysiące włókien i zbadali prędkość galaktyk równolegle do włókien. Gdy większość galaktyk z jednej strony włókien podążała ku widmu niebieskiemu, a większość z drugiej – ku czerwonemu, uczeni doszli do wniosku, że włókna wirują wokół własnej osi. Prędkość tego wirowania oszacowali na niemal 100 km/s.
      Innym ważnym spostrzeżeniem jest odkrycie, iż włókna przy końcach bardziej masywnych gromad galaktyk wirują szybciej. Liebskind przyznaje, że nie rozumie do końca tego zjawiska, ale być może istnieje związek grawitacyjny pomiędzy obrotem włókien a zbiorami galaktyk. Być może efekt pływowy lub pole grawitacyjne tych gromad w jakiś sposób napędza lub wywołuje obrót.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Jednym z najważniejszych odkryć dokonanych w ciągu ostatnich 25 lat było stwierdzenie, że w Układzie Słonecznym istnieją światy, gdzie pod powierzchnią skał i lodu kryje się ocean. Takimi obiektami są księżyce wielkich planet jak Europa, Tytan czy Enceladus. Teraz S. Alan Stern z Southwest Research Institute przedstawił hipotezę mówiącą, że takie światy z wewnętrznym ciekłym oceanem (IWOW) są powszechne we wszechświecie i znacząco zwiększają one liczbę miejsc, w których może istnieć życie. Dzięki nim może ono bowiem występować poza wąską ekosferą.
      Od dawna wiadomo, że planety takie jak Ziemia, z oceanami na powierzchni, muszą znajdować się w ekosferze swoich gwiazd, czyli w takiej odległości od nich, że gdzie temperatura pozwala na istnienie wody w stanie ciekłym. Jednak IWOW mogą istnieć poza ekosferą. Co więcej, obecne tam życie może być znacznie lepiej chronione niż życie na Ziemi. W światach taki jak nasz życie narażone jest na wiele zagrożeń, od uderzeń asteroidów przez niebezpieczne rozbłyski słoneczne po eksplozje pobliskich supernowych.
      Stern, który zaprezentował swoją hipotez podczas 52. dorocznej Lunar and Planetary Science Conference, zauważa, że światy z wewnętrznym ciekłym oceanem” zapewniają istniejącemu tam życiu lepszą stabilność środowiskową i są mniej narażone na zagrożenia ze strony własnej atmosfery, gwiazdy, układu planetarnego czy galaktyki niż światy takie jak Ziemia, z oceanem na zewnątrz. IWOW są bowiem chronione przez grubą, liczącą nawet dziesiątki kilometrów, warstwę lodu i skał.
      Uczony zauważa ponadto, że warstwa ta chroni potencjalnie obecne tam życie przed wykryciem jakąkolwiek dostępną nam techniką. Jeśli więc w takich światach istnieje życie i jeśli może w nich rozwinąć się inteligentne życie to – jak zauważa Stern – istnienie IWOW pozwala na poradzenie sobie z paradoksem Fermiego. Jego twórca, Enrico Fermi, zwrócił uwagę, że z jednej strony wszystko wskazuje na to, że wszechświat powinien być pełen życia, w tym życia inteligentnego, a my dotychczas nie mamy dowodu na jego istnienie. Ta sama warstwa, która tworzy w takich światach stabilne i bezpieczne środowisko jednocześnie uniemożliwia wykrycie tego życia, mówi Stern.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...