Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Hubble zmierzył gigantyczną prędkość dżetu z miejsca zderzenia gwiazd neutronowych
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
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
Najdłuższa i najbardziej szczegółowa w historii symulacja połączenia się dwóch gwiazd neutronowych pokazuje, jak powstają czarne dziury i rodzą się dżety. Autorami symulacji są członkowie międzynarodowego zespołu badawczego, na czele którego stali naukowcy z Instytutu Fizyki Grawitacyjnej im. Maxa Plancka. Jej stworzenie wymagało 130 milionów godzin pracy procesorów, a symulacja – tak szczegółowo, jak to możliwe – obrazuje to, co dzieje się w ciągu... 1,5 sekundy.
Łączące się gwiazdy neutronowe są dla astronomów niezwykle interesującym celem badań. W procesie tym dochodzi do emisji fal grawitacyjnych, neutrin i fal elektromagnetycznych.
Podczas jej przygotowywania twórcy symulacji wzięli pod uwagę zjawiska opisane w ogólnej teorii względności, oddziaływanie strumieni neutrin czy magnetohydrodynamikę. Wszystkie je możemy rejestrować i badać, pogłębiając naszą wiedzę o kosmosie.
A dzięki symulacjom komputerowym możemy lepiej zrozumieć pochodzenie i powstawanie tych sygnałów.
Uczeni wykorzystali do symulacji japoński superkomputer Fugaku, który w latach 2020–2022 był najpotężniejszym superkomputerem na świecie. W każdym momencie tworzenia symulacji jednocześnie pracowało od 20 do 80 tysięcy procesorów. Dzięki tak potężnej mocy obliczeniowej możliwe było uwzględnienie zjawisk opisanych przez ogólną teorię względności, emisji neutrin czy zjawisk magnetohydrodynamicznych.
Symulacja opisuje dwie gwiazdy neutronowe, o masie 1,25 i 1,65 razy większej od masy Słońca, które okrążają się 5-krotnie. Wówczas pojawiają się pierwsze sygnały, które potrafimy badań na Ziemi, czyli fale grawitacyjne. Następnie dochodzi do połączenia gwiazd, w wyniku czego powstaje czarna dziura otoczona dyskiem materiału. W dysku, w wyniku efektu dynama magnetohydrodynamicznego i obrotu czarnej dziury, dochodzi do szybkiego wzmocnienia pola magnetycznego. To powoduje odpływ energii wzdłuż osi obrotu czarnej dziury.
Sądzimy, że to ten odpływ energii napędzany przez pole magnetyczne, zasila rozbłyski gamma. To by się zgadzało z tym, co wiemy z dotychczasowych obserwacji i wzbogaca naszą wiedzę o zjawiskach zachodzących podczas łączenia się gwiazd neutronowych, stwierdził Masaru Shibata, dyrektor wydziału Obliczeniowej Astrofizyki Relatywistycznej. Dalsza część symulacji pokazała spodziewaną emisję neutrin, dostarczyła informacji na temat ilości materii wyrzucanej w przestrzeń międzygwiezdną oraz wskazała na możliwość pojawienia się kilonowej, w wyniku której wytwarzane są wielkie ilości metali ciężkich.
To, czego się właśnie dowiedzieliśmy o tworzeniu się dżetów i dynamice pola magnetycznego jest kluczowe do zinterpretowania i zrozumienia łączenia się gwiazd neutronowych oraz towarzyszących temu zjawisk, dodaje Shibata.
Źródło: Jet from Binary Neutron Star Merger with Prompt Black Hole Formation
« powrót do artykułu -
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
Astronomowie odkryli wielką galaktykę radiową ze strumieniami plazmy rozciągającymi się na odległość 32-krotnie większą niż średnica Drogi Mlecznej. Kosmiczna megastruktura o średnicy 3,3 miliona lat świetlnych została odkryta przez międzynarodowy zespół astronomów korzystających z południowoafrykańskiego teleskopu MeerKAT. Autorzy badań mają nadzieję, że rzucą one nieco światła na pochodzenie i ewolucję olbrzymich struktur we wszechświecie.
Wielkie galaktyki radiowe (GRG) to duże struktury wystrzeliwujące w przestrzeń kosmiczną dżety plazmy na odległość milionów lat świetlnych. Strumienie te napędzane są przez supermasywne czarne dziury znajdujące się w centrum galaktyk. Jeszcze do niedawna sądzono, że GRG są dość rzadkie. Jednak nowa generacja radioteleskopów, takich jak MeerKAT, pokazała, jak mylne było to przekonanie. W ciągu ostatnich pięciu lat liczba znanych nam GRG dosłownie eksplodowała, dzięki nowym potężnym teleskopom jak MeerKAT, mówi główna autorka badań, studentka Uniwersytetu w Kapsztadzie Kathleen Charlton.
Nowo odkryta galaktyka została nazwana nieoficjalnie „Inkathazo”, co w językach zulu i xhosa znaczy „kłopoty”, gdyż naukowcy mieli problemy ze zrozumieniem procesów tam zachodzących. Nie ma ona takich samych charakterystyk jak wiele innych wielkich galaktyk radiowych. Na przykład dżety plazmy mają niezwykły kształt. Zamiast być proste, jeden z nich jest zagięty.
Inkathazo znajduje się w centrum gromady galaktyk, tymczasem zwykle GRG są izolowane. Gromada powinna przeszkadzać w powstaniu tak rozległych strumieni plazmy. To fascynujące i niespodziewane odkrycie. Znalezienie GRG w gromadzie każe zadać sobie pytania o wpływ interakcji w lokalnym środowisku na formowanie się i ewolucję GRG, dodaje współautor badań, doktor Kshitiji Thorat z Uniwersytetu w Pretorii.
Naukowcy wykorzystali MeerKAT do stworzenia jednej z najdokładniejszych map GRG. Ujawniły on złożoność dżetów plazmy wydobywających się z galaktyki. Okazało się na przykład, że niektóre elektrony niespodziewanie otrzymują duże dawki energii. Być może dzieje się tak, gdy strumień plazmy zderzy się z gorącym gazem w przestrzeniach pomiędzy galaktykami w gromadzie. Nowe odkrycie to wyzwanie dla obecnie obowiązujących modeli. Pokazuje ono, że nie rozumiemy wielu ze zjawisk fizycznych dotyczących plazmy w tak ekstremalnych środowiskach.
Co ciekawe, na niewielkim skrawku nieboskłonu, na którym odkryto Inkathazo, wcześniej znaleziono też dwie inne GRG. Sam fakt, że kierując MeerKAT na niewielki skrawek nieba znaleźliśmy tam w sumie 3 GRG sugeruje, że na południowym nieboskłonie znajduje się olbrzymia liczba nieodkrytych jeszcze wielkich galaktyk radiowych, stwierdza doktor Jacinta Delhaize z Uniwersytetu w Kapsztadzie.
MeerKAT niejednokrotnie dowiódł swoich olbrzymich możliwości, a trzeba pamiętać, że jest on zaledwie prekursorem SKA (Square Kilometre Array), zespołu teleskopów w Australii i RPA. SKA ma rozpocząć badania jeszcze przed końcem obecnej dekady.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Europejski radioteleskop LOFAR (LOw Frequency ARray) – którego stacje znajdują się również w Polsce – zanotował najdłuższą parę dżetów wydobywających się z czarnej dziury. Struktura nazwana Porfyrion – od imienia jednego z gigantów z mitologii greckiej – ma długość 23 milionów lat świetlnych. Dotychczas, na podstawie obserwacji i obliczeń sądzono, że maksymalna długość takich dżetów jest znacznie mniejsza.
Dotychczas sądzono, że limit długości pary dżetów wynosi 4,6–5,0 Mpc (megaparseków). Parsek to 3,26 roku świetlnego, zatem mówimy tutaj o około 16 milionach lat świetlnych. W 2022 roku ten sam zespół naukowy poinformował o istnieniu dżetu wydobywającego się z galaktyki radiowej Alkynoeus. Ma on długość 5 Mpc i był opisywany jako największa struktura pochodzenia galaktycznego. Brak dłuższych par dżetów oraz wyliczenia teoretyczne skłoniły naukowców do wysunięcia hipotezy, że 5 Mpc jest limitem długości.
Informujemy o zaobserwowaniu struktury radiowej rozciągającej się na około 7 Mpc, czytamy na łamach Nature. Istnienie dżetu dowodzi, że tego typu struktury mogą uniknąć zniszczenia przez niestabilności magnetohydrodynamiczne na przestrzeniach kosmologicznych, nawet jeśli powstały w czasie, gdy wszechświat był znacznie bardziej gęsty, niż obecnie. Nie wiadomo, w jaki sposób tak długotrwała stabilność mogła zostać zachowana.
Odkrycie sugeruje też, że gigantyczne dżety mogły odgrywać większą niż sądzono rolę w formowaniu się galaktyk we wczesnym wszechświecie. Astronomowie uważają, że galaktyki i ich czarne dziury wspólnie przechodzą ewolucję, a jednym z kluczowych elementów dżetów jest emitowanie olbrzymich ilości energii, które wpływają na ich galaktyki macierzyste i galaktyki z nimi sąsiadujące. Nasze odkrycie pokazuje, że oddziaływanie takich dżetów rozciąga się na większe odległości, niż sądziliśmy, mówi współautor badań, profesor George Djorgovski z Kalifornijskiego Uniwersytetu Technologicznego.
Autorzy nowych badań wykorzystali LOFAR do poszukiwania olbrzymich dżetów. Dżety to powszechne zjawisko, jednak zwykle są stosunkowo niewielkie. Wcześniej znano setki naprawdę dużych struktur tego typu i uważano, że rzadko one występują. Teraz badacze zarejestrowali ich ponad 10 000. Wielkie dżety były znane wcześniej, ale nie wiedzieliśmy, że jest ich tak dużo, dodaje profesor Martin Hardcastle z University of Hertfordshire.
Poszukiwania olbrzymich dżetów rozpoczęły się od dość przypadkowego spostrzeżenia. W 2018 roku główny autor obecnych badań, Martijn S. S. L. Oei, wraz z zespołem wykorzystał LOFAR do obserwowania włókien rozciągających się pomiędzy galaktykami. Na obrazach naukowcy dostrzegli zaskakująco dużo wielkich dżetów. Nie mieliśmy pojęcia, że jest ich aż tyle, mówi Oei.
Naukowcy zaczęli więc szukać kolejnych wielkich dżetów i trafili na Porfyriona. Poza LOFAR-em wykorzystali kilka innych teleskopów, dzięki którym określili, skąd pochodzi i jak daleko od nas się znajduje. Zauważyli nie tylko, że struktura ta pochodzi ze znacznie wcześniejszych okresów istnienia wszechświata, niż inne. Stwierdzili, że gigant znajduje się w regionie wszechświata, w którym istnieje wiele czarnych dziur tego samego typu, z którego on pochodzi. To aż może wskazywać, że przez astronomami jeszcze wiele podobnych odkryć. Możemy obserwować wierzchołek góry lodowej, mówi Oei.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.