Jak bardzo zmieniło się Słońce w ciągu zaledwie dwóch lat

Cykl słoneczny został dość dobrze poznany od 1843 roku, kiedy Samuel Schwabe spędził 17 lat obserwując zmienność plam słonecznych. Od tego czasu regularnie obserwujemy przypływy i odpływy cyklu plam słonecznych co 11 lat. Niedawno należąca do ESA sonda Solar Orbiter regularnie wykonywała zdjęcia Słońca, aby śledzić postęp w miarę zbliżania się do szczytu bieżącego cyklu słonecznego. Dwa niedawno opublikowane zdjęcia z lutego 2021 r. i października 2023 r. pokazują, jak naprawdę sytuacja nabiera tempa, gdy zbliżamy się do maksimum słonecznego.

Słońce to wielka kula plazmy, naładowanego elektrycznie gazu, która ma niesamowitą właściwość polegającą na tym, że może poruszać pole magnetyczne, które może być w niej zawarte. Gdy Słońce się obraca, pole magnetyczne jest z nim ciągnięte, ale ponieważ Słońce obraca się szybciej na równiku niż na biegunach, linie pola zwijają się coraz mocniej.

Pod wpływem tego ogromnego naprężenia linie pola czasami pękają, pękają lub przebijają powierzchnię Słońca, a kiedy to nastąpi, widzimy plamę słoneczną. Te ciemne plamy na widocznej powierzchni Słońca to obszary, w których gęstsze skupiska materii słonecznej uniemożliwiają przepływ ciepła do widocznej powierzchni, powodując powstawanie nieco chłodniejszych, a zatem ciemniejszych plam na Słońcu.

Powolny obrót Słońca i powolne, ale ciągłe zwijanie się linii pola oznacza, że ​​plamy słoneczne stają się coraz liczniejsze w miarę jak pole staje się coraz bardziej zniekształcone. Obserwowane przez lata plamy wydają się powoli migrować z obszarów polarnych do obszarów równikowych w miarę postępu cyklu słonecznego.

Kolaż nowych zdjęć Słońca zarejestrowanych przez Teleskop Słoneczny Inouye, stanowiący niewielką ilość danych słonecznych uzyskanych w pierwszym roku eksploatacji Inouye, w fazie rozruchu. Zdjęcia obejmują plamy słoneczne i ciche obszary Słońca, zwane komórkami konwekcyjnymi. (Źródło: NSF/AURA/NSO)

Aby spróbować zrozumieć ten złożony cykl i odkryć inne tajemnice Słońca, Europejska Agencja Kosmiczna wystrzeliła orbitę Solar Orbiter w dniu 10 lutego 2020 r. Jej misją jest badanie regionów polarnych Słońca, zrozumienie, co napędza 11-letni cykl słoneczny i co napędza nagrzewanie korony, zewnętrznych warstw atmosfery słonecznej.

Opublikowano zdjęcia z Solar Orbiter pokazujące zbliżenia widocznej powierzchni Słońca, fotosfery, która zbliża się do szczytu aktywności słonecznej. Na początku cyklu, przy minimum słonecznym w 2019 r., aktywność była stosunkowo niewielka i było tylko kilka plam słonecznych. Od tego czasu sytuacja powoli się poprawia. Zdjęcie z lutego 2021 r. pokazało w miarę spokojne Słońce, ale zdjęcie wykonane w październiku ubiegłego roku pokazuje, że, ośmielę się powiedzieć, robi się gorąco! Oczekuje się, że maksimum tego cyklu nastąpi w 2025 r., co potwierdza teorie, że okres maksymalnej aktywności może nadejść rok wcześniej.

Zrozumienie cyklu nie jest przedmiotem jedynie kapryśnego zainteresowania naukowego, ważne jest, aby zminimalizować uszkodzenia systemów naziemnych i orbitalnych, ale przede wszystkim zrozumieć wpływ na życie na Ziemi.

Najjaśniejszy i najszybciej rosnący: astronomowie zidentyfikowali rekordowego kwazara

Przy pomocy Bardzo Dużego Teleskopu (VLT), należącego do Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO), astronomowie uzyskali charakterystyki jasnego kwazara. Okazało się, że nie tylko jest najjaśniejszy w swojej kategorii, ale na dodatek jest to obiekt święcący najjaśniej z kiedykolwiek zaobserwowanych. Kwazary to jasne jądra odległych galaktyk zasilane przez supermasywne czarne dziury. Czarna dziura w rekordowym kwazarze zwiększa swoją masę o odpowiednik jednego Słońca dziennie, jest więc najszybciej rosnącą czarną dziurą.

Czarne dziury zasilające kwazary zbierają materię ze swojego otoczenia w procesie tak energetycznym, że emituje olbrzymie ilości światła. Tak wielkie, że kwazary są jednymi z najjaśniejszych obiektów w kosmosie, co oznacza, że nawet odległe kwazary są widoczne z Ziemi. Ogólna zasada jest taka, że im najjaśniejsze kwazary wskazują na najszybciej rosnące supermasywne czarne dziury.

„Odkryliśmy najszybciej rosnącą czarną dziurą ze znanych do tej pory. Ma masę 17 miliardów słońc i „zjada” ponad jedno Słońce na dzień. Czyni ją to najjaśniejszym obiektem w znanym Wszechświecie” mówi Christian Wolf, astronom z Australian National University (ANU), pierwszy autor artykułu opublikowanego dzisiaj w Nature Astronomy. Kwazar o nazwie J0529-4351 jest tak daleko od Ziemi, że jego światło potrzebuje ponad 12 miliardów lat na dotarcie do nas.

Materia jest przyciągana w stronę czarnej dziury w formie dysku, emituje tak dużo energii, że J0529-4351 jest 500 bilionów razy jaśniejszy od Słońca [1]. „Całe to światło pochodzi od gorącego dysku akrecyjnego, który mierzy siedem lat świetlnych średnicy – musi to być największy dysk akrecyjny we Wszechświecie”, wskazuje doktorant ANU oraz współautor Samuel Lai. Kilka lat świetlnych to około 15 000 razy więcej niż dystans od Słońca do orbity Neptuna.

Zdjęcie przedstawia obszar nieba, w którym znajduje się rekordowy kwazar J0529-4351. Za pomocą należącego do ESO Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) w Chile, kwazar ten został uznany za najjaśniejszy obiekt znany do tej pory we Wszechświecie. To zdjęcie zostało utworzone z obrazów stanowiących część Digitized Sky Survey 2, podczas gdy wstawka pokazuje lokalizację kwazara na obrazie z Dark Energy Survey.

I co niezwykłe, ten rekordowy kwazar skrywał się na widoku.

Zaskakujące, że pozostawał nieznany do dzisiaj, podczas gdy znamy około miliona mniej imponujących kwazarów. Dosłownie patrzył nam w oczy.tłumaczy współautor Christopher Onken, astronom z ANU.

Dodaje, że obiekt ten był widoczny na zdjęciach z ESO Schmidt Southern Sky Survey nawet cofając się do 1980 roku, ale przez kilkadziesiąt lat nie został zidentyfikowany jako kwazar

Poszukiwanie kwazarów wymaga precyzyjnych danych obserwacyjnych z dużych obszarów nieba. Wynikowe zestawy danych są tak ogromne, że naukowcy często korzystają z modeli uczenia maszynowego do analizy i odróżnienia kwazarów od innych obiektów niebieskich. Jednak modele te są trenowane na istniejących danych, które ograniczają potencjalnych kandydatów do obiektów już wcześniej znanych. Jeśli nowych kwazar jest jaśniejszy niż inne wcześniej obserwowane, program może odrzucić taki przypadek i sklasyfikować go jako gwiazdę niezbyt odległą od Ziemi.

Automatyczne analizy danych z satelity Gaia, należącego do Europejskiej Agencji Kosmicznej, stwierdziły, że obiekt J0529-4351 jest zbyt jasny na kwazara i zasugerowały, że to gwiazda. Badacze zidentyfikowali go jako kwazara w ubiegłym roku, korzystając z obserwacji 2,3-metrowego teleskopu ANU w Siding Spring Observatory w Australii. Odkrycie, że to najjaśniejszy zaobserwowany w historii kwazar wymagało jednak większego teleskopu i pomiarów przy pomocy bardziej precyzyjnego instrumentu. Kluczowych danych dostarczył spektrograf X-shooter na należącymn do ESO teleskopie VLT na chilijskiej pustyni Atakama.

Najszybiej rosnąca czarna dziura spośród zaobserwowanych do tej pory będzie także idealnym celem dla GRAVITY+, modernizacji interferometru VLT (VLTI), zaprojektowanej do dokładnego pomiaru mas czarnych dziur, w tym tych położonych daleko od Ziemi. Co więcej, Ekstremalnie Wielki Teleskop (ELT), 39-metrowy teleskop budowany przez ESO na chilijskiej pustyni Atakama, uczyni rozpoznawanie i uzyskiwanie charakterystyk takich nieuchwytnych obiektów jeszcze bardziej dostępnym.

Wykrywanie i badanie odległych supermasywnych czarnych dziur może rzucić światło na niektóre z zagadek wczesnego Wszechświata, w tym na kwestię, jak formowały się i ewoluowały czarne dziury i ich galaktyki macierzyste. Ale to nie jedyny powód, dla którego Wolf bada te obiekty.

Osobiście bardzo lubię poszukiwania. wskazuje.

Przez kilka minut dziennie czuję się ponownie jak dziecko bawiące się w poszukiwanie skarbów ,a teraz kładę na stół wszystko, czego się od tamtej pory nauczyłem.
info: ESO

Nawet gwiazdy takie jak Słońce mogą w swojej młodości wyzwalać dzikie rozbłyski

Dlaczego młoda gwiazda podobna do Słońca miałaby nagle wywołać niezwykle jasny rozbłysk? Tego właśnie chcą się dowiedzieć astronomowie z Harvard Smithsonian Astrophysical Observatory po tym, jak zauważyli taki wybuch za pomocą czułego teleskopu wykorzystującego fale submilimetrowe. Według Joshuy Bennetta Lovella, lidera zespołu obserwującego aktywność gwiazdy, tego rodzaju rozbłyski są rzadkie w tak młodych gwiazdach, szczególnie na falach milimetrowych. Co się tam dzieje?

Lovell i jego zespół obrali za cel gwiazdę HD 283572 w poszukiwaniu pyłu okołogwiazdowego. Jest dość młoda – mniej więcej w tym samym wieku, w którym znajdowało się Słońce, kiedy powstawały nasze planety. Znajduje się około 400 lat świetlnych od nas i jest około 40 procent masywniejsza od naszej gwiazdy. Podczas wybuchu pojaśniało około stukrotnie w ciągu 9 godzin. Rozbłysk wyzwolił około milion razy więcej energii niż jakiekolwiek rozbłyski milimetrowe obserwowane na jakichkolwiek gwiazdach w pobliżu Słońca.

Według Lovella cała sytuacja była dość nietypowa, ponieważ początkowo nic nie wskazywało na wybuch.

Byliśmy zaskoczeni, widząc niezwykle jasny rozbłysk zwykłej młodej gwiazdy. Rozbłyski na tych długościach fal są rzadkie i nie spodziewaliśmy się zobaczyć niczego poza słabą poświatą pyłu tworzącego planety.

Lovell i jego zespół przez kilka miesięcy kontynuowali obserwacje gwiazdy za pomocą układu submilimetrowego na Mauna Kea na Hawajach. Mieli nadzieję, że znów się rozbłyśnie, ale było cicho.

Nasze odkrycia potwierdzają, że te rozbłyski są rzadkie na falach milimetrowych, ale mogą być niezwykle silne w przypadku gwiazd w tak młodym wieku.powiedział.
HD 283752 i pole gwiazdowe, w którym się znajduje, na podstawie danych z przeglądu optycznego i podczerwonego DSS. Wstawki przedstawiają obrazy Submillimeter Array (SMA) wyśrodkowane na HD 283572 wykonane 14 i 17 stycznia 2022 r. oraz 27 marca 2023 r. Czerwone źródło na środkowym panelu pokazuje rozbłysk obserwowany 17 stycznia. Gwiazda nie została wykryta przez SMA przez pozostałe dwa dni, ani podczas pięciu innych obserwacji SMA, które nie zostały tu pokazane. Źródło: CfA/JB Lovell

Dlaczego młoda gwiazda miałaby rozbłysnąć?
Młode gwiazdy , zwłaszcza czerwone karły , wykazują w trakcie ewolucji aktywność rozbłysków . Jednak gwiazdy podobne do Słońca mogą nie mieć tak wielu intensywnych rozbłysków. Wydarzenie w HD 283572 rodzi pytania dotyczące rodzaju rozbłysków, których doświadczyło Słońce w powijakach. Interesujące byłoby dowiedzieć się, jaki wpływ miały one na resztę Układu Słonecznego.

Jak dotąd zespół uchwycił tylko jedną flarę na HD 283572. To sprawia, że ​​dość trudno jest dokładnie ustalić, dlaczego wybuchła tak gwałtownie.

To prawdziwa zagadka i istnieje szereg mechanizmów, które mogą być w nią zaangażowane. Interakcje z niewidocznymi gwiazdami towarzyszącymi lub planetami albo okresowa aktywność plam gwiezdnych to dwie możliwości, ale nie ulega wątpliwości, jak potężne było to wydarzenie.powiedział członek zespołu Garrett Keating.

Każda potencjalna planeta rozwijająca się w tym układzie zostałaby uderzona intensywną mocą tego rozbłysku. Nie chciałbym tam dorastać!

W artykule opisującym swoją pracę zespół sugeruje, że zmienność milimetrowa, której byli świadkami, może mieć kilka przyczyn. Jednym z pomysłów jest to, że emisje rozbłysków pochodzą z promieniowania emitowanego przez naładowane cząstki poruszające się szybko w polu magnetycznym. Nazywa się to promieniowaniem żyrosynchrotronowym/synchrotronowym. Zwykle pojawia się w szybko zmieniających się polach magnetycznych nad plamami słonecznymi (lub plamami gwiazdowymi na innych gwiazdach). Rozbłysk może również wynikać z działań wywołanych interakcjami z niewidzialnym towarzyszem.

Następne kroki
Każda przyczyna jest możliwa, ale astronomowie muszą przeprowadzić więcej badań gwiazdy, aby ją ustalić. Zatem następnym krokiem będzie wykonanie większej liczby obserwacji tej gwiazdy i innych jej podobnych, aby uchwycić kolejny rozbłysk. Według członkini zespołu, Ramisy Akther Rahman, grupa prowadzi kolejną kampanię wykorzystującą matryce submilimetrowe, mającą na celu badanie gwiazd podobnych do HD 283572.

„Łącząc dane SMA z obserwacjami na dłuższych falach, jesteśmy również w stanie zbadać fizykę rozbłysków i mechanizmy ich emisji. Pracowałem nad tym, korzystając z danych archiwalnych z Very Large Array” – powiedział Rahman, student College of William and Mary i były stażysta letni w Lovell.

Dalsze badania w dużym stopniu przyczynią się do wyjaśnienia przyczyn i częstotliwości rozbłysków, których doświadcza ta gwiazda. Fakt, że jest tak młoda i podobna do Słońca, wskazuje na to, co mogło się wydarzyć na początku historii naszego Układu Słonecznego. Jeśli młode gwiazdy podobne do Słońca rzeczywiście eksplodują w wyniku intensywnej aktywności, rodzi to pytania. Jaki to ma wpływ na planety formujące się wokół gwiazdy? Silne rozbłyski mogą wpływać na atmosfery planet (szczególnie na światy bez silnych pól magnetycznych). Aktywność gwiazd może posunąć się tak daleko, że ograniczy rozwój atmosfery planety. W najgorszym przypadku prawdopodobnie uniemożliwiłoby to nawet utworzenie planety. A jeśli wokół takiej gwiazdy nadal znajduje się tylko dysk pyłowy, czy takie wybuchy mogą wpływać na proces powstawania planet?

Czarne dziury istniały u zarania dziejów, rodziły gwiazdy i sprzyjały tworzeniu się galaktyk

Wszechświat jest pełen galaktyk, a wiele z nich zawiera supermasywne czarne dziury. To wywołało pytanie: co było pierwsze – galaktyki czy ich czarne dziury? Odpowiedź staje się bardzo jasna dzięki pierwszym rokom obserwacji przeprowadzonych przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST). Czarne dziury istniały we Wszechświecie od najdawniejszych czasów, wraz z pierwszymi galaktykami. Pomogły także ukształtować kosmos, który obserwujemy dzisiaj.

Astronomowie mieli kiedyś hierarchiczny pogląd na to, jak rzeczy powstawały we wczesnym Wszechświecie. Myśleli, że jako pierwsze powstały najwcześniejsze gwiazdy, a następnie najwcześniejsze galaktyki. Potem pojawiły się czarne dziury i wygląda na to, że rosły bardzo szybko . Jednak obserwacje JWST wskazują na inną linię czasową: supermasywne czarne dziury istniały prawdopodobnie już w pierwszych „epokach” historii kosmosu. Przyspieszyły powstawanie nowych gwiazd we wczesnym Wszechświecie, nawet gdy rosły wraz ze swoimi galaktykami. Tak twierdzi Joseph Silk i zespół astronomów, którzy właśnie opublikowali analizę obrazów JWST i danych z pierwszego roku działania teleskopu. Sugerują, że czarne dziury i galaktyki współistniały i wpływały na siebie nawzajem w ciągu pierwszych 100 milionów lat kosmicznej egzystencji.

Wiemy, że te potworne czarne dziury istnieją w centrach galaktyk w pobliżu naszej Drogi Mlecznej, ale teraz wielką niespodzianką jest to, że były one obecne również na początku Wszechświata i były prawie jak cegiełki lub nasiona wczesnych galaktyk. Naprawdę wzmocnili wszystko, niczym gigantyczne wzmacniacze powstawania gwiazd, co stanowi całkowity zwrot w stosunku do tego, co wcześniej uważaliśmy za możliwe – do tego stopnia, że ​​może całkowicie zachwiać naszą wiedzą na temat powstawania galaktyk.powiedział Silk, profesor fizyki i astronomii na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa oraz w Instytucie Astrofizyki w Paryżu, na Sorbonie.

Konwencjonalna mądrość na temat czarnych dziur i galaktyk

Przez dziesięciolecia astronomowie argumentowali, że pierwsze gwiezdne czarne dziury powstały, gdy życie najwcześniejszych supermasywnych gwiazd dobiegło końca. Gwiazdy te często charakteryzowano jako potwory i samotniki w młodym Wszechświecie. Żyły bardzo krótko i eksplodowały w wyniku niezwykle katastrofalnych supernowych, wyrzucając większość ich zewnętrznych warstw w przestrzeń kosmiczną. Pozostałe jądra zapadły się i utworzyły jedne z najwcześniejszych gwiazdowych czarnych dziur. Czarne dziury prawdopodobnie połączyły się i zgromadziły więcej materii, tworząc nasiona pierwszych supermasywnych w sercach galaktyk.

Jednocześnie konwencjonalna wiedza na temat galaktyk głosi, że powstały one w wyniku zapadnięcia się gigantycznych obłoków gazu. Potem nastąpiły fale powstawania gwiazd i prawdopodobnie więcej gwiazdowych czarnych dziur.

Czy JWST podważa aktualne teorie? Może, w pewnym sensie

Ta konwencjonalna mądrość nie jest całkowicie błędna. Nie wyjaśnia to jednak supermasywnych czarnych dziur, które istniały tak wcześnie w czasie kosmicznym – na długo przed tym, zanim powinny. To coś, nad czym astronomowie wciąż pracują, aby zrozumieć. Nie wyjaśnia to również, dlaczego niektóre bardzo wczesne galaktyki wyglądają tak cholernie jasno. Ale to tutaj swoją rolę odgrywają wczesne supermasywne czarne dziury. Silk twierdzi, że we wczesnych obłokach gazu działo się coś innego – coś niezwykłego. „Wielką niespodzianką jest to, że w środku tej chmury znajdowało się nasiono – wielka czarna dziura – które pomogło szybko przekształcić wewnętrzną część tego obłoku w gwiazdy w tempie znacznie większym, niż kiedykolwiek oczekiwaliśmy. I tak pierwsze galaktyki są niesamowicie jasne.”

Obserwacje JWST potwierdzają to odkrycie jasności. Teleskop dostrzegł odległe wczesne galaktyki, które wydają się znacznie jaśniejsze, niż oczekiwali astronomowie. Obserwacje pokazują także niezwykle dużą liczbę naprawdę jasnych gwiazd „dawno temu”, wraz z supermasywnymi czarnymi dziurami. Są znacznie masywniejsze jak na swój wiek, niż oczekiwano. Dzięki nim nasze spojrzenie na Wszechświat za pomocą JWST zmienia astronomię.

Co astronomowie myślą teraz o wczesnych czarnych dziurach?

Ponieważ czarne dziury są kluczem do zrozumienia tych wczesnych odkryć, przyjrzyjmy się, co oznacza ich wczesna obecność. Wydaje się, że być może wczesne galaktyki i ich supermasywne czarne dziury wyrosły razem w niemowlęcym wszechświecie. Chociaż te potwory dysponują niezwykle silnymi polami grawitacyjnymi, przed którymi nic nie jest w stanie uciec, supermasywne czarne dziury ogłaszają swoją obecność na inne sposoby. Mają niezwykle silne pola magnetyczne, które działają jak gigantyczne akceleratory cząstek. Często widzimy strumienie materii oddalające się od czarnych dziur, w dużym stopniu przyspieszane przez działanie tych pól magnetycznych. Dżety są jasne w różnych długościach fal, a cała ich aktywność rozjaśnia jądra galaktyk, w których żyją czarne dziury. Obserwuje się w nich także wyraźny wzrost formowania się gwiazd.

Nie jesteśmy w stanie zobaczyć tych gwałtownych wiatrów ani dżetów z bardzo, bardzo daleka, ale wiemy, że muszą być obecne, ponieważ widzimy wiele czarnych dziur na początku Wszechświata. Te ogromne wiatry pochodzące z czarnych dziur miażdżą pobliskie obłoki gazu i zamieniają je w gwiazdy. To brakujące ogniwo wyjaśniające, dlaczego te pierwsze galaktyki są o wiele jaśniejsze, niż się spodziewaliśmy.wyjaśnił Silk.

JWST dostrzega wszystko oprócz czarnych dziur i na podstawie swoich obserwacji Silk i jego zespół sugerują, że nowopowstały Wszechświat przeszedł przez dwie fazy. Na oba czarne dziury miały różny wpływ. Początkowo szybkie wypływy (dżety i wiatry) wpływały na otaczające obłoki gazu i przyspieszały tempo powstawania gwiazd. Następnie aktywność czarnej dziury uległa spowolnieniu, co wpłynęło na tempo powstawania gwiazd. Silk zauważył, że w rezultacie doszło do zmniejszenia ilości gazu potrzebnego do formowania się gwiazd w pierwszych galaktykach. Zatem jasne galaktyki obserwowane przez JWST powstały przy pomocy ich czarnych dziur.

Następne kroki

Obserwacje JWST pozostają kluczem do ustalenia, czy ta nowa dwufazowa koncepcja kosmicznej ewolucji sprawdzi się. Teleskop powinien zapewnić dokładną liczbę gwiazd i supermasywnych czarnych dziur w młodym Wszechświecie i powinien potwierdzić przewidywania Silka i jego zespołu.

Co więcej, historia nie kończy się na niemowlęcym Wszechświecie. Mamy do wyjaśnienia 13,5 miliarda lat kosmicznej ewolucji. A teraz, gdy powiązanie między wczesnymi czarnymi dziurami a galaktykami staje się coraz mocniejsze, nasuwają się pytania dotyczące supermasywnych w galaktykach, które widzimy dzisiaj.

Najważniejsze pytanie brzmi: jakie były nasze początki? Słońce to jedna gwiazda na 100 miliardów w Galaktyce Drogi Mlecznej, a pośrodku znajduje się również masywna czarna dziura. Jaki jest związek między nimi?” powiedział. „W ciągu roku będziemy mieli o wiele lepsze dane i na wiele naszych pytań zaczniemy szukać odpowiedzi.powiedział Silk.