Tag: ALMA

Astronomowie odkryli nowo formujący się układ poczwórnych gwiazd

Radosław B. AMBROŻY

W zaskakującym odkryciu, międzynarodowy zespół ALMA Survey of Orion Planck Galactic Cold Clumps (ALMASOP) zaobserwował niedawno młody, poczwórny system gwiazd w obszarze gwiazdotwórczym w gwiazdozbiorze Oriona. Odkrycia dokonano podczas przeglądu 72 gęstych jąder w Wielkich Obłokach Molekularnych Oriona (GMC) przy użyciu Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) w Chile. Obserwacje te dostarczają przekonującego wyjaśnienia pochodzenia i mechanizmów powstawania układów podwójnych i wielokrotnych gwiazd.

Zespołem kierował prof. Liu Tie z Shanghai Astronomical Observatory (CAS-SHAO). Dołączyli do niego naukowcy z CAS-SHAO, School of Astronomy and Space Science (CAS-SASS), NRC Herzberg Astronomy and Astrophysics, National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), Max Planck Institute for Astronomy (MPIA), Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI), Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA), NSF NOIRLab’s International Gemini Observatory , Obserwatorium i Planetarium Armagh, Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA oraz wiele uniwersytetów i instytutów.

Wśród astronomów i astrofizyków dobrze znany jest fakt, że około połowa gwiazd w Drodze Mlecznej znajduje się w układach podwójnych. Wiedza o tym, jak powstaje wiele systemów gwiezdnych, jest niezbędna do zrozumienia ewolucji galaktyk, formowania się planet i pojawiania się życia. Najszerzej akceptowana teoria dotycząca formowania się gwiazd (hipoteza mgławicowa) stwierdza, że gwiazdy powstają w najgęstszych obszarach obłoków molekularnych (“gęsty rdzeń”). Podczas gdy teoria ta bardzo dobrze wyjaśnia poszczególne systemy gwiezdne, mechanizmy, które napędzają powstawanie układów wielogwiazdowych, nie są jeszcze dobrze poznane.

Obecnie uważa się, że wiele układów gwiezdnych powstaje w wyniku fragmentacji jąder chmur podczas ich wczesnej ewolucji, ale historycznie brakuje obserwacji. Aby zbadać tę tajemnicę, zespół ALMASOP zbadał 72 młode i zimne jądra w GMC w gwiazdozbiorze Oriona pod kątem emisji cieplnej odpowiadającej długości fali 1,3 mm – w zakresie ekstremalnie wysokich częstotliwości (EHF).
Obserwując gęste zimne jądro w Orionie B GMC około 1 500 lat świetlnych od Ziemi (oznaczone jako G206.93-16.61E2), zaobserwowali układ czterech obiektów gwiezdnych.

Obserwacje ALMA obszaru gwiazdotwórczego G206.93-16.61E2, pokazujące emisję 1,3 mm (niebieski) i wypływ molekularny CO (pomarańczowy). Źródło: SHAO / Qiuyi Luo et al. (2023)

Składały się one z dwóch protogwiazd i dwóch koncentracji gazu, które prawdopodobnie ulegną grawitacyjnemu kolapsowi w najbliższej przyszłości. Ponadto zaobserwowali, że największa odległość między czterema obiektami w systemie wynosiła około 1 jednostek astronomicznych (AU), ponad 000 razy więcej niż odległość między Słońcem a Neptunem (33 AU). Kontrastuje to z ostatnim przypadkiem, gdy poczwórny system został zaobserwowany w 30 roku przez inny międzynarodowy zespół korzystający z ALMA. W tym przypadku zespół odkrył młodą protogwiazdę i trzy grawitacyjnie związane gęste obłoki gazu, które uformowały nowe gwiazdy w ciągu ~2015 40 lat.

W tym przypadku jednak obserwowany poczwórny system miał szeroką odległość znacznie większą niż 1 jednostek astronomicznych (AU). Widma emisji pyłu ujawniły również kilka wydłużonych struktur przypominających wstęgę, które wiązały cztery obiekty razem i rozciągały się na zewnątrz. Aby określić rolę odgrywaną przez te struktury, zespół przeprowadził symulację numeryczną, w której porównano podobny poczwórny system z tym, który obserwowali. Na podstawie wyników zespół teoretyzuje, że te przedłużone wstążki mogą być “lejkami”, które transportują gaz z zewnętrznej otoczki jądra do protestujących i łączą nowonarodzone gwiazdy.

G205.46-14.56 grudka zlokalizowana w kompleksie chmur molekularnych Oriona. Żółte kontury reprezentują gęste jądra odkryte przez JCMT, a powiększone zdjęcia pokazują 1,3 mm emisję kontinuum obserwacji ALMA. Źródło: Qiuyi Luo et al. (2022).

Luo Qiu-yi, doktorant w SHAO i pierwszy autor badania:

Wyjątkowa kompaktowość i bliskość tego systemu jest fascynującym odkryciem. Analiza sugeruje, że jest bardzo prawdopodobne, że w przyszłości układ ten utworzy grawitacyjnie związany poczwórny układ gwiezdny. Nie mamy wyjaśnienia, w jaki sposób wypływy gazu rozprzestrzeniają się, ponieważ mogą być splątane z procesami akrecji gazu członków systemu. Badanie to podkreśla skomplikowane interakcje między członkami w formującym się systemie gwiazd wyższego rzędu.

Symulacja potwierdza, że te wstążki mogą służyć jako wielkoskalowe strumienie akrecyjne. Tak więc dwie kondensacje gazu w układzie mają potencjał do uformowania gwiazdy polegającej na zasilaniu tych wstęgami kontinuum. Strumienie akrecyjne mogą również fragmentować się i dalej tworzyć nowe gwiazdy.dodał prof. Liu.

Wreszcie, obserwacje ujawniły skomplikowane wypływy gazu spowodowane wiatrami gwiazdowymi generowanymi przez protogwiazdy w systemie, powodując utratę części akreującego gazu i pyłu. Podobnie jak w przypadku zaobserwowanych wokół aktywnych jąder galaktycznych (AGN), gdzie wiatry generowane przez supermasywną czarną dziurę (SMBH) wypychają materię z centrum galaktyki, może to wpłynąć na ewolucję tego układu. Przyszłe obserwacje za pomocą ALMA i innych obserwatoriów milimetrowych/submilimetrowych, naukowcy mają nadzieję ujawnić więcej szczegółów na temat układów wielogwiazdowych w procesie formowania.

Najmłodsza egzoplaneta, jaką kiedykolwiek widziano?

Radosław B. AMBROŻY

Zgodnie z najpowszechniej akceptowaną przez astronomów teorią, układy planetarne zaczynają się jako masywne obłoki gazu i pyłu (tzw. mgławica), które ulegają zapadnięciu grawitacyjnemu w centrum, tworząc nowe gwiazdy. Pozostała materia w układzie tworzy wokół gwiazdy „dysk okołoplanetarny”, który stopniowo gromadzi się, tworząc młode planety. Badanie dysków w najwcześniejszych stadiach formowania się planet może pomóc w uzyskaniu odpowiedzi na trudne pytania dotyczące powstania Układu Słonecznego ponad 4,5 miliarda lat temu.

Badanie tych dysków wymaga obserwatoriów zdolnych do przechwytywania światła w dalekiej podczerwieni części widma – dokładnie do tego, do czego zbudowano Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Badając młodą gwiazdę (AS 209) znajdującą się około 395 lat świetlnych od Ziemi w konstelacji Wężownika, zespół naukowców zaobserwował dysk okołoplanetarny, który wydawał się zawierać w sobie planetę o masie Jowisza. Może to stanowić najmłodszą egzoplanetę, jaką kiedykolwiek wykryto, a jej ciągłe badania mogą dostarczyć astronomom skarbnicy danych.

W skład zespołu weszli astronomowie z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), Massachusetts Institute of Technology (MIT), National Radio Astronomy Observatory (NRAO), National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), Instytutu Maxa Plancka astronomii (MPIA), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Chińską Akademię Nauk oraz uniwersytety i instytuty badawcze z USA, Wielkiej Brytanii, Francji, Niemiec, Włoch, Holandii, Chile, Japonii i Chin. Artykuł opisujący ich odkrycia został niedawno opublikowany w The Astrophysical Journal Letters.

Zespół badawczy obserwował ten system jako część Molecules with ALMA at Planet-forming Scales (ALMA MAPS), współpracy naukowej, która spędziła ostatnie pięć lat na badaniu karła typu K (pomarańczowego) znanego jako AS 209. Ten system był dla nich szczególnie interesujący ze względu na swój dysk, który składa się z siedmiu zagnieżdżonych pierścieni (jeden w drugim). Zgodnie z Hipotezą Mgławicy uważa się, że pierścienie te są związane z trwającym formowaniem się planet, gdzie poszczególne pierścienie działają jak „pasma zasilające”, które ostatecznie łączą się, tworząc planetę. Uważa się, że miejsce formowania się tych planet w stosunku do swojej gwiazdy macierzystej ma bezpośredni wpływ na ich skład, przy czym planety skaliste znajdują się bliżej gwiazdy, podczas gdy gazowe i lodowe olbrzymy znajdują się dalej. Jednak ostatnie badania egzoplanet podważyły ​​te teorie, pokazując, że planety mogą powstawać w jednym miejscu i migrować do drugiego. Ten aspekt AS 209 uczynił go szczególnie fascynującym przedmiotem badań, głównie ze względu na odległość kandydatki na egzoplanetę od jej gwiazdy oraz wiek gwiazdy macierzystej.

W przypadku tego pierwszego, planeta o masie Jowisza krąży wokół swojej gwiazdy w odległości ponad 200 jednostek astronomicznych (AU) lub 2,992 miliarda km. Dla porównania Jowisz okrąża Słońce w odległości około 5,2 AU – 742 mln km. Jest to niezgodne z obecnie akceptowanymi teoriami powstawania planet. W tym drugim przypadku gwiazda macierzysta ma zaledwie 1,6 miliona lat, co oznacza, że ​​ta potencjalna egzoplaneta może być najmłodszą obserwowaną planetą.

Jednym z głównych celów naukowych JWST jest badanie pierścieni gruzu wokół młodych gwiazd i innych obiektów, które są trudne do zaobserwowania ze względu na obłoki pyłu i gazu. Obecność tych chmur przesłania światło w widzialnej długości fali, co utrudnia badanie obiektów znajdujących się w nich i poza nimi za pomocą teleskopów optycznych. Ale dzięki zaawansowanemu zestawowi instrumentów na podczerwień, ALMA i JWST mogą wizualizować szczątkowe pierścienie i obiekty w gęstych obłokach ze względu na światło, które promieniują w podczerwieni.

W szczególności instrument Webba pozwala mu na obserwację kosmosu w bliskiej i średniej podczerwieni, co powinno dostarczyć ogromnego wglądu w AS 209 i inne młode układy gwiezdne, które wciąż mają dyski okołoplanetarne. Co więcej, te wyniki i przyszłe badania mogą dostarczyć dalszych dowodów na istnienie dysków okołoplanetarnych wokół egzoplanet. Chociaż astronomowie od dawna to podejrzewali, nie byli w stanie tego udowodnić do 2019 r., kiedy ALMA dokonała pierwszego w historii wykrycia wokółplanetarnego dysku formującego księżyc .

Nowe obserwacje gazu na dysku okołoplanetarnym w AS 209 mogą powiedzieć astronomom więcej o tym, jak powstają atmosfery planet i układy księżyców. Odkrycia te pomogą w przyszłych badaniach gazowych gigantów (zwłaszcza Jowisza) oraz tego, jak ich lodowe księżyce formowały się we wczesnym Układzie Słonecznym.

info: ALMA

Niesamowity nowy materiał filmowy uchwycił zderzenie dwóch gwiazd

Radosław B. AMBROŻY

Następstwa epickiej kolizji z udziałem co najmniej jednej gwiazdy neutronowej zostały uchwycone po raz pierwszy w milimetrowym zakresie fal o częstotliwości radiowej. Rezultatem jest nagranie krótkotrwałego rozbłysku gamma – jednego z najbardziej energetycznych, jakie kiedykolwiek zaobserwowano, i jednej z najjaśniejszych, utrzymujących się poświaty, jakie kiedykolwiek widzieliśmy. Dane mogą pomóc naukowcom dowiedzieć się więcej o tych ekstremalnych zdarzeniach i ich wpływie na otaczającą je przestrzeń. Jest niesamowity timelapse zdarzenia, którego światło wydaje się przebyć około 6 do 9 miliardów lat świetlnych przez Wszechświat, by zostać odebrane przez Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) w listopadzie 2021 roku.

Ten krótki rozbłysk gamma był pierwszym, kiedy próbowaliśmy zaobserwować takie zdarzenie za pomocą ALMA. Poświaty dla krótkich rozbłysków są bardzo trudne do zdobycia, więc spektakularne było uchwycenie tego wydarzenia świecącego tak jasno. Po wielu latach obserwacji tych rozbłysków to zaskakujące odkrycie otwiera nowy obszar badań, ponieważ motywuje nas do obserwowania wielu więcej z nich z ALMA i innymi układami teleskopów w przyszłości.powiedział fizyk Wen-fai Fong z Northwestern University.

Wybuchy promieniowania gamma to najpotężniejsze znane eksplozje we Wszechświecie. W ciągu zaledwie 10 sekund rozbłysk gamma może wyemitować więcej energii niż gwiazda taka jak Słońce w ciągu 10 miliardów lat. Ważny jest również fakt, jak widzieliśmy w pierwszym obserwowanym zderzeniu gwiazd neutronowych , to właśnie w eksplozjach takich jak te wykuwane są i wyrzucane do Wszechświata pierwiastki cięższe od żelaza.

Wiemy, że zderzenia gwiazd neutronowych wytwarzają rodzaj rozbłysku gamma, znany jako krótkotrwały rozbłysk gamma lub SGRB. Trwają one zaledwie milisekundy i pozostawiają po sobie jasną poświatę, gdy wyrzut z eksplozji uderza w gaz ośrodka międzygwiazdowego i wchodzi z nim w interakcję. Zazwyczaj te SGRB nie są obserwowane w falach radiowych, co może utrudniać ich interpretację.

Wybuchy te mają miejsce w odległych galaktykach, co oznacza, że ​​ich światło może być dość słabe dla naszych teleskopów na Ziemi. Przed urządzeniami ALMA, teleskopy milimetrowe nie były wystarczająco czułe, aby wykryć te poświaty wyjaśnił astrofizyk Tanmoy Laskar z Uniwersytetu Radboud w Holandii.

Ponieważ to konkretne zdarzenie, nazwane GRB 211106A, było tak daleko, nie było wykrywalne przez nasze obecne instrumenty astronomii fal grawitacyjnych . Energetyczne promieniowanie rentgenowskie towarzyszące krótkiej eksplozji zostało odebrane przez Obserwatorium Neila Gehrelsa Swifta z NASA. Jednak galaktyki tak odległe jak gospodarz GRB 211106A nie są wykrywalne w zakresie długości fal rentgenowskich – a pył w tym regionie oznaczał, że obserwacje optyczne Hubble’a nie były lepsze w zlokalizowaniu źródła. Z tego powodu naukowcy pracujący tylko z rozbłyskiem rentgenowskim sądzili, że miejsce eksplozji było stosunkowo blisko. Zwrócili się więc do ALMA, po raz pierwszy użyto fal milimetrowych do próby obserwacji i ustalenia inicjalizacji zdarzenia rozbłysku gamma.

Obserwacje Hubble’a ujawniły niezmienne pole galaktyk. Niezrównana czułość ALMA pozwoliła nam precyzyjniej określić położenie GRB w tym polu i okazało się, że znajduje się on w innej słabej galaktyce, która jest dalej. To z kolei oznacza, że ​​ten krótkotrwały rozbłysk gamma jest jeszcze silniejszy, niż początkowo sądziliśmy, co czyni go jednym z najjaśniejszych i najbardziej energetycznych w historii.powiedział Laskar.

Kiedy zderzają się gwiazdy neutronowe , rezultat jest spektakularny: eksplozja, której towarzyszą dżety materii, które wybuchają na zewnątrz ze znacznym procentem prędkości światła. Jeśli mamy szczęście, te dżety są zorientowane w taki sposób, że jeden z nich jest skierowany mniej więcej w naszą stronę, tak że widzimy erupcję jako rozbłysk gamma.

Obserwacje na falach milimetrowych pozwoliły naukowcom zmierzyć niektóre kluczowe właściwości GRB 211106A; mianowicie kąt otwarcia dżetu, który można wykorzystać do wywnioskowania prędkości SGRB we Wszechświecie oraz dokładniejszy pomiar energii GRB.

Milimetrowe długości fal mogą nam powiedzieć o gęstości środowiska wokół GRB. A w połączeniu z promieniami rentgenowskimi mogą nam powiedzieć o prawdziwej energii wybuchu. Ponieważ emisje na falach milimetrowych mogą być wykrywane przez dłuższy czas niż w promieniach rentgenowskich, emisja milimetrowa może być również wykorzystana do określenia szerokość odrzutowca GRB.powiedziała astronom Genevieve Schroeder z Northwestern University.

Naukowcy odkryli, że GRB 211106A ma pewne niezwykłe właściwości, zarówno w galaktyce macierzystej, jak i profilu energetycznym. To ostatecznie sugeruje, że istnieje większe zróżnicowanie właściwości SGRB niż obecnie, co oznacza, że ​​dalsza obserwacja i klasyfikacja tych zdarzeń jest uzasadniona. Tak więc, chociaż może to być pierwszy milimetrowy wypad w te niesamowite eksplozje, jest bardzo mało prawdopodobne, że będzie ostatnim.

ALMA wstrząsa polem gry pod względem swoich możliwości na falach milimetrowych i pozwoliła nam po raz pierwszy zobaczyć słaby, dynamiczny Wszechświat w tym rodzaju światła. Po dekadzie obserwowania krótkich GRB naprawdę niesamowite jest być świadkiem potęgi wykorzystania tych nowych technologii do rozpakowywania niespodzianek ze Wszechświata.powiedział Fong.
informacja: ALMA