Tag: galaktyka

Jak pokazuje Webb, wczesny Wszechświat trzeszczał od formowania się gwiazd

Radosław B. AMBROŻY

Dzięki dużemu, zbierającemu światło zwierciadłu i czułości na podczerwień, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) doskonale nadaje się do badania galaktyk, które istniały we wczesnym Wszechświecie, zaledwie kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu. Nieco ponad miesiąc czasu obserwacyjnego Webba poświęcony jest przeglądowi JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). JADES zajrzy głęboko we Wszechświat, aby zbadać niektóre z najsłabszych i najodleglejszych galaktyk. Wśród pierwszych odkryć programu: setki galaktyk, które istniały, gdy Wszechświat miał mniej niż 600 milionów lat, oraz galaktyki, które przeszły powtarzające się wybuchy formowania gwiazd.

Jednym z najbardziej fundamentalnych pytań w astronomii jest: Jak powstały pierwsze gwiazdy i galaktyki? Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba już dostarcza nowych informacji na ten temat. Jednym z największych programów w pierwszym roku nauki Webba jest JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), który poświęci około 32 dni czasu teleskopowego na odkrycie i scharakteryzowanie słabych, odległych galaktyk. Podczas gdy dane wciąż nadchodzą, JADES odkrył już setki galaktyk, które istniały, gdy Wszechświat miał mniej niż 600 milionów lat. Zespół zidentyfikował również galaktyki mieniące się mnóstwem młodych, gorących gwiazd.

W JADES chcemy odpowiedzieć na wiele pytań, takich jak: Jak powstały najwcześniejsze galaktyki? Jak szybko formowały się gwiazdy? Dlaczego niektóre galaktyki przestają tworzyć gwiazdy?mówi Marcia Rieke z University of Arizona w Tucson, współprowadząca program JADES.

Fabryki gwiazd
Ryan Endsley z University of Texas w Austin prowadził badania galaktyk, które istniały od 500 do 850 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Był to kluczowy czas znany jako Epoka Rejonizacji. Przez setki milionów lat po Wielkim Wybuchu wszechświat był wypełniony mgłą gazową, która czyniła go nieprzezroczystym dla energetycznego światła. Miliard lat po Wielkim Wybuchu mgła się rozjaśniła, a wszechświat stał się przezroczysty, proces znany jako rejonizacja. Naukowcy debatowali, czy aktywne, supermasywne czarne lub galaktyki pełne gorących, młodych gwiazd były główną przyczyną rejonizacji.

W ramach programu JADES Endsley i jego koledzy badali te galaktyki w poszukiwaniu sygnatur powstawania gwiazd – i znaleźli ich pod dostatkiem.

Prawie każda galaktyka, którą odkrywamy, wykazuje te niezwykle silne sygnatury linii emisyjnych, wskazujące na intensywne niedawne procesy gwiazdotwórcze. Te wczesne galaktyki były bardzo dobre w tworzeniu gorących, masywnych gwiazd.mówi Endsley.

Te jasne, masywne gwiazdy wypompowywały strumienie światła ultrafioletowego, które przekształcało otaczający gaz z nieprzezroczystego w przezroczysty poprzez jonizację atomów, usuwając elektrony z ich jąder. Ponieważ te wczesne galaktyki miały tak dużą populację gorących, masywnych gwiazd, mogły być głównym motorem procesu rejonizacji. Późniejsze ponowne połączenie elektronów i jąder wytwarza wyraźnie silne linie emisyjne.

Endsley i jego koledzy znaleźli również dowody na to, że te młode galaktyki przechodziły okresy szybkiego formowania się gwiazd przeplatane okresami ciszy, w których formowało się mniej gwiazd. Te ataki i początki mogły nastąpić, gdy galaktyki przechwyciły zagęszczenia gazowych surowców potrzebnych do uformowania gwiazd. Alternatywnie, ponieważ masywne gwiazdy szybko eksplodują, mogły okresowo wstrzykiwać energię do otaczającego środowiska, zapobiegając kondensacji gazu w celu utworzenia nowych gwiazd.

Wczesny wszechświat objawiony
Kolejnym elementem programu JADES jest poszukiwanie najwcześniejszych galaktyk, które istniały, gdy Wszechświat miał mniej niż 400 milionów lat. Badając te galaktyki, astronomowie mogą zbadać, w jaki sposób powstawanie gwiazd we wczesnych latach po Wielkim Wybuchu różniło się od tego, co obserwuje się obecnie. Światło z odległych galaktyk jest rozciągane do dłuższych fal i bardziej czerwonych kolorów przez rozszerzanie się wszechświata – zjawisko zwane przesunięciem ku czerwieni. Mierząc przesunięcie ku czerwieni galaktyki, astronomowie mogą dowiedzieć się, jak daleko się ona znajduje, a zatem kiedy istniała we wczesnym Wszechświecie. Przed Webbem było tylko kilkadziesiąt galaktyk obserwowanych powyżej przesunięcia ku czerwieni 8, kiedy Wszechświat miał mniej niż 650 milionów lat, ale JADES odkrył już prawie tysiąc tych ekstremalnie odległych galaktyk.

Złoty standard określania przesunięcia ku czerwieni polega na spojrzeniu na widmo galaktyki, które mierzy jej jasność na niezliczonych długościach fal. Ale dobre przybliżenie można określić, robiąc zdjęcia galaktyki za pomocą filtrów, z których każdy pokrywa wąskie pasmo kolorów, aby uzyskać garść pomiarów jasności. W ten sposób naukowcy mogą określić szacunki odległości wielu tysięcy galaktyk jednocześnie.

Kevin Hainline z University of Arizona w Tucson i jego koledzy wykorzystali instrument Webba NIRCam (Near-Infrared Camera) do uzyskania tych pomiarów, zwanych fotometrycznymi przesunięciami ku czerwieni, i zidentyfikowali ponad 700 kandydatek na galaktyki, które istniały, gdy Wszechświat miał od 370 do 650 milionów lat. Sama liczba tych galaktyk znacznie przekraczała przewidywania z obserwacji wykonanych przed wystrzeleniem Webba. Znakomita rozdzielczość i czułość obserwatorium pozwalają astronomom uzyskać lepszy widok tych odległych galaktyk niż kiedykolwiek wcześniej.

Wcześniej najwcześniejsze galaktyki, które mogliśmy zobaczyć, wyglądały jak małe smugi. A jednak te smugi reprezentują miliony, a nawet miliardy gwiazd na początku wszechświata. Teraz widzimy, że niektóre z nich są w rzeczywistości rozszerzonymi obiektami o widocznej strukturze. Możemy zobaczyć grupy gwiazd rodzących się zaledwie kilkaset milionów lat po rozpoczęciu czasu.mówi Hainline.

Odkryliśmy, że procesy gwiazdotwórcze we wczesnym Wszechświecie są znacznie bardziej skomplikowane niż myśleliśmy.dodaje Rieke.
info: WebbTelescope.org

Protogromada potwierdzona, 650 milionów lat po Wielkim Wybuchu

Radosław B. AMBROŻY

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba zaczął rzucać światło na lata formowania się w historii Wszechświata, które do tej pory były poza zasięgiem: powstawanie i składanie galaktyk. Po raz pierwszy protogromada siedmiu galaktyk została potwierdzona w odległości, którą astronomowie nazywają przesunięciem ku czerwieni 7,9, czyli zaledwie 650 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Na podstawie zebranych danych astronomowie obliczyli przyszły rozwój rodzącej się gromady, stwierdzając, że prawdopodobnie będzie ona rosła pod względem wielkości i masy, aby przypominać Gromada Coma, potwór współczesnego wszechświata.

To bardzo szczególne, unikalne miejsce przyspieszonej ewolucji galaktyk, a Webb dał nam bezprecedensową możliwość pomiaru prędkości tych siedmiu galaktyk i pewności potwierdzenia, że są one związane ze sobą w protogromadzie.mówi Takahiro Morishita z IPAC-California Institute of Technology, główny autor badania opublikowanego w Astrophysical Journal Letters.

Precyzyjne pomiary wykonane przez spektrograf bliskiej podczerwieni (NIRSpec) były kluczem do potwierdzenia łącznej odległości galaktyk i dużych prędkości, z jakimi poruszają się w halo ciemnej materii – około tysiąca kilometrów na sekundę.

Dane spektralne pozwoliły astronomom modelować i mapować przyszły rozwój grupy zbierającej, aż do naszych czasów we współczesnym Wszechświecie. Przewidywanie, że protogromada ostatecznie będzie przypominać Gromadę Coma, oznacza, że może ona ostatecznie należeć do najgęstszych znanych kolekcji galaktyk, z tysiącami członków.

Możemy zobaczyć te odległe galaktyki jak małe krople wody w różnych rzekach i widzimy, że ostatecznie wszystkie staną się częścią jednej dużej, potężnej rzeki.mówi Benedetta Vulcani z Narodowego Instytutu Astrofizyki we Włoszech, inny członek zespołu badawczego.

Gromady galaktyk są największymi skupiskami masy w znanym wszechświecie, które mogą dramatycznie wypaczyć strukturę samej czasoprzestrzeni. To zakrzywienie, zwane soczewkowaniem grawitacyjnym, może mieć efekt powiększający dla obiektów poza gromadą, pozwalając astronomom patrzeć przez gromadę jak gigantyczne szkło powiększające. Zespół badawczy był w stanie wykorzystać ten efekt, przeglądając gromadę Pandory, aby zobaczyć protogromadę; nawet potężne instrumenty Webba potrzebują pomocy natury, aby widzieć tak daleko. Zbadanie, w jaki sposób duże gromady, takie jak Pandora i Coma, po raz pierwszy się połączyły, było trudne ze względu na rozszerzanie się Wszechświata rozciągające światło poza widzialne długości fal do podczerwieni, gdzie astronomom brakowało danych o wysokiej rozdzielczości przed Webbem. Instrumenty podczerwone Webba zostały opracowane specjalnie w celu wypełnienia tych luk na początku historii wszechświata.

Siedem galaktyk potwierdzonych przez Webba zostało po raz pierwszy ustalonych jako kandydatki do obserwacji przy użyciu danych z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a Program Frontier Fields. Program poświęcił czas Hubble’a na obserwacje za pomocą soczewkowania grawitacyjnego, aby szczegółowo obserwować bardzo odległe galaktyki. Ponieważ jednak Hubble nie może wykryć światła poza bliską podczerwienią, jest tylko tyle szczegółów, ile może zobaczyć. Webb podjął badania, koncentrując się na galaktykach badanych przez Hubble’a i zbierając szczegółowe dane spektroskopowe oprócz zdjęć.

Zespół badawczy przewiduje, że przyszła współpraca między Webbem a Nancy Gray Roman Space Telescope, misja przeglądowa o wysokiej rozdzielczości i szerokim polu, przyniesie jeszcze więcej wyników we wczesnych gromadach galaktyk. Dzięki 200-krotnemu polu widzenia podczerwieni Hubble’a w jednym ujęciu, Nancy Gray Roman Space Telescope będzie w stanie zidentyfikować więcej kandydatów na galaktyki protogromady, co Webb może śledzić, aby potwierdzić za pomocą swoich instrumentów spektroskopowych. Misja Nancy Gray Roman Space Telescope ma obecnie wystartować do maja 2027 roku.

To niesamowite, o jakiej nauce możemy teraz marzyć, teraz, gdy mamy Webba. Dzięki tej małej protogromadzie siedmiu galaktyk, w tak dużej odległości, mieliśmy stuprocentowy wskaźnik potwierdzenia spektroskopowego, demonstrując przyszły potencjał mapowania ciemnej materii i wypełniając oś czasu wczesnego rozwoju Wszechświata.powiedział Tommaso Treu z University of California w Los Angeles, członek zespołu badawczego protogromady.
info:Webbtelescope.org

Droga Mleczna uwięziła Wielki Obłok Magellana swoją grawitacją. Co dalej?

Radosław B. AMBROŻY

Największym pobliskim towarzyszem naszej galaktyki jest Wielki Obłok Magellana (LMC), galaktyka karłowata widoczna gołym okiem na półkuli południowej. W ostatnich latach nowe badania teoretyczne i lepsze możliwości obserwacyjne nauczyły astronomów wiele o naszym (nie tak małym) sąsiedzie. Staje się coraz bardziej jasne, że LMC pomaga kształtować ewolucję Drogi Mlecznej.

Długo zakładano, że nasza galaktyka wiedzie spokojne życie pustelnika, a najbliższym ‘dużym’ sąsiadem jest Andromeda oddalona o około 800 kiloparseków. Ale wraz z rosnącą świadomością, że LMC jest dość masywny, i z powodu osobliwego “historycznego momentu” (właśnie przeszedł w pobliżu perycentrum swojej orbity, gdzie jego prędkość i wzajemny efekt, jaki wywiera na Drogę Mleczną, są najwyższe), nie możemy dłużej ignorować perturbacji w naszej Galaktyce, które powoduje.mówi Eugene Vasiliev z University of Cambridge.
Mały i Wielki Obłok Magellana, widziany nad Obserwatorium Paranal na pustyni Atakama w Chile. Źródło: ESO/J. Colosimo.

Ważący 10-20% masy naszej galaktyki, LMC jest wart poważnego traktowania. Astronomowie uważają, że znajduje się na swojej pierwszej orbicie wokół Drogi Mlecznej. Zanim ta orbita się zaczęła, była to galaktyka spiralna sama w sobie. Interakcja z Drogą Mleczną zniekształciła jej ramiona spiralne, choć nadal ma silną środkową poprzeczkę jako dowód swojej poprzedniej struktury. Droga Mleczna również została zmieniona przez interakcję. Na przykład orbity gwiazd i strumieni gwiazdowych najbliższych LMC zostały odchylone, a także nastąpiły większe, strukturalne zmiany w Drodze Mlecznej. Ponieważ Droga Mleczna nie jest sztywna, ale raczej składa się z gwiazd, pyłu, gazu i skał o różnych gęstościach, części galaktyki bliższe LMC zostały dotknięte bardziej niż odległe części. Efektem końcowym była subtelna, ale znacząca deformacja kształtu galaktyki, szczególnie w zewnętrznych regionach.

Astronomowie powinni być w stanie zobaczyć dowody tych zmian, ale nie jest to łatwe zadanie. Trudno jest badać kształt naszej rodzimej galaktyki, w dużej mierze dlatego, że nie możemy zrobić zdjęcia całej Drogi Mlecznej w taki sposób, w jaki możemy zrobić zdjęcie odległej galaktyki.

Artystyczna wizja trzech gwiezdnych strumieni Drogi Mlecznej. Strumienie takie jak ten miałyby zakłócone orbity, gdy LMC przechodził w pobliżu. Źródło: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC/Caltech).

Życie w naszej własnej Galaktyce jest rzeczywiście dobrodziejstwem i zmorą dla astrofizyka. Z jednej strony możemy mierzyć pozycje i prędkości 3D dla milionów gwiazd z dużą precyzją, dzięki astrometrycznemu satelicie Gaia i licznym uzupełniającym naziemnym przeglądom spektroskopowym.” To coś, o czym możemy tylko pomarzyć z odległymi galaktykami, gdzie “nie mamy informacji o rozmieszczeniu gwiazd wzdłuż linii widzenia.powiedział Wasiliew w wywiadzie dla Universe Today.

Z drugiej strony, Droga Mleczna blokuje nam widok dużej części siebie: pył międzygwiazdowy filtruje światło w gęstych obszarach galaktyki, ukrywając informacje przed wzrokiem. Co więcej, najdalsze zakątki galaktyki są zbyt odległe, aby przeglądy pozycji i prędkości, takie jak Gaia, były dokładne. Naukowcy muszą zatem polegać na modelach, aby wypełnić luki: przewidują odległe części galaktyki w oparciu o to, co wiemy o bliższych częściach. Ale to sprawia, że trudno jest wyraźnie dostrzec wpływ LMC na Drogę Mleczną. Jeśli w modelach jest mały błąd – na przykład nawet 5% przeszacowanie odległości – zniekształciłoby to nasz obraz Drogi Mlecznej i zamaskowałoby perturbacje spowodowane przez LMC.

To, że jest to trudne, nie oznacza, że astronomowie się poddają. Rozmiar i bliskość LMC oznaczają, że jego perturbacje w naszej rodzimej galaktyce powinny być dość znaczące. Ale jak je znaleźć?

Odpowiedź może leżeć częściowo w najnowszych danych z Gai, które pokazały osobliwy “pasiasty” wzór w pozycji i prędkości gwiazd w galaktycznym halo Drogi Mlecznej. Halo jest sferycznym obszarem, który otacza dysk galaktyczny i zawiera gwiazdy o znacznie mniejszej gęstości niż bardziej zaludniony dysk. Uważa się, że te wzory pasków są śladami pozostawionymi przez dawno martwe galaktyki, które połączyły się z Drogą Mleczną w starożytnej przeszłości, podobnie jak hipotetyczna galaktyka Gaja-Enceladus.

Zdjęcie z Hubble’a gromady kulistej NGC 2808, która prawdopodobnie była kiedyś jądrem galaktyki Gaia-Enceladus. Uważa się, że połączyła się z Drogą Mleczną w odległej przeszłości. Źródło: NASA, ESA, A. Sarajedini (University of Florida) i G. Piotto (University of Padua (Padova).

Kiedy LMC przechodził w pobliżu Drogi Mlecznej w niedawnej przeszłości, powinien pozostawić zniekształcenia w tych pasach, i to właśnie astronomowie tacy jak Wasiliew mają nadzieję odkryć. Halo jest idealnym miejscem do patrzenia, ponieważ niska gęstość tego regionu czyni go bardziej podatnym na zmiany spowodowane przelotem LMC niż wewnętrzne obszary galaktyki. W rzeczywistości nasz Układ Słoneczny i gęste obszary dysku galaktycznego są w pewnym stopniu odporne na zniekształcenia LMC. Te obszary Drogi Mlecznej są zwarte, więc kiedy LMC przechodził obok, każda gwiazda została przesunięta o tę samą wartość. Nie pozostawiłoby to żadnych widocznych zniekształceń.

Wasiliew mówi, że pomaga myśleć o holowaniu LMC na Drodze Mlecznej w taki sam sposób, w jaki myślimy o holowaniu Księżyca na Ziemi:

Odizolowane jezioro nie ma pływów, ale cały ocean tak, ponieważ siła grawitacji Księżyca zmienia się w jego zasięgu przestrzennym. wyjaśnia.

W ten sam sposób jest mało prawdopodobne, abyśmy zobaczyli zniekształcenia LMC w naszym lokalnym sąsiedztwie, ale w rozległym galaktycznym halo efekty stają się znacznie bardziej oczywiste.

Im dalej idziemy, tym ważniejsze stają się przesunięcia różnicowe.mówi Wasiliew.

W kwietniu Wasiliew publikuje przegląd obecnego stanu wiedzy na temat wpływu LMC na Drogę Mleczną. Chociaż w ostatnich latach nastąpił postęp, wciąż jest wiele do nauczenia się, a nowe dane Gaia torują drogę do lepszych modeli.

Jeśli chodzi o przyszłość Drogi Mlecznej i LMC, ostatecznie znajdują się one na kursie kolizyjnym. LMC połączy się z Drogą Mleczną za kilka miliardów lat, dostarczając więcej masy i metaliczności do halo Drogi Mlecznej. Oczywiście to dramatyczne wydarzenie będzie tylko prekursorem jeszcze większego połączenia Drogi Mlecznej, ponieważ Galaktyka Andromedy będzie w tym momencie na końcowym podejściu do nas.

Jeśli w tej historii jest jakiś morał, to taki, że żadna galaktyka nie jest wyspą. Sąsiedzi Drogi Mlecznej pomagają kształtować jej przeszłość, teraźniejszość i przyszłość, a astronomowie starają się wziąć te efekty pod uwagę podczas badania naszej rodzimej galaktyki.

Trzy szybkie błyski radiowe przebiły się przez pobliską galaktykę

Radosław B. AMBROŻY

Szybkie błyski radiowe (FRB) to kosmiczne tajemnice, które powoli, ale pewnie ujawniają swoje tajemnice. Te jasne błyski światła są widoczne w części widma fal radiowych i zwykle trwają tylko kilka milisekund, zanim znikną na zawsze. Pochodzą z przypadkowych miejsc we Wszechświecie i są tak potężne, że możemy je zobaczyć emanujące z odległości miliardów lat świetlnych.

Astronomowie wykorzystali nowo zmodernizowaną sieć radioteleskopów, aby znaleźć pięć nowych FRB i odkryli, że wiele błysków przebiło się przez Galaktykę Trójkąta (M33). Te krótkie błyski rozświetliły gaz wewnątrz M33, pozwalając astronomom obliczyć maksymalną liczbę niewidocznych atomów.

Galaktyka Trójkąta. Zdjęcie: NASA / JPL-Caltech / University of Arizona

Sieć radioteleskopów w Westerbork w Holandii działa od 1968 roku, ale ostatnio została zmodernizowana o system Apertif Radio Transient System (ARTS), który obejmuje nowe odbiorniki i nowy superkomputer. System ARTS został specjalnie zaprojektowany przez naukowców i inżynierów współpracujących z ASTRON, Holenderskim Instytutem Radioastronomii. Naukowcy twierdzą, że nowe dane i obrazy są znacznie ostrzejsze niż wcześniej było to możliwe. Pozwoliło to na natychmiastowe zidentyfikowanie wielu rozbłysków, które przebiły się przez pobliską Galaktykę Trójkąta.

Mamy teraz instrument o bardzo szerokim polu widzenia i bardzo ostrym widzeniu. A wszystko to na żywo. To nowe i ekscytujące.powiedział główny badacz Joeri van Leeuwen z ASTRON.

FRB należą do najjaśniejszych eksplozji we Wszechświecie. Wybuchy zawierają ogromne ilości energii, około dziesięć bilionów razy więcej niż roczne zużycie energii przez całą populację świata, według ASTRON. Podczas gdy uważa się, że niektóre FRB są powodowane przez gwiazdy neutronowe i czarne, inne nadal wymykają się klasyfikacji. Z tego powodu utrzymują się inne teorie, począwszy od pulsarów i magnetarów, a nawet komunikacji pozaziemskiej.

Badając błyski, astronomowie mają nadzieję lepiej zrozumieć podstawowe właściwości materii, z której składa się Wszechświat. Ale badanie tych błysków jest trudne. Nikt nie wie, gdzie na niebie wybuchnie następna seria, a trwają one tylko milisekundę.

Wcześniej radioteleskopy mogły tylko z grubsza wskazać, gdzie wystąpił FRB. Ale modernizacja ARTS umożliwia teraz Westerbork bardzo dokładne określenie lokalizacji FRB.

Wykazaliśmy, że trzy z odkrytych przez nas FRB zaatakowały naszą sąsiadkę, Galaktykę Trójkąta! W ten sposób po raz pierwszy byliśmy w stanie policzyć, ile niewidzialnych elektronów zawiera ta galaktyka. Fantastyczny wynik.mówi Van Leeuwen.

W odległości 3 milionów lat świetlnych od Ziemi Galaktyka Trójkąta – znana również jako M33 – jest trzecią co do wielkości galaktyką w naszej Grupie Lokalnej. W początkowej fazie uruchamiania zmodernizowanego teleskopu odkryli, że mogą spodziewać się wykrywania nowego FRB mniej więcej raz na siedem dni, co, jak powiedzieli, zapewnia znaczną liczbę nowych źródeł do zbadania.

Połączenie wykrywalności i dokładności lokalizacji, oznacza to nową fazę, w której rosnąca liczba rozbłysków może być wykorzystana do badania naszego Wszechświata.napisał zespół.

Kontynuując wskazywanie źródeł i badanie FRB, astronomowie mają nadzieję nie tylko dowiedzieć się więcej o błyskach radiowych, ale także o tajemniczej ciemnej materii i ciemnej energii, które stanowią około 95% Wszechświata.