Trzy dekady obserwacji z Teleskopu Kosmicznego pomagają wyznaczyć dokładnej wartości stałej Hubble’a

Historia nauki odnotuje, że poszukiwanie tempa ekspansji wszechświata było wielkim Świętym Graalem kosmologii XX wieku. Bez jakichkolwiek dowodów obserwacyjnych na rozszerzanie się, kurczenie lub zatrzymywanie się ekspansji Wszechświata. Co więcej, nie mielibyśmy też pojęcia o jego wieku – a właściwie o tym, czy wszechświat był wieczny, gdyby nie te badania.

Pierwszy akt tego odkrycia nastąpił, gdy sto lat temu amerykański astronom Edwin Hubble odkrył niezliczone galaktyki poza naszą macierzystą galaktyką, Drogą Mleczną. I galaktyki nie stały w miejscu. Hubble odkrył, że im dalej galaktyka jest, tym szybciej wydaje się oddalać od nas. Można to interpretować jako równomierną ekspansję przestrzeni. Hubble powiedział nawet, że badał galaktyki po prostu jako „znaczniki przestrzeni”. Jednak nigdy nie był w pełni przekonany o idei jednorodnie rozszerzającego się wszechświata. Podejrzewał, że jego pomiary mogą być dowodem na to, że we Wszechświecie dzieje się coś jeszcze dziwniejszego.

Przez dziesięciolecia po Hubble’u astronomowie trudzili się, aby ustalić tempo ekspansji, które dałoby prawdziwy wiek wszechświata. Wymagało to zbudowania ciągu kosmicznych drabin odległościowych zmontowanych ze źródeł, co do których astronomowie mają uzasadnioną pewność co do ich wewnętrznej jasności. Najjaśniejszymi, a zatem najdalszymi wykrywalnymi znacznikami są supernowe typu Ia.

Kiedy Kosmiczny Teleskop Hubble’a został wystrzelony w 1990 r., tempo ekspansji Wszechświata było tak niepewne, że jego wiek mógł wynosić zaledwie 8 miliardów lat lub nawet 20 miliardów lat.

Po 30 latach drobiazgowych prac z wykorzystaniem niezwykłej mocy obserwacyjnej teleskopu Hubble’a liczne zespoły astronomów zawęziły tempo ekspansji do precyzji nieco ponad 1%. Można to wykorzystać do przewidzenia, że ​​wszechświat podwoi się za 10 miliardów lat.

Pomiar jest około osiem razy dokładniejszy niż oczekiwana zdolność Hubble’a. Ale kosmologom stało się to czymś więcej niż tylko doprecyzowaniem liczby. W międzyczasie odkryto tajemnicę ciemnej energii rozpychającej wszechświat. Aby jeszcze bardziej skomplikować sytuację, obecne tempo ekspansji jest inne niż się spodziewano, ponieważ wszechświat pojawił się wkrótce po Wielkim Wybuchu.

Przewidywano, że tempo ekspansji wszechświata będzie wolniejsze niż to, co faktycznie widzi Hubble. Łącząc Standardowy Model Kosmologiczny Wszechświata i pomiary wykonane przez misję Planck Europejskiej Agencji Kosmicznej (która obserwowała reliktowe kosmiczne mikrofalowe tło sprzed 13,8 miliarda lat), astronomowie przewidują niższą wartość stałej Hubble’a: 67,5 plus minus 0,5 kilometra na sekundę. sekundy na megaparsek, w porównaniu z szacunkami zespołu SHOES wynoszącymi 73.

Biorąc pod uwagę dużą wielkość próbki Hubble’a, istnieje tylko jedna na milion szansa, że ​​astronomowie mylą się z powodu niefortunnego losowania, powiedział Riess, co jest powszechnym progiem dla poważnego potraktowania problemu w fizyce. To odkrycie rozplątuje to, co stawało się ładnym i uporządkowanym obrazem dynamicznej ewolucji wszechświata. Astronomowie nie potrafią wyjaśnić rozbieżności między tempem ekspansji wszechświata lokalnego a wszechświatem pierwotnym, ale odpowiedź może wiązać się z dodatkową fizyką wszechświata.

Takie mylące odkrycia uczyniły życie bardziej ekscytującym dla kosmologów takich jak Riess. Trzydzieści lat temu zaczęli mierzyć stałą Hubble’a, aby porównać wszechświat, ale teraz stało się to jeszcze bardziej interesujące.

Właściwie nie obchodzi mnie, jaka jest konkretna wartość ekspansji, ale lubię ją wykorzystywać do poznawania wszechświata.dodał Riess.
info: HubbleSite

Ekstremalne warunki pogodowe na ultragorących Jowiszach

Badając wyjątkową klasę ultragorących egzoplanet, astronomowie z zespołu Kosmicznego Teleskopu Hubble’a opublikowali wyniki badań dużych egzoplanet. Te obiekty wielkości Jowisza są tak niebezpiecznie blisko swojej gwiazdy macierzystej, że są pieczone we wrzących temperaturach powyżej 3000 stopni Fahrenheita. To wystarczająco gorąco, aby odparować większość metali, w tym tytan. Mają najgorętsze atmosfery planetarne, jakie kiedykolwiek widziano.

W dwóch nowych artykułach zespoły astronomów Hubble’a donoszą o dziwacznych warunkach pogodowych na tych gotujących się planetach. Na jedną planetę pada deszcz odparowanych skał, a na innej górne warstwy atmosfery stają się coraz gorętsze niż chłodniejsze, ponieważ jest „spalane” przez intensywne promieniowanie ultrafioletowe (UV) pochodzące od jej gwiazdy.

Badania te wykraczają poza zwykłe znajdowanie dziwnych i dziwacznych atmosfer planet. Badanie ekstremalnych warunków pogodowych daje astronomom lepszy wgląd w różnorodność, złożoność i egzotyczną chemię zachodzącą w odległych światach w naszej galaktyce.

Nadal nie mamy dobrego zrozumienia pogody w różnych środowiskach planetarnych.powiedział David Sing z Johns Hopkins University w Baltimore w stanie Maryland, współautor dwóch zgłoszonych badań.
 Kiedy patrzysz na Ziemię, wszystkie nasze prognozy pogody są nadal precyzyjnie dostosowane do tego, co możemy zmierzyć. Ale kiedy udajesz się na odległą egzoplanetę, masz ograniczone możliwości przewidywania, ponieważ nie zbudowałeś ogólnej teorii o tym, jak wszystko w atmosferze idzie w parze i reaguje na ekstremalne warunki. Nawet jeśli znasz podstawy chemii i fizyki, nie wiesz, jak to się zamanifestuje w skomplikowany sposób.dodał naukowiec.

W czasopiśmie Nature z 6 kwietnia astronomowie opisują obserwacje Hubble’a WASP-178b, znajdującego się około 1300 lat świetlnych od nas. W ciągu dnia atmosfera jest bezchmurna i jest wzbogacona gazowym tlenkiem krzemu. Ponieważ jedna strona planety jest stale zwrócona w stronę swojej gwiazdy, skwarna atmosfera obraca się w stronę nocną z prędkością superhuraganu przekraczającą 2000 mil na godzinę. Po ciemnej stronie tlenek krzemu może wystarczająco ochłodzić się, aby skondensować się w skałę, która pada z chmur, ale nawet o świcie i zmierzchu planeta jest wystarczająco gorąca, by wyparować skały.

Wiedzieliśmy, że dzięki tej funkcji tlenku krzemu zobaczyliśmy coś naprawdę interesującego.powiedział Josh Lothringer z Utah Valley University w Orem w stanie Utah.

W gazecie opublikowany w numerze Astrophysical Journal Letters z 24 stycznia
Guangwei Fu z University of Maryland, College Park, poinformował o supergorącym Jowiszu KELT-20b, znajdującym się około 400 lat świetlnych od nas. Na tej planecie podmuch światła ultrafioletowego z macierzystej gwiazdy tworzy warstwę termiczną w atmosferze, podobnie jak ziemska stratosfera. „Do tej pory nigdy nie wiedzieliśmy, w jaki sposób gwiazda macierzysta wpływa bezpośrednio na atmosferę planety. Było wiele teorii, ale teraz mamy pierwsze dane obserwacyjne” – powiedział Fu.

Dla porównania, na Ziemi ozon w atmosferze pochłania promieniowanie UV i podnosi temperaturę w warstwie znajdującej się od 7 do 31 mil nad powierzchnią Ziemi. Na KELT-20b promieniowanie UV z gwiazdy ogrzewa metale w atmosferze, co tworzy bardzo silną warstwę inwersji termicznej.

Dowody pochodziły z wykrycia wody przez Hubble’a w obserwacjach w bliskiej podczerwieni oraz z wykrycia tlenku węgla przez Kosmiczny Teleskop Spitzer NASA. Promieniują przez gorącą, przezroczystą górną atmosferę wytwarzaną przez warstwę inwersyjną. Ta sygnatura jest unikalna w porównaniu z tym, co astronomowie widzą w atmosferach gorących Jowiszów krążących wokół chłodniejszych gwiazd, takich jak nasze Słońce.

Widmo emisyjne KELT-20b różni się znacznie od innych gorących Jowiszów. Jest to przekonujący dowód na to, że planety nie żyją w izolacji, ale ich gwiazda macierzysta ma na nie wpływ.powiedział Fu.

Chociaż bardzo gorące Jowisze nie nadają się do zamieszkania, tego rodzaju badania pomagają utorować drogę do lepszego zrozumienia atmosfer potencjalnie nadających się do zamieszkania planet ziemskich.

Jeśli nie możemy dowiedzieć się, co dzieje się na supergorących Jowiszach, gdzie mamy wiarygodne i solidne dane obserwacyjne, nie będziemy mieli szansy dowiedzieć się, co dzieje się w słabszych widmach z obserwacji egzoplanet ziemskich. To test naszych technik, który pozwala nam zbudować ogólne zrozumienie właściwości fizycznych, takich jak tworzenie się chmur i struktura atmosfery.powiedział Lothringer.
informacja: HUBBLESITE

Wizualizacja pokazująca wybuch olbrzymiej gwiazdy Eta Carinae

Model Gwiazdy Eta Carinae jest oparty na obserwacjach na wielu długościach fali

Kiedyś była to jedna z najjaśniejszych gwiazd na niebie, łatwo widoczna dla żeglarzy nawigujących po południowym niebie w połowie lat czterdziestych XIX wieku. Ale gwiazda Eta Carinae po krótkim wybuchu szybko zniknęła w niepamięc. Teraz, ponad półtora wieku później, obserwatoria kosmiczne NASA umożliwiły astronomom i artystom złożenie trójwymiarowego modelu Mgławicy Homunculus i towarzyszących jej obłoków pyłu i gazu okrywających wzburzoną gwiazdę. Historia Wielkiej Erupcji w 1843 roku i historia wyrzuconej mgławicy to coś więcej niż tylko przyciągająca wzrok wizualizacja, która ma na celu wzbogacenie wiedzy astronomicznej, kluczowego celu NASA Universe of Learning.

Nowa wizualizacja astronomiczna z NASA Universe of Learning pokazuje emisje na wielu długościach fal (od światła podczerwonego po promieniowanie rentgenowskie) i trójwymiarowe struktury otaczające Eta Carinae, jedną z najbardziej masywnych i wybuchających gwiazd w naszej galaktyce.

Eta Carinae, słynie z błyskotliwego i niezwykłego wybuchu, zwanego „Wielką Erupcją”, zaobserwowanego w latach 40. XIX wieku. To na krótko uczyniło ją jedną z najjaśniejszych gwiazd na nocnym niebie, emitując prawie tyle samo światła widzialnego, co wybuch supernowej.

Gwiazda przeżyła wybuch i powoli zanikała przez następne pięć dekad. Główną przyczyną tej zmiany jasności jest mała mgławica gazu i pyłu, zwana Mgławicą Homunkulus, która została wyrzucona podczas wybuchu i zablokowała światło gwiazdy.

Obserwacje za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra ujawniają szczegóły w świetle widzialnym, ultrafioletowym i rentgenowskim. Astronomowie i artyści z Space Telescope Science Institute (STScI) w Baltimore w stanie Maryland opracowali trójwymiarowe modele przedstawiające kształt klepsydry homunculusa i otaczające go chmury świecącego gazu. Rezultatem jest oszałamiająca wycieczka po zagnieżdżonych emisjach, która przenosi obrazy 2D do życia 3D.

Zespół wykonał tak niesamowitą robotę, reprezentując warstwy wolumetryczne, że widzowie mogą natychmiast i intuicyjnie zrozumieć złożoną strukturę wokół Eta Car.powiedział Frank Summers, główny naukowiec ds. wizualizacji w STScI i kierownik projektu.
Możemy nie tylko opowiedzieć historię Wielkiej Erupcji, ale także zaprezentować powstałą mgławicę w 3D.

Ponadto Eta Car jest niezwykle jasna w zakresie fal podczerwonych, a jej promieniowanie wpływa na znacznie większą Mgławicę Carina, w której się znajduje. Pracując z obserwacjami NASA Spitzer Space Telescope, zespół był w stanie umieścić Eta Car w kontekście olśniewającego widoku w podczerwieni regionu formowania się gwiazd.

Zdjęcie w podczerwieni wykonane przez Spitzera pozwala nam zajrzeć przez pył, który przesłania nasz widok w świetle widzialnym, aby ujawnić skomplikowane szczegóły i zasięg Mgławicy Carina wokół tej genialnej gwiazdy.skomentował Robert Hurt, główny naukowiec ds. wizualizacji w Caltech/IPAC i członek zespołu.

Rozszerzając cele NASA Universe of Learning, zasoby wizualizacji promują naukę poza sekwencją wideo. „Możemy wziąć te modele, takie jak ten dla Eta Car, i wykorzystać je w drukowaniu 3D i programach rzeczywistości rozszerzonej” – zauważył Kim Arcand, główny naukowiec ds. wizualizacji w Chandra X-ray Center w Cambridge w stanie Massachusetts. „Oznacza to, że więcej osób może mieć dostęp do danych – dosłownie i wirtualnie – a to zapewnia lepszą naukę i zaangażowanie”.

Eta Carinae to jedna z najmasywniejszych znanych gwiazd. Te wyjątkowe gwiazdy są podatne na wybuchy w ciągu swojego życia. Zakończą swoje życie zapadnięciem się w czarną dziurę, której prawdopodobnie towarzyszy wybuch supernowej. Eta Car jest jednym z najbliższych i najlepiej zbadanych przykładów poznania energetycznego życia i śmierci bardzo masywnych gwiazd.

informacja: hubblesite.org

Hubble powraca do pełnych obserwacji naukowych i publikuje nowe obrazy

Kosmiczny Teleskop Hubble’a NASA wraca do pracy, badając wszechświat bliski i daleki. Instrumenty naukowe powróciły do ​​pełnej sprawności po usunięciu awarii komputera pokładowego, która wstrzymała obserwacje.

Po awarii komputera udało się naukowcom z NASA uruchomić ponownie Kosmiczny Teleskop Hubble’a do pracy. To bardzo dobra wiadomość, gdyż następca nadal w magazynie czeka na wysłanie na orbitę.

Obserwacje naukowe wznowiono w sobotę 17 lipca po południu. Komputer pokładowy Hubble’a, który kontroluje i koordynuje instrumenty naukowe obserwatorium, zatrzymał się nagle 13 czerwca. Kiedy główny komputer nie odebrał sygnału z komputera sterującego, automatycznie przestawił instrumenty naukowe Hubble’a w tryb awaryjny. Oznaczało to, że teleskop nie mógł prowadzić badań naukowych, do czasu gdy specjaliści misji będą analizować sytuację i rozwiązywać problem jaki wystąpił na orbicie.

Jestem zachwycony, widząc, że Hubble znów spogląda na wszechświat, po raz kolejny rejestrując obrazy, które intrygowały i inspirowały nas od dziesięcioleci.powiedział administrator NASA Bill Nelson.

To moment na świętowanie sukcesu zespołu naprawdę oddanego misji. Dzięki ich wysiłkom Hubble będzie kontynuował swój 32. rok odkryć, a my będziemy nadal uczyć się na podstawie transformacyjnej wizji obserwatorium.

I już teleskop przesyła wspaniałe obrazy na Ziemię.

foto NASA