Tag: Hubble

Hubble widzi błyszczącą gromadę kulistą osadzoną wewnątrz naszej Drogi Mlecznej

Radosław B. AMBROŻY

To kolorowe zdjęcie gromady kulistej Terzan 12 jest spektakularnym przykładem tego, jak pył w kosmosie wpływa na światło gwiazd pochodzące od obiektów tła.

Gromada kulista gwiazd to konglomerat gwiazd ułożonych w sferoidalny kształt. Gwiazdy w gromadach kulistych są związane ze sobą grawitacyjnie, z większą koncentracją gwiazd w kierunku centrum. Droga Mleczna ma około 150 starożytnych gromad kulistych na swoich obrzeżach. Gromady te krążą wokół centrum galaktyki, ale daleko powyżej i poniżej płaskiej płaszczyzny naszej galaktyki, jak pszczoły brzęczące wokół ula.

Położenie tej gromady kulistej, głęboko w Drodze Mlecznej w gwiazdozbiorze Strzelca, oznacza, że jest ona spowita gazem i pyłem, które pochłaniają i zmieniają światło gwiazd emanujące z Terzan 12. Gromada znajduje się około 15 000 lat świetlnych od Ziemi. Lokalizacja ta pozostawia dużo miejsca dla interweniujących cząstek pyłu międzygwiazdowego między nami a gromadą, aby rozpraszać niebieskie światło, powodując, że tylko bardziej czerwone fale docierają do Ziemi. Obłoki pyłu międzygwiazdowego są cętkowane tak, że różne części gromady wyglądają na bardziej czerwone niż inne części wzdłuż naszej linii widzenia.

Najjaśniejsze czerwone gwiazdy na zdjęciu to nadęte, starzejące się olbrzymy, wielokrotnie większe od naszego Słońca. Leżą pomiędzy Ziemią a gromadą. Tylko nieliczni mogą być członkami klastra. Najjaśniejsze gorące, niebieskie gwiazdy również znajdują się wzdłuż linii widzenia, a nie wewnątrz gromady, która zawiera tylko starzejące się gwiazdy.

Terzan 12 jest jednym z Odkryto 11 gromad kulistych przez turecko-ormiańskiego astronoma Agopa Terzana około pół wieku temu. Dzięki swojej ostrej wizji Hubble zrewolucjonizował badania gromad kulistych od czasu jego uruchomienia w 1990 roku. Obserwacje Hubble’a rzuciły światło na związek między wiekiem a składem w najbardziej wewnętrznych gromadach kulistych Drogi Mlecznej.

Chmura Neptuna na przestrzeni trzech dekad

Radosław B. AMBROŻY

Astronomowie odkryli związek między zmieniającą się obfitością chmur Neptuna a 11-letnim cyklem słonecznym, w którym rosną i zanikają splątane pola magnetyczne Słońca napędzają aktywność słoneczną. Odkrycie opiera się na trzech dekadach obserwacji Neptuna wykonanych przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a i Obserwatorium W. M. Kecka na Hawajach, a także dane z Lick Observatory w Kalifornii.

Związek między Neptunem a aktywnością słoneczną jest zaskakujący dla planetologów, ponieważ Neptun jest najdalszą główną planetą naszego Układu Słonecznego i otrzymuje światło słoneczne z około 0,1% intensywności otrzymywanej przez Ziemię. Jednak globalna pochmurna pogoda Neptuna wydaje się być napędzana przez aktywność słoneczną, a nie cztery pory roku planety, z których każda trwa około 40 lat. Obecnie zasięg chmur widoczny na Neptunie jest ekstremalnie niski, z wyjątkiem niektórych chmur unoszących się nad południowym biegunem olbrzymiej planety. Zespół astronomów kierowany przez University of California (UC) w Berkeley odkrył, że obfitość chmur zwykle obserwowanych na średnich szerokościach geograficznych lodowego olbrzyma zaczęła zanikać w 2019 roku.

Byłem zaskoczony tym, jak szybko chmury zniknęły na Neptunie. Zasadniczo zaobserwowaliśmy spadek aktywności chmur w ciągu kilku miesięcy.powiedział Imke de Pater, emerytowany profesor astronomii na UC Berkeley i główny autor badań.

Nawet teraz, cztery lata później, najnowsze zdjęcia, które zrobiliśmy w czerwcu, nadal pokazują, że chmury nie wróciły do swoich poprzednich poziomów. To niezwykle ekscytujące i nieoczekiwane, zwłaszcza, że poprzedni okres niskiej aktywności chmur na Neptunie nie był tak dramatyczny i długotrwały.mówi Erandi Chavez, absolwent w Center for Astrophysics | Harvard-Smithsonian (CfA) w Cambridge, Massachusetts, która prowadziła badania, gdy była studentką astronomii na UC Berkeley.

Aby monitorować ewolucję wyglądu Neptuna, Chavez i jej zespół przeanalizowali zdjęcia z Obserwatorium Kecka wykonane w latach 2002-2022, archiwalne obserwacje Kosmicznego Teleskopu Hubble’a od 1994 roku oraz dane z Obserwatorium Licka w Kalifornii w latach 2018-2019. W ostatnich latach obserwacje Kecka zostały uzupełnione zdjęciami wykonanymi w ramach Strefa mroku oraz przez program Outer Planet Atmospheres Legacy (OPAL) Hubble’a.

Zdjęcia ujawniają intrygujący wzór między sezonowymi zmianami w pokrywie chmur Neptuna a cyklem słonecznym – okresem, w którym pole magnetyczne Słońca zmienia się co 11 lat, gdy staje się bardziej splątane jak kula przędzy. Jest to widoczne w rosnącej liczbie plam słonecznych i rosnącej aktywności rozbłysków słonecznych. W miarę postępu cyklu burzliwe zachowanie Słońca wzrasta do maksimum, aż pole magnetyczne opadnie i odwróci polaryzację. Następnie Słońce osiada z powrotem do minimum, tylko po to, aby rozpocząć kolejny cykl.

Kiedy na Słońcu panuje burzowa pogoda, bardziej intensywne promieniowanie ultrafioletowe (UV) zalewa układ słoneczny. Zespół odkrył, że dwa lata po szczycie cyklu słonecznego na Neptunie pojawia się coraz więcej chmur. Ponadto zespół odkrył pozytywną korelację między liczbą chmur a jasnością lodowego olbrzyma od odbijającego się od niego światła słonecznego.

Te niezwykłe dane dają nam najsilniejszy jak dotąd dowód na to, że pokrywa chmur Neptuna koreluje z cyklem Słońca. Nasze odkrycia potwierdzają teorię, że promienie UV Słońca, gdy są wystarczająco silne, mogą wywoływać reakcję fotochemiczną, która wytwarza chmury Neptuna.mówi de Pater.

Naukowcy odkryli związek między cyklem słonecznym a pochmurnym wzorcem pogody Neptuna, patrząc na 2,5 cyklu aktywności chmur zarejestrowanych w ciągu 29 lat obserwacji Neptuna. W tym czasie współczynnik odbicia planety wzrósł w 2002 roku, a następnie przyciemnił się w 2007 roku. Neptun ponownie stał się jasny w 2015 roku, a następnie pociemniał w 2020 roku do najniższego poziomu, jaki kiedykolwiek zaobserwowano, czyli wtedy, gdy większość chmur zniknęła.

Zmiany jasności Neptuna spowodowane przez Słońce wydają się wznosić i opadać względnie zsynchronizowane z pojawianiem się i odchodzeniem chmur na planecie. Istnieje jednak dwuletnie opóźnienie między szczytem cyklu słonecznego a obfitością chmur widocznych na Neptunie. Zmiany chemiczne są spowodowane fotochemią, która zachodzi wysoko w górnych warstwach atmosfery Neptuna i potrzebuje czasu, aby utworzyć chmury.

To fascynujące móc używać teleskopów na Ziemi do badania klimatu świata oddalonego od nas o ponad 2,5 miliarda mil. Postęp technologiczny i obserwacje pozwoliły nam ograniczyć modele atmosferyczne Neptuna, które są kluczem do zrozumienia korelacji między klimatem lodowego olbrzyma a cyklem słonecznym.powiedział Carlos Alvarez, astronom z Keck Observatory i współautor opracowania.

Potrzeba jednak więcej pracy. Na przykład, podczas gdy wzrost światła słonecznego UV może wytworzyć więcej chmur i zamglenia, może również je przyciemnić, zmniejszając w ten sposób ogólną jasność Neptuna. Burze na Neptunie wznoszące się z głębokiej atmosfery wpływają na pokrywę chmur, ale nie są związane z chmurami wytwarzanymi fotochemicznie, a zatem mogą komplikować badania korelacji z cyklem słonecznym. Potrzebne są również dalsze obserwacje Neptuna, aby zobaczyć, jak długo potrwa obecny prawie brak chmur.

Zespół badawczy nadal śledzi aktywność chmur Neptuna.

Widzieliśmy więcej chmur na najnowszych zdjęciach Kecka, które zostały wykonane w tym samym czasie, gdy Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba obserwował planetę; chmury te były w szczególności widoczne na północnych szerokościach geograficznych i na dużych wysokościach, zgodnie z oczekiwaniami zaobserwowanym wzrostem strumienia UV Słońca w ciągu ostatnich około 2 lat. mówi de Pater.

Połączone dane z Hubble’a, Kosmicznego Teleskopu Webba, Obserwatorium Kecka i Obserwatorium Licka umożliwią dalsze badania fizyki i chemii, które doprowadzą do dynamicznego wyglądu Neptuna, co z kolei może pomóc astronomom pogłębić zrozumienie nie tylko Neptuna, ale także egzoplanety, ponieważ uważa się, że wiele planet poza naszym Układem Słonecznym ma cechy podobne do Neptuna.

info: HubbleSite

Hubble obseruje głazy uciekające z asteroidy Dimorphos

Radosław B. AMBROŻY

Naukowcy szacują, że asteroida o średnicy kilku kilometrów uderzyła w Ziemię 65 milionów lat temu i zniszczyła dinozaury, wśród innych form życia, w masowym wymieraniu. W przeciwieństwie do dinozaurów, ludzkość może uniknąć tego losu, jeśli zaczniemy ćwiczyć, jak zrzucić zbliżającą się do Ziemi asteroidę.

Jest to trudniejsze niż to, jak zostało to przedstawione w filmach science fiction, takich jak Deep Impact. Planetolodzy muszą najpierw wiedzieć, w jaki sposób asteroidy zostały zmontowane. Czy są to latające stosy gruzu luźno aglomerowanych skał, czy coś bardziej znaczącego? Informacje te pomogłyby w opracowaniu strategii skutecznego odbicia groźnej asteroidy.

Jako pierwszy krok, NASA przeprowadziła eksperyment, aby uderzyć w asteroidę, aby zobaczyć, jak jest zaburzona. Uderzenie sondy DART (Double Asteroid Redirection Test) w planetoidę Dimorphos nastąpiło 26 września 2022 roku. Astronomowie korzystający z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a kontynuują śledzenie następstw kosmicznej kolizji. Niespodzianką jest odkrycie kilkudziesięciu głazów podniesionych z asteroidy po rozbiciu. Na zdjęciach z Hubble’a wyglądają jak rój pszczół bardzo powoli oddalający się od asteroidy. Może to oznaczać, że uderzenie w zbliżającą się do Ziemi asteroidę może spowodować, że skupisko groźnych głazów zmierza w naszym kierunku. DART uderzył w Dimorphos 26 września 2022 r., nieznaczna zmiana trajektorii jego orbity wokół większej planetoidy Didymos.

Astronomowie wykorzystujący niezwykłą czułość Hubble’a odkryli rój głazów, które prawdopodobnie zostały strząśnięte z asteroidy kiedy NASA celowo uderzyła półtonowym statkiem kosmicznym DART w Dimorphos z prędkością około 22 500 km na godzinę. 37 swobodnie rozrzuconych głazów ma rozmiar od metra do 60 metrów średnicy, w oparciu o fotometrię Hubble’a. Oddalają się od asteroidy z prędkością nieco ponad kilometr na godzinę. Całkowita masa tych wykrytych głazów wynosi około 0,1% masy Dimorphos.

To spektakularna obserwacja – znacznie lepsza niż się spodziewałem. Widzimy chmurę głazów przenoszących masę i energię z dala od celu uderzenia. Liczby, rozmiary i kształty głazów są zgodne z tym, że zostały one strącone z powierzchni Dimorphos przez uderzenie. To mówi nam po raz pierwszy, co się dzieje, gdy uderzysz w asteroidę i zobaczysz materiał wychodzący do największych rozmiarów. Głazy są jednymi z najsłabszych rzeczy, jakie kiedykolwiek sfotografowano w naszym Układzie Słonecznym.powiedział David Jewitt z University of California w Los Angeles, planetolog, który używał Hubble'a do śledzenia zmian w asteroidzie podczas i po uderzeniu DART.

Jewitt mówi, że otwiera to nowy wymiar badania następstw eksperymentu DART przy użyciu Europejskiej Agencji Kosmicznej nadchodzący statek kosmiczny Hera, która dotrze do planetoidy podwójnej pod koniec 2026 roku. Hera przeprowadzi szczegółowe badania po uderzeniu docelowej asteroidy.

Chmura głazów nadal będzie się rozpraszać, kiedy nadejdzie Hera, To jak bardzo powoli rozszerzający się rój pszczół, który ostatecznie rozprzestrzeni się wzdłuż orbity pary podwójnej wokół Słońca.powiedział Jewitt.

Głazy najprawdopodobniej nie są roztrzaskanymi kawałkami maleńkiej asteroidy spowodowanej uderzeniem. Były już rozrzucone po powierzchni asteroidy, jak widać na ostatnim zbliżeniu wykonanym przez sondę DART zaledwie dwie sekundy przed zderzeniem, kiedy znajdowała się zaledwie siedem mil nad powierzchnią.

Jewitt szacuje, że uderzenie strząsnęło dwa procent głazów na powierzchni asteroidy. Mówi, że obserwacje głazów przez Hubble’a dają również oszacowanie wielkości krateru uderzeniowego DART.

Głazy mogły zostać wydobyte z kręgu o szerokości około 100 metrów na powierzchni Dimorphos.powiedział.

Hera ostatecznie określi rzeczywisty rozmiar krateru.

Dawno temu Dimorphos mógł powstać z materii wyrzuconej w przestrzeń kosmiczną przez większą planetoidę Didymos. Ciało macierzyste mogło obrócić się zbyt szybko lub mogło stracić materiał w wyniku kolizji z innym obiektem, między innymi. Wyrzucona materia utworzyła pierścień, który grawitacyjnie połączył się, tworząc Dimorphos. To sprawiłoby, że byłby to latający gruz ze skalistych szczątków luźno utrzymywanych razem przez stosunkowo słabe przyciąganie grawitacyjne. Dlatego wnętrze prawdopodobnie nie jest solidne, ale ma strukturę bardziej przypominającą kiść winogron.

Nie jest jasne, w jaki sposób głazy zostały podniesione z powierzchni asteroidy. Mogą być częścią pióropusza wyrzutu, który został sfotografowany przez Hubble’a i inne obserwatoria. Albo fala sejsmiczna z uderzenia mogła wstrząsnąć asteroidą – jak uderzenie młotkiem w dzwon – wstrząsając gruzem powierzchniowym.

Jeśli będziemy śledzić głazy w przyszłych obserwacjach Hubble’a, możemy mieć wystarczająco dużo danych, aby dokładnie określić trajektorie głazów. A potem zobaczymy, w których kierunkach zostały wystrzelone z powierzchni.powiedział Jewitt.

Zespoły DART i LICIACube (Light Italian CubeSat for Imaging of Asteroids) badały również głazy wykryte na zdjęciach wykonanych przez kamerę LUKE (LICIACube Unit Key Explorer) w ciągu kilku minut bezpośrednio po uderzeniu kinetycznym DART.

Hubble poluje na czarną dziurę średniej wielkości w najbliższej gromadzie kulistej

Radosław B. AMBROŻY

Pułapki grawitacyjne w kosmosie, czarne dziury, występują w różnych rozmiarach. A dokładniej, różne masy, ponieważ wszystkie są nieskończenie małe. Pierwsza odkryta czarna w 1971 roku miała masę 21 razy większą od masy Słońca. Powstał w wyniku eksplozji i kolapsu gwiazdy. Przykłady zupełnie innej klasy czarnych dziur zostały zidentyfikowane w latach 1960-1970. Ważyły miliony do miliardów mas Słońca. Podobnie jak wszystkie supermasywne czarne dziury, znajdują się w centrach głównych galaktyk.

Tak więc czarne dziury mogą być super-duże lub super-małe. Brakującym ogniwem jest czarna o masie pośredniej, ważąca około 100 do 1 mas Słońca. Kilka z nich znaleziono w innych galaktykach. Być może są na drodze do przekształcenia się w supermasywne czarne.

Jądra gromad kulistych gwiazd są terenem łowieckim dla czarnych dziur o masie pośredniej. Są mniejsze od galaktyk i powinny mieć odpowiednio mniejsze czarne dziury. Ponad 150 z tych zbiorów setek tysięcy gwiazd w kształcie śnieżnej kuli krąży wokół naszej galaktyki Drogi Mlecznej, niczym sztuczne satelity wirujące wokół Ziemi. Poszukiwania otworów tylnych o masie pośredniej w tych gromadach były nieuchwytne. Podejrzewana centralna czarna dziura nie może być oczywiście bezpośrednio obserwowana. Astronomowie zbierają poszlaki, obserwując gwiazdy rojące się wokół czarnej dziury. Na podstawie ich prędkości niewidzialną masę centralną można obliczyć za pomocą prostych praw fizyki Newtona.

Śledzenie gwiazd to skrupulatna praca, która została wycięta dla ostrej rozdzielczości i długowieczności Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Astronomowie przeglądający ponad dekadę obserwacji za pomocą Hubble’a pobliskiej gromady kulistej Messier 4 obliczyli, że istnieje bardzo gęsty obiekt centralny o masie około 800 mas Słońca. Jest tak zwarta, że obserwacje wydają się wykluczać alternatywne teorie na temat tego, co dzieje się w sercu gromady.

Astronomowie korzystający z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a przedstawili to, co uważają za jedne z najlepszych dowodów na obecność rzadkiej klasy czarnych “średniej wielkości”, które mogą się w sercu najbliższej kulistej gromady gwiazd względem Ziemi, znajdującej się 6 lat świetlnych stąd.

Podobnie jak intensywne grawitacyjne w strukturze kosmicznej, praktycznie wszystkie czarne wydają się występować w dwóch rozmiarach: małym i ogromnym. Szacuje się, że nasza galaktyka jest zaśmiecona 100 milionami małych czarnych (kilka razy masywniejszych od masy Słońca) utworzonych z eksplodujących gwiazd. Cały wszechświat jest zalany supermasywnymi czarnymi, ważącymi miliony lub miliardy mas Słońca i znajdującymi się w centrach galaktyk.

Długo poszukiwanym brakującym ogniwem jest czarna o masie pośredniej, ważąca od 100 do 100 000 mas Słońca. Jak powstają, gdzie będą spędzać czas i dlaczego wydają się być tak rzadkie?

Astronomowie mają zidentyfikował inne możliwe czarne dziury o masie pośredniej poprzez różnorodne techniki obserwacyjne. Dwaj najlepsi kandydaci — 3XMM J215022.4−055108, którą Hubble pomógł odkryć w 2020 roku, oraz HLX-1, zidentyfikowana w 2009 roku, znajdują się w gęstych gromadach gwiazd na obrzeżach innych galaktyk. Każda z tych możliwych czarnych dziur ma masę dziesiątek tysięcy Słońc i mogła kiedyś znajdować się w centrach galaktyk karłowatych. Obserwatorium rentgenowskie Chandra pomogło również dokonać wielu możliwych pośrednich odkryć czarnych, w tym duża próba w 2018 roku.

Patrząc znacznie bliżej naszego domu, wykryto wiele podejrzanych czarnych dziur o masie średniej masy w gęstych gromadach kulistych gwiazd krążących wokół naszej Drogi Mlecznej. Na przykład w 2008 roku astronomowie z Hubble’a ogłosili podejrzenie obecności czarnej dziury o masie pośredniej w gromadzie kulistej Omega Centauri. Z wielu powodów, w tym potrzeby uzyskania większej ilości danych, te i inne odkrycia czarnych o masie pośredniej nadal pozostają niejednoznaczne i nie wykluczają alternatywnych teorii.

Unikalne możliwości Hubble’a zostały teraz wykorzystane do skupienia się na jądrze gromady kulistej Messier 4 (M4), aby polować na czarne z większą precyzją niż w poprzednich poszukiwaniach.

Nie można tego rodzaju nauki bez Hubble’a.mówi Eduardo Vitral z Space Telescope Science Institute w Baltimore w stanie Maryland, główny autor papier do opublikowania w Miesięczne zawiadomienia Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego.

Zespół Vitral wykrył możliwą czarną dziurę o masie pośredniej o masie około 800 mas Słońca. Podejrzewanego obiektu nie można zobaczyć, ale jego masa jest obliczana poprzez badanie ruchu gwiazd złapanych w jego polu grawitacyjnym, takich jak pszczoły rojące się wokół ula. Pomiar ich ruchu wymaga czasu i dużej precyzji. To tutaj Hubble osiąga to, czego nie może dokonać żaden inny współczesny teleskop. Astronomowie przyjrzeli się 12-letnim obserwacjom M4 z Hubble’a i rozwiązali gwiazdy punktowe.

Jego zespół szacuje, że czarna w M4 może mieć masę nawet 800 razy większą od masy Słońca. Dane z Hubble’a wydają się wykluczać alternatywne teorie dla tego obiektu, takie jak zwarta gromada centralna nierozdzielonych gwiezdnych pozostałości, takich jak gwiazdy neutronowe, lub mniejsze czarne wirujące wokół siebie.

Mamy pewność, że mamy bardzo mały region z dużą ilością skoncentrowanej masy. Jest około trzy razy mniejsza niż najgęstsza ciemna masa, którą znaleźliśmy wcześniej w innych gromadach kulistych. Obszar jest bardziej zwarty niż to, co możemy odtworzyć za pomocą symulacji numerycznych, gdy weźmiemy pod uwagę zbiór czarnych, gwiazd neutronowych i białych karłów oddzielonych w centrum gromady. Nie są w stanie wytworzyć tak zwartej koncentracji masy.mówi Vitral.

Zgrupowanie zwartych ze sobą obiektów byłoby dynamicznie niestabilne. Jeśli obiekt nie jest pojedynczą czarną o masie pośredniej, wymagałoby to około 40 mniejszych czarnych stłoczonych w przestrzeni o średnicy zaledwie jednej dziesiątej roku świetlnego, aby wytworzyć obserwowane ruchy gwiazd. Konsekwencje są takie, że połączą się i / lub zostaną wyrzuceni w grze międzygwiezdnego pinballa.

Mierzymy ruchy gwiazd i ich pozycje oraz stosujemy modele fizyczne, które próbują odtworzyć te ruchy. Kończymy z pomiarem rozszerzenia ciemnej masy w centrum gromady. Im bliżej masy centralnej, tym bardziej losowo gwiazdy się poruszają. A im większa masa centralna, tym szybsze prędkości gwiazd.mówi Vitral.

Ponieważ czarne dziury o masie pośredniej w gromadach kulistych były tak nieuchwytne, Vitral ostrzega:

Chociaż nie możemy całkowicie potwierdzić, że jest to centralny punkt grawitacji, możemy pokazać, że jest bardzo mały. Jest zbyt mała, abyśmy mogli ją wyjaśnić inaczej niż to, że jest to pojedyncza czarna. Alternatywnie, może istnieć mechanizm gwiazdowy, o którym po prostu nie wiemy, przynajmniej w obecnej fizyce.
info: HubbleSite