Teleskop Hubble’a śledzi gromady gwiazd „Sznur Pereł” w zderzeniach galaktyk

Wbrew temu, co mogłoby się wydawać, zderzenia galaktyk nie niszczą gwiazd. W rzeczywistości nierówna dynamika powoduje powstawanie nowych generacji gwiazd i prawdopodobnie towarzyszących im planet.

Teraz należący do NASA Kosmiczny Teleskop Hubble’a namierzył 12 oddziałujących ze sobą galaktyk, które mają długie, przypominające kijanki ogony pływowe gazu, pyłu i mnóstwa gwiazd. Wyjątkowa ostrość i wrażliwość Hubble’a na światło ultrafioletowe pozwoliły odkryć 425 gromad nowonarodzonych gwiazd wzdłuż tych ogonów, wyglądających jak sznury świątecznych światełek. Każda gromada zawiera aż 1 milion niebieskich, nowonarodzonych gwiazd.

Gromady w ogonach pływowych są znane od dziesięcioleci. Kiedy galaktyki oddziałują, grawitacyjne siły pływowe wyciągają długie strumienie gazu i pyłu. Dwa popularne przykłady to galaktyki Anteny i Myszy z ich długimi, wąskimi wypustkami przypominającymi palce.

Zespół astronomów wykorzystał połączenie nowych obserwacji i danych archiwalnych, aby określić wiek i masę gromad gwiazd z ogonem pływowym. Odkryli, że gromady te są bardzo młode – mają zaledwie 10 milionów lat. Wydaje się, że tworzą się w tym samym tempie wzdłuż ogonów rozciągających się na tysiące lat świetlnych.

Widzenie w ogonach dużej liczby młodych obiektów jest zaskoczeniem. To nam wiele mówi o efektywności tworzenia się gromad. Dzięki ogonom pływowym zbudujesz nowe generacje gwiazd, które w przeciwnym razie mogłyby nie istnieć.powiedział główny autor Michael Rodruck z Randolph-Macon College w Ashland w Wirginii.

Ogony wyglądają, jakby chwytały ramię spiralne galaktyki i rozciągały je w przestrzeń kosmiczną. Zewnętrzna część ramienia zostaje wyciągnięta jak cukierek w wyniku grawitacyjnego przeciągania liny pomiędzy parą oddziałujących galaktyk.

Przed połączeniem galaktyki były bogate w pyłowe obłoki wodoru cząsteczkowego, które mogły po prostu pozostać obojętne. Ale chmury zostały potrącone i zderzyły się ze sobą podczas spotkań. Spowodowało to sprężenie wodoru do punktu, w którym wytrąciła się burza ogniowa narodzin gwiazd. Los tych rozciągniętych gromad gwiazd jest niepewny. Mogą pozostać nienaruszone grawitacyjnie i ewoluować w gromady kuliste – takie jak te, które krążą poza płaszczyzną naszej galaktyki Drogi Mlecznej. Mogą też rozproszyć się, tworząc aureolę gwiazd wokół galaktyki macierzystej, lub zostać wyrzucone i stać się wędrującymi gwiazdami międzygalaktycznymi.

To powstawanie gwiazd w postaci sznura pereł mogło być częstsze we wczesnym Wszechświecie, kiedy galaktyki zderzały się ze sobą częściej. Te pobliskie galaktyki obserwowane przez Hubble’a są odzwierciedleniem tego, co wydarzyło się dawno temu, a zatem są laboratoriami patrzenia w odległą przeszłość.

Teleskop Hubble’a znajduje parę wodną w atmosferze małej egzoplanety

Astronomowie korzystający z należącego do NASA Kosmicznego Teleskopu Hubble’a zaobserwowali najmniejszą egzoplanetę, na której w atmosferze wykryto parę wodną. Mając średnicę zaledwie około dwukrotnie większą od Ziemi, planeta GJ 9827d może być przykładem potencjalnych planet z atmosferami bogatymi w wodę w innych częściach naszej galaktyki.

Byłby to pierwszy raz, kiedy moglibyśmy bezpośrednio wykazać poprzez detekcję atmosfery, że planety z atmosferami bogatymi w wodę mogą w rzeczywistości istnieć wokół innych gwiazd.powiedział członek zespołu Björn Benneke z Instytutu Badań nad Egzoplanetami Trottier na Université de Montréal.

To ważny krok w kierunku określenia rozpowszechnienia i różnorodności atmosfer na planetach skalistych.

Woda na tak małej planecie to przełomowe odkrycie. Zbliża się bardziej niż kiedykolwiek do scharakteryzowania światów prawdziwie ziemskich.dodała współprzewodnicząca Laura Kreidberg z Instytutu Astronomii Maxa Plancka w Heidelbergu w Niemczech.

Jednak jest zbyt wcześnie, aby stwierdzić, czy Hubble spektroskopowo zmierzył niewielką ilość pary wodnej w puszystej atmosferze bogatej w wodór, czy też atmosfera planety składa się głównie z wody pozostałej po pierwotnej atmosferze wodorowo-helowej odparowanej pod promieniowaniem gwiazdowym .

Nasz program obserwacyjny , prowadzony przez głównego badacza Iana Crossfielda z Uniwersytetu Kansas w Lawrence w stanie Kansas , został zaprojektowany specjalnie w celu nie tylko wykrycia cząsteczek w atmosferze planety, ale także prawdziwego poszukiwania pary wodnej. Obydwa wyniki byłyby ekscytujące , niezależnie od tego, czy dominuje para wodna, czy tylko niewielki gatunek w atmosferze zdominowanej przez wodór.powiedział główny autor artykułu naukowego , Pierre-Alexis Roy z Instytutu Badań nad Egzoplanetami Trottier na Université de Montréal.

Do tej pory nie byliśmy w stanie bezpośrednio wykryć atmosfery tak małej planety. Teraz powoli wchodzimy w ten reżim. W pewnym momencie, gdy badamy mniejsze planety, musi nastąpić przejście, w wyniku którego na tych małych światach nie ma już wodoru i panuje na nich atmosfera bardziej przypominająca Wenus (w której dominuje dwutlenek węgla).dodał Benneke.

Ponieważ planeta jest tak gorąca jak Wenus i ma temperaturę 300 stopni Fahrenheita, z pewnością byłby niegościnnym, parnym światem, gdyby atmosfera składała się głównie z pary wodnej.

W tej chwili zespołowi pozostały dwie możliwości. Jeden ze scenariuszy zakłada, że ​​planeta nadal utrzymuje się w atmosferze bogatej w wodór, przesiąkniętej wodą, co czyni ją mini-Neptunem. Alternatywnie może to być cieplejsza wersja Europa, księżyca Jowisza, który ma pod skorupą dwukrotnie więcej wody niż Ziemia.

Planeta GJ 9827d mogłaby składać się w połowie z wody, w połowie ze skał. A na szczycie jakiegoś mniejszego ciała skalistego znajdowałoby się dużo pary wodnej.powiedział Benneke.

Jeśli planeta posiada resztkową atmosferę bogatą w wodę, to musiała uformować się dalej od swojej gwiazdy macierzystej, gdzie temperatura jest niska, a woda jest dostępna w postaci lodu, niż jej obecne położenie. W tym scenariuszu planeta przeniosłaby się bliżej gwiazdy i otrzymała więcej promieniowania. Wodór został podgrzany i uciekł lub nadal jest w trakcie uciekania przed słabą grawitacją planety. Alternatywna teoria głosi, że planeta powstała blisko gorącej gwiazdy, a w jej atmosferze znajdowały się śladowe ilości wody.

Program Hubble’a obserwował planetę podczas 11 tranzytów – wydarzeń, podczas których planeta przecinała się przed swoją gwiazdą – rozłożonych na trzy lata. Podczas tranzytów światło gwiazd jest filtrowane przez atmosferę planety i tworzy widmowy ślad cząsteczek wody. Jeśli na planecie znajdują się chmury, są one wystarczająco nisko w atmosferze, aby nie zasłaniały całkowicie widoku atmosfery obserwowanego przez Hubble’a, a Hubble jest w stanie badać parę wodną ponad chmurami.

Obserwacja wody jest bramą do odkrycia innych rzeczy.powiedział Thomas Greene, astrofizyk z Centrum Badawczego Ames NASA w Dolinie Krzemowej w Kalifornii.

To odkrycie Hubble’a otwiera drzwi do przyszłych badań tego typu planet przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba . Dzięki dodatkowym obserwacjom w podczerwieni JWST może zobaczyć znacznie więcej, w tym cząsteczki zawierające węgiel, takie jak tlenek węgla, dwutlenek węgla i metan. Kiedy już to osiągniemy, Dzięki całkowitemu spisowi elementów planety możemy porównać je z gwiazdą, wokół której krąży, i zrozumieć, w jaki sposób została ona uformowana.

GJ 9827d została odkryta przez należący do NASA Kosmiczny Teleskop Keplera w 2017 roku. Okrąża czerwonego karła co 6,2 dnia. Gwiazda GJ 9827 znajduje się 97 lat świetlnych od Ziemi, w gwiazdozbiorze Ryb.

Webb i Hubble tworzą najbardziej kolorowy widok Wszechświata

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba i Kosmiczny Teleskop Hubble’a połączyły siły, aby zbadać rozległą gromadę galaktyk znaną jako MACS0416. Powstały obraz panchromatyczny łączy światło widzialne i podczerwone, tworząc jeden z najbardziej wszechstronnych widoków wszechświata, jaki kiedykolwiek wykonano. Znajdująca się około 4,3 miliarda lat świetlnych od Ziemi, MACS0416 to para zderzających się gromad galaktyk, które ostatecznie połączą się, tworząc jeszcze większą gromadę.

Obraz ujawnia bogactwo szczegółów, które są możliwe tylko dzięki połączeniu mocy obu teleskopów kosmicznych. Obejmuje on mnóstwo galaktyk poza gromadą oraz źródła, które zmieniają się w czasie, prawdopodobnie z powodu soczewkowania grawitacyjnego – zniekształcenia i wzmocnienia światła z odległych źródeł tła.

Gromada ta była pierwszym z zestawu bezprecedensowych, bardzo głębokich widoków wszechświata z ambitnego, opartego na współpracy programu Hubble’a o nazwie Frontier Fields, zainaugurowanego w 2014 roku. Hubble był pionierem w poszukiwaniu jednych z najsłabszych i najmłodszych galaktyk, jakie kiedykolwiek wykryto. Widok Webba w podczerwieni znacznie wzmacnia to głębokie spojrzenie, sięgając jeszcze dalej w głąb wczesnego wszechświata dzięki swojej wizji w podczerwieni.

Opieramy się na dziedzictwie Hubble’a, przesuwając się na większe odległości i słabsze obiekty.powiedział Rogier Windhorst z Arizona State University, główny badacz programu PEARLS (Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science), który przeprowadził obserwacje Webba.

Co oznaczają kolory
Aby stworzyć ten obraz, najkrótsze długości fal światła zostały oznaczone kolorem niebieskim, najdłuższe długości fal kolorem czerwonym, a pośrednie długości fal kolorem zielonym. Szeroki zakres długości fal, od 0,4 do 5 mikronów, daje szczególnie żywy krajobraz galaktyk.

Kolory te dają wskazówki dotyczące odległości galaktyk: Najbardziej niebieskie galaktyki znajdują się stosunkowo blisko i często wykazują intensywne formowanie się gwiazd, jak najlepiej wykrył Hubble, podczas gdy bardziej czerwone galaktyki są zwykle bardziej odległe, jak wykrył Webb. Niektóre galaktyki wydają się również bardzo czerwone, ponieważ zawierają duże ilości kosmicznego pyłu, który ma tendencję do pochłaniania niebieskich kolorów światła gwiazd.

Cały obraz staje się jasny dopiero po połączeniu danych Webba z danymi Hubble’a.powiedział Windhorst.

Gromada Galaktyk Choinka
Podczas gdy nowe obserwacje Webba przyczyniają się do tego estetycznego widoku, zostały one wykonane w konkretnym celu naukowym. Zespół badawczy połączył swoje trzy epoki obserwacji, każda wykonana w odstępie tygodni, z czwartą epoką z zespołu badawczego CANUCS (CAnadian NIRISS Unbiased Cluster Survey). Celem było znalezienie obiektów o zmiennej jasności obserwowanej w czasie, znanych jako obiekty przejściowe.

Zidentyfikowano 14 takich obiektów w całym polu widzenia. Dwanaście z tych obiektów przejściowych znajdowało się w trzech galaktykach, które są silnie powiększone przez soczewkowanie grawitacyjne i prawdopodobnie są pojedynczymi gwiazdami lub układami wielu gwiazd, które przez krótki czas są bardzo powiększone. Pozostałe dwa obiekty przejściowe znajdują się w bardziej umiarkowanie powiększonych galaktykach tła i prawdopodobnie są supernowymi.

Nazywamy MACS0416 Gromadą Galaktyk Choinki, zarówno ze względu na jej kolorystykę, jak i migoczące światełka, które w niej znajdujemy. Widzimy transjenty wszędzie.powiedział Haojing Yan z University of Missouri w Columbii, główny autor jednej z prac opisujących wyniki badań.

Znalezienie tak wielu stanów przejściowych podczas obserwacji w stosunkowo krótkim czasie sugeruje, że astronomowie mogą znaleźć wiele dodatkowych stanów przejściowych w tej gromadzie i innych podobnych dzięki regularnemu monitorowaniu za pomocą Webba.

Gwiazda Kaiju
Wśród zidentyfikowanych przez zespół obiektów przejściowych, jeden wyróżniał się szczególnie. Znajduje się w galaktyce, która istniała około 3 miliardy lat po Wielkim Wybuchu i jest powiększona o co najmniej 4000 razy. Zespół nazwał ten układ gwiezdny “Mothra”, co jest ukłonem w stronę jego “potwornej natury”, ponieważ jest on zarówno niezwykle jasny, jak i bardzo powiększony. Dołącza ona do innej soczewkowanej gwiazdy, którą badacze zidentyfikowali wcześniej i którą nazwali “Godzilla”.

Co ciekawe, Mothra jest również widoczna w obserwacjach Hubble’a wykonanych dziewięć lat wcześniej. Jest to niezwykłe, ponieważ do tak dużego powiększenia gwiazdy potrzebne jest bardzo specyficzne ustawienie między gromadą galaktyk na pierwszym planie a gwiazdą w tle. Wzajemne ruchy gwiazdy i gromady powinny ostatecznie wyeliminować to ustawienie.

Najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem jest to, że w gromadzie na pierwszym planie znajduje się dodatkowy obiekt, który zwiększa powiększenie. Zespół był w stanie określić jego masę na 10 000 do 1 miliona razy większą od masy naszego Słońca. Dokładna natura tego tak zwanego “milisoczewki” pozostaje jednak nieznana.

Najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem jest gromada kulista gwiazd, która jest zbyt słaba, aby Webb mógł ją bezpośrednio zobaczyć. Ale nie znamy jeszcze prawdziwej natury tej dodatkowej soczewki.stwierdził Jose Diego z Instituto de Física de Cantabria w Hiszpanii, główny autor artykułu opisującego odkrycie.

Eksplozja sprzed 20 000 lat nadal rozszerza się po przestrzeni kosmicznej

Chociaż skazana na zagładę gwiazda eksplodowała około 20 000 lat temu, jej poszarpane pozostałości nadal pędzą w kosmos z zawrotną prędkością – a Kosmiczny Teleskop Hubble’a uchwycił akcję.

Mgławica, zwana Pętlą Łabędzia, tworzy kształt podobny do bańki o średnicy około 120 lat świetlnych. Odległość do jej centrum wynosi około 2 600 lat świetlnych. Astronomowie wykorzystali Hubble’a do przybliżenia bardzo małego wycinka krawędzi natarcia tego rozszerzającego się bańki supernowej, gdzie fala uderzeniowa supernowej wbija się w otaczającą materię w kosmosie. Zdjęcia Hubble’a wykonane w latach 2001-2020 wyraźnie pokazują, jak front uderzeniowy pozostałości rozszerzał się z czasem, a oni wykorzystali ostre zdjęcia do pomiaru jego prędkości.

Analizując lokalizację wstrząsu, astronomowie odkryli, że szok wcale nie zwolnił w ciągu ostatnich 20 lat i pędzi w przestrzeń międzygwiezdną z prędkością ponad pół miliona mil na godzinę – wystarczająco szybko, aby podróżować z Ziemi na Księżyc w mniej niż pół godziny. Chociaż wydaje się to niewiarygodnie szybkie, w rzeczywistości jest na wolnym końcu dla prędkości fali uderzeniowej supernowej. Naukowcy byli w stanie złożyć “film” ze zdjęć z Hubble’a, aby przyjrzeć się z bliska, jak poszarpana gwiazda uderza w przestrzeń międzygwiezdną.

Hubble jest jedynym sposobem, w jaki możemy obserwować to, co dzieje się na krawędzi bańki z taką jasnością. Zdjęcia z Hubble’a są spektakularne, gdy spojrzysz na nie szczegółowo. Mówią nam o różnicach gęstości napotykanych przez wstrząsy supernowych, gdy rozprzestrzeniają się w przestrzeni kosmicznej, oraz o turbulencjach w regionach stojących za tymi wstrząsami.mówi Ravi Sankrit, astronom z Space Telescope Science Institute w Baltimore w stanie Maryland.

Bardzo zbliżenie na trwający prawie dwa lata świetlne fragment włókien świecącego wodoru pokazuje, że wyglądają one jak pomarszczone prześcieradło widziane z boku.

Widzisz zmarszczki w arkuszu, który jest widoczny z boku, więc wygląda jak skręcone wstęgi światła. Te drgania powstają, gdy fala uderzeniowa napotyka mniej lub bardziej gęstą materię w ośrodku międzygwiazdowym.powiedział William Blair z Johns Hopkins University w Baltimore w stanie Maryland.

Film poklatkowy na przestrzeni prawie dwóch dekad pokazuje włókna poruszające się na tle gwiazd, ale zachowujące swój kształt.

Kiedy skierowaliśmy Hubble’a na pętlę Łabędzia, wiedzieliśmy, że jest to krawędź wiodąca frontu uderzeniowego, który chcieliśmy zbadać. Kiedy dostaliśmy pierwsze zdjęcie i zobaczyliśmy tę niesamowitą, delikatną wstęgę światła, cóż, to był bonus. Nie wiedzieliśmy, że to rozwiąże tego rodzaju strukturę.powiedział Blair.

Blair wyjaśnił, że wstrząs przemieszcza się na zewnątrz od miejsca eksplozji, a następnie zaczyna napotykać ośrodek międzygwiazdowy, cienkie obszary gazu i pyłu w przestrzeni międzygwiezdnej. Jest to bardzo przejściowa faza w rozszerzaniu się bańki supernowej, w której niewidzialny neutralny wodór jest podgrzewany do 1 miliona stopni Fahrenheita lub więcej przez przejście fali uderzeniowej. Gaz zaczyna świecić, gdy elektrony są wzbudzane do wyższych stanów energetycznych i emitują fotony, gdy kaskadowo wracają do stanów o niskiej energii. Dalej za frontem uderzeniowym zjonizowane atomy tlenu zaczynają stygnąć, emitując charakterystyczną poświatę pokazaną na niebiesko.

Pętla Łabędzia została odkryta w 1784 roku przez Williama Herschela przy użyciu prostego 18-calowego teleskopu zwierciadlanego. Nigdy nie wyobrażał sobie, że nieco ponad dwa wieki później będziemy mieli teleskop wystarczająco silny, aby przybliżyć bardzo mały wycinek mgławicy dla tego spektakularnego widoku.

info:Hubblesite.org