wszechświat
dodano: 2016-01-26
Pierścienie super-Saturna


Astronomowie odkryli gigantyczny układ pierścieni planetarnych, a być może także księżyc krążące wokół innej gwiazdy.
Matthew Kenworthy

Astronomię uprawia się głównie w instytutach i obserwatoriach. Jeśli jednak chce się poznać najbardziej fascynujące hipotezy, trzeba pójść tam, gdzie atmosfera jest swobodniejsza i rodzą się szalone pomysły.

To nie przypadek, że jeden z najlepszych barów w Tuscon w Arizonie (nazwany 1702 od numeru domu) znajduje się blisko Steward Observatory należącego do University of Arizona. Tam właśnie mój kolega Eric Mamajek z University of Rochester pokazał mi coś, co spowodowało, że zaczęliśmy szukać planety z pierścieniami poza Układem Słonecznym. W badaniach wykorzystaliśmy najnowocześniejsze teleskopy, a także obserwacje astronomiczne sprzed 100 lat. W efekcie znaleźliśmy nie tylko pierścienie większe niż ma Saturn, ale także coś, co wygląda jak nowo narodzony księżyc.

ODKRYCIE PIERŚCIENI
Cała historia zaczęła się w 2011 roku, kiedy Mamajek i jego ówczesny doktorant Mark Pecaut opracowywali w Rochester katalog bardzo młodych gwiazd leżących blisko Ziemi. Aby ocenić wiek kandydatów, Mamajek i Pecaut wyznaczali okresy rotacji gwiazd. Młodsze gwiazdy kręcą się szybciej niż starsze, a tempo rotacji można określić, obserwując plamy na gwieździe (ciemniejsze, chłodniejsze obszary na jej powierzchni), które pojawiają się i znikają z pola widzenia.

Jedna z kandydatek nie miała własnej nazwy, a jedynie numer kodowy określający instrument, za którego pomocą ją zaobserwowano, oraz jej pozycję na niebie w gwiazdozbiorze Centaura: 1SWASPJ140747.93–394542.6. Obecnie nazywamy ją w skrócie J1407. Podobnie jak inne rozważane gwiazdy, znajduje się ona zbyt daleko, aby bezpośrednio widzieć na niej plamy, dlatego Mamajek i Pecaut przebadali „krzywą blasku” J1407 – wykres zmian jej jasności w czasie – poszukując drobnych pociemnień światła powstających, gdy plamy pojawiają się w polu widzenia. Takie pociemnienia mogą również powstawać wtedy, kiedy planety przemieszczają się przed tarczami gwiazd i blokują ich światło widziane z Ziemi. Mamajek i Pecaut znaleźli krzywą blasku J1407 w bazie danych przeglądu SuperWASP, którego celem jest poszukiwanie planet. SuperWASP odkrył do tej pory ponad 100 tranzytujących planet, monitorując około 31 mln gwiazd.
Z krzywej blasku J1407 wynikało, że jest to młoda, szybko rotująca gwiazda, ale krzywa zawierała także inną, bardziej intrygującą informację. Rzut oka na krzywą pozwalał stwierdzić, że ta na pozór przeciętna gwiazda przez wiele nocy 2007 roku zmieniała swoją jasność w nieprzewidywalny sposób, po czym na prawie tydzień pociemniała, stając się niemal niewidoczna, aż wreszcie jej jasność powróciła do zwykłego poziomu. Dane zebrane w innych latach nie wykazywały takiej zmienności. W 2007 roku dziwne zjawisko nie wywołało szczególnego wrażenia, a krzywa blasku niezauważona trafiła do archiwum. Ale gdy Mamajek ujrzał ją w 2011 roku, nie mógł już o niej zapomnieć.
„Umieściłem wykres krzywej blasku na ścianie swojej pracowni i tygodniami się w nią wpatrywałem – opowiadał mi w barze w Tuscon. – Jej zwariowany kształt i szczegóły są wyjątkowe. Co mogłoby wywołać tak szybkie zmiany jasności gwiazdy?”

Niedługo po tej rozmowie zaczęliśmy wspólną pracę nad rozwiązaniem zagadki. Wkrótce odrzuciliśmy najbardziej podejrzane przyczyny, takie jak kłopoty z aparaturą SuperWASP lub złe warunki obserwacji. Cokolwiek wywoływało tajemnicze zaćmienia J1407, musiało znajdować się poza Ziemią. Niebawem doszliśmy do wniosku, że coś bardzo szybkiego i bardzo dużego musi zaćmiewać J1407 i wywoływać jej migotanie. Szybkość wahań jasności sugerowała, że obiekt ten przesuwał się przed tarczą gwiazdy z prędkością 30 km na sekundę, a mimo to samo zaćmienie trwało aż 56 dni! Tak długi czas oznacza, że musiał mieć jakieś 180 mln kilometrów długości.

Istnieje ograniczona liczba możliwości, czym mogłoby być aż tak duże ciało. Po kolei je rozważaliśmy i odrzucaliśmy. Czy może to być pas pyłowy krążący blisko gwiazdy? Nie, gdyż nie zarejestrowano emisji w podczerwieni, która jest wskaźnikiem istnienia ciepłego pyłu. Czy układ jest gwiazdą podwójną, a czerwony olbrzym zaćmiewa mniejszy składnik, na przykład, białego karła, gwiazdę neutronową lub czarną dziurę? Nie, ponieważ takie układy emitują znacznie więcej promieniowania rentgenowskiego, niż zaobserwowano, a J1407 nie wygląda jak olbrzym. Czy migotanie zostało wywołane przypadkowo przez cień jakiegoś ciała unoszącego się daleko w kosmosie między Ziemią a gwiazdą lub może J1407 jest złożonym układem potrójnym, którego składnik wywołujący zaćmienia ma średnicę 180 mln kilometrów? Nie, bo dane nie pasowały do żadnej z tych możliwości. Najprostsze, zgodne z wszystkimi obserwacjami wytłumaczenie było jednak też bardzo dziwne: pociemnienia widoczne w krzywej blasku mogą być wywołane przez gigantyczny układ pierścieni, około 200 razy większy niż pierścienie Saturna, krążący wokół niewidocznej planety, która w 2007 roku przemieściła się między J1407 a Ziemią.
Dlaczego uważamy, że był to układ pierścieni? Najbardziej uderzającą własnością zaobserwowanej krzywej blasku jest bogactwo szczegółów widocznych we wszystkich skalach czasowych. Zaćmienie trwało 56 dni, ale zdarzało się, że gwałtowne zmiany jasności następowały w ciągu zaledwie 20 minut. Wynika z tego, że zaćmiewający obiekt ma bogatą strukturę, a dość symetryczny kształt krzywej blasku sugeruje jego kolistość bądź eliptyczność, czyli geometrię taką, jaką ma dobrze znajomy układ pierścieni Saturna. Jeżeli mamy rację, to są to pierwsze, gigantyczne pierścienie planetarne odkryte poza Układem Słonecznym.

Więcej w miesięczniku „Świat Nauki" nr 02/2016 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
09/2017
10/2016 - specjalny
Kalendarium
Wrzesień
22
W 1959 r. uruchomiono połączenie telefoniczne między Europą a USA.
Warto przeczytać
Zmyl trop to użyteczna, ale i pełna powabu oraz przekonująca, kieszonkowa esencja wszystkiego, co chcielibyście wiedzieć o obronie przed inwigilacją.

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

dodano: 2016-01-26
Pierścienie super-Saturna


Astronomowie odkryli gigantyczny układ pierścieni planetarnych, a być może także księżyc krążące wokół innej gwiazdy.
Matthew Kenworthy

Astronomię uprawia się głównie w instytutach i obserwatoriach. Jeśli jednak chce się poznać najbardziej fascynujące hipotezy, trzeba pójść tam, gdzie atmosfera jest swobodniejsza i rodzą się szalone pomysły.

To nie przypadek, że jeden z najlepszych barów w Tuscon w Arizonie (nazwany 1702 od numeru domu) znajduje się blisko Steward Observatory należącego do University of Arizona. Tam właśnie mój kolega Eric Mamajek z University of Rochester pokazał mi coś, co spowodowało, że zaczęliśmy szukać planety z pierścieniami poza Układem Słonecznym. W badaniach wykorzystaliśmy najnowocześniejsze teleskopy, a także obserwacje astronomiczne sprzed 100 lat. W efekcie znaleźliśmy nie tylko pierścienie większe niż ma Saturn, ale także coś, co wygląda jak nowo narodzony księżyc.

ODKRYCIE PIERŚCIENI
Cała historia zaczęła się w 2011 roku, kiedy Mamajek i jego ówczesny doktorant Mark Pecaut opracowywali w Rochester katalog bardzo młodych gwiazd leżących blisko Ziemi. Aby ocenić wiek kandydatów, Mamajek i Pecaut wyznaczali okresy rotacji gwiazd. Młodsze gwiazdy kręcą się szybciej niż starsze, a tempo rotacji można określić, obserwując plamy na gwieździe (ciemniejsze, chłodniejsze obszary na jej powierzchni), które pojawiają się i znikają z pola widzenia.

Jedna z kandydatek nie miała własnej nazwy, a jedynie numer kodowy określający instrument, za którego pomocą ją zaobserwowano, oraz jej pozycję na niebie w gwiazdozbiorze Centaura: 1SWASPJ140747.93–394542.6. Obecnie nazywamy ją w skrócie J1407. Podobnie jak inne rozważane gwiazdy, znajduje się ona zbyt daleko, aby bezpośrednio widzieć na niej plamy, dlatego Mamajek i Pecaut przebadali „krzywą blasku” J1407 – wykres zmian jej jasności w czasie – poszukując drobnych pociemnień światła powstających, gdy plamy pojawiają się w polu widzenia. Takie pociemnienia mogą również powstawać wtedy, kiedy planety przemieszczają się przed tarczami gwiazd i blokują ich światło widziane z Ziemi. Mamajek i Pecaut znaleźli krzywą blasku J1407 w bazie danych przeglądu SuperWASP, którego celem jest poszukiwanie planet. SuperWASP odkrył do tej pory ponad 100 tranzytujących planet, monitorując około 31 mln gwiazd.
Z krzywej blasku J1407 wynikało, że jest to młoda, szybko rotująca gwiazda, ale krzywa zawierała także inną, bardziej intrygującą informację. Rzut oka na krzywą pozwalał stwierdzić, że ta na pozór przeciętna gwiazda przez wiele nocy 2007 roku zmieniała swoją jasność w nieprzewidywalny sposób, po czym na prawie tydzień pociemniała, stając się niemal niewidoczna, aż wreszcie jej jasność powróciła do zwykłego poziomu. Dane zebrane w innych latach nie wykazywały takiej zmienności. W 2007 roku dziwne zjawisko nie wywołało szczególnego wrażenia, a krzywa blasku niezauważona trafiła do archiwum. Ale gdy Mamajek ujrzał ją w 2011 roku, nie mógł już o niej zapomnieć.
„Umieściłem wykres krzywej blasku na ścianie swojej pracowni i tygodniami się w nią wpatrywałem – opowiadał mi w barze w Tuscon. – Jej zwariowany kształt i szczegóły są wyjątkowe. Co mogłoby wywołać tak szybkie zmiany jasności gwiazdy?”

Niedługo po tej rozmowie zaczęliśmy wspólną pracę nad rozwiązaniem zagadki. Wkrótce odrzuciliśmy najbardziej podejrzane przyczyny, takie jak kłopoty z aparaturą SuperWASP lub złe warunki obserwacji. Cokolwiek wywoływało tajemnicze zaćmienia J1407, musiało znajdować się poza Ziemią. Niebawem doszliśmy do wniosku, że coś bardzo szybkiego i bardzo dużego musi zaćmiewać J1407 i wywoływać jej migotanie. Szybkość wahań jasności sugerowała, że obiekt ten przesuwał się przed tarczą gwiazdy z prędkością 30 km na sekundę, a mimo to samo zaćmienie trwało aż 56 dni! Tak długi czas oznacza, że musiał mieć jakieś 180 mln kilometrów długości.

Istnieje ograniczona liczba możliwości, czym mogłoby być aż tak duże ciało. Po kolei je rozważaliśmy i odrzucaliśmy. Czy może to być pas pyłowy krążący blisko gwiazdy? Nie, gdyż nie zarejestrowano emisji w podczerwieni, która jest wskaźnikiem istnienia ciepłego pyłu. Czy układ jest gwiazdą podwójną, a czerwony olbrzym zaćmiewa mniejszy składnik, na przykład, białego karła, gwiazdę neutronową lub czarną dziurę? Nie, ponieważ takie układy emitują znacznie więcej promieniowania rentgenowskiego, niż zaobserwowano, a J1407 nie wygląda jak olbrzym. Czy migotanie zostało wywołane przypadkowo przez cień jakiegoś ciała unoszącego się daleko w kosmosie między Ziemią a gwiazdą lub może J1407 jest złożonym układem potrójnym, którego składnik wywołujący zaćmienia ma średnicę 180 mln kilometrów? Nie, bo dane nie pasowały do żadnej z tych możliwości. Najprostsze, zgodne z wszystkimi obserwacjami wytłumaczenie było jednak też bardzo dziwne: pociemnienia widoczne w krzywej blasku mogą być wywołane przez gigantyczny układ pierścieni, około 200 razy większy niż pierścienie Saturna, krążący wokół niewidocznej planety, która w 2007 roku przemieściła się między J1407 a Ziemią.
Dlaczego uważamy, że był to układ pierścieni? Najbardziej uderzającą własnością zaobserwowanej krzywej blasku jest bogactwo szczegółów widocznych we wszystkich skalach czasowych. Zaćmienie trwało 56 dni, ale zdarzało się, że gwałtowne zmiany jasności następowały w ciągu zaledwie 20 minut. Wynika z tego, że zaćmiewający obiekt ma bogatą strukturę, a dość symetryczny kształt krzywej blasku sugeruje jego kolistość bądź eliptyczność, czyli geometrię taką, jaką ma dobrze znajomy układ pierścieni Saturna. Jeżeli mamy rację, to są to pierwsze, gigantyczne pierścienie planetarne odkryte poza Układem Słonecznym.