Τετάρτη, 21 Μαΐου 2008

Ανακάλυψη κοσμικού ιστού

Although the universe contains billions of galaxies, only a small amount of its matter is locked up in these behemoths. Most of the universe's matter that was created during and just after the Big Bang must be found elsewhere.
Now, in an extensive search of the local universe, astronomers say they have definitively found about half of the missing normal matter, called baryons, in the spaces between the galaxies. This important component of the universe is known as the "intergalactic medium," or IGM, and it extends essentially throughout all of space, from just outside our Milky Way galaxy to the most distant regions of space observed by astronomers.
The questions "where have the local baryons gone, and what are their properties?" are being answered with greater certainty than ever before.
"We think we are seeing the strands of a web-like structure that forms the backbone of the universe," Mike Shull of the University of Colorado explained. "What we are confirming in detail is that intergalactic space, which intuitively might seem to be empty, is in fact the reservoir for most of the normal, baryonic matter in the universe."
Hubble observations made nearly a decade ago by Todd Tripp and colleagues first reported finding the hottest portion of this missing matter in the local universe. That study utilized spectroscopic observations of one quasar to look for absorbing intergalactic gas along the path to the quasar.
In the May 20 issue of The Astrophysical Journal, Charles Danforth and Shull report on observations taken along sight-lines to 28 quasars. Their analysis represents the most detailed observations to date of how the IGM looks within about four billion light-years of Earth.
Baryons are protons, neutrons, and other subatomic particles that make up ordinary matter such as hydrogen, helium, and heavier elements. Baryonic matter forms stars, planets, moons, and even the interstellar gas and dust from which new stars are born.
Astronomers caution that the missing baryonic matter is not to be confused with "dark matter," a mysterious and exotic form of matter that is only detected via its gravitational pull.
Danforth and Shull, of the Department of Astrophysical and Planetary Sciences at the University of Colorado in Boulder, looked for the missing baryonic matter by using the light from distant quasars (the bright cores of galaxies with active black holes) to probe spider-web-like structure that permeates the seemingly invisible space between galaxies, like shining a flashlight through fog.
Using the Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) aboard NASA's Hubble Space Telescope and NASA's Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (FUSE), the astronomers found hot gas, mostly oxygen and hydrogen, which provide a three-dimensional probe of intergalactic space. STIS and FUSE found the spectral "fingerprints" of intervening oxygen and hydrogen superimposed on the quasars' light.
The bright quasar light was measured to penetrate more than 650 filaments of hydrogen in the cosmic web. Eighty-three filaments were found laced with highly ionized oxygen in which five electrons have been stripped away.
The presence of highly ionized oxygen (and other elements) between the galaxies is believed to trace large quantities of invisible, hot, ionized hydrogen in the universe. These vast reservoirs of hydrogen have largely escaped detection because they are too hot to be seen in visible light, yet too cool to be seen in X-rays.
The oxygen "tracer" was probably created when exploding stars in galaxies spewed the oxygen back into intergalactic space where it mixed with the pre-existing hydrogen via a shockwave which heated the oxygen to very high temperatures.
The team also found that about 20 percent of the baryons reside in the voids between the web-like filaments. Within these voids could be faint dwarf galaxies or wisps of matter that could turn into stars and galaxies in billions of years.
Probing this vast cosmic web will be a key goal for the Cosmic Origins Spectrograph (COS), a new science instrument that astronauts plan to install on Hubble during Servicing Mission 4 later this year.
"COS will allow us to make more robust and more detailed core samples of the cosmic web," Shull said. "We predict that COS will find considerably more of the missing baryonic matter."
"Our goal is to confirm the existence of the cosmic web by mapping its structure, measuring the amount of heavy metals found in it, and measuring its temperature. Studying the cosmic web gives us information on how galaxies built up over time."
The COS team hopes to observe 100 additional quasars and build up a survey of more than 10,000 hydrogen filaments in the cosmic web, many laced with heavy elements from early stars.
Πηγή στοιχείων : Διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble .

Δευτέρα, 5 Μαΐου 2008

Τα σφαιρικά σμήνη ίσως είναι ανώριμα

NGC 6121
Σφαιρικό σμήνος στον αστερισμό του Σκορπιού
Απόσταση : 7.200 έτη φωτός
Σύμφωνα με μια νέα μελέτη που έγινε με δεδομένα του Παρατηρητηρίου Προηγμένης Διάταξης Ακτίνων Χ Chandra της NASA, τα σφαιρικά σμήνη, μερικά από τα γηραιότερα αντικείμενα του σύμπαντος, ίσως έχουν ακόμα πολύ δρόμο μπροστά τους μέχρι να ωριμάσουν.
Τα σφαιρικά σμήνη είναι πυκνές ομάδες εκατομμυρίων αστεριών ηλικίας 9 - 13 δισεκατομμυρίων ετών, που έχουν βρεθεί να περιστρέφονται σ' όλους τους γαλαξίες. Δεδομένου ότι το σύμπαν είναι περίπου 13.7 δισεκατομμυρίων ετών, τ' αστέρια που περιέχουν αυτά τα σμήνη είναι από τα πρώτα που σχηματίστηκαν στους γαλαξίες κι έτσι η κατανόηση της εξέλιξής τους είναι κρίσιμη για την κατανόηση της εξέλιξης των γαλαξιών.
Η εξέλιξη των σφαιρικών σμηνών
Ο John Fregeau του Πανεπιστημίου Northwestern ο οποίος έκανε τη μελέτη, λέει σχετικά : " Για πολλά χρόνια, τα σφαιρικά σμήνη αποτελούσαν για μας τα εκπληκτικά φυσικά εργαστήρια μελέτης της εξέλιξης και της αλληλεπίδρασης των αστεριών. Είναι λοιπόν συναρπαστικό ν' ανακαλύψουμε κάτι καινούργιο ή θεμελιώδες για τον τρόπο με τον οποίο εξελίσσονται.
Η συμβατική μας γνώση για την εξέλιξη και την ανάπτυξη της δομής των σφαιρικών σμηνών είναι ότι περνούν από τρεις φάσεις οι οποίες αντιστοιχούν στην εφηβεία, την μέση και τρίτη ηλικία. Οι " ηλικίες " αυτές αφορούν την εξελικτική κατάσταση του σμήνους, όχι τις φυσικές ηλικίες των αστεριών που το συνιστούν. "
Εδώ βλέπουμε μια καλλιτεχνική απεικόνιση όπου εξηγείται η εξέλιξη ενός σφαιρικού σμήνους. Το πρώτο γραφικό βλέπουμε τον σχηματισμό του, όπου τα μονά αστέρια έχουν κόκκινο χρώμα και τα διπλά γαλάζιο. Στα επόμενα τρία, βλέπουμε ότι το σφαιρικό σμήνος περνά στις κύριες φάσης της εξέλιξής του : την εφηβεία, την μέση και την τρίτη ηλικία.
Κατά τη φάση της εφηβείας, τ΄αστέρια που βρίσκονται κοντά στον πυρήνα του σμήνους καταρρέουν προς αυτόν ή, τεχνικά μιλώντας, έχουμε το φαινόμενο της " συρρίκνωσης του πυρήνα." Η φάση της μέσης ηλικίας, ( " καύση των δυαδικών " ) αναφέρεται στην περίοδο όπου η αλληλεπίδραση των διπλών αστεριών κοντά στο κέντρο του σμήνους εμποδίζει την περαιτέρω κατάρεευση του πυρήνα.
Η αλληλεπίδραση αυτή φαίνεται στο σχήμα με τ' αστέρια που έχουν πράσινο χρώμα. Τελικά, η φάση της τρίτης ηλικίας αρχίζει όταν και το τελευταίο δυαδικό σύστημα έχει απομακρυνθεί από το κέντρο, το οποίο στη συνέχεια καταρρέει εσωτερικά ( κατάρρευση του πυρήνα ). Στο τελευταίο γραφικό φαίνεται η μακρά περίοδος της τρίτης ηλικίας, όπου η κεντρική περιοχή του σμήνους διαστέλλεται και συστέλλεται ( θερμοβαρυτικές διακυμάνσεις ) μετά τον σχηματισμό νέων δυαδικών συστημάτων αστεριών.
Τα συμπεράσματα που προέκυψαν από τις νέες παρατηρήσεις του Chandra είναι ότι τα περισσότερα σφαιρικά σμήνη βρίσκονται στη φάση της εφηβείας και μερικά απ' αυτά στην μέση ηλικία, ενώ πριν πιστευόταν ότι βρισκόταν στην μέση και τρίτη ηλικία αντίστοιχα.
NGC 6397
Σφαιρικό σμήνος
Απόσταση : 8.200 έτη φωτός
Η αστρική πυκνότητα του σμήνους είναι περίπου ένα εκατομμύριο φορές μεγαλύτερη από κείνη στην αστρική γειτονιά του Ήλιου.
Όταν τα μονά και τα διπλά αστέρια αλληλεπιδρούν στα συνωστισμένα κέντρα των σφαιρικών σμηνών, μπορούν να δημιουργηθούν δυαδικά συστήματα αστεριών εκπέμποντας ακτίνες Χ. Αναμένεται ότι τα νέα δυαδικά αυτά αστέρια, δημιουργούνται περίπου στη μέση της ζωής του σμήνους και χάνονται προς το τέλος της εξέλιξής του. Έτσι, ο σχετικός αριθμός των πηγών ακτίνων Χ, δίνει στοιχεία για το στάδιο της εξέλιξης του σμήνους.
Στη νέα μελέτη του Fregeau που αφορά 13 σφαιρικα σμήνη στον Γαλαξία μας, 3 από αυτά εμφανίζονται να έχουν ένα ασυνήθιστα μεγάλο αριθμό πηγών εκπομπής ακτίνων Χ ή δυαδικών νέων αστεριών, υποδεικνύοντας ότι τα σμήνη βρίσκονται στην μέση ηλικία. Πριν από την μελέτη αυτή και λόγω της υψηλής συγκέντρωσης αστεριών στους πυρήνες τους, τα συγκεκριμένα σμήνη είχαν ταξινομηθεί στην τρίτη ηλικία.
Πηγές στοιχείων : Chandra x- ray και οι ιστοσελίδες που ήδη αναφέρθηκαν.

Κυριακή, 4 Μαΐου 2008

Συμπαγείς γαλαξίες του πρώϊμου Σύμπαντος

Σύγκριση του μεγέθους ενός νεαρού συμπυκνωμένου γαλαξία 3 περίπου δισεκατομμυρίων ετών και του Γαλαξία μας, 10 -12 δισεκατομμυρίων ετών.
Τον Απρίλιο του 2008, οι αστρονόμοι που παρατηρούν τους γαλαξίες στο μακρινό παρελθόν των 11 δισεκατομμυρίων ετών, δηλαδή περίπου 3 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη γέννησή του, ανήγγειλαν την ανακάλυψη εννέα νεαρών, συμπαγών γαλαξιών που ο καθένας τους ζυγίζει 200 δισεκατομμύρια φορές τη μάζα του ήλιου. Κάθε γαλαξίας έχει έκταση 5.000 έτη φωτός η οποία αποτελεί μόνο ένα κλάσμα του σημερινού του μεγέθους, περιέχει όμως τον ίδιο περίπου αριθμό αστεριών που περιέχει και σήμερα. Ο καθένας από αυτούς, θα μπορούσε να χωρέσει στο κεντρικό εξόγκωμα του Γαλαξία μας. Οι παρατηρήσεις έγιναν μέσω του διαστημικού τηλεσκόπιου Hubble κι από το Αστεροσκοπείο του Mauna Kea στη Χαβάη.
Σύμφωνα με τον Pieter G. van Dokkum του Πανεπιστημίου Yale στο New Haven, Conn. ΗΠΑ, ο οποίος ηγήθηκε της μελέτης, " το συμπυκνωμένο μεγέθος των γαλαξιών αυτών μοιάζει με πάζλ. Στη μακρινή αυτή απόσταση, δεν είχε παρατηρηθεί μέχρι τώρα ένας μεγάλος γαλαξίας τόσο συμπυκνωμένος.
Δεν καταλαβαίνουμε ακόμη πως " χτίστικαν " μέσα στα 11 δισεκατομμύρια αυτά χρόνια κι έγιναν οι 5 φορές μεγαλύτεροι γαλαξίες που βλέπουμε σήμερα. Μπορεί να μεγάλωσαν συγκρουόμενοι με άλλους γαλαξίες, αλλά δεν ξέρουμε αν αυτή είναι όλη η απάντηση. "Ο προσδιορισμός του μεγέθους των γαλαξιών έγινε μέσω του διαστημικού τηλεσκόπιου Hubble και του Αστεροσκοπείου Keck. " Μόνο το Hubble και το Keck μπορεί να δει το μέγεθος των γαλαξιών αυτών " εξηγεί ο van Dokkum, " είναι πολύ μικροί και πολύ μακριά."
Ο Van Dokkum και οι συνάδελφοί του, μελέτησαν τους γαλαξίες το 2006 με τον υπέρυθρο φασματογράφο του Νότιου Αστεροσκοπείου Gemini στη Χιλή. Οι παρατηρήσεις τους έδειξαν ότι η ηλικία των αστεριών κυμαίνεται από το μισό ως το ένα δισεκατομμύριο χρόνια και ότι τα βαρύτερα αστέρια έχουν ήδη εκραγεί ως υπερκαινοφανείς.

Ο Marijn Franx του Πανεπιστημίου του Leiden, Ολλανδία, είπε σχετικά : " Παρατηρώντας με το τηλεσκόπιο βαθύ πεδίου του Hubble, oι αστρονόμοι ανακάλυψαν ότι οι γαλαξίες αυτοί ήταν μικρού μεγέθους και μικρής μάζας, ζύγιζαν αρκετά λιγώτερο από τον Γαλαξία μας. Με τη μελέτη μας, η οποία συμπεριέλαβε την χαρτογράφηση μιας περιοχής μεγαλύτερης από εκείνη που συμπεριέλαβε το βαθύ πεδίο του Hubble, έκπληκτοι διαπιστώσαμε ότι οι γαλαξίες που είχαν το ίδιο βάρος με τον δικό μας ήταν επίσης πολύ μικροί στο παρελθόν. Όλοι οι γαλαξίες φαίνονται πολύ διαφορετικοί σ' αυτά τα πρώτα χρόνια, ακόμη κι οι μεγάλοι, στους οποίους τ' αστέρια είχαν σχηματιστεί νωρίς."
" Οι υπερσυμπυκνωμένοι γαλαξίες εκείνης της εποχής θα μπορούσαν να συμπεριλαμβάνουν τους μισούς γαλαξίες αυτής της μάζας " συμπλήρωσε ο van Dokkum, " σχηματίζοντας τα δομικά τμήματα των σημερινών μεγαλύτερων γαλαξιών. Πως σχηματίστηκαν αυτοί οι μικροί πυκνοκατοικοιμένοι γαλαξίες ; Μια υπόθεση είναι η αλληλεπίδραση της σκοτεινής ύλης και του αέριου υδρογόνου που υπήρχαν στο νεογέννητο σύμπαν.
Η σκοτεινή ύλη είναι μια αόρατη μορφή ύλης που αποτελεί την βαρύτερη συνιστώσα του σύμπαντος. Η κατανομή της στο τοπίο του λίγο μετά την Μεγάλη Έκρηξη, δεν ήταν ομοιόμορφη. Το υδρογόνο παγιδεύτηκε στις κοιλότητες του αόρατου υλικού κι άρχισε να περιστρέφεται άμεσα μέσα στους βαρυτικούς του στροβίλους, σχηματίζοντας αστέρια με ξέφρενο ρυθμό. "
Βασιζόμενοι στις μάζες των γαλαξιών που προκύπτουν από το χρώμα τους, οι αστρονόμοι εκτίμησαν ότι τ' αστέρια περιστρέφονται γύρω από τους γαλαξιακούς άξονες με μια ταχύτητα γύρω στα 400 - 500 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο. Τ' αστέρια στους σημερινούς γαλαξίες αντίθετα, ταξιδεύουν με τη μισή ταχύτητα καθώς είναι μεγαλύτερα και περιστρέφονται πιο αργά.
Οι γαλαξίες αυτοί αποτελούν ιδανικό στόχο για την κάμερα ευρέως πεδίου 3 που προγραμματίζεται να εγκατασταθεί στο Hubble κατά την διάρκεια της αποστολής συντήρησης 4 που θα γίνει το φθινόπωρο του 2008. Ο Garth Illingworth του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια και του Αστεροσκοπείου του Lick, δήλωσε σχετικά : " Με την κάμερα ευρέως πεδίου 4 ελπίζουμε ότι θα βρούμε χιλιάδες τέτοιυς γαλαξίες. Οι εικόνες του Hubble και οι οπτικές διορθώσεις με λέϊζερ του Αστεροσκοπείου Keck και παρόμοιων μεγάλων τηλεσκοπίων, θα πρέπει να οδηγήσον σε καλύτερη κατανόηση της εξέλιξης των γαλαξιών κατά την διάρκεια της πρώϊμης ζωής του σύμπαντος. "
Τα ευρήματα δημοσιεύτηκαν στις 10 Απριλίου στην έκδοση "The Astrophysical Journal Letters."
Οι συγγραφείς της επιστημονικής εργασίας είναι : Pieter van Dokkum (Yale University), Marijn Franx (Leiden University, The Netherlands), Mariska Kriek (Princeton University), Bradford Holden, Garth Illingworth, Daniel Magee, and Rychard Bouwens (University of California, Santa Cruz, and Lick Observatory), Danilo Marchesini (Yale University), Ryan Quadri (Leiden University), Greg Rudnick (National Optical Astronomical Observatory, Tucson), Edward Taylor (Leiden University), and Sune Toft (European Southern Observatory, Germany).
Πηγές στοιχείων : Οι ιστοσελίδες που ήδη αναφέρθηκαν.
Μετάφραση από τ' αγγλικά : Σοφία Πάνου, Μάϊος 2008