Podíl:
10 způsobů, jak jeden projekt odhaluje duši vesmíru
Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), nejmocnější sbírka rádiových teleskopů na světě, je postavena na náhorní plošině Chajnantor v severním Chile. V nadmořské výšce 5000 metrů (16,500 ft) je vyšší než nejhustší vrstvy zemské atmosféry.
Tyto dalekohledy nám umožňují dešifrovat vlnové délky, které jsou delší než optické světlo, odhalující světlo (nebo barvy), které nevidíme vlastním zrakem. Ale ALMA, což znamená "duše", je také stroj času. Dívá se do minulosti, aby ověřila vědecké teorie o tom, jak se vesmír vytvořil před více než 13 miliardami let. Také nás pohání do budoucnosti, když hledáme nové světy a cizí život, který je obývá.
Doporučený fotografický kredit: C. Ponton / ESO10Životní molekula
V obrovském plynovém oblaku Střelec B2 poblíž centra naší galaxie ALMA poprvé objevil v mezihvězdném prostoru molekulu nesoucí vodík bohatou na vodík a vztaženou k těm, které potřebujeme pro život na Zemi. Tento objev znamená, že mezihvězdné molekuly, které se podobaly těmto, mohly přijít na Zemi ve vzdálené minulosti, aby zde naplnily život. Také naznačuje, že cizí život založený na uhlíku může existovat jinde ve vesmíru.
Molekulární mraky jako Střelec B2 jsou známé jako "hvězdné školky", protože jejich kompaktní oblasti plynu a prachu jsou vhodné pro vytváření hvězd. Až dosud všechny organické molekuly objevené v mezihvězdném prostoru sestávaly z jednoho přímého řetězce atomů uhlíku. Ale ve Střele B2 zjistil ALMA novou molekulu iso-propylkyanidu s rozvětvenou uhlíkovou strukturou, jako je aminokyselina. Aminokyseliny jsou stavebními kameny bílkovin, které jsou klíčovými součástmi života na Zemi.
Tento objev naznačuje, že molekuly potřebné pro život, jak je známe, jsou vytvořeny, když se tvoří hvězdy, mnohem dříve než planety jako Země existují. Iso-propylkyanid byl ve Střelci B2 bohatý, takže rozvětvené molekuly mohou být běžné v mezihvězdném prostoru. Astronomové doufají, že tam také naleznou aminokyseliny.
9Fleskované galaxie
Násilné fúze mezi galaxiemi jsou poměrně běžné. Ale jejich hvězdy a sluneční soustavy se ve skutečnosti nerozlučují. Místo toho tyto galaxie procházejí navzájem jako duchové, protože jejich hvězdy jsou příliš daleko od sebe.
Fúze se odrazí od freskované formace nových hvězd spolu s gravitačním chaosem. Toto bylo dlouho věřilo, že zničilo původní galaxii a nahradilo je jednou masivní eliptickou galaxií tvarovanou jako americký fotbal. To se mělo stát, i kdyby obě původní galaxie byly diskové galaxie - jako naše Mléčná dráha - představovaly zploštělé, kruhovité oblasti plynu a prachu.
To bylo převládající moudrost, protože počítačové simulace byly provedeny v 70. letech. Novější simulace byly v rozporu s těmito výsledky, což naznačuje, že některé fúze galaxií mohou tvořit diskové galaxie. Ale vědci neměli ani důkaz.
Nyní však ALMA a další rádiové dalekohledy poskytly kuřáckou pistoli s 24 pozorovanými galaxiemi, které prošly fúzí a vytvořily disk galaxií. To je 65 procent 37 galaxií, které zkoumala mezinárodní výzkumná skupina vedená Junko Uedou z Japonské společnosti na podporu vědy.
Jak říká Ueda: "Víme, že většina galaxií ve vzdálenějším vesmíru má také disky. My však ještě nevíme, zda jsou falešné galaxie také zodpovědné za ty, nebo zda jsou tvořeny studeným plynem, který postupně spadá do galaxie. Možná jsme našli obecný mechanismus, který platí po celé historii vesmíru. "
8 Excentrické a skloněné orbity exoplanet
Některé exoplanety, které jsou planety mimo naší sluneční soustavu, obíhají své hvězdy ve velmi protáhlém nebo oválném tvaru ("excentrická" orbita) nebo ve velmi nakloněném úhlu od rovníku hvězdy ("nakloněné"). Chcete-li zjistit, proč se to děje v binárních systémech, ve kterých se dvě hvězdy obíhají, vědci použili ALMA, aby se podívali na HK Tauri, mladý binární systém v souhvězdí Taurus.
Chcete-li porozumět tomu, co ALMA dělá, pomůže vědět, jak jsou vytvořeny hvězdy a planety. Když se mračno mezihvězdného plynu zhroutí samo od vlastního tahu, otáčí se rychleji a rychleji, dokud se nerovná na disk. Ve středu tohoto disku vzniká protostar jako embryo v děloze. Když se teplota jádra protostaru stane dostatečně vysoká, aby vyvolala jaderné reakce, naruje se nová hvězda. Asi 90 procent času, plyn a prach z konce narození roste kolem nové hvězdy v protoplanetárním disku. Materiál na tomto disku se může nakonec vytvořit do planet, měsíců a dalších objektů.
V binárním systému, pokud dvě hvězdy a jejich protoplanetární disky neorbitují ve stejné rovině (což znamená, že jsou "nesprávně uspořádané"), mohou se nové planety vytvářet s vysoce excentrickými nebo nakloněnými oběžnými dráhami. Jedna teorie, mechanismus Kozai, říká, že tíha gravitace z druhé hvězdy dává planetám první hvězdy tyto divné dráhy.
ALMA tuto teorii potvrdil s HK Tauri. Hvězda stmívače HK Tauri B má protoplanetární disk, který blokuje oslnění světla hvězdy, takže je viditelný ve viditelném světle. Ale protoplanetární disk HK Tauri A je nakloněn tak, že oslepující světlo z jeho hvězdy znemožňuje tento disk vidět ve viditelném světle. ALMA zjistila oba disky snadno v milimetrových vlnových délkách, což odhalilo, že jsou vzájemně špatně vyrovnané alespoň o 60 stupňů. Nejméně jeden disk není ve stejné rovině jako oběžné dráhy dvou hvězd.
Zatímco to nevysvětluje každou podivnou orbitální exoplanetu ve vesmíru, ukazuje to, že podmínky pro sklon oběžné dráhy exoplanety mohou být přítomny, když se tato planeta tvoří v binárním systému.
7 Planeta-tvořivá luminiscence
Ve vícehvězdném systému známém jako GG Tau-A v souhvězdí Taurus zjistil ALMA plyn a prach tekoucí v proudu. Proud proudí z obrovského vnějšího disku kolem celého hvězdného systému na menší vnitřní disk obklopující pouze hlavní centrální hvězdu. Vypadá jako kolo uvnitř volantu.
Vědci si byli vědomi toho vnitřního disku před ALMA, ale nemohli vysvětlit, jak vnitřní disk přežil. Jeho materiál byl vyčerpán svou centrální hvězdou tak rychle, že by měl disk již dávno zmizet. Poté ALMA zjistila tento fenomén, který se nikdy předtím neviděl: v oblasti mezi těmito dvěma disky působí jako záchranná linka přenosem materiálu z vnějšího disku a přiváděním vnitřního disku. Vnitřní disk tedy může přežít mnohem déle, což mu dává větší šanci vyvinout planety obíhající kolem centrální hvězdy.
Pokud mají jiné hvězdné systémy několik hvězdných struktur pro krmení protoplanetárních disků, budeme mít v budoucnu více míst k lovu exoplanetů a cizího života.
6Bumová hmlovina
V 5 000 světelných let daleko od Země, hvězdokupa Boomerang v souhvězdí Centaurus vyhrává cenu za nejchladnější známý objekt ve vesmíru. Jeho teplota je pouze 1 Kelvin, který je stejný jako -272 stupňů Celsia (-458 ° F). Je to ještě chladnější než kosmické mikrovlnné zázemí, které při teplotě 2,8 Kelvina představuje přirozenou teplotu prostředí na pozadí.
Vědci zkoumali mrznoucí vlastnosti mlhoviny Boomerang pomocí ALMA. V tomto procesu také objevili skutečný tvar mlhoviny. Dříve optické dalekohledy zobrazovaly mlhovinu ve viditelném světle jako lukostřelec se dvěma překrývajícími se bumerangy. Ale ALMA dokázala představit vlnové délky světla, které byly předtím zakryty hustým prachem obklopujícím hvězdu uvnitř mlhoviny. Ukázalo se, že mlhovina má mnohem širší tvar, který se rychle rozšiřuje.
Astronomové také zjistili, proč je hmlovina Boomerang tak chladná. Jeho centrální hvězda umírá. To vytváří rychlý proud plynu z hvězdy, který současně rozšiřuje a ochlazuje mlhovinu jako expandující plyn, ochlazuje chladničku. Jak expanze plynu zpomaluje, vnější plášť mlhoviny se stává teplejším. "To je důležité pro pochopení toho, jak hvězdy zemřou a že se staly planetárními mlhovinami," říká Raghvendra Sahai z Jet Propulsion Laboratory NASA. "Použitím ALMA jsme byli zcela doslova a obrazně schopni vrhnout nové světlo na smrt smrti hvězdy jako Slunce."
5Bloba prostoru
Toto zjištění od ALMA je vzrušující kvůli tomu, co dalekohledy neudělal vidět. Ale pojďme začít s tím, co naši dalekohledy viděli.
V roce 2009 astronomové objevili žhavou bublinu horkých plynů, která pokrývala více než 55 000 světelných let. Říká se jim "Himiko", po legendární japonské královně. Na téměř 13 miliard světelných let od Země a vzhledem k době, kdy trvá světlo na této vzdálenosti, vědci viděli Himiko v době, kdy vesmír byl jen 6 procent jeho současné velikosti. Zdálo se, že je příliš velká a mocná pro svou dobu.
Pomocí Hubbleova kosmického dalekohledu a ALMA astronomové dokázali vyřešit některé z hádanek. Hubble odhalil, že Himiko je složen ze tří hvězdných shluků, z nichž každá je obvyklá velikost svítivé galaxie od té doby. Tyto tři shluky tvoří hvězdy s úžasnou rychlostí přibližně 100 slunečních hmot každý rok. Jak říká Richard Ellis z Kalifornského institutu technologie, vysvětluje: "Tento mimořádně vzácný trojitý systém, pozorovaný, když vesmír byl pouhých 800 miliónů let, poskytuje důležité poznatky o nejčasnějších fázích formace galaxií během období nazývaného" Cosmic Dawn ", kdy vesmír byl nejprve koupán v hvězdném světle. Ještě zajímavější je, že tyto galaxie vypadají připraveny ke sloučení do jedné masivní galaxie, která by se nakonec mohla vyvinout na něco podobného Mléčné dráze. "
Ale tady je to, co zanechalo astronomům jejich hlavu. Oblast s takovou aktivní tvorbou hvězd by měla vytvářet prachové oblaky těžkých prvků, jako je uhlík, kyslík a křemík. Když jsou zahřívány hvězdou světla, vytvářejí tyto prvky rádiové vlnové délky, které ALMA dokáže zvednout. Ale ALMA nezjistila žádné významné rádiové vlny. Ani to nezjistilo plynný uhlík, který je také spojován se zuřivou tvorbou hvězd.
Místo toho se astronomové domnívají, že mezihvězdný plyn Himiko je vyroben z vodíku a helia. To pravděpodobně znamená, že vidíme prapůvodní galaxii, jak se formuje krátce po velkém třesku.
4Tepernova prachová továrna
Bez prachu by nikdo z nás neexistoval. Prach je důležitý pro tvorbu hvězd a planet. Víme, že vesmír je naplněn, ale vědci si nebyli jistí, jak se prach v raném vesmíru vytvořil.
Dnes většina prachu ve vesmíru pochází z hvězd všech velikostí, když zemřou. Ale v časném vesmíru jen supernova šla hmota. To znamenalo nějaký prach, ale zdánlivě nebylo dost velké množství velkých množství viděných ve vzdálených mladých galaxii. Potom astronomové zkoumali pozůstatky supernovy 1987A s ALMA a našli odpověď na chybějící časný prach.
Jak naznačuje název, SN 1987A explodoval v roce 1987 zhruba 168 000 světelných let od Země. Vědci předpokládali, že ve větším množství prachu jako atomů uhlíku, kyslíku a křemíku budou spojeny molekuly uprostřed chladicího plynu z výbuchu. S dalekohledem toho času viděli jen malé množství horkého prachu. Ale když použili ALMA, zjistili prachový oblak o hmotnosti 25 procent našeho slunce.Díky schopnosti ALMA odhalit milimetrové a submilimetrické vlnové délky, ve kterých (jasněji) žije studený prach, tajemství bylo vyřešeno.
"Skutečně rané galaxie jsou neuvěřitelně zaprášené a tento prach hraje hlavní roli ve vývoji galaxií," říká Mikako Matsuuro z University College v Londýně. "Dnes víme, že prach může být vytvořen několika způsoby, ale v časném vesmíru musí většina pocházet ze supernov. Konečně máme přímé důkazy na podporu této teorie. "
3 Orionová smrtelná hvězda
Tam jsou planety-zabijáci číhající v přeplněné hvězdné mateřské mlhoviny Orion.
Jak jsme již vysvětlili, velké molekulární oblaky plynu a prachu jako mlhovina poskytují vynikající prostředí pro vytváření hvězd a nakonec i planet. Existují však i starší hvězdy typu O v mlhovině Orion, které jsou mnohem masivní než naše slunce a mají povrchové teploty 50 000 Kelvinů a více. Tyto O-hvězdy mají sílu života a smrti nad vývojem planetárních systémů ve svém regionu. Když tyto masivní, krátkotrvající O-hvězdy uvidí supernovu, vědci věří, že výsledné výbuchy vytvářejí mraky plynu a prachu, které budou tvořit další kolo hvězd a planet. Ale zatímco tito O-hvězdy žijí, mohou zničit protoplanetární disky, pokud se tyto embryonální solární systémy dostanou příliš blízko.
Díky schopnosti ALMA vidět objekty skryté prachem, astronomové dokáží vizualizovat dvojnásobek počtu známých protoplanetárních disků v mlhovině Orion. Data ukazují, že pokud se mladé hvězdy dostanou do jedné desetiny světelného roku O-hvězdy, intenzivní ultrafialové záření odstraní protoplanetární disk mladé hvězdy předtím, než se vytvoří planety. Toto extrémní elektromagnetické záření často tlačí postižené mladé hvězdy do tvaru slzy.
2Teleskop události Horizon
V polovině roku 2014 vědci na ALMA na Array Operations Site nainstalovali extrémně přesné atomové hodiny, aby synchronizovali ALMA s globální sítí radioteleskopů. Jednalo se o součást procesu, který vytvořil jeden nástroj velikosti Země nazývaný Dalekohled horizontu událostí (EHT). "Spojením nejdokonalejších radiolokátorů s milimetrovou a submilimetrovou vlnovou délkou po celém světě vytváří dalekohled Event Horizon zcela nový nástroj s největší zvětšovací schopností, jaké kdy bylo dosaženo," uvedl Shep Doeleman z MIT Haystack Observatory. "Zakotveno ALMA, EHT otevře nové okno pro výzkum černých děr a uvede do pozornosti jedno z jediných míst ve vesmíru, kde se Einsteinovy teorie mohou rozpadnout: na obzoru událostí."
Horizont události je teoretickou hranicí obklopující černou díru, která představuje bod bez návratu, kde nic - ani světlo - nemůže uniknout gravitačnímu záběru díry. Vědci chtějí použít EHT, aby zjistili, zda existuje horizont událostí u supermasivní černé díry uprostřed naší galaxie Mléčné dráhy. Věří se, že tato černá díra, Střelec A *, zabalí zhruba čtyři miliony sluncí do neuvěřitelně malé oblasti.
Pro další testování Einsteinovy obecné teorie relativity bude EHT také snímat Střelec A * pro stín, což je temná oblast, kde černá díra pohltila světlo. S tvarem a velikostí svého stínu, určeným spinem a hmotou Střelce A *, by údaje EHT mohly odhalit, jak se prostor a čas v této atmosféře deformují.
Astronomové také chtějí pozorovat kolizi Střelce A * s G2, obrovským mrakem plynu a prachu, aby zjistili, jak to ovlivňuje černé díry a naši galaxii. Tato kolize bude trvat déle než jeden rok.
1 Narození sluneční soustavy
Počátkem listopadu 2014 nám ALMA poskytl první detailní pohled na planety, které se tvoří v protoplanetárním disku kolem mladé hvězdy podobné Slunci. Hvězda byla HL Tau, v souhvězdí Taurus asi 450 světelných let od Země. Tento neuvěřitelně jasný obraz ukazuje narození nového slunečního systému a také poskytuje okno do naší minulosti tím, že nám odhalilo, jak se naše vlastní sluneční soustava mohla utvořit před více než čtyřmi miliardami let.
Ve viditelném světle se HL Tau skrývá za obrovským mrakem plynu a prachu. Ale opět ALMA dokázala skenovat mnohem delší vlnové délky, aby viděla přes prach do jádra mraku, kde probíhala činnost planety. Nový obraz ALMA potvrdil spíše vědeckou teorii o formování planet.
ALMA také dala astronomům alespoň jedno velké překvapení. HL Tau měl být příliš mladý na to, aby kolem něj kolovaly velké planety. Ale ALMA jasně ukazuje, že soustředné kroužky prořezávají protoplanetární disk HL Tau. Když se planety zvětšují, vytvářejí tyto soustředné kroužky, oddělené mezerami, kde planety obíhají svou mladou hvězdu a vytlačují trosky z disku.
Zdá se, že se tvoří alespoň osm planet, jeden pro každý soustředný prstenec. Vědecká pracovnice společnosti ALMA Catherine Vlahakis pěkně shrnula převažující pohled: "Tento jediný obraz bude revolucionizovat teorie o formování planety."