;
| Dylemat dotyczący najbliższego galaktycznego otoczenia Słońca rozwiązany! |
 |
 |
| środa, 21 października 2015 09:13 |
|
W listopadowym wydaniu prestiżowego, amerykańskiego czasopisma astrofizycznego Astrophysical Journal Supplement Series (ApJS) przedstawione są wyniki badania najbliższej Słońcu materii międzygwiazdowej, obserwowanej przez sondę kosmiczną IBEX. Istotny wkład w wyniki prezentowane w tej serii ma grupa badawcza z Zespołu Fizyki Układu Słonecznego i Astrofizyki Centrum Badań Kosmicznych PAN pod kierownictwem dra hab. Maciej Bzowskiego.
Specjalna seria tematyczna artykułów z ApJS, których przegląd zawarty jest w pracy McComas et al. 2015, przedstawia rezultaty kompleksowego badania materii międzygwiazdowej otaczającej Słońce poprzez analizę obserwacji neutralnego międzygwiazdowego helu docierającego do sondy IBEX. Zespół Naukowy misji IBEX złożony z uczonych ze Stanów Zjednoczonych, Polski, Szwajcarii, Niemiec i Rosji rozwiązał powstały kilka lat temu dylemat, dotyczący kierunku i szybkości poruszania się Słońca w lokalnej materii międzygalaktycznej oraz temperatury tego ośrodka. Słońce w swojej wędrówce przez Galaktykę przechodzi od czasu do czasu przez obłoki materii międzygwiazdowej. Obecnie jest to tzw. Obłok Lokalny. W obłoku tym poza materią zjonizowaną znajduje się również materia neutralna, która może swobodnie wnikać do Układu Słonecznego i heliosfery. Heliosfera to obszar w przestrzeni kosmicznej wokół Słońca utworzony przez wiatr słoneczny, czyli strumień plazmy wypływający z korony słonecznej. Najliczniej w głąb heliosfery docierają atomy helu, drugiego pod względem obfitości pierwiastka we Wszechświecie. Sonda IBEX rejestruje te z nich, które dotarły do orbity Ziemi i dostarcza informacji niezbędnych do zanalizowania własności ośrodka, z którego zarejestrowane atomy pochodzą. Na podstawie analizy natężenia strumienia tych atomów i kierunku, z którego przychodzą, można wyznaczyć temperaturę gazu międzygwiazdowego otaczającego heliosferę oraz szybkość i kierunek przemieszczania się Słońca przez Obłok Lokalny. Bezpośrednie badania gazu międzygwiazdowego prowadzone były od lat 90., najpierw z pokładu sondy Ulysses, która jednak zakończyła działalność w 2008 roku, a następnie z pokładu sondy IBEX, który zaczął zbierać dane z początkiem 2009 roku. Temperatura oraz szybkość i kierunek napływu gazu międzygwiazdowego wyznaczone z pomiarów przeprowadzonych przez Ulyssesa oraz z pierwszych 2 lat obserwacji IBEX-a różniły się znacząco od siebie. Różnica ta była niezrozumiała i próbowano dociec, czy przypadkiem nie wynika ona z powodu błędu w interpretacji pomiarów lub jakiegoś nieznanego dotąd zjawiska. Testowano również hipotezę, czy może parametry lokalnego ośrodka zmieniają się w czasie, co wskazywałoby na istnienie w Obłoku Lokalnym ruchów wewnętrznych materii. Ta ostatnia możliwość była tym bardziej zagadkowa, iż wydawało się, że skala przestrzenna takich hipotetycznych ruchów powinna być znacznie większa, niż wynikałoby to z różnic zaobserwowanych na przestrzeni zaledwie kilku lat. Kompleksowe studium przeprowadzone przez Zespół Naukowy IBEX-a miało za zadanie rozstrzygnięcie tzw. dylematu Ulysses – IBEX, który od kilku lat niepokoił uczonych. Grupa z CBK PAN, kierowana przez dra hab. M. Bzowskiego i zajmująca się badaniem heliosfery, przeprowadziła szczegółowe studium kierunku i szybkości napływu oraz temperatury neutralnego helu międzygwiazdowego. W poprzednich latach zespół ponownie przeanalizował dane z sondy Ulysses i opublikował je Astronomy & Astrophysics w artykule Bzowski et al. 2014. Obecnie zespół przeanalizował bardzo szczegółowo dane z pierwszych 6 lat obserwacji prowadzonych przez sondę IBEX i ostateczne wyniki przedstawił w artykule Bzowski et al. 2015, należącym do specjalnej serii w ApJS. Wyniki z tych prac wskazują, że dylemat Ulysses – IBEX został rozwiązany. Temperatury i prędkości napływu gazu międzygwiazdowego na heliosferę otrzymane z analizy danych z Ulyssesa i IBEX-a zgodziły się ze sobą doskonale. Okazało się, że prędkość i kierunek napływu uzyskana poprzednio z analizy danych z Ulyssesa wyznaczone były poprawnie, ale temperatura była za niska ok. 1000 K. Tak więc kierunek i prędkość napływu oraz temperatura gazu międzygwiazdowego nie zmieniły się na przestrzeni ostatnich kilkudziesięciu lat, a zatem nie ma zagadkowych ruchów wewnętrznych w mikroskali Obłoku Lokalnego. Analiza statystyczna przeprowadzona przez mgra P. Swaczynę wykazała, że różnica między wynikiem uzyskanym z analizy pierwszych dwóch lat obserwacji przeprowadzonych przez IBEXa, a wynikiem uzyskanym obecnie, który jest zgody z najnowszymi wynikami analizy danych z Ulyssesa, wynikła z dwóch powodów. Pierwszy z nich to uwzględnienie w aktualnej analizie istnienia tak zwanej ciepłej bryzy, odkrytej na podstawie danych z sondy IBEX przez mgr Marzenę A. Kubiak i opublikowanych w Astronomy & Astrophysics w artykule Kubiak et al. 2014. Natura ciepłej bryzy nie jest jeszcze do końca poznana, choć wiele wskazuje na to, że jest to tzw. wtórna składowa neutralnego helu międzygwiazdowego, która powstaje w wyniku procesów zachodzących w materii międzygwiazdowej w warstwach granicznych heliosfery. Drugi powód to naturalne fluktuacje strumienia helu mierzonego przez sondę IBEX, które są na tyle silne, że analiza obserwacji z pojedynczych lat może dać wyniki znacząco różne od tych uzyskanych ze zbiorczej analizy dużego zbioru danych obserwacyjnych, takiego jaki tworzą dane zebrane w ciągu 6 lat. Ciepła bryza, która, jak się okazało, ma znaczący wpływ na wyniki analizy międzygwiazdowego helu w okolicach Słońca, jest sygnałem stosunkowo słabym. Jej odkrycie było możliwe wyłącznie dzięki wysokiej czułości instrumentów sondy IBEX, Ulysses nie był w stanie jej dostrzec. Mgr Justyna M. Sokół sprawdziła, jak będzie wyglądał rozkład sygnału pochodzącego od ciepłej bryzy wzdłuż całej orbity Ziemi (IBEX obserwuje gaz międzygwiazdowy tylko przez kilka miesięcy w roku) oraz czy nie jest on wynikiem tego, że rozkład międzygwiazdowego helu różni się od powszechnie przyjętego rozkładu równowagowego, danego przez rozkład Maxwella Boltzmanna. Badania wykazały, że międzygwiazdowy hel wraz z ciepłą bryzą powinny tworzyć na niebie charakterystyczną strukturę podobną do lekkiej mgły. Sygnał od nich pochodzący jest bardzo słaby i tylko nieznacznie przekracza poziom tła rejestrowanego przez IBEXa, jednak wyraźnie różni się od sygnału spodziewanego wówczas, gdyby ciepła bryza nie była osobną populacją gazu, lecz przejawem odstępstw gazu międzygwiazdowego od stanu równowagi termodynamicznej. Wyniki te zostały zebrane w pracy Sokół et al. 2015b, również należącej do specjalnej serii ApJS. Pokazują one, że obszary na niebie zajmowane przez „międzygwiazdową mgłę” powinny różnić się od siebie w zależności od szczegółów hipotez dotyczących ich pochodzenia i natury fizycznej. Dzięki tej pracy wiadomo teraz, w które rejony nieba patrzeć, aby zweryfikować różne hipotezy na temat międzygwiazdowego gazu, jak chociażby tę, że jest on dany tzw. rozkładem kappa. Wyniki badań helu międzygwiazdowego opublikowane w specjalnej serii ApJS zrealizowane zostały w ramach szerokiej współpracy między grupami badawczymi z CBK PAN, Department of Physics and Space Science Center of the University of New Hampshire z Durham NH, Physikalisches Institut der Universität Bern ze Szwajcarii oraz Southwest Research Institute w San Antonio, TX. Były one prowadzone równolegle przez kilka wzajemnie wspierających się grup badawczych, prowadzących analizy przy użyciu niezależnych metod badawczych. Uzyskane wyniki okazały się bardzo zgodne, co przydaje im wiarygodności, a o ich wadze świadczy m.in. fakt, że prestiżowe czasopismo astrofizyczne Astrophysical Journal Supplement Series zdecydowało się na poświęcenie im specjalnego wydania tematycznego, zawierającego 14 artykułów. Uczeni z CBK PAN są wiodącymi autorami czterech z nich, a współautorami dalszych sześciu.
Astrophysical Journal Supplement Series: Special Issue on Interstellar Neutrals investigated by IBEX Papers authored and coauthored by personnel from the Laboratory for Solar System Physics and Astrophysics, Space Research Centre of the Polish Academy of Sciences
|
| Poprawiony: środa, 21 października 2015 09:50 |
