астрономия

Эта кажущаяся в космосе пустота — туманность Barnard 68 из газа и пыли, настолько плотная, что она блокирует свет звезд позади нее

«Джеймс Уэбб» впервые зафиксировал тяжёлый полуметалл, появившийся при слиянии нейтронных звёзд

В ходе изучения яркого гамма-всплеска GRB 230307A, источником которого стала килоновая (слияние двух нейтронных звёзд), «Джеймс Уэбб» зафиксировал спектры, характерные для присутствия теллура — тяжёлого полуметалла, который на Земле встречается реже, чем платина. Это первый раз, когда исследователи нашли прямое доказательство синтезу тяжёлых металлов в процессе слияния нейтронных звёзд, подтвердив свои догадки.

Иллюстрация слияния двух нейтронных звёзд

Килоновые чрезвычайно редки, что затрудняет наблюдение за этими событиями. Короткие гамма-всплески (GRB), традиционно считающиеся продолжительностью менее двух секунд, могут быть побочными продуктами этих нечастых эпизодов слияния. Длинные гамма-всплески могут длиться несколько минут и обычно связаны со взрывной смертью массивной звезды.

Случай GRB 230307A особенно примечателен. Впервые обнаруженный «Ферми» в марте, это второй по яркости гамма-всплеск, наблюдаемый за более чем 50 лет наблюдений, примерно в 1000 раз ярче, чем типичный гамма-всплеск, который наблюдает «Ферми». Он также длился 200 секунд, что прочно отнесло его к категории длительных гамма-всплесков, несмотря на другое происхождение.

Спектральные данные килоновой GRB 230307A, наблюдаемые космическим телескопом «Джеймс Уэбб». Видно отчетливый пик в области спектра, связанной с теллуром

Возможности «Уэбба» в совокупности с возможностями других наземных и космических телескопов, успевших зафиксировать вспышку (таких как «Ферми») не просто помогли исследователям обнаружить теллур, но и позволили оперативно восстановить историю GRB 230307A.

Изучаемая килоновая образовалась из двойной звёздной системы, когда‑то состоявшей из обычных сверхмассивных звёзд. Потом одна из них взорвалась и стала нейтронной звездой, а после и вторая звезда. Предположительно, взрывы, происходившие при образовании нейтронных звёзд, вынесли двойную систему за пределы их галактики‑хозяина, примерно на 120 тысяч световых лет от изначального местоположения.

Килоновая GRB 230307A и ее бывшая родная галактика

Килоновые — сравнительно редкие события во Вселенной. И исследователи рады, что смогли подробнее его изучить и задействовать мощности «Уэбба» для подтверждения некоторых теорий. В будущем группа учёных, занимающаяся этим направлением, углубится в изучение синтеза тяжёлых элементов при слиянии нейтронных звёзд и чёрных дыр. Благодаря «Уэббу» они рассчитывают проверить теорию о ключевой роли гамма-всплесков в синтезе тяжёлых элементов во Вселенной.

Статья спизжена отсюда и отсюда

Астрофизики обнаружили гигантские нити питающие протозвёзды

Звезды рождаются внутри холодных и плотных облаков молекулярного водорода и пыли. Ученые предполагают, что «звездная колыбель» снабжает протозвезду всем необходимым сырьем для ее последующего «роста». Однако авторы новой работы заявили, что это не совсем так. На самом деле, протозвезды могут получать «питательные вещества» через узкие газопылевые нити из областей, которые находятся за пределами вращающегося газопылевого диска.

Нейрокартинка для набивания плюсиков (не моя)

Главные процессы рождения звезд идут в темных газопылевых облаках в туманностях. Эти облака настолько плотные, что через них не «пробиться» обычными телескопами. Поэтому долгое время формирование звезд оставалось тайной. Ученые просто не могли за этим наблюдать.

Все изменилось в 2003 году, когда NASA отправило в космос инфракрасную орбитальную обсерваторию «Спитцер». Плотная космическая пыль пропускает ИК-излучение, а это значит, что телескоп смог «увидеть» через нее рождение светил. Наконец астрономы стали понимать, как появляются звезды.

Согласно стандартной теории звездообразования, для будущего светила необходимы три составляющие: водород (и немного других химических элементов), сила притяжения, время. Сперва сила притяжения собирает пыль и газ в один гигантский вихрь. Затем вещество стягивается и сжимается, температура повышается, вещество нагревается. Постепенно пылевое облако становится плотнее, в результате образуется гигантский вращающийся диск, в центре которого сила тяжести сминает газ в сверхплотный горячий шар. Давление нарастает, и из центра вырываются джеты — газовые струи.

Через сотни тысяч лет протозвезда становится яркой и горячей, температура в ее центре достигает нескольких миллионов градусов. Атомы газа объединяются и выделяют колоссальную энергию — запускается ядерный синтез, а через миллионы лет рождается звезда.

Этапы формирования звезды по стандартной теории

Однако с процессом звездообразования все может быть не так очевидно. В августе 2023 года, во время наблюдения за тремя протозвездами в системе IRAS 04239+2436, астрономы заметили странные гигантские нити, тянущиеся к будущим светилам. Эти нити чем-то напоминали «спиральные рукава». Тогда ученые допустили, что структуры представляют собой газовые потоки и, вероятно, через них к протозвездам поступают необходимые для их роста «питательные вещества».

Наблюдения в системе IRAS 04239+2436

Группа астрофизиков из Института физики Общества Макса Планка (Германия), возглавляемая Марией Валдивой-Мена, попыталась узнать, какую все же роль эти нити играют для протозвезд. Результаты работы опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.

Предметом исследования стала очень темная туманность в направлении созвездия Персея — Барнард 5, внутри которой есть несколько областей звездообразования. Ранее там заметили те самые загадочные нити.

Чтобы изучить эти странные структуры, команда астрофизиков воспользовалась комплексом радиотелескопов, расположенных в чилийской пустыне Атакама, — «Атакамской большой антенной решеткой миллиметрового диапазона» (Atacama Large Millimeter Array).

Наблюдения показали, что эти нити — «свежий газ», который поступает из туманности прямо во вращающийся диск плотного газа, окружающий будущую звезду.

«Материал не просто сваливается к протозвезде, как мы думали это должно происходить при звездообразовании, а собирается в плотные и узкие потоки — филаменты — и затем движется к диску, который окружает будущую звезду», — объяснила Валдива-Мена.

Ученые предположили, что эти нити — неотъемлемая составляющая процесса звездообразования, они содержат материал из других частей туманности. Вероятно, он даже имеет отличный химический состав, ведь на него не влияют температура и давление окружающего протозвезду диска. Примечательно, что филаменты могут «растягиваться» до 0,15 светового года.

Серая звезда - положение протозвезды B5-IRS1, белые контуры - филаменты

Астрофизики сделали вывод, что такой способ «питания» протозвезды может даже как-то повлиять на формирование будущих протопланет, хотя, пояснили ученые, чтобы подтвердить эту гипотезу, нужны дальнейшие исследования. Авторы работы подчеркнули, что эти нити, скорее всего, могут довольно сильно влиять на эволюцию зарождающихся звезд.

Статья спизжена отсюда

Комета Леонарда на снимке Lionel Majzik декабрь 2021 года _

«Джеймс Уэбб» увидел кристаллы кремнезема в облаках экзопланеты

В высоких облаках «раздутого» горячего юпитера ученые впервые засекли нанокристаллы кремнезема — одного из самых распространенных минералов на Земле.

Иллюстрация атмосферы горячего газового гиганта WASP-17b

Аэрозоли — будь то облака из жидких частиц или дымка из твердых частиц — один из фундаментальных компонентов атмосфер экзопланет. Эти частицы заглушают, отражают и рассеивают свет звезды и тем вносят большой вклад в весь энергетический баланс космического тела, а также химию и динамику его атмосферы.

Астрономы видят наличие облаков или дымки по изменениям света звезды, когда экзопланета пролетает на ее фоне. Но определить точный состав этих аэрозолей — более сложная задача. Вместе с тем она весьма интересна, потому что аэрозоли много говорят о самой планете: в аэрозолях земной атмосферы, к примеру, есть алюминий и литий, остающиеся от последствий пусков космической техники. Поэтому пока что каждое открытие нового соединения в атмосфере экзопланеты привлекает внимание.

Теперь впервые в атмосфере экзопланеты астрономы увидели нанокристаллы кремнезема. Все благодаря работе инструмента MIRI космической обсерватории «Джеймс Уэбб». Результаты исследования опубликованы в Astrophysical Journal Letters.

Объектом наблюдений стала экзопланета WASP-17b, горячий юпитер в 1300 световых годах от Земли. По массе WASP-17b в два раза меньше Юпитера, зато по объему примерно в семь раз больше. Это одна из крупнейших и «пухлых» экзопланет из числа известных нам. Ее орбитальный период — всего 3,7 земного дня, что значительно упрощяет исследования.

В этот раз наблюдения вели на протяжении 10 часов, пока объект пролетал на фоне своей звезды. Инструмент MIRI для наблюдений в средней части инфракрасного диапазона сделал более 1275 измерений яркости излучения в диапазоне волн от пяти до 12 микронов.

Когда ученые «вычли» из этих данных чистое излучение звезды, они увидели на графике «холмик» в районе 8,6 микрона, который лучше всего объясняется наличием кристаллов кремнезема. По размеру эти кристаллы очень маленькие — всего 10 нанометров. Диаметр человеческого волоса в 10 тысяч раз больше.

Состав частиц в «облаках» WASP-17b. Фиолетовый график — спектр, смоделированный по данным «Уэбба», «Хаббла» и «Спитцера». Желтый пунктирный график — состав «облаков», если бы в них не было кремнезема

«Данные "Хаббла" сыграли ключевую роль в определении размеров этих частиц. Для уверенности в наличии там кремнезема нам достаточно данных MIRI, инструмента "Уэбба". Но чтобы понять, насколько большие эти кристаллы, нам понадобились наблюдения "Хаббла" в видимом и близком инфракрасном диапазонах», — рассказала соавтор работы Николь Льюис, профессор астрономии и руководитель исследования по созданию трехмерной модели атмосферы горячего юпитера, которое проводится в рамках программы Webb Guaranteed Time Observations (GTO).

Силикаты — минералы, богатые кремнием и кислородом — составляют значительную массу Земли, Луны и других каменистых объектов Солнечной системы. Они уже встречались астрономам в атмосферах экзопланет и в составе коричневых карликов, но в форме богатых магнием минералов вроде оливина и пироксена, а не чистого кремнезема.

Причем если в облака Земли частицы минералов попадают с поверхности планеты благодаря ветру, то на горячем юпитере WASP-17b нанокристаллы кремнезема формируются в верхних слоях самой атмосферы, в условиях высокой температуры, примерно 1500 градусов Цельсия, и очень низкого давления — одной тысячной земного.

«В этих условиях твердые кристаллы могут формироваться напрямую из газа, минуя фазу жидкого состояния», — объяснил главный автор исследования Дэвид Грант из Бристольского университета (Великобритания).

По словам ученого, из данных «Хаббла» они знали, что в атмосфере WASP-17b должны быть аэрозоли, но не ожидали, что в составе будет кремнезем.

«Мы ожидали увидеть силикаты магния, а засекли, вероятно, их "кирпичики" — маленькие частицы, необходимые для формирования более сложных силикатов, которые мы видим на более прохладных экзопланетах и коричневых карликах», — объяснила соавтор Ханна Уэйкфорд из Бристольского университета.

Горячие юпитеры вроде WASP-17b состоят в основном из водорода и гелия с небольшими примесями водяного пара и углекислого газа. И если учитывать лишь эти примеси, общая оценка количества кислорода в планете окажется сильно заниженной. Впрочем, и сейчас оценить объем кремнезема в облаках WASP-17b не удастся, потому что в рамках этого исследования инструмент MIRI наблюдал лишь окрестности терминатора — линии между дневной и ночной стороной экзопланеты.

Статья спизжена отсюда

Быстрые радиовсплески оказались похожи на землетрясения — только на нейтронных звездах

В стремлении понять природу этих загадочных космических сигналов японские ученые сравнили данные тысяч быстрых радиовсплесков с афтершоками землетрясений и солнечными вспышками. И нашли сходства.

Иллюстрация образования быстрого радиовсплеска от магнетара

Быстрые радиовсплески (Fast Radio Bursts, FRB) — необычайно короткие и яркие радиоволны, разлетающиеся по космосу на миллиарды световых лет. Сам сигнал при этом длится долю секунды, а появление вспышки непредсказуемо. Впервые их заметили в 2007 году, и с тех пор они остаются одной из загадок современной астрономии.

Отчасти проблема их исследования в том, что не удается поймать точный источник этих радиоволн. Среди предположений — черные дыры, инопланетные цивилизации, гибнущие планеты и нейтронные звезды. В последних ученые почти уверены: наблюдения показывают, что по крайней мере некоторые из быстрых радиовсплесков прилетают от слияний нейтронных звезд и так называемых магнетаров — нейтронных звезд с мощнейшим магнитным полем.

«Выдвигались гипотезы, что на поверхностях магнетаров могут происходить звездотрясения — выделения энергии, схожие с земными землетрясениями. Последние достижения в сфере наблюдательной астрономии привели к обнаружению тысяч новых быстрых радиовсплесков. Мы воспользовались возможностью и сравнили огромные наборы статистических данных по быстрым радиовсплескам с данными землетрясений и солнечных вспышек. Искали возможные сходства», — рассказал профессор Томонори Тотани (Tomonori Totani) из департамента астрономии Токийского университета (Япония).

Предыдущие статистические исследования быстрых радиовсплесков фокусировались на промежутках времени между последовательными сигналами. Тотани и его соавтор Юйа Цудзуки (Yuya Tsuzuki) предположили, что такой анализ не дает полной картины о возможных корреляциях в параметрах сигналов, и решили сопоставить время между сигналами с количеством выплеснутой энергии.

Они исследовали почти 7000 быстрых радиовсплесков от трех самых активных источников — FRB 20121102A, 20201124A и 20220912A. Искали сходства в параметрах, универсальные для всех трех источников. Затем ученые тем же методом сопоставили время и энергию землетрясений, используя данные по Японии, и солнечных вспышек по данным спутника Hinode, изучающего Солнце. Результаты работы опубликованы в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Сопоставления времени и энергии у быстрых радиовсплесков (слева) и землетрясений (справа)

Анализ показал мало сходств между быстрыми радиовсплесками и солнечными вспышками, зато множество сходств между всплесками и землетрясениями.

«Во-первых, вероятность возникновения афтершоков от того же события составляет 10-50% (в комментарии для СМИ ученый указывает эти числа, а в статье — 10-60%. — Прим. ред.). Во-вторых, со временем частота афтершоков снижается, как функция степени от времени. В-третьих, частота афтершоков не меняется, даже если меняется активность „FRB-землетрясений“. В-четвертых, нет корреляции между энергией основного всплеска и его афтершока», — объяснил Тотани.

Корреляционный анализ данных FRB 20121102A L21

Корреляционный анализ данных землетрясения Нарита

Это дает надежные основания полагать, что у нейтронных звезд есть твердая оболочка, подверженная «звездотрясениям», во время которых выделяется огромное количество энергии. А наши телескопы видят эти события в виде быстрых радиовсплесков. Получается, эти загадочные сигналы — наша возможность изучить физические характеристики коры нейтронных звезд.

Статья спизжена отсюда

Телескоп «Хаббл» обнаружил загадочный взрыв там, где его не должно быть

Примерно один-два раза в год астрофизики регистрируют в разных частях неба мощные голубые вспышки — одно из самых ярких событий во Вселенной. Эти вспышки появляются на небе неожиданно и затем довольно быстро исчезают. За все время наблюдений их открывали только в галактиках. Но последнее событие, которое получило обозначение AT2023fhn, или «Зяблик», произошло там, где ученые не ожидали его увидеть.

LFBOT выглядит как-то так

В 2018 году наземный телескоп ATLAS-HKO, расположенный в обсерватории Халеакала на Гавайях (США), зарегистрировал в оптическом диапазоне яркую вспышку взрыва в галактике CGCG 137-068. Это событие назвали AT2018cow, или «Корова», расстояние до него составило 200 миллионов световых лет. Примечательно оно было по двум причинам. Во-первых, вспышка оказалась ярче обычной вспышки сверхновой в 10-100 раз, а во-вторых, «Корова» исчезла спустя несколько дней.

Такие явления исследователи прежде никогда не видели, поэтому точно не знали, что именно они обнаружили. Выдвигались предположения, что AT2018cow — редкий тип сверхновых. Но обычно сверхновые так себя не ведут: на небе они «светятся» на протяжении недель.

«Корова» (AT2018cow). Снимок телескопа ATLAS-HKO

После «Коровы» подобные вспышки взрывов ученые открывали один-два раза в год, некоторые были намного ярче предыдущих. С 2018-го по 2022-й специалисты обнаружили шесть таких событий. Их даже отнесли к отдельному классу астрономических объектов, которые назвали Luminous fast blue optical transients (LFBOT). Все эти явления объединяют два важных свойства:

— Они запредельно яркие, их яркость несопоставима со сверхновыми, что делает эти вспышки одними из самых ярких событий во Вселенной;

— Их наблюдают только в галактиках.

В октябре 2023 года группа астрофизиков из ESA и NASA опубликовала в электронном архиве препринтов arXiv статью, в которой рассказала, что с помощью совместной работы наземных телескопов и орбитальной обсерватории «Хаббл» удалось открыть и описать седьмое LFBOT-событие. Оно в корне отличается от шести предыдущих. Статья ученых готовится к выходу в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Новая вспышка взрыва получила обозначение AT2023fhn, или «Зяблик», ее открыли 10 апреля «Установкой для поиска транзиентов имени Цвикки» (Zwicky Transient Facility). Сперва наземные телескопы обсерватории Gemini, которые находятся в Чили, измерили спектр видимого излучения «Зяблика». Выяснилось, что температура вспышки составляет 20 тысяч градусов Цельсия — не такая высокая, как у некоторых массивных звезд, и, конечно, не такая, как у вспышек сверхновых. Затем телескопы помогли определить расстояние: свет от события шел до Земли три миллиарда лет — на огромном удалении, на котором его может «разглядеть» только космический телескоп. Для этой цели выбрали «Хаббл».

 «Зяблик» (AT2023fhn). Снимок телескопа «Хаббл»

Когда космическая обсерватория стала наблюдать за «Зябликом» в разных частях спектра, ученые поняли, что знают об LFBOT-событиях еще меньше, чем думали ранее. В отличие от шести других аналогичных вспышек, новая наблюдалась не в галактике, а в пустом межгалактическом пространстве — примерно в 50 тысячах световых лет от соседней спиральной галактики и примерно в 15 тысячах световых лет от галактики меньшего размера.

«Мы предполагали, что эти вспышки взрывов могут относиться к редкому типу сверхновых с коллапсирующим ядром — гигантским звездам, которые по астрономическим меркам недолговечны. Эти объекты, прежде чем превратиться в сверхновую, не успевают удалиться очень далеко от места своего рождения — скопления новорожденных звезд. Все предыдущие вспышки мы открывали в спиральных рукавах галактик с интенсивным звездообразованием. То есть объяснение этих вспышек редким типом сверхновых нам подходило. Но последнее событие показало, что мы ошибались», — объяснил ведущий автор исследования Эшли Краймс.

У астрофизиков есть два объяснения природы «Зяблика»:

1. Вспышка вызвана тем, что черная дыра массой от 100 до нескольких тысяч масс Солнца разорвала на части массивную звезду. Шаровое звездное скопление — наиболее вероятное место, где можно было бы обнаружить черную дыру средних размеров. Возможно, «Зяблик» вспыхнул внутри шарового звездного скопления во внешнем гало одной из двух соседних галактик;

2. «Зяблик» — результат столкновения двух нейтронных звезд, движущихся далеко за пределами своей родительской галактики. Эти звезды двигались по спирали навстречу друг другу в течение миллиардов лет, после чего столкнулись, что привело к килоновой — взрыву, излучаемая энергия которого может превосходить в тысячу раз энергию, излучаемую новыми. Согласно гипотезе, если одна из нейтронных звезд сильно «намагничена» (обладает исключительно сильным магнитным полем ) — речь идет о магнетаре, — это может значительно увеличить мощность взрыва. Тогда яркость вспышки может в 100 раз превысить яркость вспышки обычной сверхновой.

В любом случае ученые надеются, что разгадать тайну природы «Зяблика» им поможет космический телескоп «Джеймс Уэбб». По крайней мере, он прояснит, произошла вспышка внутри шарового звездного скопления во внешнем гало одной из двух соседних галактик или нет.

Статья спизжена отсюда

Юпитер в небе Германии сегодня

Я старался, но всё как всегда

Астрономы впервые увидели собственный свет «космической паутины»

Ученые уже делали снимки фрагментов «космической паутины», но раньше ее удавалось разглядеть лишь в свете ярких галактик, а теперь — саму по себе, в темных глубинах космоса.

Трехмерная карта нитей газообразного водорода в «космической паутине» построенная по данным инструмента KCWI обсерватории Кека

Когда в молодой Вселенной образовывались первые звезды и галактики, пространство между ними не становилось совсем пустым. Оставшаяся между объектами материя под действием сил гравитационного притяжения вытягивалась переплетающимися «нитями». Сегодня эта «космическая паутина» — основа структуры Вселенной. К сожалению, она настолько разреженная и тусклая, что разглядеть ее очень тяжело.

В 2014 году астрономам удалось сделать первый снимок «паутины», освещенной излучением далекого квазара. В 2019-м источником света стали молодые галактики, в которых рождались яркие новые звезды. Теперь ученые из Калифорнийского технологического института (США) разработали инструмент и метод наблюдений за «космической паутиной» в темных глубинах космоса, вдали от «космических фонарей».

Модели развития Вселенной показывают, что более 60% водорода, образованного после Большого взрыва, осталось в газообразной форме в нитях «космической паутины». В спектре одна из самых ярких линий водорода — линия Лайман-альфа. Именно ее разглядели авторы нового исследования, опубликованного в журнале Nature Astronomy.

Чтобы поймать излучение далекого и к тому же тусклого водорода в нитях «паутины», ученые разработали инструмент KCWI (Keck Cosmic Web Imager) для Обсерватории Кека, расположенной на горе Мауна-Кеа на Гавайях. KCMI чувствителен к «зелено-голубой» части видимого спектра, волнам длиной от 350 до 560 нанометров.

KCWI (Keck Cosmic Web Imager)

Из-за расширения Вселенной чем дальше находится от нас объект, тем сильнее его свет — в данном случае линия Лайман-альфа — смещается в красную сторону спектра. Поэтому по смещению линий водорода можно оценить расстояние.

С помощью инструмента KCWI авторы исследования сделали серию двухмерных снимков на разных длинах волны вглубь участка космоса, свет от которого шел к нам от 10 до 12 миллиардов лет. И по смещениям они смогли построить трехмерную карту «космической паутины» в этой области.

Сам инструмент — не единственное важное достижение в рамках этого исследования. Так как излучение нитей очень тусклое, его можно спутать с фоновым излучением от нашей атмосферы, от подсвеченной Солнцем межпланетной пыли и даже от Млечного Пути. Чтобы выявить и убрать этот шум, ученые сопоставляли снимки из разных областей неба с нитями на разных расстояниях от нас и «вычитали» один из другого — оставалось лишь излучение нитей.

По таким детализированным снимкам космической паутины астрономы смогут собрать недостающие данные о формировании и эволюции галактик. Также можно будет построить карты расположения темной материи — «невидимой» субстанции, которая, по расчетам, должна составлять примерно 85% всего вещества во Вселенной.

Анимация трехмерного среза сети нитей газообразного водорода, пересекающих пространство между галактиками. Область, охваченная этим наблюдением, находится на расстоянии около 10,5 миллиардов световых лет. Изображенный здесь объем занимает площадь 2,3 на 3,2 миллиона световых лет и простирается на глубину 600 миллионов световых лет (50 миллионов на сегмент)

Статья спизжена отсюда