На днях вышли первые научные работы по раннему циклу наблюдений за небом космической обсерваторией «Евклид» (Euclid). Этот созданный Европейским космическим агентством инструмент представил Вселенную в новом свете — его приборы одновременно улавливают видимый и инфракрасный свет, что позволяет делать «резкие» снимки на большую глубину вплоть до 10 млрд световых лет. Подобная детализация — это ключ к пониманию тёмной материи и тёмной энергии.

Туманность Конская Голова в созвездии Ориона. Источник изображений: ЕКА

Строго говоря, все представленные сегодня изображения космических объектов ЕКА уже показывало в прошлом году. Но тогда это был беглый обзор, который сегодня подкреплён прочным научным анализом. И это не только работы по поиску тёмной материи и признаков тёмной энергии. Высокая чувствительность «Евклида» в расширенном диапазоне приёма света, а также более широкий, чем у «Хаббла» и «Уэбба» обзор позволяют новому европейскому космическому инструменту делать множество других открытий. Например, телескоп способен улавливать тусклые объекты — блуждающие планеты и коричневых карликов.

Галактика NGC 6744 с зонами зарождения звёзд

Но основная задача «Евклида» — это поиск и картирование скоплений тёмной материи во Вселенной, и изучение эволюции её скоплений во времени, что даст подсказку к оценке такого необъяснимого пока явления — как тёмная энергия и ускоренное расширение Вселенной.

Сильное гравитационное линзирование позволит идентифицировать объёмы и массы тёмной материи, а слабое — отследить эволюцию «тёмных сгустков» на протяжении 10 млрд лет эволюции Вселенной. Широкое поле охвата «Евклида» позволит сделать это с максимально возможной сегодня точностью.

Детализированное изображение области звездообразования Мессье 78

К 2030 году, как ожидается, «Евклид» составит подробную карту распределения тёмной материи по Вселенной и во времени примерно на 30-% участке неба. К этому времени к нему присоединятся широкоугольные космические «супертелескопы» NASA им. Нэнси Грейс Роман и китайский «Сюньтянь». Эти инструменты восполнят пробелы в наблюдениях «Евклида», которые неизбежны для любого прибора. Но это будет уже другая история.

Стало известно о редкой неудаче в китайских космических программах. В Сеть просочились слайды презентации, в которой рассказывается о ходе работ по программе «Сюньтянь» (Xuntian) — проекта по изготовлению в Китае гигантского космического телескопа нового поколения. Слайды вскоре были удалены, но источник подтверждает их достоверность. Запуск телескопа отложен до 21 декабря 2026 года, хотя его должны были отправить на орбиту ещё в конце 2023 года.

Художественное представление космического телескопа «Сюньтянь». Источник изображения: CNSA

Телескоп «Сюньтянь» будет иметь зеркало диаметром 2 м. Это чуть меньше 2,4-м зеркала «Хаббла». Однако у китайского инструмента будет широкоугольная камера с обзором в 300 раз больше. Её матрица получит разрешение 2,6 гигапикселей (2600 Мп). Это позволит также фиксировать быстрые события, включая обнаружение угрожающих Земле астероидов. Что важно, телескоп «Сюньтянь» будет находиться на той же орбите, что и китайская национальная космическая станция «Тяньгун». Это позволит стыковать телескоп со станцией для обслуживания, ремонта и модернизации. Тем самым инструмент со временем будет становиться всё лучше и лучше.

По словам знакомых с ситуацией источников, основные узлы телескопа «Сюньтянь» изготовлены и проходят тестирование. Оборудование показывает себя превосходно. Полная сборка обсерватории будет произведена к осени 2025 года.

Перенос запуска «Сюньтяня» на более поздние сроки означает потерю Китаем преимущества перед NASA, которое также готовит к запуску новый инструмент на замену и для дополнения «Уэбба». Это будет также широкоугольный мультиспектральный телескоп — обсерватория им. Нэнси Грейс Роман (Nancy Grace Roman Space Telescope). Но романовский телескоп полетит в точку Лагранжа L2, где он не может быть обслужен или отремонтирован. Зато новая обсерватория NASA получит лучшую чувствительность в инфракрасном диапазоне. В принципе, эти два инструмента — китайский и американский — будут дополнять друг друга. Запуск романовского телескопа ожидается в конце 2027 года, если проект не будет задержан, что для платформ такого масштаба и новшеств — совсем не редкость.

В опубликованной в четверг работе в журнале The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society группа астрономов сообщила, что обнаружила древнейшее за всё время наблюдений столкновение сверхмассивных чёрных дыр. Слияние этих колоссальных объектов произошло через 740 млн лет после Большого взрыва. Это стало доказательством, что чёрные дыры с самого начала играли значительную роль в эволюции галактик, и объяснило их стремительный рост в древности.

Квазар ZS7. Источник изображения: NASA

С появлением невероятного по чувствительности в инфракрасном диапазоне космического телескопа им. Джеймса Уэбба астрономам стали открываться явления в ранней Вселенной, куда предыдущее приборы не могли заглянуть. Это период, когда Вселенная ещё не перешагнула рубеж первого миллиарда существования из нынешних примерно 13,8 млрд лет.

Одной из загадок детства Вселенной стало открытие множества сверхмассивных чёрных дыр до первого миллиарда её развития. Согласно нашим теориям, эти объекты никак не успевали в то время развиться до детектируемых масс от нескольких десятков млн солнечных масс до млрд солнечных масс. На эти процессы должны уходить миллиарды лет, а не сотни миллионов, как показывают данные «Уэбба». Новое наблюдение как раз объясняет, каким образом чёрные дыры могли быстро набирать массу в древности, и это слияния, которых в те времена не должно было бы быть так много, чтобы они оказали влияние на всю последующую эволюцию галактики и самой Вселенной. Похоже, земная наука ошибалась на этот счёт.

«Наши результаты показывают, что слияние является важным путём, по которому чёрные дыры могут быстро расти даже на заре космоса, — сказала в заявлении руководитель исследования и учёный из Кембриджского университета Ханна Юблер (Hannah Übler). — Вместе с другими открытиями «Уэбба» активных массивных чёрных дыр в далёкой Вселенной наши результаты также показывают, что массивные чёрные дыры формировали эволюцию галактик с самого начала».

По факту исследователи засекли признаки активности древнего квазара — активного центра галактики ZS7, в центре которого живёт и быстро питается сверхмассивная чёрная дыра. Спектральной чувствительности «Уэбба» хватило, чтобы увидеть в излучении объекта две составляющие. Обе они оказались сверхмассивными чёрными дырами на грани слияния. Об этом подсказало интенсивное излучение от разогретого газа в аккреционном диске чёрных дыр, а также анализ плотности ионизированного газа.

Масса одного из объектов была определена с достаточной точностью — она составила 50 млн солнечных. Масса второй чёрной дыры оценивается как примерно такая же, но точно учёные сказать не смогли — этому помешало плотное скопление газа на пути излучения.

«Звёздная масса изученной нами системы [галактики ZS7] аналогична массе нашего соседа, Большого Магелланова облака, — поясняют учёные. — Мы можем попытаться представить, как могло бы повлиять на эволюцию сливающихся галактик, если бы в каждой галактике была одна сверхмассивная чёрная дыра, такая же большая, как у нас в Млечном Пути». Тем самым астрономы намекают, что наши модели эволюции галактик явно не учитывают множества аспектов их поведения на заре появления и это надо исследовать.

Кстати, с июня этого года «Уэбб» будет регулярно предоставляться для наблюдений сверхмассивных чёрных дыр, так что новых открытий будет не много, а очень много. Впрочем, больше информации о столкновениях чёрных дыр предоставят учёным гравитационно-волновые обсерватории, первые из которых уже работают. Такие обсерватории следующего поколения и, особенно, космического базирования смогут фиксировать столкновения чёрных дыр далеко и обильно. Жаль только, что заработают эти инструменты не раньше середины следующего десятилетия.

Сверхмассивные чёрные дыры подобные той, что находится в центре нашей галактики, демонстрируют завидное постоянство тихой активности. Их излучение стабильно и умеренно, как будто вещество на них падает непрерывным и необильным ручейком. В относительном хаосе Вселенной это выглядит необычно, и учёные взялись разобраться с «пищевыми» привычками этих интереснейших объектов. Найти ответ помогли архивы телескопа «Спитцер».

Слева пыль, газ и звёзды, справа только пыль. Источник изображения: NASA

Данный случай стал наглядным примером того, как архивные данные помогают делать открытия, которые учёные проглядели в момент первичного сбора и изучения информации. К настоящему дню компьютерное моделирование развилось достаточно сильно, если сравнивать с инструментами 20-летней давности. С помощью уточнённых моделей и на более мощном оборудовании группа учёных воссоздала механизм тихого питания сверхмассивных чёрных дыр, когда их активность, выраженная в излучении аккреционного диска, оставалась равномерной без резких перепадов яркости.

Синим пунктиром показаны два рукава пыли, питающие чёрную дыру (синий кружок — это её диск аккреции)

Для подтверждения модели исследователи воспользовались тысячами снимков галактики Андромеда, сделанными инфракрасной космической обсерваторией «Спитцер», а также данными «Хаббла» в видимом диапазоне. Изучая свет на разных длинах волн, учёные смогли отделить пыль и газ от звёзд и областей звездообразования. Детальное изучение потоков пыли в центре Андромеды выявило два отчётливых рукава, направляющихся к сверхмассивной чёрной дыре в центре этой галактики. Данные наблюдений точно уложились в те пределы, которые установило моделирование, а это означает верность предложенной теории тихого питания сверхмассивных чёрных дыр. Вещество падает на аккреционный диск чёрной дыры равномерно, а не сгустками, питая её множественными потоками пыли и газа.

Традиционные технологии зеркальных телескопов упёрлись в непреодолимые ограничения. Какое-то время спасало сегментирование зеркал, но даже телескопы с сегментным зеркалом диаметром больше 10 м считаются абсолютно неприемлемыми для космоса. Но без больших телескопов астрономия, астрофизика и даже физика крайне замедлятся, если учёные и инженеры не найдут выхода из этой ситуации. И выход есть может быть в жидких зеркалах.

Художественное представление телескопа с 50-м жидким зеркалом. Источник изображения: NASA

Специалисты NASA совместно с израильскими исследователями из Техниона (Израильского технологического института) несколько лет назад начали работу по проекту FLUTE. К недавнему времени проект завершил первую фазу проработки и начал вторую. В рамках проекта готовится технико-экономическое обоснование и ведётся проработка концепции и отдельных критически важных деталей по созданию космической обсерватории с 50-метровым жидким зеркалом. Зеркало ограничено диаметром 50 м, чтобы проект мог быть материально осуществим в течение следующих 15–20 лет.

Предварительно технология жидких зеркал для телескопов уже была успешно и испытана в лабораторных условиях на Земле и на борту МКС в условиях микрогравитации. Размер здесь не имеет значения. Жидкость может одинаково растекаться по чайной ложке, по 50-метровому ложу, 100-м и так далее, насколько хватит воображения и средств. Диаметр зеркала 50 м признан таким, который приведёт к прорыву в астрономии, а не проделает дыру в бюджете.

На первом этапе исследования были изучены варианты жидкостей для зеркал, что привело к остановке на ионных жидкостях. В общем случае это расплавы солей. После выбора типа жидкости встала задача повысить отражательную способность наиболее подходящих вариантов расплавов. Также во время первого этапа работ по проекту было проанализировано несколько альтернативных архитектур рамы главного зеркала. Каркасы рассматривались с позиций поведения жидкости во время манёвров, как и в зависимости от колебаний температуры.

На основании сделанного выбора и проделанной работы, учёные разработали подробную концепцию миссии для 50-метровой жидкостно-зеркальной обсерватории и создали набор начальных концепций для создания демонстрационного малого космического аппарата на низкой околоземной орбите.

На втором этапе работ команда проекта продолжит разработку ключевых элементов концепции миссии. В частности, продолжится анализ подходящих архитектур рам зеркал и моделирование их динамических свойств. В свете последних достижений в области ИИ для дальнейших исследований привлекут машинный интеллект, который поможет с конструкцией и поиском жидкостей с лучшей отражательной способностью. Начнётся проработка цепочки оптической передачи от зеркала к приборам обсерватории, а также более детальная проработка концепций наиболее ответственных узлов обсерватории.

Наконец, во время второго этапа будет создана концепция демонстратора, который будет отправлен на орбиту для проверки идей на практике. Всем, кто доживёт до реализации этого проекта в масштабе остаётся только позавидовать — с ожидаемой детализацией Вселенную ещё никто не видел.

Спустя неделю пребывания в безопасном режиме после сбоя одного из трёх работающих гироскопов космическая обсерватория «Хаббл» вернулась к научным наблюдениям. В апреле «Хаббл» отметил свою 34-ю годовщину пребывания на орбите. Он пробыл там так долго, что появление сбоев неминуемо. И всё же, техническое состояние обсерватории позволяет рассчитывать как минимум ещё на два года наблюдений.

Источник изображения: NASA

В составе обсерватории «Хаббл» было предусмотрено и установлено четыре гироскопа (один избыточный). Во время обслуживания телескопа командой астронавтов в 2009 году на обсерваторию установили шесть новых гироскопов. Фактически это маховики на двигателях, которые регулируемой скоростью своего вращения помогают наводить телескоп на заданные цели. На практике это сложный механизм, представляющий собой герметичный цилиндр, плавающий в густой жидкости.

Внутри цилиндра со скоростью 19 200 об/мин вращается колесо, которое и задаёт «Хабблу» необходимое смещение и обеспечивает последующую стабилизацию. К электродвигателю внутри цилиндра подводятся провода толщиной с человеческий волос. Электроника внутри гироскопа фиксирует очень незначительные перемещения оси колеса и передает эту информацию в центральный компьютер «Хаббла». Подшипник у колеса «реагирования» газовый, что обеспечивает ему работу без износа.

Источник изображения: Википедия

К настоящему дню в системе ориентации телескопа в работе осталось три гироскопа. Один из них начал сбоить — передавать в компьютер неверные данные — ещё в прошлом году. Он снова засбоил 23 апреля 2024 года, что перевело телескоп в безопасный режим. Но уже 29 апреля работа систем была восстановлена, и телескоп вышел из безопасного режима работы и приступил к наблюдениям. В теории телескоп будет оставаться управляемым даже если в работе останется всего один гироскоп. В NASA разработали схему наведения на цели на этот случай.

Отметим, в NASA не уточняют, какие именно системы дают сбой. Кроме двигателей-маховиков с датчиками в системе управления и стабилизации телескопа участвуют также электромагнитные датчики, которые также называют гироскопами.

На 7-м семинаре консорциума Einstein Probe consortium в Пекине были представлены первые снимки неба в рентгеновском диапазоне, сделанные китайским рентгеновским телескопом «Зонд Эйнштейна» (Einstein Probe). Также на борту обсерватории установлен европейский прибор, который имеет особую ценность. Все снимки пока калибровочные. Научная работа обсерватории начнётся в середине июня. Но даже сейчас аппарат поражает своими возможностями.

Млечный Путь в рентгеновском свете (с наложением на оптическое). Источник изображения: Einstein Probe consortium

Обсерватория «Зонд Эйнштейна» была запущена в космос 9 января 2024 года с космодрома Сичан на юго-западе Китая с помощью ракеты «Чанчжэн 2C». Обсерватория расположилась на орбите Земли на высоте около 600 км. Научная работа рассчитана на три года наблюдений. За своё участие в проекте европейские учёные получат около 10 % рабочего времени обсерватории.

Основной поток данных будет генерировать широкоугольный китайский рентгеновский телескоп WXT (Wide-field X-ray telescope). Его поле зрения составляет 1345 квадратных градусов, что позволяет ему одним кадром захватывать площадь неба, равную 10 тыс. дискам полной Луны. Телескоп делает полный снимок неба каждые 5 часов, что позволит учёным обнаруживать массу переходных событий, которые раньше ускользали от них. Это джеты нейтронных звёзд, падение вещества на чёрные дыры, взрывы сверхновых и другие яркие в рентгеновском излучении события.

Европейский телескоп FXT (Follow-up X-ray Telescope) — это узконаправленный прибор с очень высокой чувствительностью в рентгеновском диапазоне. Если WXT найдёт что-то особенно интересное, FXT сможет рассмотреть это с превосходным разрешением. Также оба телескопа помогут в поиске объектов и событий, обнаруженных в других диапазонах, например, гравитационно-волновыми обсерваториями, гамма-телескопами и даже оптическими и инфракрасными телескопами.

Даже калибровочные снимки поразили учёных своей детализацией и возможностями. В процессе настройки бортовых систем и приборов обсерватория «Зонд Эйнштейна» обнаружила 19 февраля 2024 года первый переходный процесс и, позже, ещё 14 временных источников рентгеновского излучения, а также 127 вспышек звёзд. Можно только представить, какой поток ранее недоступной информации пойдёт с началом работы обсерватории через полтора месяца!

Остаток сверхновой Корма А в рентгеновском диапазоне

По масштабу это станет чем-то близким к началу работы «Уэбба», хотя, конечно, новые рентгеновские обсерватории запустили NASA и JAXA в добавок к уже летающим. Но такого масштабного проекта как «Зонд Эйнштейна» пока нет ни у кого. Используя опыт этой обсерватории, ЕКА планирует в будущем запустить собственную космическую рентгеновскую обсерваторию NewAthena. Однако пока этот проект не вышел из стадии обсуждения. В будущем NewAthena станет крупнейшей рентгеновской обсерваторией в истории.

Принцип работы рентгеновской оптики «глаз омара», из-за этого источники на снимках выглядят как «+»

Добавим, китайский телескоп Wide-field X-ray собирает рентгеновское излучении оптикой типа «глаз омара». Это трубчатые конструкции, которые за счёт отражения от внутренних стенок позволяют усиливать рентгеновский свет. Подробнее об этой оптике мы рассказывали раньше, например, здесь.

Не так давно телескоп Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США «Хаббл» отметил 34-ю годовщину работы в космическом пространстве. Теперь же стало известно, что 23 апреля он автоматически перешёл в безопасный режим из-за сбоя в работе одного из гироскопов.

Источник изображения: NASA

В сообщении NASA сказано, что переход в безопасный режим произведён автоматически сразу после того, как один из трёх гироскопов, размещённых в конструкции «Хаббла», передал неверные данные. Напомним, гироскопы измеряют скорость поворота телескопа и являются частью системы, определяющей направление движение «Хаббла». Поскольку аппарат перешёл в безопасный режим, научную деятельность в настоящее время он не ведёт и ожидает дальнейших команд с Земли.

Именно этот гироскоп заставил «Хаббл» перейти в безопасный режим в ноябре прошлого года после аналогичного сбоя. В настоящее время инженеры NASA прорабатывают варианты решения проблемы. В случае необходимости телескоп может быть перенастроен на работу с одним гироскопом, а второй будет помещён в резерв. На момент последнего техобслуживания «Хаббла» в 2009 году телескоп был оснащён шестью гироскопами. В настоящее время три из них сохраняют работоспособность, включая тот, который уже во второй раз передаёт неверные данные.

Для достижения максимальной эффективности аппарат задействует три гироскопа, но в случае необходимости сможет работать и с одним. В NASA ожидают, что «Хаббл» продолжит совершать революционные открытия, работая вместе с другими обсерваториями, такими как «Джеймс Уэбб» (James Webb Space Telescope), в течение этого десятилетия и, возможно, в следующем.

Накануне представители Европейского космического агентства сообщили, что операция по освобождению зеркала телескопа Euclid («Евклид») ото льда завершилась более чем успешно. Подогретый сегмент зеркала стал пропускать на 15 % больше света, чем до борьбы с обледенением. Специалисты считают, что процедуру придётся повторять каждые 6–12 месяцев до конца эксплуатации обсерватории.

Космическая обсерватория Euclid в представлении художника. Источник изображения: ЕКА

О проблеме сообщили неделю назад. По словам представителя ЕКА, наиболее вероятная причина образования наледи на зеркале — это накопленная теплоизоляцией на Земле влага во время сборки обсерватории. Слой льда небольшой — всего несколько нанометров, но этого хватило, чтобы часть фотонов терялась, поглощаясь ледяной плёнкой.

Нагреть всё зеркало целиком и телескоп в целом было бы опасно — может произойти смещение от теплового расширения. Поэтому было решено начать с подогрева наиболее сильно пострадавшего сегмента зеркала и посмотреть, что из этого получится.

Зеркало нагревалось в течение чуть больше полутора часов, в результате чего его температура повысилась с -147 °C до -113 °C. Последующая проверка показала, что прибор Visible instrument (VIS), который собирал меньше света звёзд из-за проблемы со льдом, после процедуры начал получать на 15 % больше света. «Это сработало как по волшебству! — сказал управляющий программой борьбы с обледенением учёный Миша Ширмер (Micha Schirmer). — Я был уверен, что мы увидим значительное улучшение, но не такое впечатляющее».

Процедура оказалась несложной и легко воспроизводимой. Агентство рассчитывает, что в будущем эта проблема будет устраняться в рабочем порядке и не помешает научной работе. Но это не единственная шероховатость в работе обсерватории. Вскоре после её вывода в космос 1 июля 2023 года выяснилось, что в тепловом экране телескопа присутствует щель, через которую Солнце засвечивает датчики и портит фотографии. Эту проблему решают с помощью особой ориентации телескопа при съёмке.

Обсерваторию «Евклид» прозвали охотником за тёмной материей. Её задачей является съёмка и всесторонняя оценка галактик на глубину 10 млрд световых лет. Фактически астрометрия, только применительно к галактикам. Эти данные помогут сузить границы для оценки влияния тёмной материи на видимое вещество. «Евклид» ловит чёрную кошку в тёмной комнате. Будет забавно, если её там не окажется, но это будет уже другая история.

В NASA сообщили, что космическая гамма-обсерватория Swift («Свифт») переведена в безопасный режим и какое-то время не будет участвовать в наблюдениях из-за отказа одного из гироскопов. Через 8 месяцев телескоп отметит своё 20-летие в космосе и неудивительно, что у него начинает что-то отказывать. Технически он способен наводиться на цели даже с одним рабочим гироскопом из трёх, но его программное обеспечение по какой-то причине оказалось к этому не готово.

Космическая обсерватория Swift в представлении художника. Источник изображения: NASA

В NASA подготовили программную заплатку для обновления бортового программного обеспечения обсерватории. На время обновления и последующего тестирования телескоп переведён в безопасный режим. После установки заплатки и проверки её на работоспособность и восстановления функций системы ориентации обсерватория сможет наводиться на цель с помощью двух оставшихся гироскопов, и телескоп ещё послужит науке.

В космос обсерватория была выведена 20 ноября 2004 года. Это совместный проект США, Италии и Великобритании. Чтобы точнее определять источник гамма-излучения, обсерватория способна фиксировать излучение также в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах. Изначально телескоп должен был фиксировать направления на высокоэнергетические космические события — коллапс звёзд, слияния нейтронных звёзд, рождение чёрных дыр и другие. Затем данные передавались на Землю и на другие телескопы от оптических до радио. Совместная работа была направлена на обнаружение связи всплеска с каким-то объектом или явлением в небе.

Обсерватория «Свифт» также внесла свой посильный вклад в обнаружение и изучение гамма-вспышки GRB 221009A, которая за свою исключительную яркость получила персональное название BOAT (The brightest of all time) или, по-русски, «ярчайшая за всё время». Яркость события на пять порядков превзошла предельную чувствительность верхней границы детекторов «Свифта», но его данные также помогли восстановить вероятные характеристики события. Что же, ждём возвращения обсерватории в строй.

В нашей родной галактике обнаружен один-единственный магнетар, который испускает короткие радиовсплески, природа которых до сих пор остаётся предметом научных дискуссий. Относительная близость к нам магнетара SGR 1935 + 2154 даёт учёным надежду разгадать секреты этих объектов, и шаг в этом направлении уже совершён.

Художественное представление выброса вещества из нейтронной звезды (линии магнитного поля показаны зелёным). Источник изображения: NASA/JPL-Caltech

Магнетар SGR 1935 + 2154 в 30 тыс. световых годах от Земли впервые выдал зарегистрированный нашими приборами радиовсплеск в 2020 году. Повторный сигнал возник в октябре 2022 года. Специалистам NASA удалось оперативно отреагировать на второе событие и направить в сторону источника два научных прибора: размещённый на МКС NICER для исследования внутреннего состава нейтронных звезд и орбитальный NuSTAR для ядерной спектроскопии. Результаты наблюдений настолько удивили учёных, что они стали предметом серьёзной научной работы, опубликованной в журнале Nature 14 февраля.

Следует отметить, что магнетары — окружённые сильнейшими магнитными полями нейтронные звёзды диаметром около 20 км, оставшиеся после взрыва сверхновых — вращаются очень и очень быстро. Средняя скорость вращения SGR 1935 + 2154 составляет чуть больше 3 оборотов в секунду. Испускаемые ими радиовсплески сопровождаются колоссальными выбросами энергии, наблюдаемыми также в рентгеновском и гамма-диапазоне. За долю секунды высвобождается энергия, которую наше Солнце отдаёт в течение одного года, а иногда и больше.

Подобные выбросы энергии способны изменить скорость вращения нейтронной звезды, и они её изменяют. Что провоцирует эти процессы — остаётся в области гипотез. Например, это могут быть крупные астероиды, ударяющие в нейтронную звезду по направлению вращения и против него. Также учёные считают возможным явления звездотрясения, которые вызывают колебания поверхности звезды с последующими переключениями силовых линий магнитного поля.

Наблюдение радиовсплеска в октябре 2022 года позволило заподозрить ещё одну причину возникновения этих явлений. Быстрая реакция на событие и его изучение одновременно двумя разными приборами показало, что магнетар снизил скорость вращения в 100 раз быстрее, чем в случае всех предыдущих наблюдений. Снижение скорости произошло всего за 9 часов, тогда как ранее на это уходили недели и даже месяцы. Что-то ускорило этот процесс, и это должно было быть что-то новое.

В своей работе учёные доказывают, что магнетар мог выбросить в космос вещество подобно процессу вулканической деятельности. Сверхплотные недра нейтронной звезды должны существовать в состоянии сверхтекучести. Благодаря этому «жидкость» может плескаться внутри звезды и передать ей импульс, который был бы способен взломать кору и произвести извержение. Сильнейшие магнитные поля магнетара придали бы этому извержению дополнительный импульс, и образовалось бы что-то типа реактивной струи, которая могла бы в кратчайшие сроки придать нейтронной звезде ускорение или торможение.

По мнению исследователей, они нащупали нечто новое в поведении магнетаров и намерены плотнее заняться изучением вопроса, что обещает, наконец, разгадать тайну рождения коротких радиовсплесков магнетаров.

За потрясающими снимками Вселенной всегда стоит работа нескольких телескопов, каждый из которых работает в своём диапазоне электромагнитного излучения. Вся мощь «Уэбба» или «Хаббла» неспособна передать красоту космоса без данных в рентгеновском, радиочастотном и ультрафиолетовом диапазоне. Поднимая уровень оптических и инфракрасных телескопов на уровень вверх, мы не должны забывать о создании более совершенных инструментов для других частот.

Галактика Андромеда в ультрафиолетовом спектре по данным телескопа Swift. Источник изображения: NASA

Как стало известно, NASA официально утвердило создание ультрафиолетового телескопа следующего поколения, который должен быть отправлен в космос на рубеже 30-х годов. Это будет миссия Ultraviolet Explorer (UVEX) для изучения неба в ближнем и дальнем ультрафиолетовом спектре. Предыдущий подобный инструмент — Galaxy Explorer (GALEX) — работал с 2003 по 2013 год. Новый телескоп будет в 50–100 раз чувствительнее приборов GALEX.

Перед новым ультрафиолетовым телескопом будет стоять две задачи. Во-первых, он должен будет составить карту неба в ультрафиолетовом диапазоне. Во-вторых, телескоп получит возможность быстро менять ориентацию, чтобы получать изображения переходных процессов: взрывов сверхновых, слияния звёзд, джеты чёрных дыр и нейтронных звёзд и других энергетических явлений. Это станет ценнейшим дополнением к гравитационно-волновым наблюдениям неба, когда крайне сложно выявить источник гравитационной волны.

При обзоре неба в ультрафиолете мы сможем увидеть самые горячие объекты в ней. Прежде всего, это молодые и старые звёзды, когда процессы в ядрах находятся на критических стадиях активности. Также данные в ультрафиолетовом диапазоне позволят увидеть галактики с низким содержанием металлов и ряд других объектов.

Ориентировочная стоимость подготовки миссии UVEX без расходов на запуск составит $300 млн. Телескоп будет рассчитан на два года научной работы. Главные детали миссии уже проработаны, как и есть технико-экономическое обоснование проекта. Через год-два должно стартовать производство аппарата и его научных приборов.

Группа астрономов в данных телескопа NASA TESS обнаружила потенциально пригодный для обитания мир в 137 световых годах от Земли. Экзопланета TOI-715b размерами в полтора раза больше нашей планеты входит в редкую «консервативную зону обитания», в которой условия среды максимально благоприятствуют возникновению биологической жизни. Будущие наблюдения с помощью телескопа «Уэбб» обещают лучше понять ситуацию с этим любопытным объектом.

Художественное представление экзопланеты TOI-715b у красного карлика. Источник изображения: NASA/JPL-Caltech

Телескоп TESS запущен в космос в 2018 году. Он охотится за экзопланетами методом определения провалов в яркости звёзд. Частота и сила провалов позволяют вычислить орбиту небесного тела, проходящего по лику звезды-хозяйки системы, и его массу, а также плотность. По этой информации учёные воссоздают образы тех миров, которые кружат вокруг далёких звёзд.

Чем ближе эти миры, тем больше у нас возможностей лучше их изучить. Например, исследование спектра света звёзд, проходящего сквозь атмосферу экзопланет, даёт данные об их атмосферах. А это уже способность точнее определить пригодность экзопланеты для жизни, чем просто факт её нахождения в зоне обитаемости звезды. Инструменты для такого анализа есть в составе космической обсерватории им. Джеймса Уэбба и рано или поздно он, таким образом, изучит также мир TOI-715b.

«Это открытие является захватывающим, поскольку это первая суперземля в данных TESS, обнаруженная в пределах консервативной обитаемой зоны, — сказала доктор Джорджина Дрансфилд (Georgina Dransfield), научный сотрудник факультета физики и астрономии Бирмингемского университета в Соединенном Королевстве. — Кроме того, поскольку она находится относительно близко, система подходит для дальнейших исследований атмосферы».

Астрономы полагают, что TOI-715b у красного карлика существует в узкой и наиболее оптимальной области вокруг звезды, известной как консервативная обитаемая зона, на которую с меньшей вероятностью влияют пределы погрешности измерений. Орбита экзопланеты составляет 19 дней, поэтому она находится в опасной близости к своей звезде с точки зрения угрозы от вспышек и радиации. Но пока звезда-хозяйка ведёт себя спокойно — за год наблюдений было всего две вспышки небольшой интенсивности и есть вероятность, что такое не повредит гипотетической жизни на планете.

В 2026 году планируется запуск нового европейского охотника за экзопланетами — обсерватории PLATO. Он будет определять экзопланеты вокруг красных и оранжевых карликов, подобных нашему Солнцу. Астрономы получат в свои руки более мощный и более точный инструмент, благодаря которому мы сможем находить не только суперземли, но также планеты, больше соответствующие облику и размерам нашей родной Земли.

В показаниях космического рентгеновского телескопа ESA XMM-Newton учёные обнаружили странные данные, которые не соответствовали всем предыдущим наблюдениям. Сверхмассивная чёрная дыра (СЧД) в центре галактики Markarian 817 около года испускала сверхбыстрый ветер из частиц, оставаясь при этом в стадии средней активности. Раньше подобное наблюдалось только для сверхактивных СЧД и случалось крайне редко.

Художественное представление чёрной дыры, испускающей ветер из заряжённых частиц. Источник изображения: ESA / CC BY-SA 3.0 IGO

В редких случаях чрезвычайной активности сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики испускает настолько сильный ветер — выброшенные электромагнитными полями частицы вещества из аккреционного диска, что он буквально выдувает межзвёздные газ и пыль за пределы галактики. Это прекращает звездообразование и, по сути, определяет облик и судьбу галактики-хозяина.

Для астрономов важно наблюдать подобные явления, что позволяет выяснить механизм взаимодействия СЧД и приютившей её галактики и, в конечном итоге, больше узнать об эволюции этих объектов и Вселенной. Галактика Markarian 817 на удалении 430 млн световых лет от нас с СЧД массой 81 млн солнечных явно выделилась на фоне всех остальных событий такого рода.

Об активности чёрной дыры в её центре отчётливо должно было сигнализировать рентгеновское излучение, испускаемое перегретым веществом в аккреционном диске. Однако регистрируемое рентгеновским телескопом ESA XMM-Newton излучение от Mrk 817 было более чем умеренным. Контрольная проверка с помощью другой рентгеновской установки — NuSTAR NASA — подтвердило верность полученных данных. Как позже оказалось, ветер от чёрной дыры блокировал рентгеновское излучение, и по факту оно было достаточно сильным.

Анализ данных показал, что активность наблюдалась по обширному пространству аккреционного диска, что привело к образованию, как минимум трёх отдельных потоков ветра из заряжённых частиц, каждый из которых развил скорость до нескольких процентов от скорости света в вакууме. Это продолжалось около года и особым образом дало понять, как чёрные дыры и галактики могут влиять друг на друга.

«Очень редко можно наблюдать сверхбыстрые ветры, и еще реже обнаруживать ветры, энергии которых достаточно, чтобы изменить характер галактики-хозяина. Тот факт, что Markarian 817 создавал эти ветры около года, не находясь в особо активном состоянии, предполагает, что чёрные дыры могут изменять форму своих галактик-хозяев гораздо сильнее, чем считалось ранее», — сообщили авторы исследования в статье, опубликованной в журнале Astrophysical Journal Letters.

В четверг Комитет научных программ Европейского космического агентства дал добро на подготовку к производству оборудования по созданию космической лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории проекта LISA. Изготовление трёх детекторов начнётся примерно через год. В космос установка будет выведена гораздо позже, но это будет невероятный рывок в изучении Вселенной.

Источник изображения: ESA

До недавнего времени люди могли изучать космос в целом спектре электромагнитных излучений от радиодиапазона до оптического и заканчивая гамма-лучами. После запуска в работу в 2015 году лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории LIGO в США у людей появилась возможность улавливать гравитационные волны. Благодаря этому Вселенная предстала для учёных в новом свете, что невозможно переоценить.

Например, вместе с LIGO мы получили возможность напрямую уловить сигналы от чёрных дыр — невидимых и поэтому пока гипотетических объектов. Проект LISA в космосе позволит улавливать подобные сигналы в намного большем диапазоне явлений вплоть до ожидания детектирования «реликтовых» гравитационных волн.

Гравитационно-волновые обсерватории на Земле — два детектора LIGO в США, один Virgo в Италии и один KAGRA в Японии — ограничены протяжённостью и воздействием разного рода помех. Каждое из плеч земных интерферометров имеет длину около 3 км. По каждому из них благодаря зеркалам многократно курсирует лазерный луч. Если через детектор проходит гравитационная волна, то один из коридоров растягивается или сжимается в процессе искажения геометрии пространства-времени. Тогда луч в этом коридоре проходит с задержкой или опережением луча в соседнем коридоре (коридоры соединены буквой «Г»). В детекторе происходит наложение одного луча на другой и разница в сдвиге фаз расскажет о масштабе события.

Сравнительно небольшая длина коридоров позволяет фиксировать гравитационные волны только большой частоты. Во-первых, это ограничивает нас по массе объектов — LIGO и другие датчики фиксируют волны только от слияний компактных объектов, таких как нейтронные звёзды и небольшие чёрные дыры. Во-вторых, частота гравитационных волн повышается только перед слиянием таких объектов, когда гравитация заставляет их бешено вращаться вокруг общего центра масс.

Чтобы улавливать низкочастотные гравитационные волны, датчики должны быть разнесены далеко-далеко друг от друга, тогда появится возможность следить за гравитацией парных объектов за год до слияния, а также улавливать слияние сверхмассивных чёрных дыр, которые никуда не торопятся и поэтому излучают гравитационные волны в длинноволновом диапазоне.

Согласно проекту LISA, в космос будет выведено три космических аппарата. Каждый из них будет представлять собой лазерный интерферометр, построенный на основе детекторов, уже опробованных на проекте LIGO. Космические детекторы расположат треугольником, в составе которого каждый из них будет направлять луч в сторону двух других. Длина каждого плеча составит 2,5 млн км. Это будет невероятный по своим возможностям инструмент, которого буквально ещё не было в руках учёных. Мы сможем увидеть Вселенную в гравитационном спектре, если так можно сказать. Выше на видео, например, NASA показало, как это может быть на примере Млечного Пути, где каждый источник гравитационных волн привязан к тому или иному событию или объекту. Это почти как заглянуть в суть вещей.

А ведь это не всё! Группа европейских учёных предложила лёгким движением руки превратить проект LISA в LISAmax. Технически нам ничего не мешает разместить в космосе детекторы на другом расстоянии, чтобы повысить их чувствительность к гравитационным явлениям. Поэтому учёные обосновали возможность разнести детекторы на 295 млн километров! Не исключено, что к 2034 году, когда начнётся вывод детекторов LISA в космос, у нас появится возможность сделать этот проект ещё более революционным.