Экзопланеты слишком маленькие и очень далеки, чтобы мы могли увидеть эти миры прямо в оптические телескопы. Поэтому почти все из обнаруженных на сегодня 5300 экзопланет выявлены тем или иным косвенным способом. Тем удивительнее было сделать открытие инопланетного мира с использованием редкого астрономического наблюдения и затем подтвердить его существование прямым наблюдением. Но самое ценное в этом — создание новой методики поиска экзопланет.

Одно из изображений экзопланеты HIP-99770b с телескопа Субару. Источник изображения: T. Currie/Subaru Telescope/UTSA

В астрономии для косвенного поиска экзопланет используется два основных метода: транзитный и доплеровский. В первом случае астрономы ищут повторяющиеся провалы в блеске звёзд, когда экзопланета перекрывает её свет при проходе по диску в орбитальном движении, а во втором случае фиксируются повторяющиеся изменения в длине волны света звёзд — так называемое доплеровское смещение. Пара звезда-планета вращается вокруг общего центра масс и звезда то приближается в нашу сторону, то движется от нас, что находит отражение в её спектре. В обоих случаях становится возможным обнаружить очень близкие к звёздам экзопланеты, что мешает разглядеть их в оптические телескопы на фоне яркого света материнских звёзд.

Но заметить «танец» звезды на небе можно и другим способом — астрометрическим. Измеряя точное положение звёзд в небе и их радиальную скорость, можно обнаружить характерное кружение звёзд вокруг линии, по которой она должна двигаться при вращении вокруг центра галактики.

Источник изображения: ЕКА

Если в системе звезды есть достаточная по массе экзопланета или несколько экзопланет, то звезда будет двигаться характерной «змейкой». Такие данные обнаружились в наблюдениях европейской космической станции Gaia «Гайя». «Гайя» точнейшим образом измеряет координаты звёзд и их скорости движения относительно Земли. Фактически она строит трёхмерную карту звёзд в Млечном Пути в динамике, что даёт массу информации для самых разнообразных открытий.

Ряд звёзд уже привлёк внимание астрономов и одна из них — HIP-99770 — была изучена на предмет наличия экзопланеты. Из данных «Гайи» стало понятно, в какую точку Вселенной надо смотреть и с помощью оптических телескопов Субару и обсерватории Кека на Гавайях в указанной области пространства у звезды HIP-99770 была визуально обнаружена экзопланета, получившая название HIP-99770b.

Таким образом, астрометрический метод дал звезду-кандидата на систему с экзопланетой, и проведённое после этого прямое наблюдение обнаружило там инопланетный мир. Из данных «Гайи» и базы более старой европейской астрометрической орбитальной обсерватории Hipparcos выделены ещё около 50 звёзд-кандидатов, «петляющих» по небу в своём галактическом движении, где также будут проводиться оптические поиски экзопланет. Эти исследования помогут отработать новую методику поиска инопланетных миров.

Испытанный учёными метод позволяет открывать экзопланеты на удалённых орбитах, что ценно само по себе. Экзопланета HIP-99770b имеет 14–16 масс Юпитера и в 1,05 раза больше радиуса Юпитера. Она вращается вокруг звезды массой в две солнечные массы, поэтому находясь от неё в три раза дальше Юпитера (на удалении 15 а. е.) получает примерно столько же энергии, как Юпитер.

Прямое наблюдение экзопланеты в телескоп вместе с астрометрическим методом позволило не только получить данные о размере, плотности и диаметре экзопланеты, но и дало увидеть облака в её атмосфере и даже что-то типа пояса Койпера вокруг местной звезды. Без сомнения, учёные ещё не раз будут изучать такой интересный объект, пытаясь получить о нём и его атмосфере больше данных. В конце концов, когда-нибудь будет обнаружен и близнец Земли. И чем больше у нас будет способов поиска таких экзопланет, тем быстрее это произойдёт.

Для учёных поиски экзопланет и потенциально обитаемых иных миров стали обычным делом. Но мы продолжаем искать инопланетную жизнь по своим меркам — там, где вода может быть в жидкой форме. Для этого экзопланеты сортируют с учётом нахождения в так называемой «зоне обитаемости» своей звезды, а это в целом редкое пока явление и, как считают некоторые специалисты, ставить во главу угла наличие жидкой воды — это неправильно. Искать нужно совсем другое.

Экзопланета Proxima b на орбите в зоне обитания звезды Proxima Centauri. Источник изображения: ESO/M. Kornmesser

В целом жизнь можно описать как непрерывный процесс вычислений или работу с информацией, которая в природе происходит с учётом обратной связи в виде естественного отбора. Информация о биологических организмах на Земле хранится в ДНК, а определённые белки и другие соединения обрабатывают эту информацию. Фактически потенциал жизни — это потенциал вычислений. И вода в этом процессе может играть как решающую роль, если мы рассматриваем земную биологию, так и вовсе может не иметь к нему отношение. В конце концов, есть же и другие растворители?

По мнению авторов статьи, поиск зон обитания необходимо расширить до поиска зон, где могут проходить вычисления. Для возникновения жизни в зонах вычислений необходимо три базовых условия: во-первых, должен быть богатый состав химических элементов; во-вторых, должен быть источник любой энергии для осуществления химических реакций и совсем необязательно солнечной; и, в-третьих, должен быть субстрат для проведения и поддерживания реакций (на Земле это верхний слой литосферы и океаны).

Основываясь на новом подходе жизнь можно искать в более широких рамках и вне установленных зон обитаемости с жидкой водой. Предложенные поправки позволят нам шире посмотреть на проблему возникновения и распространения жизни во Вселенной.

Среди целого ряда целей для изучения в списке космической обсерватории «Джеймс Уэбб» (James Webb) значатся остатки сверхновых. Всё, что мы видим вокруг и из чего состоим сами, — всё рождено в звёздах. Каждый атом нашего тела когда-то был рождён звездой, и некоторые атомы были выброшены во Вселенную во взрывах сверхновых. В этих процессах остаётся много неизвестного земной науке, и «Джеймс Уэбб» стал инструментом для их познания.

Нажмите, чтобы увеличить. Источник изображения: NASA, ESA, CSA, D. D. Milisavljevic (Purdue)

Сверхновая в созвездии Кассиопея вспыхнула 340 лет назад. Это самые молодые остатки события такого рода в нашей галактике. Размеры остатков Cas A простираются на 10 световых лет и удалены от нас на 11 тыс. световых лет. Поскольку событие случилось сравнительно недавно, рассмотрение объекта — отличный способ узнать о характере, направлении и интенсивности разлёта остатков. Сверхчувствительные инфракрасные приборы «Уэбба» позволяют в деталях рассмотреть структуру газа и пыли после события и воссоздать историю звезды даже до момента её взрыва.

Остатки Кассиопея А ранее широко изучались рядом наземных и космических обсерваторий, включая рентгеновскую обсерваторию NASA «Чандра». Эти данные, полученные на разных длинах волн, были объединены с данными «Уэбба» для воссоздания детальной картины происшествия. Добавим, все изображения с «Уэбба» получены в невидимом для человеческого глаза диапазоне, и поэтому для общего использования и эстетики они специально раскрашиваются. По мере повышения частоты электромагнитного излучения объекта ему присваивают цвета от красного до синего.

На полученном «Уэббом» снимке Cas A сверху и слева по границам картинки мы видим завесы из материала оранжевого и красного цвета, рождённые излучением тёплой пыли. В этих областях выброшенное звездой вещество сталкивается с окружающим околозвездным газом и пылью. Ярко светящееся вещество звезды в виде пестрых нитей ярко-розового цвета лежит чуть глубже остывающей пыли и выделяется благодаря свечению смеси различных тяжелых элементов, таких как кислород, аргон и неон и других.

Во внутреннем пространстве объекта выделяется петля зелёного цвета, проходящая от центра к правому краю. В ней много пузырьков, природу которых учёные пока объяснить не могут, но отчаянно пытаются. Детальный разбор этого изображения — шанс приблизиться к пониманию происхождения космической пыли в межзвёздном пространстве. Её неожиданно много даже в молодых галактиках. Сверхновые — это один из предполагаемых источников космической пыли во Вселенной, но до конца этот вопрос так и не решён. Наблюдение за Cas A с помощью «Уэбба» позволит пролить толику света на эту загадку.

«Понимая процесс взрыва звёзд, мы читаем свою собственную историю происхождения», — говорят астрономы.

В серии наблюдений «Хаббла» астрономы увидели явную помеху — светлый росчерк, который сочли попаданием в датчик космической частицы. Но детальное изучение снимка принесло нечто ранее невиданное. Оказалось, что на снимке чёрная дыра во всю прыть убегала из двойной системы чёрных дыр и на ходу теряла зарождающиеся звёзды. Такое-то придумать сложно, а увидеть — так просто чудо.

«Космический бильярд» глазами художника. Источник изображения: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)

Согласно проделанным расчётам, сверхмассивная чёрная дыра с массой около 20 млн масс Солнца быстро удаляется от двойной системы чёрных дыр. Беглянка оставила за собой невиданный ранее шлейф из новорожденных звёзд длиной 200 000 световых лет. Длина шлейфа в два раза превышает диаметр нашей галактики Млечный Путь — это колоссальное и абсолютно необычное образование.

«Мы думаем, что видим за чёрной дырой след, в котором газ охлаждается и способен образовывать звезды. Таким образом, мы наблюдаем звездообразование за чёрной дырой, — сказал ведущий автор исследования. — То, что мы видим, это последствия. Как след за кораблем, мы видим след за чёрной дырой». Учитывая, что шлейф за чёрной дырой почти в два раза ярче связанной с ним галактики, в следе должно быть много новых звёзд, полагают учёные.

Чёрная дыра не успевает поглотить вещество позади себя, поскольку движется очень быстро. Но и летящий впереди неё газ тоже падает на дыру не весь. Это ионизированный кислород, ярко светящийся на снимке либо от аккреции вещества на дыру, либо от ударных процессов. Что там происходит точно, учёные не берутся пока судить. Для этого будут проведены дополнительные исследования, включая наблюдения с помощью «Джеймса Уэбба».

То же событие на датчиках «Хаббла». Источник изображения: NASA, ESA

Условным началом этого необычного космического бильярда можно считать вероятное образование 50 млн лет назад двойной системы из чёрных дыр — она родилась из двух сошедшихся галактик. Затем появилась третья галактика со своей сверхмассивной чёрной дырой в центре и в системе началась гравитационная разбалансировка. Одна из трёх чёрных дыр получила импульс и была выброшена из галактики-хозяина. Она полетела в одну сторону, а пара других дыр — в другую. Похоже, что двойная система чёрных дыр тоже покидает галактику-хозяина, поскольку в её центре чёрные дыры не определяются, а на границе замечена активность.

Ждём новых данных от телескопов «Джеймс Уэбб» и «Чандра». Обнаруженное астрономами событие настолько необычное, что оно ещё сможет удивить.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США прислал свежий снимок планеты Уран — ледяного гиганта Солнечной системы. На представленном снимке отчётливо видны кольца Урана и некоторые спутники планеты.

Источник изображений: NASA / ESA / CSA / STScI / J. DePasquale (STScI)

Уран является седьмой планетой от Солнца, и он действительно уникален. Планета вращается «лежа на боку» — экватор повёрнут к плоскости орбиты почти на 98 градусов. Этим обусловлены экстремальные климатические условия, ведь полюса Урана в течение многих лет находятся под солнечным светом, а затем на столь же длительный период погружаются в полную темноту. Период обращения Урана вокруг Солнца занимает 84 года. В настоящее время на северном полюсе, который попал в объектив космической обсерватории, идёт поздняя весна, а лето наступит в 2028 году.

Новое изображение Урана получено с помощью камеры ближнего инфракрасного диапазона NIRCam, которая размещена в конструкции «Джеймса Уэбба». На полученном изображении планета имеет голубой оттенок. Изображение раскрывает некоторые особенности динамичной атмосферы планеты. На правой стороне Урана на полюсе, обращённом к Солнцу, есть область повышенной яркости, которую называют полярной шапкой. Она является уникальной, поскольку появляется только в период, когда на эту область попадают прямые солнечные лучи.

Осенью полярная шапка исчезает и учёные надеются, что полученные в ходе наблюдения данные помогут узнать больше об этом феномене. На краю полярной шапки можно рассмотреть яркое облако, а также несколько протяжённых объектов сразу за краем шапки. Второе яркое облако видно у левого края лимба планеты. Такие облака типичны для Урана и, вероятно, связаны с грозовой активностью. Планета характеризуется как ледяной гигант из-за своего химического состава. Считается, что большую часть массы планеты составляет горячая плотная жидкость из «ледяных» материалов, таких как вода, метан и аммиак.

Уран имеет 13 известных колец, 11 из которых видны на представленном снимке. Некоторые из них получились настолько яркими, что может показаться, как будто они сливаются в одно широкое кольцо. В дополнение к этому в поле зрения космической обсерватории попали многие из 27 известных спутников Урана. Шесть наиболее ярких спутников выделены на представленном NASA снимке.

Наблюдения космической обсерватории «Хаббл» поставили точку в вопросе существования двойных квазаров в ранней Вселенной. Орбитальный телескоп однозначно перевёл объект SDSS J0749 + 2255 из кандидата во впервые подтверждённую двойную систему квазаров на этапе примерно 3 млрд лет после Большого взрыва. Открытие позволит обнаружить больше подобных объектов, а это путь к пониманию эволюции сверхмассивных чёрных дыр, о которой наука знает мало.

Двойной квазар в представлении художника. Источник изображения: NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI)

Объект SDSS J0749 + 2255 был обнаружен космической обзорной астрометрической обсерваторией Gaia. «Гайя» не смотрит так далеко. Точнее, основная её задача — астрометрия или определение трёхмерных координат и радиальных скоростей ближайших к нам звёзд, прежде всего в нашей галактике. Однако датчики «Гайи» улавливают также свет далёких и особенно таких ярких объектов, как квазары (активных галактических ядер и, по совместительству, сверхмассивных чёрных дыр в их центрах).

В данных «Гайи» объект SDSS J0749 + 2255 выглядел скачущим по небу подобно далёкому перемигиванию сигнализации на железнодорожном переезде. Детальное изучение объекта с помощью других астрономических приборов и другими обсерваториями показало, что это пара активных ядер двух сходящихся галактик или квазаров. Поскольку квазары вспыхивали ярче, когда чёрные дыры в их центрах захватывали ближайшее к ним вещество, и это происходило случайным и далеко не синхронным образом, со стороны это выглядело, как прыжки яркого объекта с одного места в небе на чуть-чуть другое.

Двойной квазар на датчиках «Хаббла». Источник изображения: NASA, ESA

Разобраться с объектом и определить до него расстояние помогли наблюдения в целом спектре диапазонов земными обсерваториями им. Кека, «Джемини», VLA и космическими телескопами «Чандра» и «Хаббл». Подвёл черту под исследованиями «Хаббл», который чётко показал, что мы имеем дело с двойным квазаром — двумя активными ядрами галактик, начавших слияние. Расстояние между квазарами оказалось сравнимо с размерами галактики и они начали гравитационное взаимодействие. Согласно расчётам, через 220 млн лет после этого чёрные дыры в их центрах образуют двойную систему и со временем сольются, образуя сверхмассивную чёрную дыру и старую сверхмассивную галактику.

«Мы начинаем открывать вершину айсберга ранней популяции двойных квазаров, — сказал один из ведущих авторов работы, опубликованной в Nature. — В этом уникальность данного исследования. Оно фактически говорит нам, что эта популяция существует, и теперь у нас есть метод идентификации двойных квазаров, которые разделены менее чем размером одной галактики».

Во вторник в журнале Nature Astronomy вышла прошедшая рецензию статья, которая утвердила статус самой древней из наблюдаемых галактик. Объект JADES-GS-z13-0 образовался через 320 млн лет после Большого взрыва. На нынешнем отрезке жизни Вселенной это всего 2 % от её существования. Открытие бросает вызов нашему чёткому пониманию эволюции звёзд, галактик и даже самой Вселенной.

Источник изображения: Robertson et al., Nature Astronomy, 2023

Галактика JADES-GS-z13-0 и три других подобных объекта в ранней Вселенной были обнаружены летом прошлого года в первых обзорах космической обсерватории «Джеймс Уэбб». Это были фотометрические обзоры, которые не позволяют оценить истинное расстояние или, если угодно, возраст галактик. Об удалённости светящихся объектов во времени говорит их спектр. Точнее, анализ линий спектра молекулярного водорода и поиск так называемого предела Лаймана (длина волны 91,15 нм). Спектр обрывается на этой границе, и это служит точкой отсчёта для вычисления величины красного смещения объекта и его удалённости от нас.

Учёные из международной группы астрономов использовали инфракрасные спектрографы «Джеймса Уэбба» для вычисления красного смещения четырёх галактик в ранней Вселенной: JADES-GS-z10-0, JADES-GS-z11-0 и JADES-GS-z12-0 и JADES-GS-z13-0. И если до этого все четыре галактики были кандидатами в своей категории, то после спектрального анализа и публикации статьи они стали тем, чем являются — первые три галактики находятся на отрезке менее 450 млн лет после Большого взрыва и их красные смещения, соответственно, равны 10,38, 11,58 и 12,63, а четвёртая и вовсе рекордсмен!

Самой далёкой от нас стала галактика JADES-GS-z13-0 со смещением 13,2 или обнаруженная через 320 млн лет после Большого взрыва. Прежний рекорд был установлен в наблюдениях «Хаббла» — галактика GN-z11 со смещением 10,95 или на этапе 400 млн лет после Большого взрыва.

Также изучение всех четырёх объектов показало, что они имеют массы примерно 100 млн солнечных масс, что для первых галактик нормально. Наш Млечный Путь, например, имеет массу 1,5 трлн солнечных масс. При этом в юных галактиках происходит активное звездообразование (относительно их масс) — каждый год там рождается примерно по три звезды массы Солнца. Кроме того, как положено юным галактикам, они бедны на металлы или на химические вещества тяжелее гелия.

В принципе, открытие галактик в такой ранний период эволюции Вселенной крайне познавателен, но не столь необычен. Необычность, которая бросает вызов нашим знаниям о Вселенной, в том, что таких объектов много больше и они более активны, чем считалось ранее. Тот же «Джеймс Уэбб» обнаружил чуть позже шесть очень массивных галактик в ранней Вселенной, где им быть в теории не положено, но они там есть.

Наблюдения и расчёты показывают, что Вселенная расширяется, и в каждый момент времени это происходит с одинаковой скоростью в наблюдаемой области и далеко за её пределами. Точнее, так должно быть в теории, но на практике нужный для расчёта скорости коэффициент — постоянная Хаббла — имеет два разных значения в зависимости от метода его вычисления. Это парадокс, и учёные сделали его ещё острее.

Цефеида RS Puppis, сфотографированная «Хабблом». Источник изображения: NASA, ESA

Постоянная Хаббла рассчитывается либо с опорой на реликтовое излучение, либо по данным наблюдений с использованием «космической линейки» — разного рода галактических и внегалактических естественных маяков. Разница в данных получается примерно чуть больше 5,6 (км/с)/Мпк (километра в секунду на мегапарсек или примерно на 3,26 млн световых лет). Казалось бы, мелочь. Но из-за этой «мелочи» математически точную модель многих процессов эволюции Вселенной нельзя построить, включая расстановку точек в поисках тёмной материи и энергии.

Используя данные реликтового излучения — оставшегося после Большого взрыва микроволнового излучения в ранней Вселенной — учёные с помощью наблюдения со спутника «Планк» вычислили, что постоянная Хаббла должна быть 67,4 ± 0,5 (км/с)/Мпк. Наблюдения за звёздами дали иной результат — 73,0 ± 1,0 (км/с)/Мпк, за что в своё время была выдана Нобелевская премия. Возник парадокс, названный «напряжённостью Хаббла». Либо учёные ошибаются в наблюдениях, либо строят ошибочные модели эволюции Вселенной.

Группа астрономов с факультета физики Федеральной политехнической школы Лозанны провела углублённый анализ таких переменных звёзд, как цефеиды. Это звёзды переменной светимости, характеристики которых настолько хорошо поняты, что они играют роль ближних маяков во Вселенной. Это основа «лестницы расстояний» — методики оценки удалённости астрофизических объектов. Эта основа служит для поддержки другой ступеньки — сверхновых в далёких галактиках. Вспышки сверхновых и ряд других данных как раз дают базу для расчёта постоянной Хаббла в наблюдаемой Вселенной. Но начинается всё с цефеид.

Свежий релиз данных астрометрического спутника Gaia позволил учёным заново откалибровать цефеиды в нашей галактике. Это означает, что «космическая линейка» повысила точность до рекордных значений — до погрешности менее ±0,9 %. Это до предела укрепило постоянную Хаббла на отметке 73,0 ± 1,0 (км/с)/Мпк. Вероятность ошибки ничтожна. Если такая же точность будет достигнута в результате измерения постоянной Хаббла по реликтовому излучению, то наше представление о механизме развития и жизни Вселенной придётся менять.

Астрономы засекли повторяющийся радиосигнал из космоса и проследили его до каменистой экзопланеты размером с Землю. Но это не передача от инопланетного разума. Суть открытия в другом — это может быть признаком магнитного поля у далёкой планеты. А магнитное поле — это щит для атмосферы и база для зарождения биологической жизни. До этого никто ещё не находил землеподобных экзопланет с признаками магнитного поля. Планета YZ Ceti b стала первой.

Источник изображения: National Science Foundation/Alice Kitterman

Сразу отметим, что исследование изобилует допусками и не может считаться завершённым. Обнаруженный повторяющийся радиосигнал от планеты YZ Ceti b из системы звезды YZ Ceti в созвездии Кита немного не совпадает с периодом орбиты экзопланеты. Этому тоже может быть объяснение. Например, магнитное поле экзопланеты имеет наклон, и это вносит неточность в период повторения радиовсплесков.

В то же время данных достаточно, чтобы построить примерную модель происходящего в системе YZ Ceti. Планета YZ Ceti b делает один оборот вокруг своей звезды примерно за двое суток. Эта звезда не такая яркая и горячая как наше Солнце, но двое суток — это очень и очень близко, чтобы там была жидкая вода и условия для зарождения биологической жизни. Зато появляется возможность для регистрации сильного взаимодействия магнитных полей звезды и планеты.

На больших орбитах это сделать невозможно. По крайней мере, если использовать современные астрономические приборы и методики. Однако если планета расположена совсем рядом со звездой, то плазменный ветер светила будет вызывать значительные возмущения магнитного поля планеты, что, как предполагают учёные, они смогли наблюдать в системе YZ Ceti.

Данные наблюдений учёные представили в статье в журнале Nature Astronomy. Если они подтвердятся, это станет открытием первой каменистой землеподобной экзопланеты с собственным магнитным полем. На этой конкретной планете жизни в нашем понимании нет, и не будет, но открытие приведёт к разработке методики обнаружения магнитных полей у экзопланет в целом, а это ещё одна возможность для направленного поиска жизни во Вселенной.

Всего час наблюдений «Джеймса Уэбба» за галактикой в ранней Вселенной помог сделать открытие, которое может стать мостиком к раскрытию одной из загадок в эволюции Вселенной — как и каким образом образовались первые сверхмассивные чёрные дыры, если во время их роста не было необходимых для этого условий. Эволюция чёрных дыр изобилует пробелами, и все новые данные о них имеют особую ценность.

Источник изображения: Pixabay

Открытие сделано при наблюдении за галактикой EGSY8p7 (позже переименована в CEERS_1019), обнаруженной ещё в данных «Хаббла» в 2015 году. Это галактика из ранней Вселенной, примерно в 570 млн лет от Большого взрыва. Удалённость объекта и эффект расширения Вселенной сместили свет от неё далеко в инфракрасную область — это как раз специализация «Джеймса Уэбба».

Первоначально объект EGSY8p7 был интересен учёным по причине ярчайшего проявления эффекта звездообразования. Чувствительные спектрометры «Уэбба» увидели в спектре галактики влияние иных явлений, кроме звездообразования. Оказалось, у EGSY8p7 (CEERS_1019) активное галактическое ядро, что означает наличие там активно растущей сверхмассивной чёрной дыры. Увидеть одновременно оба явления — это оказалось удивительным.

Расчёты показали, что масса чёрной дыры у EGSY8p7 в 10 млн раз превышает массу Солнца. Это относит её к нижнему уровню сверхмассивных чёрных дыр. Это не первый подобный объект в ранней Вселенной. Ранее там были открыты гораздо более крупные чёрные дыры: галактика-квазар J1342+0928, обнаруженная в 690 млн лет после Большого взрыва, имеет сверхмассивную чёрную дыру массой в 800 миллионов Солнц, а чёрная дыра в J0313-1806, обнаруженная в 670 млн лет после Большого взрыва, имеет массу 1,6 млрд Солнц.

В то же время в обоих галактиках-квазарах в спектре доминирует активное ядро, чего нет в случае галактики EGSY8p7. Поэтому она может быть промежуточным этапом в эволюции сверхмассивных чёрных дыр. А ведь «Уэббу» дали только час на совершение этого интересного открытия! Учёные уверены, что вскоре «Джеймс Уэбб» начнёт выдавать такой огромный поток новых данных по этим и другим объектам в ранней Вселенной, что наше понимание об эволюции звёзд и устройства мира перейдёт на новый качественный уровень.

Используя архивные данные и наблюдения телескопа «Хаббл» астроном-ветеран сделал интересное открытие, которое 40 лет было на виду и не привлекло к себе внимания. В своей работе он показал, что кольца Сатурна заставляют атмосферу планеты нагреваться. Такое явление никогда ранее не наблюдалось в Солнечной системе, и оно даёт в руки учёных инструмент для поиска колец у экзопланет в иных звёздных системах.

Источник изображения: NASA, ESA, Lotfi Ben-Jaffel (IAP & LPL)

О влиянии частиц колец на верхние слои атмосферы Сатурна в своё время сообщили данные с зонда «Кассини». В конце свей миссии в 2017 году зонд погрузился в атмосферу Сатурна и измерил её составляющие. Данные подтвердили, что многие частицы падают внутрь планеты из колец, но их влияние оставалось неизвестным. Забавно, но воздействие частиц колец на атмосферу Сатурна зафиксировала ещё пара зондов «Вояджер» 40 лет назад, когда пролетала мимо этой планеты. Но тогда учёные сочли сигналы на детекторах помехой и не придали им значение.

Разобраться в вопросе помогли свежие наблюдения за Сатурном с помощью спектрографа телескопа «Хаббл». Целью наблюдений были спектральные линии горячего атомарного водорода в атмосфере планеты. По яркости этих линий можно судить об интенсивности нагрева атмосферы и она явно превышала уровень нагрева от Солнца. Что-то ещё разогревало атмосферу и с явным избытком энергии.

Данные с «Хаббла» помогли откалибровать «шум» в измерениях «Вояджеров», информацию с «Кассини» и данные со старого орбитального телескопа International Ultraviolet Explorer, запущенного ещё в 1978 году и давно выведенного из эксплуатации. Обнаружилось, что избыток ультрафиолета в излучении атмосферы Сатурна присутствовал во всех данных независимо от времени года, орбитального положения Сатурна и активности Солнца. Логичным объяснением этому может быть только одно — частички колец падают в атмосферу и нагревают её, уверен сделавший открытие астрофизик Лотфи Бен-Джаффель (Lotfi Ben-Jaffel) из Института астрофизики в Париже и Лунной и планетарной лаборатории Аризонского университета, автор статьи, опубликованной 30 марта в журнале Planetary Science.

«Мы находимся только в самом начале изучения этого влияния характеристик колец на верхнюю атмосферу планеты. В конечном итоге мы хотим получить глобальный подход, который позволит получить реальные данные об атмосферах далеких миров, — говорит автор. — Одна из целей этого исследования — посмотреть, как мы можем применить его к планетам, вращающимся вокруг других звезд. Назовем это поиском "экзо-колец"».

9 октября 2022 года произошло небывалое ранее событие. Практически все гамма-телескопы в космосе и на Земле оказались ослеплены мощнейшей за всю историю наблюдения гамма-вспышкой. По грубым оценкам, это событие в 1000 раз превзошло интенсивность типичных гамма-всплесков. Датчики приборов не были рассчитаны на такую мощность и не смогли определить силу сигнала. Впрочем, это по чистой случайности удалось сделать китайскому телескопу.

Китайские телескопы, которые смогли. Источник изображения: IHEP

Как отметили в пресс-релизе NASA, данные о событии GRB 221009A, которое также окрестили BOAT — The brightest of all time или, по-русски, «ярчайшим за всё время», — восстанавливали всем миром, включая Россию и Китай. На основе собранной информации сделан вывод, что гамма-всплеск GRB 221009A был в 70 раз мощнее самого яркого предыдущего такого события. Также изучение статистики за всё время наблюдения гамма-вспышек, а их зафиксировано 12 тыс., позволяет сделать вывод, что подобные ярчайшие вспышки могут случаться один раз в 10 тыс. лет.

Данные по событию. Реконструкция для телескопа «Ферми». Источник изображения: NASA's Goddard Space Flight Center and Adam Goldstein (USRA)

По словам китайских астрономов, данные по вспышке GRB 221009A получены в основном благодаря небольшому китайскому орбитальному гамма-телескопу GECAM-C. Чисто случайно почти все датчики аппарата были отключены, когда он вошёл в зону наблюдения за вспышкой GRB 221009A. «Это как прищуриться, когда вы решили взглянуть на Солнце», — пояснили специалисты. Тем самым приборы измерения на борту GECAM-C не были перегружены и смогли получить наиболее полные данные по событию, которые также были дополнены данными с китайского рентгеновского телескопа Insight-HXMT.

По оценкам китайских учёных, интенсивность GRB 221009A была ниже — лишь в 50 раз мощнее самого яркого из прежде зафиксированных всплесков. Обнаружена другая странность. Луч выброса был очень и очень узким — всего 0,7 °, тогда как раскрытие ранее фиксируемых джетов обычно было порядка 5 °. Эти данные могут дать новую пищу для уточнения моделей поведения сверхновых, схлопывающихся в чёрную дыру — именно в эти моменты происходят гамма-всплески, как считают учёные. По их мнению, гамма-всплеск — это первый вздох только что родившейся чёрной дыры.

В то же время, ярчайший гамма-всплеск GRB 221009A не был самым мощным по выбросу энергии. Ярким он стал только по одной причине — он был направлен точно на Землю. Вернее, Земля оказалась на его пути, ведь само событие произошло 2 млрд лет назад и луч преодолел это расстояние за соответствующее количество лет. Очень хорошо, что такое происходит не так часто, не с такой точностью и не так близко. Если подобный выброс даже краешком затронет Землю после возникновения в нашей галактике, наша планета может стать стерильной от любой биологической жизни.

В NASA сообщили, что сегодня в 05:33 по московскому времени на Солнце произошла мощная вспышка. Интенсивность события была экстремального класса с индексом X1.2. В это время на освещённой стороне Земли резко ухудшилась, а местами совсем пропала высокочастотная радиосвязь. О выбросе коронарной массы не сообщается, поэтому информации о возможной скорой геомагнитной буре нет.

Источник изображения: www.spaceweather.gov

Солнце движется к пику активности в своём очередном 11-летнем цикле. Текущий цикл 25-й по счёту с момента начала детальных наблюдений за Солнцем. Пик активности ожидается в конце 2024 года или в начале 2025 года. До этого осталось не так много времени, и уже собрано достаточно статистики, чтобы ожидать ощутимо большей активности Солнца, чем в предыдущем цикле и, надо сказать, складывающаяся ситуация беспокоит учёных.

Особую озабоченность вызывает растущий на орбите флот спутниковых созвездий связи. При утере управляемости, а оборудование может выйти из строя после особенно мощной и крайне неудачно направленной на Землю вспышки, разрушение спутников на орбите может принять каскадный и лавинообразный характер. Это вряд ли приведёт к тотальным разрушениям на Земле, но небо для запуска новых космических аппаратов может закрыть надолго. Недавний цикл статей в Nature был именно об этом.

С начала текущего года сегодняшняя вспышка класса X четвёртая по счёту в этой категории, но не самая сильная. Самая сильная с индексом X2.2 произошла 17 февраля. Впрочем, у нас есть к чему «стремиться». С момента наблюдения за Солнцем самая сильная вспышка произошла в 2003 году — ей был присвоен «внеклассовый» индекс X28. Когда она произошла, в нескольких штатах США было полное отключение энергосетей, не говоря о перебоях в связи.

Учёные из Даремского университета в Великобритании смогли более точно определить массу сверхмассивной чёрной дыры в центре массивного галактического скопления Abell 1201 на удалении около 2,7 млрд световых лет от нас. Это оказался настоящий монстр, масса которого превышает массу Солнца в 32,7 млрд раз. Размеры горизонта события этой дыры настолько большие, что туда поместилось бы шесть Солнечных систем вместе с облаком Оорта.

Эффект гравитационного линзирования. Источник изображения: NASA, ESA & L. Calçada

Чёрная дыра в галактическом скоплении Abell 1201 неактивная и поэтому она никак не видна в наши приборы. Если бы дыра поглощала окружающее вещество, то мы могли бы видеть излучение от перегретого внутреннего края диска аккреции. Обнаружить объект помог эффект гравитационного линзирования. Он настолько сильный, учитывая сверхмассу чёрной дыры, что далёкая фоновая галактика выглядит на изображении, как натуральная бровь над глазом.

Свет от далёкой фоновой галактики искажается и усиливается благодаря эффекту искажения пространства-времени. Всё это можно использовать в расчётах, что дало первый результат при подсчёте массы чёрной дыры в центре Abell 1201. Исследователи из Даремского университета воспользовались новыми наблюдениями и смогли уточнить массу объекта. Она оказалась на 7 млрд масс Солнца больше первоначально полученного значения и это крайне интересно.

Дело в том, что нам известно всего десять сверхмассивных чёрных дыр подобной массы. Это важно, поскольку мы приближаемся к теоретическому пределу по этому показателю. Считается, что чёрная дыра не может быть тяжелее 50 млрд масс Солнца. Доказать существование объекта массой 32,7 млрд масс Солнца — это подойти ближе к теоретической границе и сделать наше понимание Вселенной чуть чётче.

«Эта конкретная чёрная дыра, которая примерно в 30 млрд раз превышает массу нашего Солнца, является одной из самых больших из когда-либо обнаруженных и находится на верхней границе того, насколько большими, по нашему мнению, теоретически могут стать чёрные дыры, поэтому это чрезвычайно захватывающее открытие», — объяснил физик Джеймс Найтингейл (James Nightingale) из Даремского университета.

Изображение Abell 1201 BCG, на котором хорошо видна линзированная галактика в виде мазка в правом верхнем квадранте. Источник изображения: Smith et al., MNRAS

Полученный результат, подтверждённый длительным моделированием, ставит чёрную дыру Abell 1021 BCG в десятку самых массивных черных дыр, обнаруженных на сегодняшний день. Диаметр горизонта событий составит более 1290 а.е. Для сравнения, расстояние от Солнца до Плутона составляет всего 40 а.е., а расстояние от Солнца до края облака Оорта не более 100 а.е. В эту чёрную дыру войдут шесть Солнечных систем в ряд вместе со своими облаками Оорта, что просто поражает воображение.

«Этот подход [методика подсчёта массы] может позволить нам обнаружить гораздо больше чёрных дыр за пределами нашей локальной Вселенной и показать, как эти экзотические объекты эволюционировали в космическом времени», — уверяют учёные. О работе рассказано в одном из престижных астрономических журналов — Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Загадочная тёмная материя ещё не обнаружена в природе в виде осязаемых частиц вещества, но учёные уже предложили методику для поиска целых планет из тёмной материи. Это кажется невозможным, но в целом физика поведения тёмной материи понятна, и планету из неё можно относительно легко отличить от планеты из обычного вещества, а с обнаружением обычных экзопланет у людей давно нет никаких проблем.

Источник изображения: Pixabay

Базовые алгоритмы для поиска планет из тёмной материи создала группа учёных из Университета Висконсин-Мэдисон. Очевидно, что поведение пары из звезды и экзопланеты из тёмной материи будет разительно отличаться от поведения звезды и обычной экзопланеты. Отличия будут во всех случаях, которые позволяют обнаружить экзопланеты. Чаще всего таких ситуации две: экзопланета проходит по диску звезды, и мы видим кратковременное и периодическое снижение блеска звезды; или звезда меняет радиальную скорость, что говорит о её колебательном движении вокруг общего центра масс звезда-экзопланета.

Предполагается, что тёмная материя может существовать как в виде частиц, так и в виде сгустков. Сгустки в виде макроскопических структур вполне могут иметь планетарную массу. Именно это предположение сделали учёные, начав работать над методикой поиска экзопланет из тёмного вещества. По их мнению, «макроскопическое состояние тёмной материи с массой и/или радиусом, похожими на планету, будет вести себя как тёмная экзопланета, если она ограничена звёздной системой, даже если физика, лежащая в основе объекта, напоминает что-то совсем другое».

Современные методы обнаружения экзопланет позволяют определить их ключевые свойства: радиус, массу и плотность. В некоторых случаях мы можем определить даже состав атмосферы экзопланеты. Это всё легко считается и отлично укладывается в разработанные модели от зарождения планет и звёзд до их гибели. Но если расчёты покажут нечто выходящее за рамки — экзопланету с плотностью выше, чем у железа или, наоборот, с плотностью близкой к нулю — всё это будет намекать на иную физику и, возможно, укажет на экзопланету из тёмного вещества.

Среди массы полученных об экзопланетах данных учёные не смогли найти открытия, выходящие за рамки привычной физики. Но чётко очертить такие рамки учёные себе позволили. Если удивительное открытие будет сделано, предложенные базовые методики облегчат объяснение явления и даже просто создадут условия для поиска экзопланет из тёмного вещества. Добавим, статью можно найти на сервере препринтов arXiv.