Обнаружить сложные органические молекулы всего через 1,5 млрд лет после Большого взрыва — «это как третьекласснику выйти на пенсию», прокомментировали событие учёные. Обнаружены не простые молекулы типа воды или углекислого газа, а найдены сложные соединения из сотен и тысяч атомов. На таком этапе развития Вселенной этого мало кто ожидал. Очевидно, близится время глубокого пересмотра наших теорий об эволюции звёзд, галактик и самой Вселенной.

Синий объект — это галактическое скопление, оранжевый — далёкая галактика, наблюдаемая сквозь гравитационную линзу. Источник изображения: J. Spilker / S. Doyle, NASA, ESA, CSA

Сделать открытие помогли возможности нового космического телескопа «Джеймс Уэбб» и хорошо известный эффект гравитационного линзирования. Гравитационная линза была создана удалённым от нас на 3 млрд световых лет массивным скоплением галактик. Гравитация этого скопления настолько сильно исказила вокруг себя пространство-время, что фоновые объекты далеко за ним появились вокруг него в сильно увеличенном виде.

Так удачно совпало, что почти точно за скоплением в 12 млрд световых лет от нас находилась одиночная галактика SPT0418-47. Именно её изображение увеличила гравитационная линза от скопления. На снимке далёкая галактика превратилась в ореол, сияющий вокруг скопления. Простая математика позволяет вернуть галактике первоначальный вид и воссоздать её реальный образ.

Спектральные приборы «Уэбба» позволили выделить в свете галактики SPT0418-47 сложные органические молекулы, которые на Земле обычно находятся в нефти. Обнаружить подобное в открытом космосе всего через 1,5 млрд лет после Большого взрыва — это было удивительно. Это указывает на то, что химические преобразования во Вселенной шли гораздо быстрее, чем это себе представляла земная наука. На тот момент Вселенная прошла только 10 % своего развития, а органики там не меньше чем в нашей галактике. Подобные вещества должны были быть в ней в следовых количествах и недоступны для определения земными приборами. Но «Уэбб» смог это сделать и ещё на шаг приблизил нас к пониманию эволюционных процессов во Вселенной.

Принцип работы гравитационной линзы

Новые наблюдения «Уэбба» обещают обнаружить сложные органические вещества в других галактиках ранней Вселенной и, возможно, на ещё более ранних этапах её развития. К сожалению, прибор телескопа для таких открытий начал деградировать. Ранее мы сообщали, что спектрометр среднего разрешения (MRS) инструмента MIRI на самых длинных волнах начал снижать пропускную способность (количество света, которое регистрируется датчиками). Если команда телескопа не найдёт решения проблемы, подобные наблюдения после 2024 года станут невозможными.

Наша галактика, как и вся Вселенная, полна вещами, о которых мы пока даже не догадываемся. Эти вещи и явления вскрываются по мере совершенствования инструментов наблюдения за космосом, что наглядно показала работа нового радиотелескопа MeerKAT в ЮАР. 200-часовый цикл наблюдения обнаружил в центре нашей галактики тысячи нитеподобных структур, о которых учёные до этого даже не подозревали.

Нажмите, чтобы увеличить. Источник изображения: Farhad Yusef-Zadeh/Northwestern University

Следует сказать, что первые нитеподобные структуры в центре Млечного Пути обнаружены более 40 лет назад. Астроном Фархад Юсеф-Заде (Farhad Yusef-Zadeh) из Северо-Западного университета в штате Иллинойс всю жизнь посвятил изучению этого явления. Первые обнаруженные нити были релятивистскими — это были разогнанные до околосветовой скорости потоки электронов. Нити длиной до 150 световых лет располагались параллельно друг другу и перпендикулярно плоскости нашей галактики, за что их прозвали «струнами арфы». Предполагается, что «струны» — это выстроенные по силовым линиям магнитного поля потоки частиц, хорошо видимые в радиодиапазоне и, скорее всего, они связаны с деятельностью сверхмассивной чёрной дыры в центре Млечного Пути (Стрелец А*, Sgr A*).

Новое наблюдение с помощью радиотелескопа MeerKAT открыло нечто похожее и при этом иное — тысячи коротких нитей длиной от 5 до 10 световых лет, расположенных параллельно плоскости нашей галактики и расходящиеся радиально из её центра. Учёные потратили больше года на картирование этих объектов, с указанием точных длин и углов расхождения. Предполагается, что эти нити также являются результатом деятельности чёрной дыры Стрелец А*. Точнее, некоего события, происшедшего с дырой около 6 млн лет назад. Это могло быть одновременное падение множества вещества на чёрную дыру и, как следствие, резкий рост активности в аккреционном диске с выбросом энергии.

«Было неожиданностью внезапно обнаружить новую популяцию структур, которые, кажется, указывают в направлении чёрной дыры, — сказал Юсеф-Заде. — Я был ошеломлён, когда увидел это. Нам пришлось проделать большую работу, чтобы установить, что мы не обманываем себя. И мы обнаружили, что эти нити не случайны, а, похоже, связаны с истечением нашей чёрной дыры. Изучая их, мы могли бы узнать больше о вращении чёрной дыры и ориентации аккреционного диска. Приятно, когда находишь порядок посреди хаотического поля ядра нашей галактики».

Каждая третья планета вокруг самых многочисленных звёзд в нашей галактике — красных карликов — потенциально пригодна для жизни, свидетельствует новое исследование. Эти выводы сделаны на основе изучения данных с телескопов «Гайя» и «Кеплер». Комбинированные данные позволили извлечь информацию об орбитах открытых ранее экзопланет, и примерно 30 % из них оказались «совместимыми» с жизнью.

Источник изображения: NASA/JPL-Caltech

Как признаются учёные, для завершения работы по оценкам эксцентриситета орбит экзопланет им не хватало точных расстояний до целевых звёзд. Эти данные предоставил европейский астрометрический спутник «Гайя» (Gaia). На основании данных «Гайи» и данных телескопа «Кеплер», который непосредственно охотился за экзопланетами (он искал их по провалам в блеске звёзд, если планета проходила по их дискам), были воссозданы орбиты 163 экзопланет у красных карликов.

Красные карлики — это самые распространённые в нашей галактике звёзды. Они размером с Юпитер и поэтому планеты могут двигаться вокруг них по более близким орбитам, и это не испепелит их. Вопрос в другом. Если орбиты будут сильно отличаться от круговых, то даже находясь в зоне обитания, где вода может быть в жидкой фазе, гравитационные «качели» будут вызывать приливной нагрев планет и, в конце концов, сделают их непригодными для биологической жизни.

Исследование показало, что у трети изученных экзопланет более-менее круговые орбиты, что делает их подходящими кандидатами на роль инкубаторов для жизни. При этом, чем больше у карликовой звезды M-типа экзопланет, тем более круговые у них всех орбиты. И наоборот, одиночные планеты, как правило, обладают сильно вытянутыми орбитами и на них при поиске жизни не стоит обращать первостепенное внимание.

Поскольку карликовых звёзд M-типа в нашей галактике миллиарды, то потенциально обитаемых миров в ней может быть сотни миллионов. И теперь мы лучше знаем, с каких миров необходимо начинать искать обитаемые.

Сборная группа астрономов сообщила о завершении анализа самых последних данных, полученных от космической обсерватории «Кеплер». Финальная научная кампания телескопа продлилась около двух недель, в последнюю из которых телескоп был почти неуправляемым. Но даже из такого набора данных учёные смогли вытянуть информацию о трёх новых обнаруженных экзопланетах. Телескоп выдавал результат до последней капли топлива в баках.

Источник изображения: NASA Jet Propulsion Laboratory

Обсерватория «Кеплер» создавалась для охоты за экзопланетами. Телескоп был запущен в 2009 году на орбиту вокруг Земли. Аппарат должен был следить за яркостью звёзд на северном небе, определяя наличие экзопланет по провалам в кривой блеска звёзд, когда планеты пересекали их диски. За четыре года «Кеплер» отследил кривые блеска 150 тыс. звёзд и обнаружил около 2000 экзопланет. На этом срок его миссии закончился, но научная работа не прекратилась — в баках обсерватории ещё оставалось топливо.

Впрочем, проблема была не только в заканчивающемся горючем. За 4 месяца до завершения миссии у телескопа отказал один из гироскопов, а ещё через 10 месяцев после окончания топлива отказал второй (всего их было 4). Телескоп стало трудно ориентировать и удерживать в стабильном положении, и его на время отключили. Весной 2014 года «Кеплер» вернули к работе, решив задачу стабилизации оригинальным образом. Третьей «точкой опоры» стал солнечный ветер. Это не позволяло направлять телескоп куда вздумается, но в пару десятков мест неба «Кеплер» теперь мог смотреть с уверенностью.

После этого телескоп работал ещё свыше четырёх лет, делая это «набегами», которые учёные стали называть кампаниями. Последняя кампания началась в августе 2018 года на почти сухих баках. Десять дней «Кеплер» собирал высококачественные данные и ещё неделю смог проработать с постоянной потерей стабилизации. 30 октября 2018 года телескоп официально отправлен на пенсию.

За почти девять лет наблюдений он открыл свыше половины из надёжно зарегистрированных за пределами нашей системы 5000 экзопланет. И даже последние дни работы телескопа принесли открытия — расшифрованные данные рассказали об открытии двух экзопланет и одного кандидата в экзопланеты.

Интересно добавить, что к анализу последних данных «Кеплера» привлекли астрономов-любителей. Энтузиасты охотно тратят личное время на ручной анализ данных. Именно благодаря им были сделаны открытия в последних данных «Кеплера», для чего потребовалось глазами просмотреть кривые блеска почти 33 тыс. звёзд.

Две подтвержденные планеты — это K2-416 b, которая примерно в 2,6 раза больше Земли и обращается вокруг своей звезды примерно каждые 13 дней, и K2-417 b — чуть более крупная планета, которая более чем в три раза больше Земли и обращается вокруг своей звезды каждые 6,5 дней. Из-за размера и близости к своим звёздам обе планеты относятся к классу «горячих мини-нептунов». Они расположены на расстоянии около 400 световых лет от Земли.

Планета-кандидат EPIC 246251988 b — это самая большая из трёх планет. Она почти в четыре раза больше Земли. Эта планета размером с Нептун и обращается она по орбите вокруг своей звезды примерно за 10 дней. От Земли до неё 1200 световых лет.

«Мы обнаружили, вероятно, последние планеты, когда-либо открытые "Кеплером", в данных, полученных, когда космический аппарат буквально работал на износ, — сказал Эндрю Вандербург, доцент физики факультета астрофизики и космических исследований имени Кавли Массачусетского технологического института. — Сами планеты не особенно необычны, но их нетипичное открытие и историческое значение делают их интересными».

В данных, собранных европейским астрометрическим спутником «Гайя» (Gaia), обнаружена звёздная система с необычным поведением. Похожая на Солнце звезда вращается вокруг невидимого объекта в 11 раз тяжелее её. Такое поведение не укладывается в общепринятые модели эволюции парных систем. Звезда расположена слишком близко к невидимке, чтобы заподозрить в партнёре чёрную дыру. Неужели там обнаружена мифическая бозонная звезда из тёмной материи?

Источник изображения: Pixabay

Звезда и её невидимый партнёр вращаются вокруг общего центра масс на расстоянии 1,4 а.е. друг от друга. Это примерно равно расстоянию от Марса до Солнца с периодом обращения 188 дней. Теоретически невидимым объектом может быть чёрная дыра, но она должна была образоваться после взрыва достаточно большой звезды. Звезда должна была взорваться с филигранной точностью, чтобы не допустить разрушения соседки на таком близком расстоянии. Подобный сценарий с большим трудом укладывается в известные нам модели поведения наблюдаемых двойных систем.

Но всё становится проще, если в невидимом партнёре заподозрить бозонную звезду, вещество которой также прочат в частицы тёмной материи. Некоторые теории допускают, что тёмная материя может собираться в сгустки планетарного и звёздного масштабов. Данная работа как раз обосновывает вероятность развития одного из таких сценариев, когда тёмное вещество собралось в компактный объект типа звезды.

Учёные не настаивают на своей трактовке событий, но призывают внимательно проследить за указанной звёздной системой. Возможно это приведёт к удивительным открытиям, о чём они сообщают в препринте на сайте arXiv.

Земным астрономам не всегда предоставляется возможность удобного наблюдения за планетой Уран. Полный оборот вокруг Солнца этот газовый гигант совершает за 84 года. Для современных учёных время удобного наблюдения за северным полюсом Урана началось около десяти лет назад, чем они сразу воспользовались и нашли там типичный для атмосферных планет циклон.

Циклон над северным полюсом Урана в трёх разных диапазонах частот. Источник изображения: NASA/JPL-Caltech/VLA

Заглянуть под покров облаков на Уране астрономы смогли с помощью радиотелескопа VLA (Very Large Array («Очень большая антенная решётка»), состоящего из 27 антенн, расположенных в Нью-Мексико (США). Сканирование в диапазонах сантиметровых и миллиметровых волн (K, Ka и Q) показало наличие циклона в атмосфере над северным полюсом планеты — закрученных в спираль по ходу вращения Урана потоков чуть более тёплого и сухого воздуха.

Это стало первым наблюдением циклона над северным полюсом планеты. Ранее признаки циклона были обнаружены над её южным полюсом, когда там много лет назад пролетал зонд NASA «Вояджер-2». Но зонд не смог заглянуть под покров облаков и измерить температуру воздушных потоков, с чем успешно справился массив радиотелескопа VLA.

Данная работа стала финальным аккордом в череде изучения атмосфер планет Солнечной системы. Теперь мы точно знаем, что на всех планетах с атмосферой вне зависимости от её строения (это камень или газовый гигант), присутствуют такие атмосферные явления, как полярные циклоны. На Земле они формируются преимущественно над водой и мигрируют в процессе своего развития, тогда как над безводными мирами они рождаются над полюсами.

«Эти наблюдения говорят нам гораздо больше об истории Урана. Это гораздо более динамичный мир, чем можно было подумать, — сказал ведущий автор работы Алекс Экинс (Alex Akins) из Лаборатории реактивного движения NASA в Южной Калифорнии. — Это не просто голубой газовый шар. Здесь многое происходит "под капотом"».

Изображение Урана в натуральных цветах, сделанное зондом NASA «Вояджер-2» в 1986 году

Данные сделанных наблюдений и новые исследования Урана в ближайшие годы необходимы также с практической стороны. В начале 30-х годов NASA рассчитывает послать автоматическую межпланетную станцию для изучения спутников Урана и планеты. Для разработки наиболее развёрнутого плана экспедиции о месте разведки необходимо узнать как можно больше, чем учёные будут заниматься всё оставшееся до полёта время.

NASA поделилось новыми видами на красоты космоса, которые нам продолжает открывать телескоп «Джеймс Уэбб». Но одних только данных «Уэбба» было бы недостаточно для раскрытия множества нюансов бесконечного многообразия Вселенной. А вот объединив их с данными рентгеновской обсерватории NASA «Чандра» и рядом других инструментов удалось воссоздать картины космоса, которые человеческий глаз никогда бы не увидел.

Нажмите, чтобы увеличить. Источник изображений: NASA|ESA

Данные с инфракрасных датчиков «Уэбба» были дополнены снимками «Чандры» в рентгеновском диапазоне, а также данными, полученными телескопами «Хаббл» (видимый свет), «Спитцер» (инфракрасный свет), космическим телескопом Европейского космического агентства XMM-Newton (рентгеновский свет) и телескопом Европейской южной обсерватории New Technology Telescope (оптический свет).

Для восприятия изображений человеческим глазом снимки были раскрашены в видимые нашему глазу цвета. Рентгеновский диапазон раскрашен фиолетовым, а инфракрасный и видимый от синего до красного и оранжевого.

NGC 346 (Рентген: фиолетовый и синий; инфракрасный/оптический: красный, зеленый, синий)

Объект NGC 346 — это звёздное скопление в соседней галактике, Малом Магеллановом Облаке, на расстоянии около 200 000 световых лет от Земли. «Уэбб» показывает шлейфы и струи газа и пыли, которые звезды и планеты используют в качестве исходного материала в процессе своего формирования. Фиолетовое облако в левой части изображения — это данные «Чандры» — представляет собой остатки взрыва сверхновой массивной звезды. Также «Чандра» показывает молодые, горячие и массивные звёзды, которые раздувают вещество в пространстве вокруг себя. Снимки включают данные «Хаббла» и «Спитцера», а также вспомогательные данные XMM-Newton и Телескопа новых технологий ESO.

NGC 167. (Рентген: фиолетовый; оптический: красный, зеленый, синий; инфракрасный: красный, зеленый, синий)

Объект NGC 1672 — это спиральная галактика, но особая, которая относится к так называемым «зарешечённым» спиралям. В близких к центру областях таких галактик рукава из звёзд в основном выстроены в прямую линию, а не изгибаются спиралью. Данные «Чандры» высвечивают компактные объекты, такие как нейтронные звёзды или чёрные дыры, которые вытягивают материал из звёзд-компаньонов, а также остатки взорвавшихся звёзд. Дополнительные данные «Хаббла» (оптический свет) помогают заполнить изображения центральной части спиральных рукавов пылью и газом, а данные «Уэбба» дополнили изображения рукавов.

Туманность M16. (Рентген: красный, синий; инфракрасный: красный, зеленый, синий)

Туманность M16 (туманность Орла или Мессье 16) также называют «Столпами творения» за характерные облака пыли и газа в виде колонн. На датчиках «Уэбба» эти тёмные столбы газа и пыли очень хорошо видны, как и скрытые в них несколько молодых звёзд, которые только формируются. Датчики «Чандры», показывают там же молодые звёзды в виде точек — они испускают большое количество рентгеновского излучения.

Галактика M74. (Рентген: фиолетовый; оптический: оранжевый, голубой, синий; инфракрасный: зеленый, желтый, красный, пурпурный)

Наконец, галактика M74 (Мессье 74). Она такая же спиральная, как наш Млечный Путь. Мы видим её с отличного угла зрения — как на ладони. Она находится на расстоянии около 32 млн световых лет от нас. Галактику Мессье 74 прозвали призрачной галактикой, потому что она сравнительно тусклая и незаметная в небольшие телескопы. «Уэбб» показывает в ней газ и пыль в инфракрасном диапазоне, а данные «Чандры» высвечивают высокоэнергетическую активность звёзд в рентгеновском диапазоне. Оптические данные «Хаббла» показывают дополнительные звезды и пыль в виде пылевых полос.

Благодаря телескопу «Хаббл» астрономы получили новые доказательства присутствия недалеко от Земли чёрной дыры промежуточной массы — редчайшего объекта во Вселенной, который уверенно ещё никогда не обнаруживал себя. Объект найден в шаровом звёздном скоплении всего в 6000 световых годах от нашей системы. По космическим меркам — это словно соседний двор.

Шаровое скопление, в котором был обнаружен загадочный объект промежуточной массы. Источник изображения: ESA/Hubble, NASA

Забавно, что чёрные дыры промежуточной массы — это тайна в квадрате. Мы и сами чёрные дыры не можем увидеть — свет и электромагнитное излучение в целом не вылетают за их горизонты событий. Мы детектируем эти объекты по косвенным наблюдениям в виде тяготения к ним звёзд или по излучению перегретых дисков аккреции, а моделирование ставит в этом вопросе окончательную точку. Именно моделирование отсеивает чёрные дыры из череды невидимых карликов, нейтронных звёзд и прочего, что в силу ограниченной чувствительности могут не увидеть наши телескопы.

И среди множества обнаруженных невидимых объектов — чёрных дыр — нет ни одной уверенно трактуемой, как чёрной дыры промежуточной массы. Есть маленькие чёрные дыры массой до 100 масс Солнца, массивные чёрные дыры с массой от сотен тысяч масс Солнца, а также сверхмассивные — от миллиона масс Солнца. Чёрных дыр в промежутке от 100 до 100 000 солнечных масс в природе не наблюдаются, а они должны быть!

Впрочем, пару кандидатов в чёрные дыры промежуточной массы (среди сотни миллионов обнаруженных маленьких чёрных дыр только в нашей галактике) астрономы нашли. Это объекты 3XMM J215022.4-055108, который «Хаббл» помог открыть в 2020 году, и HLX-1, обнаруженный ещё в 2009 году. Оба они находятся в плотных звёздных скоплениях на окраинах других галактик. Каждый из этих кандидатов имеет массу до нескольких десятков тысяч солнечных масс. Также целый ряд чёрных дыр, вероятно, с промежуточной массой, был открыт рентгеновской обсерваторией NASA «Чандра», но к этим открытиям всё ещё множество вопросов.

Наконец, астрономы воспользовались услугами «Хаббла», чтобы поохотиться на неуловимые чёрные дыры промежуточной массы в наших окрестностях. Как сказано выше, обнаруживаются они косвенно, например, по круговому движению звёзд в определённых регионах, где нет видимого центра. Такие вещи лучше наблюдать как можно ближе, чтобы наверняка исключить тусклые объекты и более точно рассчитать круговые траектории видимых объектов.

«Хаббл» направили на ядро Мессье 4 (М4) — шарового звёздного скопления в 6000 световых годах от Земли. На видео показано, как звёзды движутся по кругу вокруг невидимого центра масс в течение 12 лет наблюдений (для этого использованы архивы телескопа). Моделирование показало, что это с чрезвычайно большой вероятностью может быть только чёрная дыра промежуточной массы, которая была оценена в 800 солнечных масс. «Хаббл» поставил точку в этой загадке и стал инструментом, который предоставил самые убедительные на сегодня доказательства существования чёрных дыр промежуточной массы.

Поскольку чёрные дыры промежуточной массы в шаровых скоплениях были долго неуловимы, астрономы сделали оговорку: «Хотя мы не можем полностью утверждать, что это центральная точка гравитации [компактный объект], мы можем показать, что она очень мала. Она слишком мала, чтобы мы могли объяснить это иначе, чем одиночной чёрной дырой. Как вариант, может существовать звёздный механизм, о котором мы просто не знаем, по крайней мере, в рамках нынешней физики».

Красный сверхгигант Бетельгейзе продолжает лихорадить после произошедшего в 2019 году титанического выброса коронарной массы в 400 млрд раз больше обычного выброса на нашем Солнце. После отмеченного четыре года назад Великого Потускнения в виде снижения светимости на 25–35 %, сегодня наблюдается резкий рост блеска. В апреле звезда достигла пика светимости в 156 % от первоначального. Неужели мы на пороге взрыва гигантской сверхновой всего в 700 световых годах от Земли?

Масштабы звезды в нашей системе: фотосфера Бетельгейзе распространялась бы до орбиты Юпитера. Источник изображения: ESO

Бетельгейзе периодически меняет яркость уже очень долгое время. Описательные наблюдения за этим процессом ведутся свыше 200 лет. Астрономы отмечают два явных цикла в этом процессе — это цикл в 5,9 лет и 400-суточный цикл. О более длинном цикле говорить преждевременно, зато более короткий, похоже, сократился ещё вдвое — до примерно 200 суток, о чём говорится в новой статье Scientific American.

Бетельгейзе — самый крупный красный гигант из всех известных нам звёзд этого типа — обычно являлся 10-ой по яркости звездой на небе. Но после Великого Потускнения четыре года назад яркость звезды начала меняться с иным периодом и понемногу наращивала её. В этом году Бетельгейзе стала 7-й по яркости звездой — яркость увеличилась до 156 % от первоначальной. Впрочем, это было в апреле. На момент написания статьи яркость снизилась до 142 % от «нормальной».

Звезду продолжает лихорадить после Великого Потускнения, успокаивают астрономы. Тогда звезда выбросила невероятную по объёму массу своего вещества, что, во-первых, привело к значительному изменению её верхнего слоя и, во-вторых, дало возможность веществу остыть в пространстве и превратиться в пылевое облако, закрывшего звезду от наших взоров. Однако объём выброшенной массы оказался настолько большим, что внутри звезды начались сильные процессы конвекции. Она буквально кипит, как котёл с варевом. И именно это перемешивание вещества привело к временному повышению блеска.

По мнению авторов статьи, мы вряд ли находимся на пороге превращения Бетельгейзе в сверхновую. Яркость красного гиганта, скорее всего, придёт в норму к концу текущего десятилетия. При этом более короткий цикл изменения её яркости сократился примерно вдвое: с 400 суток до около 200. А превращения Бетельгейзе в сверхновую можно ждать ещё десятки и даже сотни тысяч лет. Для звезды это уже приговор, хотя для человека это вечность.

Уникальный в своём роде прибор — лазерный интерферометр LIGO — приступил к четвёртой по счёту научной вахте. Он будет вести наблюдения рекордно долго — полтора года, что почти в два раза дольше предыдущего цикла работы. LIGO построен для детектирования гравитационных волн, которые он же и открыл, хотя эти явления были предсказаны Эйнштейном более 100 лет назад. Теперь таких событий будет регистрироваться ещё больше.

Художественное представление о гравитационных волнах. Источник изображения: personal.soton.ac.uk

Модернизация позволила значительно повысить чувствительность интерферометра. Сделаны как аппаратные улучшения — построен дополнительный резонатор длиной 300 м, так и программные. Резонатор снизит уровень шумов детектора, а новый алгоритм станет ещё лучше выискивать полезный сигнал среди шума. В совокупности улучшения позволят детектировать ещё более слабые гравитационные волны — либо от слияния объектов меньшей массы, либо расположенные ещё дальше от нас.

Следует сказать, что алгоритм поиска гравитационного события — это само по себе произведение искусства. Программе необходимо перебрать миллионы комбинаций теоретически возможных трактовок зарегистрированного сигнала, чтобы понять, что именно уловил детектор. Это необходимо сделать достаточно быстро, чтобы в режиме реального времени попытаться отыскать на небе источник события. Обсерватория LIGO может лишь приблизительно указать участок неба, откуда пришли гравитационные волны и он очень большой — примерно как 400 полных лун.

Вместе с LIGO искать источники событий будет комплекс телескопов BlackGEM в Европейской южной обсерватории в Чили. Недавно для этого запущены три роботизированных телескопа, а всего их будет 15. Привязать к гравитационному сигналу наблюдения объектов в видимом диапазоне и в радиодиапазоне — это высший пилотаж в астрономии. За прошедшие годы с момента открытия гравитационных волн восемь лет назад было зарегистрировано только одно такое событие, хотя всего было зарегистрировано до 100 гравитационных явлений.

«Сбор информации по нескольким каналам об одном событии — астрофизика нескольких сообщений — подобен добавлению цвета и звука к чёрно-белому немому фильму и может обеспечить гораздо более глубокое понимание астрофизических явлений», — заявляют астрономы.

Повысить точность детектирования направления на гравитационное явление может работа нескольких интерферометрических лабораторий одновременно. С 2015 года вместе с двумя детекторами LIGO в США начала работать гравиметрическая обсерватория Virgo в Италии. Именно коллаборация LIGO-Virgo первой зафиксировала гравитационные волны, за что была дана Нобелевская премия. С началом нового цикла наблюдений, который официально стартует 24 мая, вместе с LIGO и Virgo начнёт работать обсерватория Kamioka Gravitational Wave Detector (KAGRA) в Японии, что ещё сильнее повысит точность регистрации, хотя японский детектор сам по себе не такой чувствительный.

К 2030 году, о чём рано говорить, но всё же, должна быть построена установка-близнец LIGO в Индии. Это даст ещё более широкую базу для детектирования направления на гравитационные события.

Сам по себе детектор LIGO — это строение в виде буквы L с каждым плечом около 4 км. По каждому из плеч циркулирует лазерный луч с многократным отражением. Если через объект проходит гравитационная волна, то она, как положено искажающему пространство-время сигналу, делает одно плечо короче, а другое — длиннее. В результате лазерный импульс в каждом плече пролетит разное расстояние и детекторы это зафиксируют. По разнице можно будет понять, что произошло и примерно в каком участке неба. Появление этого инструмента сродни такой революции в астрономии, как внедрение радиотелескопов. Теперь нам есть чем «пощупать» Вселенную кроме оптики и радио. И это уже принесло и ещё принесёт свои плоды.

Национальный научный фонд США представил серию снимков Солнца, сделанных солнечным телескопом им. Дэниела Иноуэ (Daniel K. Inouye Solar Telescope, DKIST). Каждый пиксель на картинке соответствует 20 км солнечной поверхности. Это самые детальные изображения нашей звезды. Что в этом интересного? Земная наука плохо представляет себе физику процессов на Солнце и для неё каждый такой снимок — это путь к удивительным открытиям.

Все снимки можно увеличить (нажмите на изображение). Источник изображений: NSF/AURA/NSO

В целом учёные сходятся, что в основе «работы» Солнца и звёзд как мы это видим, лежат законы квантовой физики. Вероятностный характер квантово-механических явлений (конкретно — туннельный эффект) позволяет идти термоядерным реакциям внутри звёзд медленно и верно. Вопреки распространённому мнению, только лишь колоссальных давления и температуры в ядре звёзд недостаточно для запуска термоядерной реакции. Необходим квантовый переход, чтобы протоны водорода преодолели электромагнитное отталкивание и сблизились до начала сильных взаимодействий.

Центр пятна на Солнце (умбра) и окружающей его полутени (пенумбра)

Но это всё крайне сложная физика. Детальные изображения Солнца со всеми его тонкими структурами (размерами от полутысячи до полутора тысяч км) позволяют точнее представить модель конвективных процессов на нашей звезде и с высочайшей точностью проследить за миграцией магнитных полей. Телескоп «Иноуэ», как показали первые полученные им изображения, может помочь в разгадке циклической активности Солнца и тайну такой же периодической смены его магнитных полюсов. Классическая физика в этом вполне может помочь и данные телескопа станут для учёных ценнейшим подспорьем в этом деле.

Огненный мост плазмы, соединяющий края пятна

Наконец, это просто красиво. В максимальном разрешении все изображения можно найти на сайте Национального научного фонда США.

Спикулы или нити плазмы в хромосфере Солнца, которые визуализируют магнитные поля звезды

В NASA сообщили, что 288-Мп мультиспектральный датчик изображений установлен в камеру Wide Field Instrument (WFI), которая станет основой космического телескопа «Нэнси Грейс Роман» (WFIRST). Телескоп «Роман» будет за раз делать снимок в 100 раз большего участка неба, чем способен «Хаббл», но с тем же уровнем детализации. Это будет невообразимый по возможностям инструмент, запуск которого ожидается в мае 2027 года.

Последний штрих — установка защитной крышки на массив датчиков. Источник изображения: NASA/Chris Gunn

Массив датчиков с электроникой или Focal Plane System (FPS) разработан инженерами Центра космических полетов NASA им. Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд, и специалистами компании Teledyne Scientific & Imaging в Камарилло, штат Калифорния. Команда NASA также разработала электронику и собрала FPS.

Непосредственно сборкой камеры Wide Field Instrument (WFI) занимаются инженеры компании Ball Aerospace в Боулдере, штат Колорадо. Некоторое время назад массив датчиков был доставлен в сборочный центр и на днях его установили в прибор. Массив состоит из 18 отдельных матриц изображения, каждая из которых имеет разрешение 16,8 Мп. Все вместе они будут делать огромные инфракрасные снимки неба, каждый из которых по полю зрения будет в сто раз превышать кадр, сделанный «Хабблом».

Завершится сборка камеры WFI установкой систем охлаждения. Датчики инфракрасного телескопа должны надёжно охлаждаться до очень и очень низких температур, без чего свет от далёких звёзд и галактик просто не получить. В частности, рабочая температура датчиков должна быть -178 °C. Тепло будет отводить массив радиаторов, который рассеет его в открытое пространство.

Телескоп «Нэнси Грейс Роман» в представлении художника

После установки радиаторов камера «Роман» будет готова к термальным вакуумным испытаниям, которые пройдут этим летом. Для интеграции камеры в состав обсерватории она будет возвращена в центр NASA, что ожидается весной будущего года. Запуск обсерватории, напомним, предварительно намечен на май 2027 года.

Европейская южная обсерватория (ESO) сообщила о начале работы первых трёх телескопов BlackGEM, которые в оптическом диапазоне будут искать источники гравитационных волн. Детекторы гравитационных волн LIGO и Virgo не могут указать точку в небе, где произошло слияние чёрных дыр или нейтронных звёзд, а без этого информация о событии неполная. Восполнять этот недостаток будет массив BlackGEM, который с огромной скоростью будет осматривать южное небо.

Источник изображения: ESO

Всего массив будет состоять из 15 телескопов. У каждого из них сравнительно небольшое зеркало — всего 65 см. Тем не менее, за счёт расположения — на высокогорном плато в Чили (в Ла Силла) — обзор и разрешение обещают быть превосходными по сравнению с даже большими телескопами в других местах.

В лучшем случае, детекторы LIGO и Virgo могут определять участок неба, откуда пришли зафиксированные гравитационные волны, площадью около 400 полных лун. Массив BlackGEM должен быстро осмотреть этот участок и зафиксировать все видимые быстрые изменения. Если роботизированные телескопы обнаружат изменения в зоне наблюдения, цель для детального изучения будет передана на по-настоящему большие телескопы.

Определение направления на источники гравитационных волн станет не единственной задачей комплекса BlackGEM. Массив будет определять другие быстрые переходные процессы, например, искать взрывы сверхновых в Южном полушарии, а также выявлять потенциально опасные для Земли астероиды и кометы.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» нашёл водяной пар вокруг кометы, расположенной в главном поясе астероидов между Юпитером и Марсом. Наблюдение космического аппарата вносит очередное доказательство в копилку гипотезы, что вода на Земле могла появиться благодаря кометам. Открытие телескопа также показывает, что вода в ранней Солнечной системе могла сохраняться в виде льда в главном поясе астероидов.

Источник изображения: NASA, ESA

Вопреки названию, в главном поясе астероидов помимо астероидов также присутствуют объекты, которые периодически показывают ореол, называемый комой, а также хвост из газа и пыли. Недавно они были классифицированы как кометы. 238P/Read является одним из трёх объектов главного пояса астероида, попавшего под эту классификацию.

Комета 238P/Read в объективе «Джеймса Уэбба» 8 сентября 2022 года. Источник изображения: NASA, ESA, CSA, M. Kelley, H. Hsieh, A. Pagan

До этого считалось, что все кометы возникают в поясе Койпера за Нептуном или в так называемом облаке Оорта, на окраинах Солнечной системы, где лёд может храниться вдали от Солнца. Ледяной материал, который испаряется, когда комета приближается к Солнцу, это то, что придаёт ей характерную кому и хвост, отличающие её от астероидов. Долгое время исследователи предполагали, что водяной лёд может сохраняться и в более теплом поясе астероидов внутри орбиты Юпитера. Однако экспериментально подтвердить это удалось только благодаря наблюдениям «Джеймса Уэбба».

«В прошлом мы наблюдали объекты в главном поясе со всеми характеристиками комет, но только благодаря таким точным спектральным данным от "Уэбба" мы можем сказать, что этот эффект определённо создаётся водяным льдом. Благодаря наблюдениям кометы 238P/Read, проведённым "Уэббом", мы можем показать, что водяной лёд из ранней Солнечной системы может сохраниться в поясе астероидов», — говорится в заявлении ведущего автора исследования, астронома Мэрилендского университета Майкла Келли (Michael Kelley).

В то же время наблюдение за кометой 238P/Read породило новую загадку. На объекте не оказалось углекислого газа, который ожидали увидеть учёные. Исследователи поясняют, что обычно около 10 % летучих веществ кометы составляет углекислый газ, который легко испаряется под воздействием солнечного тепла. Однако у 238P/Read углекислого газа обнаружено не было.

Спектральный анализ комет 238 P/Read (белым) и 109 P/Hartley 2 (синим) на наличие воды и углекислого газа. Источник изображения: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted

Учёные выдвинули несколько предположений. Одно из них заключается в том, что комета содержала углекислый газ в момент своего формирования, но со временем полностью его потеряла под воздействием Солнца. Углекислый газ испаряется легче, чем водяной лёд, и его запасы могли исчезнуть за миллиарды лет. Согласно альтернативному предположению, комета из главного пояса астероидов могла образоваться в особенно тёплой части Солнечной системы, где углекислый газ был недоступен.

Институт исследований космоса с помощью космического телескопа (STScI) объявил об утверждении программы второго года общих наблюдений с помощью обсерватории «Джеймс Уэбб». Из 1600 поданных с начала года заявок отобрано 249, рассчитанных на 5000 часов прямой работы телескопа и 1215 часов параллельных наблюдений. Выбор сбалансирован по широкому спектру научных тем — от астероидов и экзопланет до космологии.

Источник изображения: NASA

Всего заявки на наблюдения подавало более чем 5450 учёных из 52 стран, включая США, страны-члены ЕКА (Европейского космического агентства) и Канаду. Заявки охватывали все темы астрономии и астрофизики — от тел Солнечной системы, экзопланет, остатков сверхновых и сливающихся нейтронных звёзд до близких и далёких галактик, сверхмассивных чёрных дыр в центрах галактик и крупномасштабной структуры Вселенной. В совокупности поданные заявки потребовали бы более 35 000 часов работы телескопа, что значительно превышает выделенные 5000 часов работы обсерватории.

Отбор заявок методом двойного анонимного экспертного обзора (DAPR) проводили 225 приглашённых экспертов, а также 350 членов Комитета по распределению рабочего времени телескопов и команды «Джеймса Уэбба» в STScI и NASA. Метод DAPR был введён в 2016 году и подразумевает, что эксперты ничего не знают о подающих заявки учёных и учёные не знают, кто занимается отбором и по какой теме. Утверждается, что это сразу возымело эффект. Например, выросло число одобренных заявок от руководителей-студентов и женщин.

Кроме общих часов, наблюдения второго года будут включать 12 больших финансируемых властями программ общей длительностью 1650 часов. Из примерно 5000 часов общих наблюдений 48 % времени будет отдано малым программам (менее 25 ч), 35 % — средним (от 25 до 75 ч) и 17 % крупным (более 75 ч). Отобранные заявки были подготовлены более чем 2088 исследователями из 41 страны, включая 38 штатов и территорий США, 14 стран-членов ЕКА и 6 провинций Канады. Десять процентов заявок подготовлены возглавляющими свои проекты студентами.

Первый год наблюдений «Джеймса Уэбба» был насыщен открытиями. Новый год обещает оказаться ещё более интересным. Год спустя учёные намного лучше понимают, чего можно ждать от нового телескопа и как его лучше использовать.