Во время солнечных затмений мы видим солнечную корону — яркий ореол вокруг Луны, заслоняющей в такие моменты Солнце. Это светится разреженная внешняя атмосфера звезды с плотностью вакуума и температурой в миллионы градусов — корона Солнца. У чёрных дыр должна быть своя корона, но увидеть её практически нереально, зато возможно обнаружить её присутствие и определить форму.

Художественное представление диска аккреции у чёрной дыры. Источник изображения: NASA

Поиски короны чёрной дыры помогут в определении типов квазаров — активных ядер галактик. Чёрная дыра — это не тот объект, который можно рассматривать в телескоп и делать заключения об увиденном. Строго говоря, чёрные дыры — это всё ещё гипотеза. Неслучайно при присуждении Нобелевской премии по физике в 2020 году за открытие чёрной дыры в центре нашей галактики комитет осторожно написал об открытии «компактного астрофизического объекта», а не о чёрной дыре. Корона чёрной дыры — это ещё более эфемерное явление, чем существование самих чёрных дыр.

Где же у чёрных дыр корона? Известно, что чёрные дыры окружены веществом, которое формирует форму диска или тора в плоскости вращения дыры. Чем ближе вещество к горизонту событий чёрной дыры, тем быстрее оно вращается в диске и тем сильнее нагревается от трения и гравитации. Это уже зона аккреции, из которой вещество падает на чёрную дыру. И где-то на его внутреннем краю вещество превращается в нагретую до миллиардов градусов плазму. Эта сверхразогретая плазма и есть корона чёрной дыры. Другое дело, что обнаружить её и определить форму оказалось непросто.

Если диск аккреции направлен на нас своей плоскостью, то излучение короны в виде рентгеновских лучей теряется в общем излучении чёрной дыры (фактически — в излучении диска аккреции, ведь горизонт событий чёрной дыры никакой свет не покидает). При взгляде на диск аккреции сбоку свет от его центральной области блокируется более холодным веществом по краям. Но, как оказалось, не в случае короны чёрной дыры. Рентгеновское излучение от плазмы короны оказалось способным переотражаться в «бублике» газопылевого диска вокруг чёрной дыры таким образом, чтобы добираться до земного наблюдателя даже при взгляде с торца.

Учёные изучили дюжину таких «затемнённых» чёрных дыр, включая Cygnus X-1 и X-3 в Млечном Пути и LMC X-1 и X-3 в Большом Магеллановом Облаке, подняв данные обсерватории NASA Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), и выяснили, что во всех случаях геометрия и поведение короны у чёрных дыр совпадают. Исходя из этого, геометрия и физика короны должна быть одинаковой как у чёрных дыр звёздной массы, так и у сверхмассивных чёрных дыр. Это означает, что можно собрать больше данных, в том числе, о квазарах, которые, как правило, слишком яркие, что само по себе является помехой для их изучения и любой новый способ исследования будет полезен.

В марте 2021 года в далёкой-далёкой галактике была зарегистрирована вспышка, которую приняли за сверхновую и присвоили ей индекс 2021hdr. Через год там снова полыхнуло. А когда данные начала собирать установка для поиска транзиентов им. Цвикки в Паломарской обсерватории, вспышки стали фиксироваться каждые 60–90 дней. Сверхновые так себя не ведут. Эту «дискотеку» вселенских масштабов устроило что-то другое, и ответ вскоре нашёлся.

Художественное представление слияния пары чёрных дыр с вовлечением облака газа. Источник изображения: NASA

Исходя из первых впечатлений, учёные сочли произошедшее приливным разрушением звезды чёрной дырой. Однако продолжительность повторяющихся вспышек оказалась настолько большой, что на все наблюдаемые эффекты не хватило бы никакой звезды. Тут явно было что-то другое.

Несколькими годами ранее группа учёных провела моделирование захвата системой из двух чёрных дыр, вращающихся вокруг общего центра и приближающихся к слиянию, облака молекулярного газа. Эта модель лучше всего объяснила наблюдаемые в районе события 2021hdr вспышки. Две чёрные дыры взбалтывали облако и порционно поглощали его вещество, преобразуя аккрецию в вспышки энергии. Вспышки в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах позже были обнаружены в этой области космической рентгеновской обсерваторией «Свифт».

Симуляция явления. Источник изображения: F. Goicovic et al. 2016

Собранный в разных диапазонах набор данных позволил рассчитать, что там, на расстоянии примерно 1 млрд световых лет от Земли, в созвездии Лебедя, вокруг общего центра тяжести вращается пара чёрных дыр общей массой 40 млн солнечных масс. Они находятся друг от друга на расстоянии 26 млрд км и совершают один оборот за 130 дней. Свету потребовались бы сутки, чтобы преодолеть пространство между ними. Через 70 тыс. лет эти чёрные дыры сольются. В их реальности это уже произошло миллиард лет назад, но до нас эхо от этого схлопывания докатится только через пропасть времени.

Если бы не случайно встретившееся на их пути облако межзвёздного газа, мы бы никогда не узнали, что в центре галактики 2MASX J21240027+3409114 происходит такая круговерть из чёрных дыр. Теперь учёные намерены изучить эту галактику внимательнее и оценить, насколько пара сливающихся чёрных дыр влияет на неё и ближайшие звёзды.

Франко-швейцарская группа учёных попыталась на фактическом материале проверить верность уравнений Эйнштейна, описывающих Вселенную. Для этого они воспользовались данными обзора Dark Energy Survey за первые три года наблюдений. Анализ влияния 100 млн галактик на пространство-время дал отклонения от предсказаний Эйнштейна на 3 сигма, чего недостаточно для открытия, но хватило для зарождения сомнений в верности уравнений великого учёного.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.1/3DNews

Как предсказал в 1915 году Эйнштейн, гравитация — это нечто большее, чем сила всеобщего тяготения, о чём говорил Ньютон и его законы. В 1919 году в ходе прямого измерения отклонения света звёзд Солнцем (его гравитацией) уравнения Эйнштейна были подтверждены наблюдением. С тех пор только ленивые учёные не пытаются опровергнуть Альберта Эйнштейна, который ввёл в метрику гравитации искажение не только пространства, но и времени. Пока уравнения Эйнштейна, являющиеся частью Общей теории относительности, остаются незыблемыми.

Исследователи из университетов Женевы (UNIGE) и Тулузы (III университет имени Поля Сабатье) воспользовались первыми данными обзора Dark Energy Survey, чтобы проверить уравнения Эйнштейна с помощью наблюдений за 100 млн галактик. Данные получены по объектам на удалении 3,5, 5, 6 и 7 млрд лет назад. По словам учёных, это первый анализ данных о влиянии масс галактик одновременно на пространство и время.

Согласно теории Эйнштейна, материя создаёт искривление пространства-времени тем больше, чем больше масса. Обычно это иллюстрируют помещением тяжёлого шара на эластичную поверхность, которую тот продавливает тем сильнее, чем он тяжелее — это принято называть гравитационными колодцами. Следует лишь помнить, что материя искажает пространство во всех направлениях в трёх измерениях, поэтому колодец на самом деле — это, скорее, шар или шарообразный объём в пространстве-времени. Но это детали. Из уравнений Эйнштейна можно рассчитать, насколько свет преломится — произойдёт гравитационное линзирование, когда он минует скопления масс. И если в этих расчётах появится отклонение от наблюдаемых, то Вселенная может оказаться совсем не такой или не везде такой, как предсказывал Эйнштейн.

Из данных Dark Energy Survey учёные вывели, что на удалении 6 и 7 млрд лет от нас уравнения Эйнштейна, можно сказать, безупречны. На удалении 3,5 и 5 млрд лет от нас появились отклонения между наблюдениями и расчётами. Отклонения составили 3 сигма, тогда как значимым результатом принято считать отклонения в 5 сигма. По мнению исследователей, существенные отклонения результатов наблюдений от предсказаний заставляют усилить интенсивность работ на этом направлении. Отличия стали наблюдаться на этапе, когда Вселенная начала ускоренно расширяться. «Гравитационные колодцы» на этом отрезке стали мельче — гравитация стала слабее проявлять себя.

За ускоренное расширение Вселенной отвечает тёмная энергия — неизвестная субстанция или свойство Вселенной, а может быть, даже, гравитация, раз изменения начали наблюдаться в связи друг с другом. Уравнения Эйнштейна описывают нашу Вселенную (Вселенная Фридмана) и любые другие версии Вселенных. Обнаружение в них изъяна стало бы открытием огромного значения и помогло бы ответить на много вопросов об устройстве мироздания.

Пресс-служба Университета МИСИС сообщила, что силами сотрудников созданы и запатентованы предельно чувствительные сверхпроводящие детекторы для сигналов терагерцового диапазона. Продуманная конструкция детекторов и предложенная схемотехника позволяют собирать наиболее полные данные об астрофизических явлениях и объектах. Также новый прибор может найти применение в медицине, биологии, авиации и безопасности.

Источник изображений: НИТУ МИСИС

Находясь между дальним инфракрасным и микроволновым диапазоном, субмиллиметровый диапазон позволяет собирать значительно больше информации, чем оптический и радиодиапазон. В нём меньше всего помех, которые могут маскировать слабые сигналы, а в терагерцовом диапазоне можно зафиксировать очень слабые тепловые сигналы. Они дают представление о состоянии и распределении холодного межзвёздного газа и пыли. Поэтому субмиллиметровые телескопы незаменимы для наблюдения молекулярных облаков и ядер туманностей. Также они позволяют определить целый ряд молекул и атомов в межзвёздной среде.

«Наиболее востребованными в радиоастрономии являются сверхчувствительные охлаждаемые детекторы. Используя самые короткие волны, появляется возможность создавать устройства для апертурного синтеза [как в случае снимка чёрной дыры Телескопом горизонта событий], то есть метода радионаблюдений с высоким угловым разрешением на небольших радиотелескопах, что позволяет изучать дальнюю Вселенную, исследовать химические вещества на экзопланетах — кислород, воду и т.д.», — рассказал автор патентов, д.ф.-м.н. Сергей Шитов, заведующий лабораторией криоэлектронных систем НИТУ МИСИС, ведущий научный сотрудник Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН.

В микросхеме активного сверхпроводящего терагерцового детектора интегрированы два сверхпроводящих прибора: RFTES-болометр (Radio Frequency Transition Edge Sensor — радиочастотный датчик края сверхпроводящего перехода) и СВЧ-предусилитель на основе магнитного датчика — сквида постоянного тока. В микросхеме заложена чувствительность к очень малым энергиям сигнала, преобразуемого в магнитное поле.

Регистрирующим элементом выступает микромостик в сверхпроводящем состоянии, охлаждённый до температуры ниже 1 К. Как только на мостик попадает тепловое излучение, он теряет сверхпроводимость и переходит в режим высокого сопротивления. Датчики (мостики) можно изготавливать в виде матриц. Каждый элемент может либо регистрировать определённую длину волны, либо создавать «пиксельное» изображение наблюдаемой области пространства.

«Терагерцовый диапазон позволяет исследовать области, которые ранее были недоступны для оптических наблюдений. Можно изучать такие астрономические объекты, как звёзды, галактики и межзвёздные молекулы, ведь терагерцовые волны могут проникать через некоторые непрозрачные вещества, например, через пыль. С помощью нового подхода к конструкции микросхем мы смогли решить проблему теплопритока к охлаждаемым частям приемного устройства, что улучшает общую эффективность детектора», — объяснил инженер-исследователь лаборатории криоэлектронных систем Никита Руденко.

Группа астрономов создала самую полную 3D-карту так называемого Местного пузыря — области пространства вместе с Солнечной системой, которая образовалась после взрыва сверхновой 14 млн лет назад. В общих чертах границы Местного пузыря были известны учёным. Новое исследование с помощью рентгеновского телескопа eROSITA позволило обнаружить неизвестный ранее элемент пузыря — что-то типа межзвёздного тоннеля или отростка в сторону созвездия Центавра.

Источник изображений: Michael Yeung/MPE

Интересно, что идея о соединении всех подобных пузырей, остающихся после взрывов сверхновых, своеобразными межзвёздными тоннелями была выдвинута учёными NASA ровно 50 лет назад. Сделанное с помощью нового инструмента открытие может стать первым шагом для сбора доказательств в пользу этой гипотезы.

Телескоп eROSITA стал первым рентгеновским инструментом, который наблюдал за Вселенной, находясь далеко за пределами Земли. Вокруг нашей планеты существует большое гало водорода, известное как геокорона. Геокорона распространяется более чем на 600 тыс. км от поверхности Земли. Солнечный ветер взаимодействует с атомами водорода в геокороне, возбуждая в ней рассеянное рентгеновское излучение подобно тому, которое испускают атомы газа в Местном пузыре. Телескоп eROSITA расположен в точке Лагранжа L2 на удалении 1,5 млн км от Земли и не страдает от помех в геокороне.

Для составления пространственной карты Местного пузыря небо было разделено на 2000 участков, каждый из которых рассматривался рентгеновским телескопом отдельно. Местный пузырь, оставшийся от взрыва сверхновой сравнительно недалеко от Солнца (так вышло случайно), разметал вещество в виде классической биполярной туманности. Внутри пузыря атомов существенно меньше, чем в остальном межзвёздном пространстве, и все они разогреты до миллионов кельвинов. К счастью для нас, атомы настолько разрежены в пространстве, что они не нагревают окружающую материю, но при этом легко детектируются соответствующими инструментами.

Градиент температур в Местном пузыре, измеренный eROSITA

Благодаря обзору eROSITA, Местный пузырь получил наиболее точное описание, включая определение градиента температуры. Впечатляющим открытием стало обнаружение «отчётливого рельефа» — ранее неизвестного тоннеля с разреженным газом в сторону созвездия Центавра. В том направлении находится несколько объектов — два молекулярных облака, туманность Гама, ещё один соседний пузырь, что-то ещё, но к какому конкретно объекту уходит тоннель, остаётся непонятным. Так или иначе, исследователи получили ценные данные, благодаря которым удаётся восстановить историю нашей галактики. А кто знает историю, тот не потеряется в будущем.

Интерактивную карту Местного пузыря и его ближайших окрестностей можно найти по ссылке. Жаль, что телескоп eROSITA переведён в режим сна 26 февраля 2022 года по требованию немецкой стороны. Он должен был работать 7 лет, а провёл за наблюдениями неполных 2 года.

В свежей работе, опубликованной на днях в журнале в Astronomy & Astrophysics, учёные рассказали о месяцах наблюдений за взрывом после слияния двух нейтронных звёзд. Это как Большой взрыв в миниатюре, выяснили астрофизики, которые час за часом восстановили происходящие во время взрыва и после него процессы, включая рекомбинацию электронов с атомами и образование материи.

Художественное представление взрыва килоновой. Источник изображения: ESO

Уникальное событие удалось обнаружить и идентифицировать 17 августа 2017 года. Двумя неделями ранее начал работать третий детектор гравитационных волн — франко-итальянская обсерватория Virgo. В дополнение к двум детекторам американской гравитационно-волновой обсерватории LIGO, появление третьего детектора позволило с небывалой доселе точностью локализовать источник гравитационных волн. Так было зафиксировано событие GW170817 — гравитационно-волновой всплеск от слияния двух нейтронных звёзд.

Когда две нейтронные звезды слились, это привело к величайшему взрыву, что теперь принято называть килоновой. Энергия подобных взрывов может в 1000 раз превышать яркость взрыва обычных сверхновых. Это событие получило свой собственный индекс — AT2017gfo, хотя оно является производным от слияния нейтронных звёзд.

Благодаря быстрой локализации события и последующим наблюдениям за ним десятками наземных и космических обсерваторий во всех возможных диапазонах, удалось собрать множество данных, первое комплексное осмысление которых появляется лишь теперь, спустя семь лет после события. И целое оказывается невероятно познавательным, даже несмотря на то, что даже по первым результатам оно было признано прорывом в астрономических наблюдениях.

По признанию учёных, они практически наблюдали за событиями Большого взрыва в миниатюре. Сегодня мы регистрируем реликтовое излучение вокруг себя, а почасовое наблюдение за килоновой AT2017gfo позволило увидеть процессы до его появления, во время и после него. Учёные наблюдали, как из горячей плазмы, когда ещё не было никакой материи в месте взрыва килоновой, электроны начали объединяться с атомами (рекомбинировать) и образовывать нейтральные атомы — тяжёлые элементы, которые во Вселенной рождаются только во время подобных «энергичных» событий.

В послесвечении события AT2017gfo учёные обнаружили стронций и другие тяжёлые металлы. В звёздах энергии термоядерного синтеза хватает лишь на образование атомов железа. Во время взрыва килоновой температура поднялась до миллиардов градусов, что можно соотнести с температурой Большого взрыва, после которого также начали образовываться атомы тяжёлых металлов. Такого нельзя воспроизвести ни в одной земной лаборатории. И небесных лабораторий для наблюдений таких процессов пока не так много. Но событие AT2017gfo показало, что мы можем экспериментальным (наблюдательным) путём доказывать базовые теории рождения и эволюции Вселенной. И даже наблюдать «Большой взрыв» и его последствия.

Не всем звёздам везёт обзавестись собственным выводком планет. Во Вселенной могут сложиться условия, при которых протопланетные диски рассеиваются быстрее, чем появляется возможность сформироваться планетам. Это хорошо иллюстрирует звёздная ассоциация Лебедь OB2 (Cygnus OB2), за которой наблюдала группа астрономов. В зависимости от окружения протопланетные диски сохранились у 1–40 % молодых звёзд, хотя все они одного возраста.

Область Лебедь OB2, где фиолетовым показано свечение в рентгене, а остальное в инфракрасном свете. Источник изображения: NASA

Звёздная ассоциация Лебедь OB2 находится примерно в 4600 световых годах от Земли. Это не звёздное скопление, поскольку большинство звёзд не связаны гравитацией и со временем разлетятся по галактике (в скоплениях звёзды удерживаются гравитацией вместе). Население ассоциации представлено в основном молодыми и горячими звёздами, вокруг каждой из которых должен иметься протопланетный диск. Звёзды сами образовались из такого диска, и что-то, а зачастую очень много, всегда остаётся лишним.

В то же время насыщенность пространства в области Лебедь OB2 молодыми звёздами создаёт некомфортные условия для планетообразующих дисков. Интенсивное излучение в ультрафиолете и рентгеновском диапазоне заставляет вещество дисков испаряться и уноситься прочь. Это явление называется фотоиспарением: газ в протопланетном диске нагревается и ионизируется, а внутреннее давление излучения от звезды выталкивает его из диска.

В обычных условиях звёзды типа нашего Солнца могут развеять протопланетный диск за 5–10 млн лет. Горячие и яркие звёзды классов O и B делают это за более короткий промежуток времени, не оставляя, как показывает новое исследование, шансов для образования планет.

Учёные создали составное изображение области Лебедь OB2 из снимков космической рентгеновской обсерватории «Чандра» (Chandra) и инфракрасной «Спитцер» (Spitzer). «Чандра» показывает области с интенсивным рентгеновским излучением, а «Спитцер» выявляет пыль (диски) и звёзды.

Анализ изображения показал, что менее массивные звёзды в ассоциации, находящиеся в менее плотном окружении соседей, имеют протопланетные диски, которые были обнаружены у 40 % звёзд. Они не такие горячие, чтобы развеять пыль и газ вокруг себя. В более плотных звёздных группах протопланетные диски имелись только у 18 % звёзд. В самом экстремальном и плотном окружении протопланетные диски сохранились только у 1 % звёзд. Когда звёзд много, они яркие, горячие и расположены достаточно близко друг к другу, это не способствует образованию планет и зарождению жизни. Ещё одна монета в копилку знаний о том, где искать жизнь во Вселенной. Звёзд в ней так много, что наблюдательный ресурс нужно расходовать только после очень вдумчивого выбора.

В последние годы в ранней Вселенной открыто много сверхмассивных чёрных дыр (СЧД), которые не должны были успеть стать настолько большими ко времени наблюдения. Для них существует чисто физический предел по скорости поглощения массы, который они обычно не могут превзойти. Тем удивительнее было найти чёрную дыру, которая по скорости поглощения вещества превысила теоретический предел в 40 раз.

Художественное представление неумеренно питающейся чёрной дыры. Источник изображения: NSF NOIRLab

Открытие сделала группа астрономов из США (из обсерваторий Gemini и NSF NOIRLab). Используя для своих целей космическую обсерваторию им. Джеймса Уэбба они наблюдали некоторое количество галактик в ранней Вселенной по следам наблюдений рентгеновской обсерватории «Чандра». Эти галактики были тусклыми в оптике, но яркими в рентгене, что свидетельствует об активности чёрных дыр в их центрах.

Внимание учёных привлекла галактика LID-568. Точное расположение этого объекта помог установить спектрометр «Уэбба». Галактика LID-568 оказалась на расстоянии 1,5 млрд лет после Большого взрыва. Проведенные оценки показали, что в центре галактики находится активная сверхмассивная чёрная дыра массой 7,2 млн солнечных масс. Это сравнительно небольшая масса для СЧД. Удивило другое. Так называемый предел Эддингтона для этой чёрной дыры был превышен в 40 раз!

Когда на СЧД падает вещество, оно закручивается вокруг неё по спирали. Все чёрные дыры во Вселенной вращаются, поскольку возникли из вращающихся объектов. Чёрная дыра создаёт при этом вокруг себя вращение пространства-времени, заставляя всё падающее на неё также вращаться по сжимающейся спирали (сила гравитации действует в этой области также вбок, а не только в сторону центра).

Сила гравитации и трение, наиболее сильные ближе к чёрной дыре, разогревают вещество в диске аккреции до свечения во всех диапазонах электромагнитного излучения. Это излучение создаёт изнутри давление на падающее на СЧД вещество и не даёт ему падать на чёрную дыру сверх определённой скорости. Этот порог и есть предел Эддингтона (в общем случае он введён для звёзд, удерживающих свои внешние оболочки от падения на ядро), хотя этот порог на относительно короткое время может превышаться и тогда проявляется сверхэддингтоновский эффект, когда темп аккреции значительно превышает эддингтоновский предел.

Похоже, учёные наткнулись на СЧД LID-568 в тот редкий момент, когда она потребляла вещество в режиме сверхэддингтоновского предела. Поэтому дальнейшие наблюдения за этим объектом могут принести массу открытий в эволюции чёрных дыр. Для учёных стало загадкой, как СЧД в ранней Вселенной смогли отъесться до настолько больших регистрируемых масс. К такому могла привести ситуация, когда первые чёрные дыры возникали непосредственно из коллапса облаков материи либо из невероятно огромных первых звёзд (ни одно, ни другое не наблюдалось).

Превышение эддингтоновского предела также может дать ответ на невероятную скорость откорма СЧД. Открытие галактики LID-568 в этом плане стало настоящей находкой.

Фильм «Контакт» 1997 года с Джоди Фостер в главной роли оказался пророческим. В системе Вега — одной из ярких звёзд в небе Земли — на первый взгляд никаких планет не обнаружено. Углублённый обзор системы Веги с помощью телескопов «Хаббл» и «Уэбб» показал равномерное распределение газа и пыли на ширину 160 млрд км без видимых следов планет, хотя вокруг аналогичной звезды Фомальгаут в абсолютно схожих условиях видны признаки трёх экзопланет.

Изображение газопылевого диска системы Веги по данным «Хаббла» (слева) и «Уэбба» (справа). Источник изображения: NASA

Учёные находятся в недоумении — одна и та же физика привела к абсолютно противоположному результату. Обоим звёздам по 450 млн лет. Обе имеют классические газопылевые протопланетные диски. В системе Фомальгаута в сплошном газопылевом диске обнаружены три чётко выраженных кольца, свидетельствующих о существовании там планет, которые буквально пропахали борозды в дисках.

Газопылевой диск Веги остался ровным и гладким. Впрочем, один небольшой зазор фиксируется на расстоянии 60 а.е. от звезды, что соответствует двум расстояниям Нептуна от Солнца. Но где «веганские» Юпитер и Сатурн? Их нет! Уж планеты гиганты с расстояния 25 световых лет обнаружить проблем не составило бы.

«С помощью телескопов "Хаббл" и "Уэбб" вы получаете очень чёткое изображение Веги. Это загадочная система, потому что она не похожа на другие околозвёздные диски, которые мы рассматривали, — сказал Андраш Гашпар (Andras Gáspár) из Университета Аризоны, член исследовательской группы. — Диск Веги гладкий, смехотворно гладкий».

В допустимом диапазоне наблюдений «Хаббл» способен распознать свечение газопылевого диска Веги в ультрафиолете. На изображении выше оно слева. «Хаббл» показывает распределение буквально пыли — частичек, свойственных дыму. На правом изображении с «Уэбба» видно свечение более крупных частичек — как песок, излучающий тепло. В любом случае нет никаких следов объектов планетарного масштаба, что стало для исследователей настоящим сюрпризом, который заставит переосмыслить эволюцию планетарных дисков. Некоторые из них могут быть пустынями, а это снижает вероятность зарождения жизни в некоторых уголках Вселенной.

Компания AST SpaceMobile показала кадры завершающего этапа раскрытия гигантских панелей всех пяти спутников связи BlueBird, запущенных месяцем ранее на низкую околоземную орбиту. Площадь каждой панели составляет 65 м², что заставляет их сиять в ночном небе как звёзды первой величины. Первые впечатления учёных от появления искусственных «звёзд» на небе сродни шоку — это может погубить наблюдательную астрономию на Земле.

Источник изображения: AST SpaceMobile

Полное раскрытие панелей на всех первых пяти спутниках BlueBird компании завершено в минувшую пятницу — 1 ноября 2024 года. Фактически это позволяет AST SpaceMobile начать бета-тестирование предоставления услуг мобильной связи из космоса. Такая связь не потребует использования специальных спутниковых телефонов и будет работать с обычными смартфонами. Удобство для обычных людей обернётся проблемами для учёных, которым сотни и тысячи спутников на низкой орбите будут создавать помехи в процессе наблюдений за небом в оптическом и радиодиапазоне.

В частности, один из учёных сообщил источнику: «Мы также наблюдали за спутниками BlueBird с момента их появления. Для точной характеристики потребуется больше данных, но мы обнаружили, что они могут быть такими же яркими, как [звёзды] первой величины. Это делает их одними из самых ярких объектов на небе».

Заявка AST SpaceMobile в Федеральную комиссию связи (FCC) на получение лицензии для тестирования услуг мобильной связи из космоса пока не удовлетворена. Ожидается, что лицензия будет выдана в ближайшие недели, что позволит компании начать этап бета-тестирвоания услуг в декабре текущего года. Всего AST SpaceMobile планирует вывести в космос до 200 спутников связи. Учёных особенно должно насторожить то, что спутники BlueBird второго поколения будут иметь антенны площадью уже 223 м². Ярче их на небе ночью будет только Луна.

Компания заявляет, что сотрудничает с астрономами и NASA по смягчению светового загрязнения спутников связи. Например, используя для этого антибликовые покрытия. Но пока для астрономов это служит слабым утешением. Искусственных звёзд на небе становится всё больше и больше. А ведь ещё есть сеть Starlink компании SpaceX, группировка которой уже насчитывает 6000 активных аппаратов в космосе, а таких будут десятки тысяч.

Также есть опасения о вредном влиянии тысяч спутников и запусков на атмосферу Земли. Некоторое время назад около 120 учёных направили открытое письмо в FCC, призывая регулятора остановить запуски интернет-спутников, уничтожающих экологию планеты.

Астрономы из Дании в ходе наблюдения за двойной рентгеновской системой обнаружили признаки рекордной характеристики у центрального партнёра — нейтронной звезды, вокруг которой вращается белый карлик. Одна из зарегистрированных термоядерных вспышек на объекте сопровождалась колебанием интенсивности на частоте 716 Гц. Это означает, что нейтронная звезда вращается вокруг своей оси с частотой 716 оборотов в секунду, что на сегодня является абсолютным рекордом.

NICER на МКС. Источник изображения: NASA

Двойная система 4U 1820-30 является одним из самых привлекательных кандидатов для наблюдения. Она удалена от Земли на 26 тыс. световых лет в направлении центра Млечного Пути и расположена в созвездии Стрельца. Белый карлик находится очень близко к нейтронной звезде и совершает один оборот вокруг неё за 11 минут. Диаметр нейтронной звезды составляет примерно 12 км, а её масса — в 1,4 раза больше солнечной. Такая система называется барстером. Нейтронная звезда перетягивает массу компаньона, а когда та накапливается до критического уровня, происходит термоядерный взрыв, сопровождающийся рентгеновской вспышкой.

За системой велось наблюдение рентгеновским телескопом NASA NICER, установленным на МКС. Группа DTU Space из Технического университета Дании создавала систему наведения для этого инструмента. Из 15 зарегистрированных термоядерных взрывов один указал на возможную скорость вращения нейтронной звезды — 716 оборотов в секунду. Ранее была обнаружена только одна нейтронная звезда с такой же скоростью вращения — радиопульсар PSR J1748−2446ad. Впрочем, рекордную скорость вращения 4U 1820-30 ещё предстоит подтвердить в будущих наблюдениях. Тем не менее полученные данные вносят ещё больше ясности в природу нейтронных звёзд.

Коричневые карлики или несостоявшиеся звёзды, как их прозвали за неспособность запустить термоядерное горение, во многом остаются малоизученными объектами. Появление в космосе инфракрасного телескопа «Джеймс Уэбб» стало введением в строй наиболее подходящего инструмента для изучения этих относительно холодных и поэтому невидимых в оптическом диапазоне недозвёзд. «Уэбб» готов раскрывать их секреты, включая возможность появления у них планет и жизни.

Источник изображения: NASA/ESA/CSA

Ещё в первые годы наблюдений телескопом «Хаббл» в одной из близких к Земле зон звездообразования в туманности Ориона были обнаружены объекты, напоминающие протопланетные диски (проплиды). Однако только с появлением «Уэбба» в центре проплидов были выявлены объекты, которые могут считаться коричневыми карликами. Инфракрасная спектроскопия, проведённая с помощью приборов «Уэбба», позволила измерить их температуру и оценить массу, что стало подсказкой к вопросу, могут ли коричневые карлики иметь собственные планетные системы. Скорее всего, могут.

В наблюдаемой области туманности Ориона, удалённой от Земли на 1500 световых лет, «Уэбб» обнаружил более двух десятков кандидатов в коричневые карлики. Набор статистики по этим объектам многое откроет для науки. Пока считается, что масса коричневых (иначе — бурых) карликов лежит в диапазоне 0,015–0,075 солнечных масс. «Уэбб» способен засекать такие объекты и, что немаловажно, позволяет оценить их температуру, по которой можно отличить коричневого карлика от звезды.

Например, один из обнаруженных «Уэббом» кандидатов имеет массу 0,05 солнечных масс — это примерно как пять Юпитеров. И таких примеров достаточно, чтобы учёные смогли лучше понять природу коричневых карликов и, в частности, их способность к формированию собственных планетных систем.

«Новые наблюдения JWST лишь коснулись вопроса коричневых карликов в Орионе, — говорят учёные. — Туманность содержит несколько сотен слабых объектов, которые могут быть коричневыми карликами, готовыми для спектроскопии с помощью JWST. Будущие наблюдения Ориона с помощью JWST потенциально могут обнаружить гораздо больше примеров проплидов вокруг коричневых карликов и определить наименьшую массу, при которой существуют коричневые карлики. Эта информация поможет нам заполнить пробелы в наших знаниях о том, как формируются коричневые карлики и их связь со звёздами и планетами».

Поскольку первое изображение чёрной дыры в центре Млечного Пути было сделано после обработки данных, полученных одновременно с восьми радиотелескопов, оно даёт несколько условное представление о реальном облике такого объекта. В зависимости от использованного алгоритма для обработки данных, чёрная дыра каждый раз будет выглядеть иначе, заявили японские учёные и представили собственный взгляд на чёрную дыру в центре нашей галактики.

Фотография чёрной дыры Стрельца А* (Sgr A*). Источник изображения: EHT

«Фотографии» чёрной дыры M87* (первой в истории) и чёрной дыры Стрельца А* (Sgr A*) в центре нашей родной галактики были сделаны так называемым Телескопом горизонта событий (Event Horizon Telescope, EHT). Это восемь разбросанных по всей Земле радиотелескопов, которые благодаря огромной базе могли получить данные в очень высоком разрешении. Затем все они направили собранную информацию, записанную на жёстких дисках, в центр обработки, где их свели воедино. С оптическими наблюдениями такого сделать нельзя, а с радиоданными в цифре — это решаемый вопрос.

После нескольких лет обработки учёные в мае 2022 года представили изображение чёрной дыры Стрельца А* в центре Млечного Пути. В целом её вид ближе к кругу. Саму чёрную дыру увидеть нельзя, фотоны не могут покинуть её за горизонтом событий, но диск аккреции, откуда вещество падает на чёрную дыру, благодаря трению и гравитации сияет во всех диапазонах наблюдений. Собственно, именно диск аккреции представлен на всех изображениях чёрных дыр.

Исследователи из Национальной астрономической обсерватории Японии (NAOJ) посчитали, что учёные коллаборации EHT допустили неточности при обработке данных. Использованный ими алгоритм ошибочно представляет отсутствующие данные. Для более точной интерпретации следовало выбрать другой метод обработки.

«Мы предполагаем, что изображение кольца было результатом ошибок во время анализа изображений EHT, и что часть его была артефактом, а не реальной астрономической структурой», — рассказали японские астрономы.

«Настоящее» изображение Стрельца А*. Источник изображения: NAOJ

Обработка данных с помощью альтернативного алгоритма представила чёрную дыру Стрельца А* вытянутым с востока на запад объектом. Восточная часть выглядит ярче, что учёные объяснили эффектом Доплера — диск аккреции летит нам навстречу. Сам диск наклонён по отношению к лучу зрения с Земли на 40–45 °, а скорость его вращения достигает 60 % от скорости света. Правильная интерпретация данных дала больше информации, чем получено после представления официальной фотографии.

В то же время необходимо признать, что сегодня можно лишь с осторожностью говорить о точности той или иной интерпретации данных, с помощью которых восстанавливают облик чёрных дыр. Помимо сложностей с их получением необходимо помнить, что пространство-время в значительной степени искривлено вблизи таких объектов, и что там можно понять — это большой вопрос.

Нашумевшая «Задача трёх тел» китайского писателя-фантаста Лю Цысиня наглядно показала, насколько неустойчивым и поэтому редким явлением во Вселенной может быть звёздная система из трёх объектов звёздной массы (звёзд или чёрной дыры). Тем удивительнее стало открытие такой системы, в центре которой впервые была обнаружена чёрная дыра.

Художественное представление системы V404 Лебедя (чёрная дыра разрывает ближайшую звезду и удерживает далёкую). Источник изображения: Jorge Lugo

Источником информации для открытия стали собранные европейским астрометрическим спутником «Гайя» (Gaia) данные. Этот аппарат создаёт динамический трёхмерный каталог звёзд в Млечном Пути и немного за его пределами. «Гайя» определяет вектор и скорость движения звёзд, что позволяет определить гравитационно-связанные объекты и выявить двойные и даже тройные системы.

Согласно данным измерений «Гайи», изначально считавшаяся двойной системой V404 Лебедя (Cygni) включает в себя третью звезду. Система удалена от Земли на 7800 световых лет. Недалеко от компактного центра в виде чёрной дыры звёздной массы и разрываемой ею близкой звезды с орбитальным периодом в 6,5 суток находится третья звезда, по-видимому, гравитационно связанная с системой. Нюанс в том, что эта звезда находится на удалении 3500 а.е. от чёрной дыры и делает полный оборот вокруг неё за 70 тыс. лет. Эта звезда была видна и раньше, но только измерения «Гайи» смогли показать её связь с двумя центральными объектами.

Собственно, в такой конфигурации пресловутая задача трёх тел решается положительным образом — такая система будет гравитационно устойчивой условно бесконечно долгое время. Суть открытия в другом — гравитационная привязка третьей далёкой звезды к центральной паре настолько слабая, что в данной ситуации кажется невозможной.

Слева изображение центральной пары и далёкой звезды в оптике, справа — в инфракрасном диапазоне. Источник изображения: Nature 2024

Дело в том, что центральная чёрная дыра должна была образоваться в результате взрыва сверхновой, сбросить внешнюю оболочку и коллапсировать ядром. Все эти бурные проявления должны были бы разорвать слабую гравитационную связь с третьей звездой. Этого не произошло бы только в том случае, если бы коллапс произошёл без взрыва сверхновой. Такое явление теоретически возможно, но его сложно обнаружить и подтвердить наблюдениями (сверхновую будет видно в любом случае).

Моделирование ситуации с системой Лебедя V404 показало, что коллапс центральной звезды внутрь — это наиболее вероятный сценарий для описания того, что астрономы увидели в данных «Гайи» и последующих наблюдениях за системой. Сразу же возник вопрос — это так повезло, или тройные системы с чёрными дырами — это непременный или часто случающийся этап эволюции чёрных дыр? Ответ на него могут дать только последующие наблюдения.

Учёные получили новые доказательства, что базовые органические молекулы, необходимые для зарождения биологической жизни на Земле, пришли из космоса. В окаменелостях на планете признаки клеточной органики находят в слоях возрастом 3,7 млрд лет — почти сразу после её остывания до безопасного уровня. В таком случае клеточная жизнь не успела бы развиться из обычных химических элементов. Нужны были простые органические молекулы, очевидно — из космоса.

Фрагмент молекулярного облака тельца в инфракрасном диапазоне. Источник изображения: ESA

Учёные давно фиксируют присутствие сложных органических молекул в межзвёздном пространстве (соединения углерода и водорода). В общем случае — это класс так называемых полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), кольцеобразных соединений из десятков атомов. Интересно, что ранее теория не предполагала существования в межзвёздном пространстве молекул, более сложных, чем соединения из двух атомов. Наука считала, что ионизирующее излучение, особенно сильное в областях звездообразования, стабильно разрушает сложные молекулы. С появлением радиоастрономии молекулы ПАУ стали фиксироваться повсеместно, хотя одна проблема оставалась.

В инфракрасном и радиодиапазоне земная наука научилась различать крупные молекулы ПАУ. Между тем для процессов зарождения биологической жизни требовались более простые молекулы. В частности, было бы желательно обнаружить, например, пирен — одну из самых маленьких молекул ПАУ, состоящую всего из 26 атомов. Пирену было бы трудно выжить в плотном ионизирующем излучении молодых звёзд в зонах звездообразования, однако его также невозможно обнаружить в диапазоне радиоволн. Тогда учёные пошли другим путём.

Известно, что в соединении с цианидом пирен образует цианопирен (1-cyanopyrene, C₁₇H₉N). Цианопирен отлично регистрируется радиотелескопами, а зная распределение и соотношение цианида можно рассчитать ожидаемое количество пирена в изучаемой области пространства.

Молекула пирена (чёрные атомы — углерод, белые — водород). Источник изображения: Wikimedia

Учёные изучили ближайшую к Земле область звездообразования — удалённое на 450 световых лет молекулярное облако Тельца. Объём пирена, рассчитанный для этого облака холодного межзвёздного газа и пыли, превзошёл все мыслимые ожидания. Хотя в этой области множество новорождённых звёзд и процесс их формирования не прекращается, пирена — одного из базовых «кирпичиков» для зарождения биологической жизни — здесь в избытке. Это означает, что он в значительном количестве осядет на будущие планеты и, вероятно, в избытке присутствовал в облаке пыли и газа, которое впоследствии стало Солнечной системой.

Кстати, пирен обнаружен в образцах с астероида Рюгу, что стало ещё одним доказательством его существования в холодных межзвёздных облаках материи. Новое открытие ещё немного укрепило гипотезу внеземного происхождения жизни хотя бы на уровне базовых органических молекул.