Считается, что планеты формируются в протопланетных дисках в виде сферических тел, постепенно набирая массу из окружающего ядро вещества. Как показало моделирование, иногда это может быть не так и планета на ранних стадиях зарождения вполне может оказаться достаточно плоской формы.

«Плоская Земля» в представлении ИИ. Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Как полагают учёные из Университета Центрального Ланкашира (UCLan), эволюция планет на ранних стадиях развития изучена недостаточно хорошо. В целом преобладает мнение, что от начала до конца зародыш планеты растёт равномерно и имеет шарообразную форму. Менее поддержана гипотеза так называемого нестабильного диска: на ранних стадиях эволюции центральная область зарождающейся планеты имеет скорее плоскую форму, чем сферическую.

Когда-нибудь наши телескопы станут достаточно чувствительными, чтобы напрямую изучать планеты на всех этапах их эволюции. В принципе, на примере планет-гигантов это можно делать уже сейчас, достаточно найти подходящих кандидатов. Кстати, космический телескоп им. Джеймса Уэбба занимается, в том числе, и такой задачей. Но пока достаточных для наблюдения данных нет, приходится проводить моделирование на компьютере.

«Мы долгое время изучали формирование планет, но никогда раньше нам не приходило в голову проверить форму планет по мере их формирования в ходе моделирования, — сказал один из соавтор исследования Димитрис Стамателлос (Dimitris Stamatellos). — Мы всегда предполагали, что они сферические».

Моделирование протопланеты, формирующейся методом нестабильного диска. Вид сверху и сбоку Источник изображения: UCLan

Моделирование показало, что когда планеты формируются с помощью процесса нестабильности диска, они не демонстрируют равномерный сферический рост. Наоборот, на полюсах в таких случаях собирается больше вещества, чем в экваториальной зоне, что превращает их в «сплюснутый сфероид» или, говоря проще, на этом этапе формирования молодая планета похожа на сильно приплюснутое яйцо. В итоге она всё равно становится сферической формы, но определённый этап с некоторой натяжкой может считаться периодом плоской земли.

Статья опубликована в одном из самых престижных астрономических журналов — Astronomy and Astrophysics Letters.

Космическая обсерватория им. Джеймса Уэбба сделала два редких наблюдения — напрямую увидела две экзопланеты в системах с белыми карликами. Это экзотика в квадрате — получить свет от планет вне Солнечной системы и ещё переживших смерть своей звезды.

Художественное представление экзопланеты-гиганта в системе с белым карликом. Источник изображения: Robert Lea

Статья об открытии ещё не прошла рецензирование и находится на сайте arXiv. Экзопланеты-кандидаты были обнаружены прибором «Уэбба» MIRI в среднем инфракрасном диапазоне, когда в поле зрения телескопа попали белые карлики WD 1202-232 и WD 2105-82. Одна из потенциальных экзопланет располагается на расстоянии от звезды примерно в 11,5 раз дальше, чем Земля отстоит от Солнца. Второй кандидат находится ещё дальше от своей звезды — на удалении в 34,5 раза дальше, чем расстояние между нашей планетой и Солнцем.

Массы обеих экзопланет пока неизвестны. Для их определения необходимы новые наблюдения. По грубым оценкам, каждая из экзопланет может быть от 1 до 7 раз тяжелее Юпитера — самой большой планеты Солнечной системы. Пока масса этих объектов не будет определена, они будут считаться кандидатами в экзопланеты. Их предыдущие орбиты, по-видимому, были намного ближе к звёздам. Вероятно, примерно на том месте, где сейчас находятся орбиты Сатурна и Юпитера. Когда звёзды в этих системах умирали и превращались в красных гигантов, их разросшиеся оболочки выжигали и выталкивали всё до орбиты Марса, и это могло также привести к изменению орбит экзопланет-гигантов.

Глядя на системы WD 1202-232 и WD 2105-82 мы фактически наблюдаем слепок с Солнечной системы примерно через 5 млрд лет, когда Солнце пройдёт стадию красного гиганта и сбросит внешнюю оболочку, оставив в центре системы остывающее ядро — белый карлик.

Источник изображения: Mulaney, et al, 2024

Кстати, от 25 % до 50 % наблюдаемых белых карликов демонстрируют повышенное содержание металлов по классификации астрономии — химических веществ тяжелее водорода и гелия. На примере наблюдаемых систем с выжившими планетами-гигантами можно предположить, что они сбрасывают на ядра звёзд астероиды и кометы, являясь источниками загрязнения остатков звёзд металлами. Тем самым планеты-гиганты могут считаться распространёнными телами в звёздных системах.

Ещё одно интересное наблюдение кандидатов в экзопланеты заключалось в том, что они были намного горячее в определённом диапазоне инфракрасного спектра, чем можно было бы ожидать. Это позволяет надеяться, что дополнительное тепло может поступать, например, от их спутников. Тем самым у нас появляется шанс впервые открыть экзолуну. Одним словом, обнаружены очень перспективные для наблюдений объекты и «Уэбб» ещё наверняка уделит им внимание.

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

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

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

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

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

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

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

1 февраля 2024 года был опубликован каталог первого обзора неба рентгеновским телескопом eROSITA, установленным на космической обсерватории «Спектр-РГ» («Спектр-Рентген-Гамма»). «Получены умопомрачительные цифры», — сообщили авторы публикации, говоря об обнаружении около одного миллиона источников высокоэнергетических событий. Это сверхмассивные чёрные дыры, сверхновые, скопления галактик и многое другое, что ещё предстоит осмыслить.

Представления данных каталога eRASS1: слева — расширенное, справа — точечные источники. Источник изображения: eROSITA-Konsortium

Обсерватория «Спектр-РГ» с двумя телескопами — немецким eROSITA и российским «ART-XC» была запущена в космос 13 июля 2019 года с космодрома Байконур на ракете Протон-М. Первый обзор неба начался 12 декабря 2019 года и продлился до 11 июня 2020 года. Все внесённые в первую редакцию каталога eRASS1 данные получены за этот период. Всего научная программа eROSITA предполагает восемь обзоров неба, четыре из которых завершены, и из них три пока ещё находятся в обработке. Отметим также, что 26 февраля 2022 года телескоп eROSITA переведён немецкой командой в спящий режим на неопределённое время.

За первые полгода наблюдений eROSITA уловил 170 млн рентгеновских фотонов. Из этих регистраций учёные извлекли данные о 900 тыс. источниках рентгеновского излучения, которые с высокой точностью смогли привязать к событиям и объектам во Вселенной. В частности, были детектированы 700 тыс. сверхмассивных чёрных дыр в центрах активных галактических ядер, 180 тыс. излучающих рентгеновские лучи звёзд в Млечном Пути, 12 тыс. галактических скоплений и ряд экзотических событий, таких как двойные звёзды, остатки сверхновых, пульсары и другие объекты.

«Это умопомрачительные цифры для рентгеновской астрономии, — сказал в заявлении Андреа Мерлони, главный исследователь eROSITA и первый автор статьи по каталогу eROSITA. — За 6 месяцев мы обнаружили больше источников, чем крупные флагманские миссии XMM-Newton и Chandra за почти 25 лет работы». Более того, даже за 60 лет существования рентгеновской астрономии не было получено так много данных, как это сделал телескоп eROSITA.

Художественное представление рентгеновской обсерватории «Спектр-РГ»

По данным наблюдений уже опубликовано около 250 научных статей, заметная часть которых вышла за рамки научных целей миссии. Например, вместе с каталогом eRASS1 вышли подробные описания галактической паутины — нитей газа и пыли, соединяющие галактики, каталог галактических сверхскоплений (таких открыто 1000 штук) и масса другой вспомогательной информации. А ведь основной научной целью eROSITA было изучение тёмной энергии, благодаря которой Вселенная ускоренно расширяется.

Вместе с каталогом учёные представили программные инструменты для анализа информации и интерпретации полученных данных, что ускорит обработку и осмысление собранной информации.

Практически все сто с небольшим известных науке случаев приливного разрушения звёзд чёрными дырами зафиксированы в галактиках с недавно закончившимися процессами звездообразования. В галактиках других типов эти процессы не встречаются, но, как показало новое исследование, мы просто не умели находить такие события. Астрономы из США показали пример, как случаи «жестокой расправы» чёрных дыр со звёздами обнаруживать повсеместно.

Приливное разрушение звезды чёрной дырой в представлении художника. Источник изображения: ESO/M. Kornmesser

Когда звезда оказывается в опасной близости от чёрной дыры, она теряет большую часть своего вещества в процессе так называемого приливного разрушения. Вещество звезды образует диск вокруг чёрной дыры и запускает процесс аккреции вещества — его падение на чёрную дыру.

Гравитация, трение и нагрев вещества вызывают выбросы энергии как от внутренней стороны аккреционного диска, так и с полюсов чёрной дыры, куда вещество из диска забрасывается мощными магнитными полями этого объекта. Эти выбросы энергии мы регистрируем в основном в оптическом и рентгеновском диапазонах.

Астрономы из Массачусетского технологического института предложили искать события приливного разрушения звёзд чёрными дырами в инфракрасном диапазоне. Официальное сообщение о первом открытии такого события в инфракрасном спектре поступило в апреле 2023 года. Метод был признан рабочим и взят на вооружение. И это привело к лавине открытий.

Источник изображения: Zwicky Transient Facility/R.Hurt (Caltech/IPAC)

Поиск данных в наблюдениях инфракрасного телескопа NASA NEOWISE и последующий анализ кандидатов с помощью данных ряда наземных телескопов позволил обнаружить 18 ранее неизвестных событий приливного разрушения звёзд чёрными дырами. Шесть из них были позже отброшены, поскольку были связаны с активностью чёрных дыр в центрах галактик. Однако 12 событий были идентифицированы с высокой достоверностью, и все они были открыты впервые.

Более того, все 12 новых событий приливного разрушения звёзд, зафиксированных в данных инфракрасных наблюдений, выявлены там, где раньше их не находили — в сильно запылённых галактиках. Похоже, раньше мы просто не могли уловить такие явления, поскольку пыль блокирует оптический и рентгеновский диапазоны. В инфракрасном же диапазоне никто до этого не искал подобные явления.

Галактики с кандидатами в события приливного разрушения звёзд в исследовании. Источник изображения: The Astrophysical Journal, 2024

По всему получается, что приливные разрушения звёзд могут происходить фактически в галактиках любых типов и на любых стадиях их развития. Во-первых, это позволяет забыть о проблеме несоответствия количества этих событий в теории и в процессе наблюдения (их наблюдалось меньше, чем предсказано, чему теперь нашли объяснение). Во-вторых, теперь у учёных появится больше данных для всестороннего изучения физики приливного разрушения звёзд, что обогатит науку новыми знаниями о процессах во Вселенной.

Находясь внутри Млечного Пути, мы мало что можем сказать о нашей галактике как о едином объекте. Но зато мы можем смотреть вокруг и находить во Вселенной массу похожих спиральных галактик и взглянуть на свой космический дом как бы со стороны. Сегодня NASA предлагает насладиться роскошными видами 19 ближайших спиральных галактик, во многом напоминающих нашу.

Все изображения можно увеличить, нажав на них (откроется новое окно). Источник изображений: NASA

Завершить многолетние наблюдения помогла космическая обсерватория им. Джеймса Уэбба. Этот телескоп работает в инфракрасном ближнем и среднем диапазонах, улавливая излучение от нагретого газа и пыли. Межзвёздный газ и пыль поглощают свет в видимом и ультрафиолетовом диапазонах и, нагреваясь, светятся в инфракрасном спектре, обозначая своё положение и структуру во Вселенной.

Слева вверху изображение галактики NGC 628 в инфракрасном диапазоне (Уэбб), справа внизу — в видимом (Хаббл)

До наблюдений «Уэбба» сбором информации по 19 близлежащим спиральным галактиками занимались оптический телескоп «Хаббл», «Атакамская большая [антенная] решётка миллиметрового диапазона» ALMA и спектральный прибор MUSE на Очень большом телескопе в Чили, который, в том числе, работал в ультрафиолетовой области спектра. «Уэбб» завершил связанный с этими наблюдениями проект PHANGS, добавив наблюдения в ближнем и среднем инфракрасном диапазонах.

Комбинированное изображение галактики NGC 628 во всех диапазонах сразу. До неё 32 млн световых лет

Все наблюдаемые 19 галактик расположены на удалении от 30 до 80 млн световых лет от нас. Они выбраны из множества других галактик за самый удобный ракурс для изучений — все они расположены к нам лицом и могут раскрыть свою структуру во всех деталях. Это чудесные рукава, области пыли и звездообразования, яркие центральные области со сверхплотными скоплениями старых звёзд, оставшиеся после взрывов сверхновых в межзвёздном веществе и сверхмассивные чёрные дыры в некоторых из центров галактик.

Галактика NGC 1300, до которой 69 млн световых лет

Одновременно с изображениями галактик команда проекта PHANGS выпустила каталог примерно со 100 000 звёздных скоплений, которые в них наблюдаются. Материал получился настолько обширный, что обработать все данные одному коллективу физически невозможно. Учёные ожидают, что на основе собранной информации будут составлены новые каталоги по миллионам звёзд, что позволит ещё лучше понять их эволюцию на примере множества новых наблюдений. На этой странице на сайте NASA можно скачать все представленные изображения в высоком разрешении.

Галактика NGC 4254

Около 50 лет назад стало понятно, что галактики заполнены неким невидимым веществом, которое как бы цементирует всё, что мы в них наблюдаем. Это вещество стали называть тёмным, поскольку оно не видимо в электромагнитных диапазонах и воздействует на окружение только гравитацией. Благодаря обилию тёмного вещества в галактиках орбитальные скорости вращения звёзд не уменьшаются по мере удаления от их центров. Но с Млечным Путём оказалось всё не так просто.

Вид на нашу галактику с Земли приборами «Гайи» и не только. Источник изображения: ESA/Gaia/DPAC

Учёные из Массачусетского технологического института провели собственный анализ распределения скорости звёзд в нашей галактике в зависимости от их удалённости от центра Млечного Пути. Используя данные европейского астрометрического спутника «Гайя» (Gaia) и данные исследования неба с помощью наземного телескопа SDSS Обсерватории Апач-Пойнт на спектроскопическом оборудовании Apache Point Observatory Galaxy Evolution Experiment (APOGEE) учёные выяснили, что внутренняя часть нашей галактики может оказаться подозрительно лёгкой.

Данные по более чем 33 тыс. звёзд по всему диску галактики показали, что по мере удаления от центра Млечного Пути радиальная скорость звёзд заметно снижается, тогда как классическая кривая вращения галактик представляет собой практически горизонтальную линию по мере удаления от центра. Нам оказалось легко измерить кривые вращения далёких и близких галактик, тогда как со своей собственной мы едва научились разбираться и то, не до конца.

«Что нас действительно удивило, так это то, что эта кривая оставалась плоской до определенного расстояния, а затем она начала снижаться, — рассказали авторы исследования. — Это означает, что внешние звёзды вращаются немного медленнее, чем ожидалось, что является очень удивительным результатом».

«Этот результат противоречит другим измерениям, — продолжают исследователи. — Реальное понимание этого результата будет иметь глубокие последствия. Это может привести к обнаружению большего количества скрытых масс сразу за краем галактического диска или к пересмотру состояния равновесия нашей галактики».

В данных обзора нашей галактики Vista Variables in the Via Lactea (VVV), международная группа астрономов обнаружила два странных поведения звёзд, которые оказались неизвестны науке. Среди миллиардов звёзд в нашей галактике обнаружились «старые курильщики» и «взрывные новорожденные». Оба явления пока не имеют надёжного объяснения и призывают учёных раскрыть их тайны.

«Старый курильщик» в представлении художника. Источник изображения: Philip Lucas/University of Hertfordshire

Обзор VVV проводился в течение примерно 10 лет на телескопе VISTA в чилийских Андах в обсерватории на вершине горы Серро-Параналь. Телескоп VISTA с 4-м зеркалом обладает чувствительностью как в оптическом, так и в инфракрасном диапазоне, что даёт возможность заглядывать вглубь облаков из пыли и газа. Поэтому он охотился также за тусклыми объектами — старыми умирающими звёздами и зародышами звёзд в протопланетных дисках.

В процессе анализа красных гигантов учёные неожиданно для себя выявили группу из 21 звезды, которые вели себя необъяснимым образом. «Эти пожилые звёзды годами или десятилетиями сидят спокойно, а затем выпускают клубы дыма совершенно неожиданным образом. Они выглядят очень тусклыми и красными в течение нескольких лет, до такой степени, что иногда мы их вообще не видим», — делятся открытием учёные.

За такое поведение этим звёздам дали шутливое прозвище «старые курильщики». Если серьёзно, то открытие создало условия для появления нового класса или подкласса звёзд. Удивительно, что такие звёзды выявлены только вблизи ядра Млечного Пути, где межзвёздная среда богата тяжёлыми элементами. Больше нигде в нашей галактике подобных явлений не наблюдалось. Возможно, предполагают учёные, «старые курильщики» могут стать важным звеном в эволюции химических элементов во Вселенной.

Вторыми новыми для науки объектами стали «взрывные младенцы». Это только что родившиеся звёзды, окружённые протопланетными дисками. Некоторые из этих звёзд продемонстрировали необычную активность — сильные и нерегулярные вспышки, которые нельзя объяснить с помощью современных теорий эволюции звёзд.

Художественное представление новорожденной звезды с «взрывным» характером

«Эти вспышки происходят в медленно вращающемся диске материи, который формирует новую солнечную систему. Они помогают новорожденной звезде в центре расти, но затрудняют формирование планет. Мы пока не понимаем, почему диски становятся такими нестабильными», — говорится в пресс-релизе группы.

Сообщение о новых открытиях опубликованы в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества от 26 января 2024 года.

В соседней с нами галактике Большое Магелланово Облако есть места, где звездообразование идёт с колоссальной скоростью, которая могла повсеместно наблюдаться вскоре после рождения Вселенной. Учёные получили возможность наблюдать фактически повторение древнего явления буквально вблизи нашего галактического дома — Млечного Пути. Но без космической обсерватории «Джеймс Уэбб» такое было бы невозможно. Только она может видеть сквозь облака пыли и газа.

Туманность N79. Лучи — это артефакты от главного зеркала телескопа. (нажмите, чтобы увеличить). Источник изображения: NASA

Астрономы направили зеркало «Уэбба» на массивный звездообразующий комплекс N79 в галактике Большое Магелланово Облако. Благодаря наблюдению с помощью четырёх фильтров в среднем инфракрасном диапазоне с отбором длин волн 7,7 мкм (на изображении выделены синим цветом), 10 мкм (голубым), 15 мкм (жёлтым) и 21 мкм (красным) удалось получить снимок значительной глубины. «Уэбб» смог различить тонкие структуры за плотным слоем облаков из пыли и газа, которые предстали прозрачными или полупрозрачными в инфракрасном диапазоне.

В нашей галактике подобных масштабных образований нет, да и химический состав межзвёздного вещества совсем другой. Поэтому звездообразование совершенно скудное и не дающее полноты данных для изучения эволюции звёзд. Комплексы звездообразования подобные показанному на изображении N79 имеют совершенно другой химический состав, который почти идентичен тому, каким обладали такие области примерно через один млрд лет после Большого взрыва. «Уэбб» может заглянуть в те времена, но подробности на таком расстоянии разглядеть он не поможет. Другое дело туманность N79. До неё всего-то около 160 тыс. световых лет.

В богатой ионизированным межзвездным атомарным водородом туманности N79 так много протозвёзд, протозвёздных и протопланетных дисков, звёзд на ранней стадии эволюции разной степени зрелости, что мы можем изучать эволюцию звёзд как под микроскопом для массы сред, состояний и условий. Потом учёные сравнят полученные в N79 данные и данные из ранней Вселенной. Это поможет нам лучше понять процессы при её зарождении и лучше понять всё, что происходит во Вселенной.

Учёные из Университета Уорика (University of Warwick) в ходе анализа данных космического телескопа TESS обнаружили 85 новых кандидатов в экзопланеты с подходящими для жизни условиями. Это означает, что все новые объекты находятся в так называемой обитаемой зоне своей звезды, где климатические условия позволяют воде оставаться жидкой. Эти открытия ещё предстоит подтвердить и, быть может, когда-то это приведёт к открытию инопланетной жизни.

Космический телескоп TESS. Источник изображений: NASA

К настоящему времени открыто свыше 5500 экзопланет. Телескоп TESS внёс свою лепту в эти открытия, охотясь за экзопланетами методом регистрации транзита — прохождения планеты перед диском родной звезды. Кратковременное снижение яркости звезды с определённым периодом позволяет рассчитать массу объекта (экзопланеты), его орбиту, размеры и, следовательно, плотность. Все эти данные позволяют с достаточной точностью выяснить, что за планету мы открыли и насколько она близка по характеристикам к Земле.

Объекту присваивается статус открытой экзопланеты только тогда, когда её размеры и орбита подтверждены двумя различными методами регистрации. Все 85 новых кандидатов пока найдены в данных TESS по транзитам, и они требуют подтверждения. Более того, все новые объекты заслоняли свои звёзды всего по два раза, тогда как уже подтверждённые экзопланеты делали это чаще. И чем чаще это происходит, тем надёжнее данные, а также тем ближе экзопланета находится к звезде, что, в свою очередь, плохо для развития жизни — там слишком жарко и сильная радиация.

Из 85 кандидатов на экзопланеты в обитаемой зоне 25 уже были обнаружены другими командами учёных, что лишний раз подтверждает повторяемость открытий. Но 60 кандидатов названы впервые. Все они находятся в собственных звёздных системах. Предварительные данные говорят, что только что открытые экзопланеты вращаются вокруг своих звёзд с периодом от 20 до 700 суток. Правда, все они больше Земли — от превышения на треть до нескольких десятков раз. Но в этом вина несовершенства наших приборов, которые пока неспособны зарегистрировать по-настоящему землеподобные планеты.

Статистика по открытым экзопланетам

Все новые кандидаты будут дополнительно изучаться для подтверждения и для уточнения данных по ним. Но уже сейчас понятно, что во Вселенной неисчислимое множество планет, и инопланетная жизнь просто по законам больших чисел не должна быть уникальной. Когда-нибудь мы её найдём, а хорошо это будет или плохо — это отдельный вопрос.

Группа астрономов из Манчестерского университета обнаружила на краю нашей галактики объект, который учёные затруднились идентифицировать. Находка является тусклой и не видна в обычные телескопы. Найти загадочное нечто удалось по наблюдению за пульсаром, на орбите которого объект расположен. Проблема в том, что масса неизвестного объекта выходит за рамки наших знаний о нейтронных звёздах и чёрных дырах. И одни и другие с такой массой ещё не встречались.

Двойная система из пульсара и чёрной дыры в представлении художника. Источник изображения: Daniëlle Futselaar

Почему это важно? Если загадочный объект окажется нейтронной звездой, то это откроет путь к новой физике. Его масса лежит в пределах 2,09–2,71 солнечных масс. Теоретически нейтронная звезда не может быть тяжелее 2,3 масс Солнца, но в верхней части диапазона открытий таких объектов либо нет, либо они малодостоверные. Насколько мы понимаем физику процесса, более тяжёлые нейтронные звёзды коллапсируют в чёрные дыры. Если же такие звёзды существуют, то там происходят такие процессы, о которых мы не знаем, вплоть до существования каких-то иных элементарных частиц.

С другой стороны, мы ещё не открывали чёрных дыр массой менее 5 солнечных и с подтверждением открытий в нижней части диапазона массы этих объектов тоже не всё однозначно. Поэтому если загадочный объект окажется чёрной дырой, то это будет легчайшая чёрная дыра за всё время наблюдений. Это не разрушит основы физики, но даст пищу для множества научных теорий.

Учёные не сомневаются в достоверности параметров открытого ими объекта. Он обнаружен на орбите пульсара PSR J0514-4002E, излучающего сверхкороткие радиоимпульсы (миллисекундной длительности), и это позволило с высочайшей точностью рассчитать массу системы и массу каждого из объектов: пульсара и пока непонятно чего.

Симуляция вероятной конфигурации загадочной двойной системы. Источник изображения: OzGrav, Swinburne University of Technology

Система расположена в звёздном скоплении NGC 1851 примерно в 54 тыс. световых годах от центра галактики Млечный Путь. Сбором данных занимался массив радиотелескопа MeerKAT в Южной Африке. Неизвестное тело совершает один орбитальный оборот за 7,44 суток. Учёные намерены приложить все усилия, чтобы узнать его природу. Вне зависимости от идентификации объекта, открытие обещает оказаться значимым для науки.

Несмотря на колоссальную пустоту космических пространств и расширяющуюся Вселенную, столкновения галактик происходят достаточно часто, чтобы мы становились их свидетелями. Свежий снимок «ДТП галактического масштаба» представил орбитальный телескоп «Хаббл». На изображении галактика NGC 6040 буквально наезжает на галактику LEDA 59642, меняя свою форму в процессе удара.

Галактика NGC 6040 повёрнута к нам в профиль, а галактика LEDA 59642 лицом. Источник изображения: ESA / NASA

Происшествие зафиксировано на удалении 570 млн лет от Земли. К нам, очевидно, оно не будет иметь никакого отношения. Правда, нашим потомкам не позавидуешь. Примерно через 4 млрд лет на нашу галактику Млечный Путь примерно также накатится галактика Андромеда. Наслаждаться зрелищем и сопутствующими эффектами можно будет в течение многих миллионов лет. Столкновение галактик — это очень и очень медленные процессы, потому что расстояния между звёздами настолько огромные, что они в большинстве своём разойдутся на безопасном расстоянии для планет.

Другое дело, чёрные дыры в центрах галактик, тёмное вещество и межзвёздный газ. Все эти объекты в связи с их массой, объёмом или протяжённостью окажут наибольшее влияние на встречу двух галактик. В принципе, даже на снимке выше видно, что галактика NGC 6040 уже начала деформироваться.

Считается, что столкновение галактик приводит к образованию почти бесструктурных эллиптических галактик. Спирали, рукава, перемычки и более тонки образования в одиноко сформировавшихся галактиках разрушаются при прохождении одной галактики через другую. Было бы интересно взглянуть на столкновение галактик NGC 6040 и LEDA 59642 через пару–тройку миллионов лет . Сделайте пометку в календаре, чтобы не забыть сделать это позже.

Работа с докладом об открытии самой древней чёрной дыры во Вселенной прошла рецензирование и была опубликована в журнале Nature. Благодаря космической обсерватории им. Джеймса Уэбба в далёкой и древней галактике GN-z11 удалось обнаружить центральную чёрную дыру рекордной для тех времён массы. Остаётся гадать, как и почему это произошло и, похоже, для этого придётся изменить ряд космологических теорий.

Галактика GN-z11 в представлении художника. Источник изображения: Pablo Carlos Budassi/Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Галактика GN-z11 была обнаружена ещё в наблюдениях орбитального телескопа «Хаббл» в 2016 году. Этот объект находится от нас на удалении 13,4 млрд световых лет, то есть существовал во времена, отстоящие от Большого взрыва всего на 440 млн лет. Запуск инфракрасной обсерватории «Джеймс Уэбб» обещал множество открытий в ранней Вселенной, ведь свет из тех времён настолько растягивается в процессе движения фотонов через бездну времени и пространства, что банально уходит из видимого диапазона в инфракрасный.

Спектральный анализ света от GN-z11 показал присутствие в нём сверхразогретых ионов углерода и неона. Это указывало на признаки аккреции — обычного разогрева вещества перед падением на чёрную дыру. Эмиссия в линиях спектра была настолько интенсивной, что чёрная дыра своим излучением буквально затмевала галактику-хозяина. И немудрено, хотя галактика GN-z11 была в 100 раз меньше Млечного Пути, чёрная дыра в её центре потянула на 1,6 млн солнечных масс, тогда как чёрная дыра в центре нашей галактики имеет 4 млн солнечных масс.

Теперь, когда учёные убедились в существовании чёрной дыры подобной невообразимой для тех времён массы, придётся переписывать модели и космологические теории эволюции этих объектов и самой Вселенной. Похоже, «Уэбб» на этом не остановится, что позволит собрать достаточно материала для создания новых моделей появления и роста чёрных дыр и описания процессов в ранней Вселенной.

Галактика GN-z11 в данных телескопа «Хаббл», полученных в 2016 году. Источник изображения: NASA, ESA

Например, если опираться на современные теории, чёрная дыра в центре GN-z11 должна была питаться веществом в пять раз быстрее, чем мы считали. В противном случае она не набрала бы детектируемую массу к 440 млн лет после Большого взрыва. Также она должна была зародиться не в результате коллапса гигантской звезды, а непосредственно из коллапса межзвёздного газа, возникшего после рождения Вселенной. Будем ожидать, что собранного «Уэббом» материала хватит для составления новых космологических гипотез, которые затем превратятся в стройные теории.

Сообщается, что произошедшее 1 января 2024 года землетрясение в Японии повредило уникальную установку — детектор гравитационных волн. Всего в мире три таких установки — одна в США, одна в Европе и одна в Японии. Причём японский детектор впервые начал наблюдения в мае 2023 года. И ему не судьба начать новый научный сезон — на починку повреждений уйдут месяцы.

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

Японский детектор гравитационных волн — установка Kamioka Gravitational Wave Detector (KAGRA) — развёрнут в бывших шахтах Камиока на глубине 200 м. Это два туннеля по 3 км каждый, соединённые под прямым углом. По каждому из тоннелей благодаря зеркалам многократно курсирует луч лазера. При прохождении гравитационной волны через детектор происходит искажение пространства-времени — тоннели укорачиваются и удлиняются — и лазеры это фиксируют.

Открытие гравитационных волн, за что в 2017 году присудили Нобелевскую премию, принадлежит сотрудникам американского детектора LIGO и итальянского Virgo. Японская гравиметрическая обсерватория KAGRA присоединилась к научным наблюдениям в мае 2023 года. Начало работы третьей обсерватории на другом конце Земли позволило надеяться на повышение точности локализации гравитационных событий. Благодаря данным далеко разнесённых детекторов повышается шанс привязать детектируемые волны к участку неба и даже явлению. Это бы значительно повысило ценность наблюдений. Пока, если мы ничего не упустили, из нескольких сотен уловленных гравитационных волн только одно событие определено с точностью до объекта на небе.

Случившееся в Японии землетрясение вновь вернуло науку к паре детекторов. К счастью, человеческих жертв и обрушения тоннелей не было. Повреждения выявлены в виброизоляторах установки, на починку которых уйдёт несколько месяцев, поэтому новый научный цикл гравиметрических работ в марте начнётся без японского детектора.

Группа астрономов из Чикагского университета обнаружила в нашей галактике следы сверхновой, взорвавшейся с нарушением известных законов физики. Это была древняя звезда, родившаяся на заре времён. По всем правилам она должна была закончить жизнь чёрной дырой, но вместо этого её разметало взрывом сверхновой по Вселенной.

Взрыв звезды Barbenheimer в представлении художника. Источник изображения: University of Chicago/SDSS-V/Melissa Weiss

Учёные назвали неизвестную звезду «Барбенгеймер» (Barbenheimer), увековечив тем самым популярный мем. Как невозможно сочетать рассказанные в фильмах «Барби» и «Оппенгеймер» истории, так и звезда Barbenheimer состоит из сплошных невозможных состояний.

Следует подчеркнуть, что Barbenheimer взорвалась достаточно давно. О её существовании и последствиях жизни на завершающем этапе учёные узнали по косвенным наблюдениям и благодаря моделированию. Так опытные сыщики узнают об особенностях преступления по оставленным на месте происшествия уликам. Останки Barbenheimer были обнаружены в спектре звезды J0931 + 0038. Это красный гигант сравнительно небольшой массы, который обнаружился в гало нашей галактики (не в плоскости Млечного Пути, а гораздо выше).

Химический состав J0931 + 0038 оказался настолько странным, что учёным пришлось моделировать условия её образования. Наиболее вероятной оказалась ситуация, когда звезда J0931 + 0038 образовалась из облака межзвёздного газа с неожиданным составом химических элементов. Расчёты показали, что прародительницей J0931 + 0038 должна была быть гигантская древняя звезда с массой от 50 до 80 солнечных масс. Парадокс в том, что звёзды подобной массы коллапсируют в чёрные дыры, а не разлетаются облаком синтезированных в их недрах веществ по окрестностям.

Если бы «Барбенгеймер» существовала, практически всё синтезированное в ней вещество должно было сжаться до возникновения чёрной дыры. Однако она стала настоящей сверхновой, сбросив оболочку, ставшей со временем колыбелью для рождения звезды J0931 + 0038. Отдельные факты наблюдаемого явления учёные ещё могут как-то объяснить, но всё вместе представляет загадку, которую ещё предстоит отгадать.