Космический зонд «Кассини» 13 лет собирал ответы на загадки, связанные с Сатурном. Представленные станцией данные дают астрономам возможность постепенно раскрывать тайны этой планеты. Например, с большой долей вероятности удалось определить, что ядро Сатурна простирается до 60 % его размера и оно условно жидкое с нечётко оформленными краями — плещется внутри планеты и создаёт огромные гравитационные волны вокруг.

Предполагаемое строение Сатурна. Источник изображения: Caltech/R. Hurt (IPAC)

Заглянуть внутрь планеты-гиганта и взять керны с её поверхности мы не можем. Оказалось, для изучения внутренней структуры Сатурна этого делать не обязательно. Окружающие Сатурн кольца могут играть роль сейсмографов — они достаточно чётко реагируют на возмущения ядра и его гравитацию. «Кассини» собрал достаточно данных, чтобы по картине возмущений в кольцах Сатурна можно было бы выстроить математическую модель ядра планеты.

Исследование провели два планетолога из Калифорнийского технологического института — Крис Манкович (Christopher Mankovich) и Джим Фуллер (Jim Fuller). В статье в журнале Nature Astronomy они рассказали, что смогли определить примерную структуру ядра Сатурна и его конфигурацию по данным гравитационных возмущений в кольцах планеты. Согласно представленной модели выходит, что у ядра нет чётко очерченных границ и оно фактически «плещется» внутри Сатурна.

У Земли твёрдое каменно-металлическое ядро с чёткими границами во всех слоях. У Сатурна, судя по всему, ядро представляет собой взвесь изо льда, камней и металлов — своеобразный суп из множества обычных и экзотических ингредиентов. Оно постоянно перемешивается и поэтому не может иметь чётких границ. По некоторым данным, представленным юпитерианским зондом «Юнона», у Юпитера, как у другой планеты-гиганта в нашей системе, такое же подвижное и немонолитное ядро.

«Юпитеру не хватает кольца, — пошутил один из авторов исследования. — Может взорвать одну из юпитерианских лун?» Зато кольца есть у Нептуна и, гипотетически, у Плутона. Возможно, наблюдение за ними также подскажет внутреннее устройство этих планет.

Группа планетологов из Калифорнийского технологического института сообщила о впечатляюще детальной температурной картографии загадочного астероида Психея из пояса астероидов между Землёй и Юпитером. Данные получены при наблюдении с Земли, что стало новым шагом в исследовании Солнечной системы.

Температурную карту далёких космических объектов принято создавать с помощью инфракрасных датчиков с длиной волны от 5 до 30 мкм. Но для инфракрасных средств наблюдения даже 200-км Психея будет размером с один пиксель. Астрономы решили пойти по другому пути и получить температурную карту астероида при наблюдении в миллиметровом диапазоне частот с помощью радиотелескопа.

Огромная по площади антенная решётка радиотелескопа позволяет увидеть ту же Психею с разрешением 30 км на пиксель — это 50 пикселей на объект. В оценке температуры с помощью радиоизлучения объекта есть свои тонкости, но результат себя оправдывает. Психея дрейфует в космосе на расстоянии от 179,5 до 329 миллионов км от Земли. И этот объект удалось достаточно подробно изучить на таком расстоянии с земной поверхности.

После изучения полученных данных учёные укрепились в мысли, что поверхность Психеи содержит значительное количество металла. Согласно одной из гипотез Психея — это часть ядра несостоявшейся протопланеты Солнечной системы. Этот астероид обещает оказаться кладезем драгоценных металлов — его теоретическая стоимость в нынешних ценах может достигать $10 квинтиллионов.

Источник изображения: www.caltech.edu

Для непосредственного изучения Психеи NASA готовит космическую миссию, запланированную на 2022 год. К астероиду зонд доберётся в 2026 году. Но чтобы лучше понимать, с какой поверхностью объекта и с каким рельефом зонд будет иметь дело, астрономы уже сейчас пытаются картографировать Психею. Данные о температуре поверхности и оценка температурной инерции вполне подходят для предварительного планирования миссии — это говорит о том, где находится камень, где металл, а где слой пыли. Поразительно, что всё это можно оценить с расстояния в сотни миллионов километров.

К настоящему времени обнаружены тысячи экзопланет, а самые ближайшие из них можно даже рассмотреть в телескоп. Правда, изображение выходит не такое детальное, чтобы различить облака, континенты или определить продолжительность дня на далёких планетах. Впрочем, с последней задачей астрономы уже могут справиться, для чего оказалось достаточно более-менее детальных спектральных снимков экзопланет.

Источник изображения: NASA, ESA, and P. Kalas

Впервые продолжительность дня на экзопланете измерена в 2014 году с помощью инфракрасного спектрального инструмента CRIRES на телескопе VLT в Чили. Сегодня исследователи из Калифорнийского технологического института (Caltech) и астрономы из обсерватории Кека на Гавайях представили технологию быстрого определения скорости вращения экзопланет с помощью инструмента Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC), введённого в эксплуатацию в период с 2018 по 2020 год.

Прибор KPIC с чрезвычайно высоким спектральным разрешением позволяет наблюдать экзопланеты. Получаемых с помощью KPIC данных достаточно для определения скорости вращения планет. Работа проверена на звёздной системе HR 8799, которая от нас находится на расстоянии 129 световых лет и которая впервые в мире представлена в движении на базе нескольких снимков (видео ниже).

В системе HR 8799 обнаружены четыре так называемых «суперюпитера», каждый из которых массивнее нашего Юпитера. Это одни из первых экзопланет, сфотографированные непосредственно с помощью оптического телескопа. До исследования с помощью KPIC длительность суток на этих экзопланетах была неизвестна.

Детальные спектральные снимки этих объектов показали, что минимальные скорости вращения двух планет HR 8799 (HR 8799 d и HR 8799 e) составляют 10,1 км/с и 15 км/с соответственно. Это означает, что продолжительность дня может составлять от 3 до 24 часов, в зависимости от наклона планет. Спектральный анализ, увы, таких данных представить не может. Юпитер, для сравнения, имеет скорость вращения около 12,7 км/с, а один день на Юпитере длится почти 10 часов.

Третья планета системы — HR 8799 c — вращается вокруг своей оси со скоростью менее 14 км/с, а скорость вращения четвёртой определить не удалось. Отметим, что информация о скорости вращения планет позволяет понять эволюцию этих небесных тел от зарождения до гибели.

За два года работы на орбите российская рентгеновская обсерватория «Спектр-РГ» сделала множество удивительных открытий, но новое наблюдение оказалось поистине уникальным. Недавно телескоп eROSITA на борту «Спектр-РГ» зарегистрировал самую раннюю стадию разрыва звезды приливными силами чёрной дыры. Полгода назад на этом участке неба всё было спокойно, но теперь это не так.

Обычно звёзды либо целиком «проглатываются» сверхмассивными чёрными дырами без особенных видимых последствий (не считая выброса энергии), либо процессы приливного разрушения звёзд наблюдаются уже на поздних стадиях процесса. Но три недели назад телескоп eROSITA обнаружил рентгеновский источник SRGe J131014.2+444315 с очень мягким спектром. «Во время двух предыдущих сканов неба 6 и 12 месяцев назад рентгеновское излучение из этого участка неба не регистрировалось — источник был как минимум в 20 раз слабее», — рассказал один из соавторов открытия к.ф.-м.н Павел Медведев, научный сотрудник отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН.

Сопутствующие данные позволили предположить, что обнаруженное явление с высокой степенью вероятности связано с приливным разрушением звезды в далёкой галактике. Причём с очень ранней стадией этого процесса — буквально спустя считанные месяцы после начала. Это сразу привлекло к событию интерес астрономов со всего мира. С помощью 10-метрового оптического телескопа обсерватории Кека на Гавайях было подтверждено, что речь идет о факте приливного разрушения звезды. Этот же телескоп определил удалённость события — 2,5 млрд световых лет.

Оптические данные американской системы раннего оповещения об астероидной опасности ATLAS, в свою очередь, показали, что рентгеновское излучение от этого объекта было обнаружено за две недели до того, как была зарегистрирована активность в оптическом диапазоне. Всё действо с самого начала разворачивается на глазах астрономов, чего ещё не было при изучении подобных явлений.

«Спектр-РГ» на стадии сборки. Источник изображения: «Роскосмос»

«Вещество разрушенной звезды образовало аккреционный диск и медленно поглощается черной дырой. Именно излучение от этого аккреционного диска и проявило себя как ранее неизвестный яркий и мягкий рентгеновский источник SRGe J131014.2+444315, обнаруженный в конце третьего скана неба телескопом eROSITA на борту обсерватории “Спектр-РГ”», — сообщается на сайте «Роскосмоса».

Стало известно, что астроном-любитель Кай Ли (Kai Ly) открыл ранее неизвестный спутник Юпитера. Сделать это ему удалось благодаря детальному изучению снимков планеты, сделанных с помощью наземного телескопа. Отмечается, что астроному-любителю впервые удалось открыть ранее неизвестный спутник Юпитера.

Изображение: NASA

«Я с гордостью могу сказать, что это первая планетарная луна, обнаруженная астрономом-любителем», — сказал Кай Ли после того, как о его открытии подробно рассказал тематический журнал Sky and Telescope.

Стоит отметить, что у Юпитера могут быть десятки или даже сотни неоткрытых спутников. Массивная планета обладает значительным гравитационным полем, которое позволяет захватывать разные космические объекты и перемещать их на свою орбиту. В настоящее время вокруг Юпитера вращаются не менее 79 спутников и их число продолжает расти. Все они фиксируются в специальном каталоге Карме и представляют собой небольшие космические камни разной формы, вращающиеся в противоположном направлении относительно Юпитера.

Что касается нынешнего открытия, то оно было сделано на основании снимков планеты за 2003 год, которые были сделаны с помощью 3,6-метрового телескопа Канада-Франция-Гавайи (CFHT) специалистами Гавайского университета. Особое внимание Ли уделил нескольким снимкам, которые были сделаны в феврале 2003 года, когда луны были наиболее яркими за счёт того, что Солнце и Юпитер в это время располагалась противоположно друг другу. Земля в этот период находилась между Солнцем и Юпитером, благодаря чему сложились благоприятные условия для наблюдения за хорошо освещённым Юпитером.

Ли также использовал телескоп Subaru, чтобы зафиксировать траекторию полёта объекта, который делает один оборот вокруг Юпитера за 22 дня. В настоящее время открытый Ли объект отслеживается под именем EJc0061 и не имеет официального названия. Скорее всего, позднее ему будет присвоено какое-то имя.

Астрономы продолжают изучать собранные орбитальным телескопом «Кеплер» (Kepler) данные и находят в них любопытные свидетельства. В частности, в полученной телескопом информации обнаружены следы планет-изгоев или планет-бродяг, у которых нет собственной звезды. Такие планеты могут быть обнаружены только случайно, но раз они обнаружены даже устаревшим «Кеплером», то значит, во Вселенной их может оказаться великое множество.

Источник изображения: Pixabay/CC0 Public Domain

Учёные с помощью нового программного обеспечения заново проанализировали собранные «Кеплером» данные. Тщательно была изучена информация о центре нашей галактики, полученная телескопом в 2016 году в течение двухмесячной миссии K2. В ходе изучения заданной области скопления миллионов звёзд телескоп фиксировал такие явления, как гравитационное микролинзирование.

Это явление неизбежно сопутствует наблюдению за небом и проявляется в изменении яркости звезды, когда между звездой и точкой наблюдения (телескопом) пролетает некий массивный объект — комета, планета или звезда. Чем больше объект, тем дольше длится эффект микролинзирования. Планета исказит свет фоновой звезды на часы, а другая звезда — на несколько дней. В данных «Кеплера» выявлено множество импульсов микролинзирования, но четыре из них особенные.

По длительности четырёх кратковременных импульсов астрономы сделали вывод об обнаружении объектов размером с нашу Землю. Более того, короткие импульсы не сопровождались длительными, а это означает, что объект летит по Вселенной без сопровождения более крупного хозяина — звезды. Поэтому такие объекты вполне могут считаться планетами-изгоями. Они могут формироваться в системе родной звезды из протопланетного диска, но позже планеты-гиганты в их родных системах способны выбросить их в межзвёздное пространство.

Открытие сразу нескольких планет-изгоев раскрывает перед астрономами новую сферу исследований. Эти исследования будут расширены в следующем году благодаря запуску европейского спутника Euclid, инструменты которого заточены на обнаружение слабых эффектов гравитационного микролинзирования. Так что нас ждёт множество интересных открытий.

Учёные-астрономы, работающие на базе Калифорнийского технологического института, обнаружили небольшую, но очень массивную звезду — «белого карлика». Хотя его диаметр не превышает размеров Луны, звезда весит в 1,3 раза больше Солнца. Это означает, что она почти достигла теоретического предела, за которым обычно следует взрыв.

newatlas.com

Когда звёзды определённой массы заканчивают свой жизненный цикл, они превращаются в красные гиганты, после чего сбрасывают оболочки, сохраняя плотные ядра. Эти «останки» неспособны бороться с влиянием собственной гравитации и превращаются в т. н. «белые карлики» — звёзды, размером гораздо меньше большинства других, но при этом очень массивные.

Открытая звезда ZTF J1901+1458 имеет всего 4300 километров в диаметре, но при этом в 1,3 раза массивнее Солнца. Для сравнения, большинство белых карликов имеют массу от 0,5 до 0,7 солнечной и диаметры около 12 000 километров, почти земного размера. А открытая звезда чуть больше Луны.

По мнению астрономов массивный карлик появился в результате слияния двух менее крупных звёзд. Это очевидно не только по массе, но и по магнитному полю, в миллиард раз более сильному, чем солнечное, и сверхбыстрому вращению — на полный оборот звезды уходит всего семь минут.

Примечательно, что белый карлик очень близок к границе в 1,44 солнечных массы. Чуть больше — и он может взорваться, превратившись с сверхновую типа Ia. Но эксперты допускают, что ZTF J1901+1458 ждёт более необычная судьба. Не исключено, что он превратится в нейтронную звезду, которые в норме формируются из более массивных объектов. Это будет означать, что нейтронные звёзды возникают таким образом сравнительно регулярно.

Учёные из Лос-Аламосской национальной лаборатории (LANL) впервые на основе наблюдений создали карту границ Солнечной системы с межзвёздным пространством. Раньше граница определялась из теоретических расчётов, а создать настоящую карту помог спутник NASA IBEX (Interstellar Boundary Explorer). Теперь мы точно знаем, как выглядит форма гелиосферы вокруг звезды по имени Солнце.

Гелиосфера в представлении художника. Источник изображения: NASA/IBEX/Adler Planetarium

Вокруг каждой звезды образуется пузырь звёздного газа, названный гелиосферой. Наше Солнце не исключение. Излучаемые им частицы — солнечный ветер — распространяются в разные стороны от звезды с начальной скоростью около 4 млн км/ч. Через определённое время солнечный ветер начинает испытывать давление среды межзвёздного пространства, и давление солнечного ветра уравновешивается внешним давлением. На границе уравновешенного внешнего и внутреннего давления возникает состояние гелиопаузы — границы каплевидного пузыря звёздного газа, в котором наша система и наш мир защищены от разрушительного излучения межзвёздной среды.

Реальная карта гелиосферы Солнечной системы. Источник изображения: LANL#!MARKER#!

В 2008 году для изучения границ гелиосферы был запущен спутник NASA IBEX. Датчики спутника действуют как эхолокатор. Только сам спутник ничего не излучает. Он ловит следы ударного воздействия солнечного ветра на встречный «межзвёздный» ветер. В результате встречного взаимодействия частиц возникают энергетически нейтральные атомы, которые фиксируются приборами IBEX.

Время, скорость и расстояния всех событий учёным известны (полёт частиц от Солнца, удар, возврат продуктов удара), поэтому рассчитать координаты появления энергетически нейтральных атомов труда не составит. Всё что для этого понадобилось — десять лет сбора данных спутником в период с 2009 по 2019 годы.

В результате многолетних наблюдений учёные впервые смогли с высокой точностью создать карту границ гелиосферы нашей звезды. От Солнца до переднего фронта гелиосферы оказалось 120 астрономических единиц (1 а.е. — это расстояние от Земли до Солнца), а длина хвоста гелиосферы составила 350 а.е.

Совмещение около 370 снимков центра Млечного Пути и окрестностей выше и ниже плоскости диска нашей галактики, сделанных космическим рентгеновским телескопом NASA «Чандра» с данными наблюдений наземного радиотелескопа MeerKAT в Южной Африке позволили создать новую и беспрецедентную по детализации панораму центра нашей галактики. Это показало полную картину взаимодействия магнитных полей в центре галактики и их влияние на межзвёздный газ.

Нажмите для увеличения. Источник изображения: NASA/CXC/UMass/Q.D. Wang; Radio: NRF/SARAO/MeerKAT

На изображении оранжевым, зелёным и фиолетовым цветом показаны данные с рентгеновского телескопа, а серым — данные с радиотелескопа. Ниже на снимке можно видеть более чёткое разделение данных с рентгеновских снимков (фиолетовый цвет) и данных с радиотелескопа (синий цвет).

Нажмите для увеличения. Источник изображения: NASA/CXC/UMass/Q.D. Wang; Radio: NRF/SARAO/MeerKAT

На обоих снимках чётко видны нити перегретого газа длиной в десятки световых лет, которые образовались в процессе взаимного влияния сильных магнитных полей в центре нашей галактики при их одновременном воздействии на межзвёздный газ.

Источник изображения: NASA/CXC/UMass/Q.D. Wang; Radio: NRF/SARAO/MeerKAT

Интересно, что эти нити выбросило далеко за пределы плоскости Млечного Пути, что говорит об исключительно высокоэнергетических процессах в центре галактики. Ранее эти образования были недоступны для наблюдения, но новые данные открывают возможность проследить за этими объектами и вписать их в общую картину процессов во Вселенной.

Похожие процессы в виде так называемого магнитного пересоединения (перезамыкание магнитных линий) происходят на Солнце, в ходе которых частицы с высокой энергией разлетаются по Солнечной системе и формируют то, что мы называем космической погодой.

В случае процессов в центре галактики речь может идти о погоде в отдельно взятом уголке Вселенной, настолько масштабные эти явления. Также такие процессы ведут к завихрениям среды и, похоже, создают условия для зарождения новых звёзд. Но со всем этим ещё предстоит разобраться детально.

Машинное обучение только недавно начало внедряться для анализа больших данных, но уже позволяет делать чудесные открытия. В свежей статье астрономы из США рассказали о новой модели прогнозирования поведения галактик и другого космического материала. Исследование позволило выявить необнаруженные ранее связи между галактиками — это фактически «мосты» из тёмной материи, соединяющие нашу галактику Млечный Путь и соседние галактики.

Источник изображения: Astrophysical Journal

Считается, что подавляющее большинство материи во Вселенной (не менее 80 %) — это невидимая для наших средств обнаружения тёмная материя. В то же время влияние тёмной материи на видимые объекты проявляется в гравитационных воздействиях. По динамике разлёта галактик и другой видимой материи по Вселенной можно восстановить распространение тёмной материи.

Скорость, масса, направление и ускорение видимых объектов — всё это позволяет нанести на карту Вселенной её невидимую структуру в виде тёмной материи. В идеале можно было бы отследить распространение тёмной материи с момента Большого взрыва до поздних времён, но это требует недоступных сегодня вычислительных ресурсов. Американцы пошли по иному пути.

Астрономы из Университета Пенсильвании с коллегами из других стран предложили модель машинного обучения, которая смогла использовать симуляцию поведения галактик и других объектов для прогнозирования распределения темной материи. Для эксперимента был использован набор симуляций движения галактик Illustris-TNG с использованием галактик, сопоставимых по размеру с нашим Млечным Путём. В ходе работы модели были выявлены ключевые параметры, которые могли бы предсказать распространение тёмной материи в ближайшей к нам Вселенной.

Верность выбора параметров и модели предсказания были проверены на реальном наборе данных о Вселенной в виде базы Cosmicflow-3 с более чем 17 тыс. галактик и объектов с записями об их реальном поведении (гравитационном взаимодействии). Тем самым учёные подтвердили, что могут нанести на карту Вселенной невидимую нам тёмную материю и попутно открыли, что такая материя соединяет соседние галактики незримыми нитеподобными структурами — своего рода мостами из тёмной материи.

Красным цветом обозначены видимые объекты (галактика Млечный Путь обозначена X), жёлтым показаны нитевидные структуры, которые ранее были неизвестны, а чёрным — гравитационные взаимодействия объектов. Источник изображения: Astrophysical Journal

Сделанное открытие поможет лучше понять историю Вселенной и её дальнейшую судьбу. Человечества это касается в полной мере. Например, считается, что на столкновение с Млечным Путём идёт галактика Андромеда. Будет любопытно проследить мосты из тёмной материи между этими галактиками и попытаться дать прогноз того, как это событие будет развиваться во времени и пространстве.

Согласно наиболее популярным научным теориям, в момент Большого взрыва материя и антиматерия были созданы в равных количествах. Но сегодня признаки существования антиматерии можно выявить только в сложных научных экспериментах и в виде редких естественных явлений. Куда же делась антиматерия? По мнению учёных, она вполне может соседствовать с нами в нашей галактике в виде целых звёзд и звёздных систем. Просто мы ещё не знаем, где и как её искать.

Точками обозначены источники гамма-излучения в Млечном пути, которые могут быть звёздами из антиматерии. Источник изображения: IRAP CNRS

По мнению группы астрономов, которое они представили в публикации в журнале Physical Review D, звёзды из антиматерии нельзя просто так отличить от звёзд из обычной материи. Они светятся в небе точно так же, как звёзды из обычного вещества. Но если на звезду из антиматерии падает обычное вещество, то происходит аннигиляция с характерными линиями в спектре гамма-излучения. По наличию в спектре звёзд таких особенностей можно предположить, что эти звёзды состоят из антиматерии.

Изучение 5787 источников гамма-излучения в нашей галактике, данные о которых в течение десяти лет собирались телескопом «Ферми», позволило выявить в Млечном пути 14 объектов, которые излучали «подозрительное» гамма-излучение. Если это звёзды из антиматерии, то на всю нашу галактику таких «антизвёзд» может встречаться одна на 300 тыс. обычных звёзд. Впрочем, число звёзд из антиматерии может быть намного больше, если начать искать в правильном направлении. Ведь не могла же антиматерия бесследно исчезнуть из космоса? Либо научные теории о Большом взрыве придётся пересмотреть.

Несколько оптических телескопов могут создать единый снимок участка неба только тогда, когда они расположены на удалении до сотни метров. Объединить все телескопы мира во всепланетный оптический телескоп и заглянуть на край Вселенной нельзя, этому помешает не только пространство, но и время. Но решение есть, уверены австралийские астрономы, а помогут в этом квантовые технологии.

Very Large Telescope (Очень большой телескоп) — комплекс из четырёх оптических телескопов, работающих как один большой

В 2019 году мир потрясла новость о том, что получено первое реальное изображение чёрной дыры. Изображение сделано распределённой по Земле системой антенных решёток (радиотелескопов), участвующих в проекте «Телескопа горизонта событий» (Event Horizon Telescope, EHT). Множество радиотелескопов были синхронизированы для получения радиоснимка объекта, удалённого от нас на 55 млн световых лет. Но что легко для радиоволн, для оптического диапазона не подходит.

Группа австралийских астрономов из Сиднейского университета считает, что создать всепланетный оптический телескоп поможет так называемый квантовый жёсткий диск (QHD). Это система хранения данных об одиночных фотонах, которая записывает время, амплитуду и фазу каждой такой частицы. На каждом из земных оптических телескопов необходимо будет сделать снимок заданного участка неба и разложить его на одиночные фотоны и только после получения всех снимков собрать результирующее изображение из всей совокупности фотонов.

Полученное в 2019 году планетарным радиотелескопом изображение чёрной дыры

Неважно когда, где и как будут сделаны снимки оптическим телескопом. Если их разложить на одиночные фотоны с исчерпывающей информацией по каждому — это сделает оптическую всепланетную интерферометрию реальной. Земля превратится в один огромный глаз в далёкий космос. Одна беда — квантовые жёсткие диски пока находятся на стадии лабораторных проектов и могут хранить квантовую информацию в ограниченном объёме и сравнительно недолго — часы. Для всепланетного телескопа это пока не подходит, но в перспективе всё получится, уверены астрономы.

Астрономы впервые обнаружили рентгеновское излучении Урана с помощью космического телескопа NASA «Чандра» (запущен ещё в 1999 году с помощью шаттла «Колумбия»). Этот результат может помочь учёным узнать больше о загадочной гигантской ледяной планете в нашей Солнечной системе.

Изображение Урана с наложением рентгеновского спектра, 2002 год (NASA | CXO | University College London | W. Dunn et al | W. M. Keck Observatory)

Уран является седьмой по удалённости от Солнца планетой и имеет два набора колец вокруг своего экватора. Ось вращения этого небесного тела, диаметр которого в четыре раза больше Земли, лежит как бы «на боку» относительно плоскости обращения этой планеты вокруг Солнца — это делает его отличным от всех других планет Солнечной системы. «Вояджер-2» был единственным космическим аппаратом, когда-либо подлетавшим относительно близко к Урану. Поэтому астрономы, желая узнать об этой далёкой и холодной планете, состоящей преимущественно из водорода и гелия, в настоящее время вынуждены полагаться на телескопы, расположенные гораздо ближе к Земле — например, «Чандру» или «Хаббл».

В новом исследовании учёные использовали наблюдения «Чандры», сделанные в 2002 и 2017 годах. Они обнаружили чёткую фиксацию рентгеновских лучей в первом наблюдении, только недавно проанализированном, и предположительную вспышку рентгеновских лучей в снимках, которые были получены пятнадцать лет спустя. На приведённом изображении зафиксировано рентгеновское изображение Урана с «Чандры» 2002 года (фиолетовый цвет), наложенное на оптическое изображение с земного телескопа «Кек I», полученное в 2004 году. Последнее показывает планету примерно в той же ориентации, что и во время наблюдений «Чандры» в 2002 году.

Что могло заставить Уран испускать рентгеновские лучи? Астрономы считают, что причина — в Солнце. Они наблюдали, что и Юпитер, и Сатурн рассеивают рентгеновское излучение, испускаемое Солнцем, подобно тому, как атмосфера Земли рассеивает Солнечный свет. Хотя авторы нового исследования Урана изначально ожидали, что большая часть обнаруженных рентгеновских лучей — результат рассеяния, есть поводы считать, что есть, по меньшей мере, ещё один источник рентгеновских лучей. Если дальнейшие наблюдения подтвердят теорию, это может изменить некоторые представления об Уране.

Одна из возможных причин — в том, что кольца Урана сами производят рентгеновские лучи, как это происходит с кольцами Сатурна. Уран в его близлежащей космической среде окружён заряженными частицами, такими как электроны и протоны. При столкновении этих частиц с кольцами они могут заставить последние светиться в рентгеновском спектре. Другая причина может состоять в том, что, по крайней мере, часть рентгеновских лучей исходит от полярных сияний на Уране — явление, которое ранее наблюдалось на этой планете на других длинах волн.

Изображение Урана с наложением рентгеновского спектра, 2017 год (NASA | CXO | University College London | W. Dunn et al | W. M. Keck Observatory)

Уран является интересной целью рентгеновских наблюдений из-за необычной ориентации его оси вращения и магнитного поля. В то время как оси вращения и магнитные поля других планет Солнечной системы почти перпендикулярны плоскости орбиты, ось Урана едва ли не параллельна траектории вращения вокруг Солнца. Кроме того, в то время как Уран «наклонен на бок», его магнитное поле наклонено иначе и смещено от центра планеты. Это может делать полярные сияния необычайно сложными и изменчивыми. Определение источников рентгеновского излучения от Урана может помочь астрономам лучше понять, как более экзотические космические объекты в космосе вроде черных дыр и нейтронных звёзд испускают рентгеновские лучи.

Впервые обнаруженный 19 июня 2004 года астероид 99942 Апофис (Apophis) до последнего времени считался потенциально опасным для Земли. Это космическое тело длиной 340 метров и массой около 61 млн тонн в один из пролётов могло столкнуться с нашей планетой. Удар был бы сродни взрыву двухмегатонной бомбы, поэтому за Апофисом следили с момента обнаружения. Новые данные позволили исключить этот астероид из списка опасных для Земли минимум на сто лет.

Траектория прохождения астероида Апофис мимо Земли в 2029 году. Источник изображения: NASA/JPL-Caltech

В очередной раз Апофис пролетел мимо Земли 5 марта этого года на удалении около 17 млн км. Каждый новый пролёт позволял лучше и лучше определять траекторию объекта. В этот раз за астероидом следил радар в Голдстоуне (Калифорния) и 100-метровый радиотелескоп обсерватории Гринбэнк (Западная Виргиния). Отправленный радаром сигнал отразился от астероида и был пойман радиотелескопом. Измерение позволило уточнить траекторию движения Апофиса и с достаточной точностью рассчитать дистанцию сближения с Землёй в будущие проходы: в 2029, 2038 и 2068 годах.

Уточнённые данные показывают, что в этом столетии все последующие проходы Апофиса рядом с Землёй будут с нулевой вероятностью столкновения. Например, 13 апреля 2029 года астероид пройдёт на удалении 32 тыс. км от Земли, что уже точно выяснено. Угрожающего разброса и неопределённости в расчётах больше нет, и астероид исключён из каталога опасных для Земли объектов.

После впечатляющей публикации в 2019 году первого изображения чёрной дыры астрономы сделали новый шаг на пути к пониманию этих массивных космических объектов, пролив свет на то, как магнитные поля ведут себя вблизи чёрных дыр.

В 2019 году Европейская Южная Обсерватория (ESO) сообщила о достижении, важность которого для астрономии было сложно переоценить: исследователям удалось получить первое прямое визуальное изображение сверхмассивной чёрной дыры и её «тени». Исследования выполнялись с применением виртуального Телескопа горизонта событий (Event Horizon Telescope, EHT) — антенной решётки планетарного масштаба из восьми наземных радиотелескопов.

Это было первое в истории прямое изображение чёрной дыры — запечатлён объект массой 6,5 млрд солнечных масс, лежащий в центре галактики Messier 87 в созвездии Девы на расстоянии 55 миллионов световых лет от Земли. Изображение показывало яркое кольцо с темным центром, которое являлось тенью чёрной дыры. При съёмке этого изображения астрономы заметили значительное количество поляризованного света вокруг чёрной дыры, а сложная работа в этом направлении позволила увидеть магнитные поля.

Поляризованные световые волны имеют иную ориентацию и яркость по сравнению с неполяризованным светом. И точно так же, как свет поляризуется, когда проходит через некоторые солнцезащитные очки, он поляризуется, когда излучение происходит в намагниченных и горячих средах. Поскольку поляризация является признаком наличия магнитных полей, это изображение ясно показывает, что кольцо чёрной дыры сильно намагничено. «Это поляризованное изображение говорит о том, что излучение в кольце наверняка создаётся магнитными полями, расположенными очень близко к горизонту событий», — сказала в беседе со Space.com Моника Москибродзкая (Monika Moscibrodzka), координатор рабочей группы по поляриметрии EHT и доцент Университета Радбуда в Нидерландах.

Это первый случай, когда астрономам удалось измерить поляризацию так близко к краю чёрной дыры. Новое изображение чёрной дыры не только впечатляет, но и позволяет получить информацию о мощных джетах, излучаемых с М87. Яркие джеты — это струи энергии и вещества, истекающие из ядра галактики M87 и простирающиеся на 5000 световых лет от центра галактики. Это одна из самых загадочных и поразительных по масштабам энерговыделения особенностей данной галактики. Большая часть материи вокруг чёрной дыры попадает внутрь неё, но некоторые частицы избегают поглощения и выбрасываются далеко во вселенную в виде джетов.

На изображении — джет в галактике M87 в поляризованном свете

«На первых снимках мы показали только интенсивность, — сказала госпожа Москибродзкая о первом выпущенном изображении объекта. — Теперь мы добавили поляризационную информацию поверх исходного изображения».

«Новые поляризованные изображения знаменуют собой важный шаг к тому, чтобы узнать больше о газе вблизи черной дыры и, в свою очередь, о том, как чёрные дыры растут и испускают джеты», — отметил доцент Университета Колорадо в Боулдере и координатор теоретической рабочей группы EHT Джейсон Декстер (Jason Dexter) в электронном письме Space.com.

«Радиотелескопы EHT имеют приёмники, способные регистрировать сигналы из космоса в поляризованном свете, — сказал координатор Рабочей группы по поляриметрии EHT и выдающийся исследователь Гента в Университете Валенсии в Испании Иван Марти-Видал (Ivan Marti-Vidal). — Эти поляризованные приёмники работают так же, как поляризованные солнцезащитные очки, которые используют некоторые люди».

Показав чёрную дыру в галактике M87 через поляризованный свет, команда получила лучшее представление о горизонте событий чёрной дыры, который также известен как «точка невозврата». Это пространственно-временная область, чьё гравитационное притяжение настолько велико, что её уже не может покинуть ни один объект, в том числе световые кванты. Они также смогли лучше изучить взаимодействие с аккреционным диском объекта — облаком горячего газа и другого диффузного материала, который падает в сторону чёрной дыры и закручивается вокруг неё.

Наблюдения команды и этот новый взгляд на объект в галактике M87 углубляют понимание учёными структуры магнитных полей непосредственно за пределами чёрной дыры — до сих пор остаётся загадкой, как джеты, бо́льшие, чем сама галактика, излучаются из чёрной дыры.

«Астрономы уже давно считали, что магнитные поля, переносимые горячим газом вблизи чёрных дыр, играют важную роль в процессе поступления газа внутрь и запуске релятивистских джетов энергетических частиц в окружающую галактику. Поляризованное изображение, которое мы видим, говорит о структуре и силе этих магнитных полей очень близко к чёрной дыре в M87, откуда запускаются джеты», — отметил господин Декстер.

Эти наблюдения не просто выявили магнитные поля на краю чёрной дыры в М87, но также показали, что газ там очень сильно намагничен.

«Главное открытие состоит в том, что мы не только видим магнитные поля вблизи чёрной дыры, как это и ожидалось, но они также кажутся сильными. Наши результаты показывают, что магнитные поля могут перемещать газ вокруг чёрной дыры и мешать его распространению. Результат — интересный ключ к тому, как чёрные дыры растут за счёт поглощения газа», — добавил учёный.

«Мы всё ещё не знаем всех деталей о том, как создаются джеты, но мы знаем, что магнитные поля могут играть решающую роль в этом процессе», — сказал господин Марти-Видаль. В будущем команда надеется продолжить наблюдение за M87 не только в поляризованном спектре, но и на разных длинах световых волн, чтобы построить более полную картину пространства вокруг чёрной дыры и исследовать магнитные поля более подробно.

Работа была опубликована в двух статьях в журнале Astrophysical Journal Letters командой EHT, в которой принимает участие более 300 исследователей из организаций по всему миру.