Одна из важнейших нерешённых задач в физике — это нахождение связи между квантовой механикой и общей теорией относительности. Для её решения необходима сложнейшая математика и невообразимые эксперименты. И если на бумаге ничего невозможного нет, то с опытами всё плохо — либо кванты, либо классика. Но надежда есть. Группа европейских и сингапурских учёных предложила квантовый симулятор, который воспроизводит эффект квантовой гравитации и не только.

Источник изображения: NASA / TU Wien

В физике и не только симуляция на одних системах может быть транслирована на другие, казалось бы, совершенно иные по свойствам системы. Учёные из Венского технологического университета, Университета Крита, Наньянского технологического университета (Сингапур) и Берлинского университета опубликовали в научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA (PNAS) статью, в которой рассказали об успешной симуляции гравитационного линзирования на квантовом симуляторе. Фактически они утверждают о симуляции квантовой гравитации, обоснованием которой занимаются все физики-теоретики и никак не могут это сделать.

В качестве основы для квантового симулятора исследователи взяли облака сверхохлаждённых атомов — это определённо квантовые структуры с соответствующим математическим аппаратом и массой решений по управлению ими (вспомним многочисленные квантовые вычислители-симуляторы). Вместо света учёные взяли за основу звук и представили его как релятивистский объект из общей теории относительности. Получился квантовый симулятор распространения света в пространстве, который работал в точном соответствии как с ОТО, так и с квантовой теорией. В частности, эксперимент показал осуществимость эффекта гравитационного линзирования на симуляторе.

Эксперименты показывают, что форма световых конусов, эффекты линзирования, отражения и другие явления могут быть продемонстрированы в атомных облаках именно так, как это ожидается в релятивистских космических системах. Постановка экспериментов и полученные результаты могут помочь открыть неизвестные доселе явления и эффекты и, в конечном итоге, могут привести к созданию общей теории функционирования нашей Вселенной.

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

Источник изображения: ESO

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

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

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

Расположенная в Чили Европейская южная обсерватория представила изображение звёздных яслей, составленный из более миллиона фотографий неба. Уникальность снимка не только в годах сбора информации для него, но также в способности передать видимый и невидимый человеческому глазу инфракрасный свет. Без последней возможности мы не могли бы заглянуть вглубь облаков из космической пыли, где и рождаются молодые звёзды. Любуйтесь!

Нажмите, чтобы увеличить. Источник изображений: ESO

Данные о нескольких регионах звездообразования собрал обзорный телескоп VISTA. У него небольшое зеркало — всего 4,1 м, но широкое — на три полных Луны — поле обзора. Это позволяет за ночь сделать снимки неба всего Южного полушария. Телескоп введён в строй в 2009 году. Он выдаёт колоссальный объём информации. Инструмент такого рода способен выявлять быстро происходящие явлений от вспышек сверхновых до астероидов и комет в Солнечной системе. Его затмит только телескоп им. Веры Рубин, когда начнёт работать в следующем году.

Инфракрасное изображение области Lupus 3

«На этих изображениях мы можем обнаружить даже самые слабые источники света, например, звёзды, гораздо менее массивные, чем Солнце, открывая объекты, которые никто раньше не видел, — сказал Стефан Мейнгаст (Stefan Meingast), астроном из Венского университета в Австрии и ведущий автор нового исследования, опубликованного в журнале Astronomy & Astrophysics. — Это позволит нам понять процессы, которые превращают газ и пыль в звёзды».

Инфракрасное изображение объекта HH 909 A в Хамелеоне

Звёзды образуются, когда облака газа и пыли сжимаются под действием собственной гравитации, но детали того, как это происходит, не до конца понятны. Сколько звёзд рождается из облака? Насколько они массивны? Сколько звёзд будут иметь планеты? Наблюдения с помощью VISTA позволяет собирать данные в наилучшей доступной динамике. Мы сможем видеть, как отдельные звёзды покидают место рождения и это сделает оценки их параметров наиболее точными.

Область Корона в видимом свете

Данные VISTA дополнят данные европейского астрометрического спутника «Гайа» (Gaia). У «Гайи» только работа в видимом диапазоне. Она не может заглянуть внутрь облаков из пыли и газа. Оба инструмента помогут создать наиболее полный и точный каталог объектов в нашей галактике и даже за её пределами, и это даст основу для множества новых открытий.

Ближайшая к нам молодая звезда Фомальгаут своим ярким сиянием тысячелетиями завораживала наших предков и не могла оставить равнодушными современных астрономов, вооружённых передовыми телескопами. Это позволило ещё в 1983 году обнаружить вокруг звезды пылевое кольцо наподобие нашего пояса Койпера, но в два раза больше. Учёные не могли упустить случая рассмотреть инопланетный пояс астероидов с помощью «Джеймса Уэбба» и сильно удивились увиденному.

Источник изображения: NASA, ESA, CSA

Полученная «Уэббом» картинка системы Фомальгаута показала наличие там сложной внутренней структуры пылевых колец, кроме обнаруженного там ранее внешнего пояса. «Уэбб» работает в инфракрасном диапазоне и способен в деталях наблюдать нагретые тела и области. Исследователи были очень удивлены, когда увидели сильную неоднородность в структуре внутреннего пылевого диска.

«Рассматривая узоры в этих кольцах, мы можем сделать небольшой набросок того, как должна выглядеть планетная система, как если бы мы могли сделать достаточно детальный снимок, чтобы увидеть предполагаемые планеты», — сказал Андраш Гаспар (András Gáspár) из Аризонского университета в Тусоне и ведущий автор новой статьи, описывающей эти результаты.

Вскоре после образования планет в системе остаётся ещё много пыли и каменных тел различного размера — астероидов и зародышей планет. Всё это лежит, в основном, в плоскости огромного диска из пыли и камней, среди которых вращаются планеты. По сути, это оставшийся после образования планет мусор. Планеты как самые массивные тела на своих орбитах своей гравитацией формируют пояса астероидов, что издали выглядит как ярко выраженное кольцо на «мусорном» диске из пыли и камней.

Именно такую структуру впервые в системе Фомальгаута помог обнаружить «Уэбб» и, как уверены учёные, эта же методика поможет обнаружить внутренние пылевые кольца в других системах, что даст представление об их планетарных структурах даже без прямого обнаружения экзопланет.

Попутно «Уэбб» разгадал прошлую загадку — якобы обнаруженную «Хабблом» во внешнем пылевом кольце экзопланету. Это образование стало ещё больше с прошлого наблюдения, что заставляет предположить, что это последствия столкновения крупных астероидов с последующим разлётом обломков. Это оказалась не экзопланетой, а расширяющимся взрывом после столкновения.

Облако пыли, которое раньше ошибочно приняли за планету

Представленная работа с анализом структуры пылевого кольца системы Фомальгаута подана для публикации в престижном журнале Nature, но ещё не прошла рецензирование и не дошла до печати.

Глядя на бесконечный космос, не верится, что там никого нет. Но вот уже шестьдесят лет земные радиотелескопы обшаривают Вселенную в поисках внеземных сигналов, и эти поиски так и не дали результата. Специалисты по статистике дали свой ответ на загадку, почему при всех затраченных усилиях мы не обнаруживаем сигналы инопланетян.

Источник изображения: Pixabay

Исследование провели учёные из лаборатории статистической биофизики Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) в Швейцарии. За основу они взяли модель статистического исследования пористых губчатых материалов. Базовым условием для решения задачи стало два предположения: во-первых, в любой момент времени в Млечном Пути должен быть хотя бы один электромагнитный сигнал технологического происхождения и, во-вторых, Земля находится в «зоне молчания» как минимум 60 лет. Иначе говоря, никакие инопланетные радиосигналы за это время на Землю не попадали, а не просто по каким-то причинам оставались необнаруженными.

Расчёт статистической модели строится на том, что Земля и инопланетные радиоизлучатели помещаются в «поры» условной губки. Затем строится оптимистичная и пессимистичная вероятность распределения. В самом лучшем случае, если считать встречу с инопланетным разумом удачей, радиосигнал от «чужих» мы сможем принять не ранее, чем через 60 лет. В худшем случае регистрации техногенного сигнала инопланетного происхождения придётся ждать не менее 2000 лет.

Согласно статистической модели, Земля сейчас находится в зоне радиомолчания. Источник изображения: Astronomical Journal

Безусловно, решение статистической задачи зависит от начальных условий. Если они будут другими, то результат также будет отличаться от полученного учёными. В сухом остатке остаётся рекомендация оставаться терпеливыми и искать признаки разумности в сигналах, получаемых на штатном оборудовании. В этом плане программа SETI может считаться оптимальным решением. Не нужно тратить ресурсы на приборы исключительно для поиска инопланетных сигналов. В потоке обычных научных данных достаточно много информации, чтобы обнаружить там даже чужой техногенный сигнал, если он туда попадёт.

Около 60 лет назад астрономы обнаружили ярчайшие объекты во Вселенной, которые назвали квазарами. Позже стало понятно, что это свечение испускают активные галактические ядра. Точнее, это явление сверхактивности сверхмассивных чёрных дыр в центрах галактик. Но уверенно ответить на вопрос о механизме рождения квазаров учёные были не готовы. Новое исследование собрало убедительные доказательства для подтверждения одной из теорий рождения квазаров.

Источник изображения: ESO-M Kornmesser

Так, группа специалистов из университетов Шеффилда и Хартфордшира опубликовала работу, которая доказывает, что источником квазаров являются столкновения галактик. Эта гипотеза выдвигалась и раньше, однако теперь под неё положен прочнейший фундамент из более чем сотни наблюдений за целевыми галактиками и квазарами.

С помощью телескопа им. Исаака Ньютона в Ла-Пальме астрономы в деталях изучили структуры 48 галактик с квазарами и более 100 без них. Они искали признаки искажений в структурах галактик, которые указали бы на предыдущие столкновения пар из них. Выяснилось, что 65 % галактик с квазарами имеют признаки столкновений в прошлом. Среди галактик без квазаров признаки столкновений выявлены только у 22 из более чем 100 объектов. Простые вычисления показывают, что галактики с квазарами имеют в три раза большую частоту проявления признаков столкновений. Из этого можно сделать вывод, что тесные гравитационные взаимодействия пары галактик с большой вероятностью породят квазар, хотя это происходит не со 100-процентной гарантией.

Источником яркости квазаров в широком диапазоне электромагнитных волн являются сверхразогретые внутренние границы аккреационных дисков вокруг сверхмассивных чёрных дыр. В этих областях вещество попадает на чёрную дыру и происходит колоссальное выделение энергии на уровне сияния триллионов звёзд. При естественной эволюции галактики сверхмассивная чёрная дыра в её центре постепенно пожирает вещество и ведёт себя относительно спокойно. Когда две галактики с такими дырами входят во взаимодействие — сталкиваются, большие объёмы межзвёздного газа начинают перераспределяться и, в итоге, падают на чёрные дыры в центрах галактик-хозяев. Это как плеснуть бензин в догорающий костёр.

Рождение квазара ведёт к фатальным последствиям для галактики-хозяина. Его активность выталкивает пыль и газ за пределы галактики и развеивает внутри неё. Это снижает активность звезообразования и может совсем остановить процесс появления новых звёзд в галактике. Нашу галактику Млечный Путь ждёт похожая судьба. Примерно через 5 млрд лет она столкнётся с галактикой Андромеда. Учёные не считали это угрозой для жизни на Земле, например, всё-таки звёзды находятся достаточно далеко друг от друга, но если в центре нашей галактики вспыхнет квазар, для чего теперь найдены все основания, всё может повернуться иначе.

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

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

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

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

Источник изображения: ЕКА

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Источник изображения: Pixabay

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

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

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

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

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

Китайские телескопы, которые смогли. Источник изображения: IHEP

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

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

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

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

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

На удалении около 730 световых лет от нас учёные обнаружили экзопланету размерами с Юпитер, но с поражающей воображение плотностью. Замеры и расчёты показали, что инопланетный мир TOI-4603b имеет массу около 13 масс юпитеров, то есть планета состоит из материала, ощутимо более плотного, чем свинец.

Рождение планеты из протопланетного диска по мнению художника. Источник изображения: ESO/L. Calçada

Экзопланета TOI-4603b относится к небольшой, однако важной категории открытий, которое не укладывается в наши знания о Вселенной и её развитии. Именно подобные вещи движут вперёд земную науку. По своим характеристикам TOI-4603b вышла на границы массы и размера между планетой и коричневым карликом, что открывает возможность лучше понять эволюцию этих звёзд.

«Это одна из самых массивных и плотных транзитных планет-гигантов, известных на сегодняшний день, — пишет группа астрономов под руководством Аканши Кханделвал (Akanksha Khandelwal) из Лаборатории физических исследований в Индии, — и ценное дополнение к популяции из менее чем пяти массивных близких планет-гигантов в области перекрытия планет с высокой массой и коричневых карликов с низкой массой, что необходимо для понимания процессов, ответственных за их формирование».

Экзопланета TOI-4603b, как уже ясно, расположена довольно близко к своей звезде и вращается вокруг неё с периодом 7,25 суток. Её плотность в три раза больше плотности Земли и в 9 раз больше плотности Юпитера. Об открытии астрономы подготовили статью для журнала Astronomy & Astrophysics Letters и разместили препринт на сайте arXiv.

Учёным давно понятно, какую предельную массу может иметь планета. Если масса превысит этот показатель, давление и температура в её ядре запустят реакцию ядерного синтеза и планета превратится в звезду. Минимально необходимая для этого масса звезды должна быть около 85 масс Юпитера. С этого момента водород начнёт превращаться в гелий.

Считается, что для планеты верхний предел массы составляет от 10 до 13 юпитеров. От этой границы до запуска ядерного синтеза лежит промежуток образования коричневых карликов — звёзд, в которых ядерный синтез не запускается, но может плавиться тяжёлый изотоп водорода — дейтерий. В принципе, коричневые карлики образуются так же, как звёзды из протозвёздного диска. Но одно из главных замеченных отличий в эволюции коричневых карликов и звёзд в том, что они почти всегда находятся на удалённых орбитах. Существует необъяснимый провал в отсутствии пар из звезд и коричневых карликов на дистанции ближе 5 а.е. (или ближе, чем пять расстояний от Земли до Солнца).

Открытие TOI-4603b в тесной паре со своей звездой и массой близкой к массе, за которой начинается классификация в сторону коричневого карлика — это ценное открытие в малоизученной области, которое может много дать науке об эволюции звёзд и Вселенной.

Экзопланета TOI-4603b была открыта транзитным методом по провалу в блеске звезды — она с заданным периодом проходила по её диску и на это время снижала светимость, что дало данные о радиусе экзопланеты. Наблюдение за «колебаниями» звезды в этой паре — определение её радиальной скорости в процессе движения вокруг общего центра масс — позволили вычислить массу экзопланеты и её плотность.

Расчёты показали, что масса TOI-4603b в 12,89 раз превышает массу Юпитера, а её радиус в 1,042 раза больше радиуса Юпитера. Тем самым средняя плотность экзопланеты составила 14,1 г/см³. Для сравнения, плотность Земли составляет 5,51 г/см³. Плотность Юпитера равна 1,33 г/см³, а плотность свинца — 11,3 г/см³.

Пограничное состояние экзопланеты, её близость и короткий орбитальный период вокруг звезды подталкивают к раскрытию механизмов эволюции и миграции коричневых карликов — в область знаний, где пробелов больше, чем знаний.

Команда астрономов под руководством Ананды Хота (Ananda Hota) из Университета Мумбаи в Индии изучила пару уникальных по взаимодействию галактик RAD12 (A и B). Меньшая по размерам галактика RAD12-A выстрелила в сторону большей соседки огромную струю плазмы. Выглядит это как эпизод из Звёздных войн, но имеет под собой объяснимую, хотя и не до конца понятную природу.

Плазменный залп галактических масштабов по соседке. Источник изображения: Ananda Hota, GMRT, CFHT, MeerKAT

«Тёплые» отношения в паре галактик RAD12 в целом не уникальны. Это шестая открытая астрономами пара галактик, где одна из них выстреливает плазменным джетом в сторону другой. Уникальность пары RAD12 в другом. Во-первых, залп дала меньшая из двух галактик. Во-вторых, струя выглядит монолитным выбросом плазмы, тогда как раньше фиксировались пары исходящих струй. Тем самым наблюдение RAD12 дало нечто не похожее на все предыдущие случаи, а такое в науке ценится на вес золота.

С большой степенью достоверности струя плазмы или молекулярного газа от одной галактики в сторону другой образуется благодаря массивной чёрной дыре в центре галактики. Чёрная дыра в процессе аккреции поглощает окружающее вещество и выбрасывает струи газа, которые отлично видны в радиодиапазоне. Обычно такое происходит нерегулярно и не ведёт к массивным выбросам, но иногда масштабы процессов могут удивить, как в случае пары RAD12.

Джеты дают ключ к пониманию многих процессов во Вселенной. Они позволяют измерять энергии процессов и давать им количественную оценку. Например, объяснять связанные с ними явления звездообразования. Обычно джеты наблюдаются в старых эллиптических галактиках, что лишний раз подтвердила пара RAD12. Галактика-хозяин джета выбрасывает вещество и снижает интенсивность образования звёзд у себя, тогда как галактика в паре, получившая порцию молекулярного газа, наоборот запускает процессы образования новых звёзд.

Совмещение данных в оптическом диапазоне с контурами джета, полученного в радиодиапазоне

Система RAD12 может помочь астрономам понять эти процессы, поскольку джеты накладывают ограничения на то, что могут и чего не могут определенные классы объектов. Кроме того, редкие системы галактик, в которых струя одной из них врезается в другую, могут продемонстрировать положительную обратную связь, при которой галактика, подвергающаяся бомбардировке, проявляет признаки положительной обратной связи, или повышенной активности звездообразования.

Индийские астрономы пристально изучили пару RAD12 в прошлом году. Эта работа оказалась настолько перспективной, что её отобрали для публикации в очередном годовом сборнике статей Международного астрономического союза. Подобная честь означает также, что исследования пары RAD12 будут продолжены другими учёными и с помощью других инструментов.

Международная группа учёных впервые обнаружила свидетельства того, что через «космическую паутину», массивную сеть переплетающихся галактических нитей, проходят ударные волны. Это значит, что по самой большой структуре во Вселенной, состоящей из газа, пыли и тёмной материи, связывающей галактики, пролегают магнитные поля.

Источник изображения: icrar.org

В шестидесятых годах прошлого века учёные начали склоняться к мысли, что при взгляде на Вселенную в самых больших масштабах есть некий порядок, напоминающий паутину с нитями. Они пересекают войды (большие пустоты) и заставляют галактики образовывать скопления. Два десятилетия спустя при помощи компьютерного моделирования удалось определить, как может выглядеть такая вселенская сеть.

С тех пор астрономы, основываясь на реальных наблюдениях, составили карту галактической паутины в попытке ответить на вопрос о её структуре. И только один элемент не поддавался наблюдениям — магнитные поля, распространяющиеся по всей этой космической структуре. Когда материя во Вселенной сливается, создаются ударные волны, которые ускоряют частицы и тем самым усиливают межгалактические магнитные поля. Галактические нити стягиваются при помощи гравитационных сил, и усиливающиеся из-за этого магнитные поля должны порождать радиоволны, которые поддаются наблюдению с Земли. До настоящего момента такое «свечение» галактических нитей в радиочастотном диапазоне зафиксировать не удавалось из-за слабости сигналов.

Их обнаружили, сопоставив данные проектов GMIMS (Global Magneto-Ionic Medium Survey), Planck Legacy Archive, Owens Valley Long Wavelength Array и Murchison Widefield Array по известным скоплениям и галактическим нитям. Успеха добилась международная группа учёных под руководством доктора Тессы Вернстрём (Tessa Vernstrom) из Университета Западной Австралии. Поиск сигналов исследователи начали в 2020 году, но, впервые зафиксировав их, не смогли отличить их от «фонового шума», создаваемого галактиками и другими объектами. Поэтому они стали искать сигналы другого типа — поляризованное радиоизлучение, менее подверженное искажениям, которые вызывает шум других объектов. Выявив их, учёные смогли предоставить убедительные доказательства наблюдения сигналов от ударных волн в крупнейших структурах Вселенной и подтвердить, что их модели соответствуют реальности.

Сопоставив эти данные, учёные прицельно усилили радиоволны и сравнили получившуюся картину с современными космологическими симуляциями, построенными на основе гидродинамических астрофизических расчётов проекта Enzo. В результате удалось построить первую модель космологической сети, которая предсказывает поляризованное радиоизлучение, порождённое ударными волнами галактических нитей.

Открытие поможет в расширении и уточнении современных теорий о механизмах расширения Вселенной, а также в разгадке происхождения космического магнетизма.

Сегодня учёные разбили сердца поклонникам вселенной «Стартрек». Легендарной планеты Вулкан у звезды 40 Эридана в природе не оказалось, как показало новое исследование. Полученные ранее данные о существовании экзопланеты 40 Eridani b у звезды 40 Эридана A были неправильно поняты. Зато в дальнейшем эта ошибка позволит улучшить методики поиска экзопланет и приведёт к новым открытиям.

Источник изображения: Pixabay

Одним из методов обнаружения экзопланет является способ определения радиальной скорости звезды. Пара из звезды и экзопланеты будет двигаться вокруг общего центра масс. Это означает, что звезда со строгой периодичностью будет двигаться по направлению к нам и от нас, что отразится в её спектре. Спектр по очереди будет уходить в синюю и красную стороны. Из этих данных можно вычислить массу, плотность и орбитальный период экзопланеты. Из предыдущих наблюдений за 40 Eridani b был сделан вывод, что была открыта скалистая суперземля с периодом обращения около 42 суток.

Стройную картинку омрачает тот факт, что на звезде происходят явления, которые могут внести путаницу в интерпретацию данных. Собственное вращение звезды с пятнами на её поверхности выдаёт похожие периодические изменения в спектре, как и изменения, связанные с переменами в радиальной скорости. Дополнительное изучение спектра звезды 40 Эридана A говорит о том, что с большой вероятностью мы имеем дело с активностью звезды, а не с влиянием экзопланеты.

Проверка других звёзд с потенциально открытыми экзопланетами также показала наличие ложных срабатываний при использовании старой и новой методики. В то же время уточнённая методика помогла открыть несколько новых экзопланет. Это тем более важно, что иных методов обнаружения экзопланет земной массы у современной науки практически нет. Одно дело найти экзоюпиттер, и совсем другое скалистую экзоземлю. Её не разглядишь ни в какой телескоп, а метод определения радиальной скорости звезды даёт достаточно данных, чтобы найти невидимые землеподобные экзопланеты.