Астрономы впервые наблюдали, как красный гигант пожирает планету

Астрономы команды Кишалая Де (Массачусетский технологический институт), впервые наблюдали, как звезда-красный гигант пожирает планету. Они обнаружили это случайно при поиске радиационных всплесков в бинарных звездных системах.

Яркая вспышка далекой звезды

Звезда разорвала экзопланету размером с Юпитер, выбросив материал в космос. Это привело к яркой вспышке и послесвечению, сообщают астрономы в Nature. В мае 2020 г. они заметили звезду, которая за неделю стала в сто раз ярче. Вспышка в видимом свете продолжалась около десяти дней, а затем значительно ослабела. Как выяснилось, она исходила из системы, расположенной в созвездии Орла - от нас в 12 000 световых лет.

Оказалось, что свет, излучаемый этой вспышкой, почти не содержал спектральных признаков водорода и гелия, как это обычно бывает при взаимодействии двух звезд в бинарной системе. Зато в данных Zwicky Transient Facility замечены эмиссионные линии различных металлов, таких как натрий, магний и барий, а также признаки некоторых оксидов металлов, встречающиеся только в очень холодных звездах.

Однако, когда яркость звезды увеличивается, она обычно становится еще горячее, но данном случае было лишь необычайно яркое послесвечение в инфракрасном диапазоне, длившееся около 15 месяцев. По мнению астрономов, это излучение исходило от выброшенного материала, который остыл, сконденсировался в пыль и затем образовал теплый пылевой кокон вокруг места события.

Огненный конец планеты

Это не было столкновением двух звезд, поскольку обнаружилось всего от 0,001 до 0,0001 части того количества материала и энергии, которое обычно выделяется при этом. Впервые астрономы наблюдали практически в реальном времени поглощение планеты красным гигантом ZTF SLRN-2020. Масса разрушенной планеты составляет 1-10 масс Юпитера, а звезды - 0,8-1,5 масс Солнца.

Этот сценарий предвосхищает то, с чем столкнется Солнечная система по истечению пяти миллиардов лет. В ядре Солнца израсходуются запасы водорода и оно станет красным гигантом. Поскольку ядерный синтез распространится на его оболочку, наше светило продолжит раздуваться, причем температура его поверхности упадет - оно станет красным и постепенно поглотит внутренние планеты. А когда пройдет еще три миллиарда лет, такая же участь ждет и Землю.

Источник информации и фото: scinexx.de

Нейронная сеть анализирует слияние черных дыр

Междисциплинарная команда разработала алгоритм, который сразу же проверяет собственные расчеты свойств слияния черных дыр и при необходимости корректирует свой результат. Этот метод предоставляет очень точную информацию об измеренных гравитационных волнах, что идеально подходит для кампании по измерению детекторов гравитационных волн, которая начнется в мае.

Когда сливаются две черные дыры, гравитационные волны, излучаемые ими, со скоростью света распространяются в пространстве. Если они в конце концов упадут на Землю, большие детекторы: американский (LIGO), итальянский (Virgo) и японский (KAGRA) - смогут уловить сигналы. Сравнивая данные измерений с теоретическими предсказаниями, ученые могут затем определить свойства черных дыр, например: размер, угловой момент, ориентация, положение в небе и расстояние от земли.

Исследовательская группа из отдела эмпирических выводов MPI-IS в Тюбингене и AEI в Потсдаме теперь разработали самоуправляемую систему глубокого обучения, которая отфильтровывает очень точную информацию из измерений гравитационных волн. При этом система сама проверяет свои предсказания о параметрах сливающихся черных дыр — буквально глубокая нейронная сеть с двойным дном. 42 измеренные гравитационные волны слияния черных дыр были успешно проанализированы с помощью алгоритма: 

Исследователи используют разработанную ими глубокую нейронную сеть под названием DINGO для анализа данных. DINGO был обучен считывать параметры гравитационных волн из данных измерений. С помощью многих миллионов смоделированных сигналов от двойных систем различного состава сеть научилась интерпретировать реальные, т.е. фактически измеренные, данные о гравитационных волнах.

Однако на первый взгляд неясно, правильно ли глубокая нейронная сеть считывает информацию. Недостатком традиционных систем глубокого обучения является то, что они дают результаты, которые кажутся правдоподобными, даже если они ошибочны. По этой причине исследователи из MPI-IS и AEI добавили в алгоритм функцию управления, объясняет Максимилиан Дакс: 

«Мы разработали сеть с ложным дном: сначала , использующий измеренную гравитационную волну, вычисляет свойства черных дыр. По этим рассчитанным параметрам моделируется сигнал гравитационной волны, а затем сравнивается с измеренной гравитационной волной. Таким образом, сеть может выдавать свои собственные результаты, перепроверять их и, если есть сомнения, вносить исправления».

Алгоритм таким образом контролирует себя и поэтому значительно надежнее, чем предыдущие методы машинного обучения. Стивен Грин, бывший ученый из AEI, а ныне исследователь в Ноттингемском университете поясняет:

«Удивительно, но мы обнаружили, что алгоритм часто способен обнаруживать необычные события, а именно реальные данные, которые не соответствуют нашим теоретическим моделям. Эту информацию можно использовать для быстрой маркировки данных, которые более точно следует изучать». 

Алессандр Буонанно, АЕИ, подчеркивает:

«Мы предоставляем гарантии точности нашего метода машинного обучения — то, что почти неслыханно в области исследований глубокого обучения. Это делает привлекательным для научного сообщества использование алгоритма для анализа гравитационно-волновых данных». 

А Бернхард Шёлькопф, директор MPI-IS, добавляет: 

«Сегодня DINGO анализирует данные о гравитационных волнах, но такой самоконтролирующийся и самокорректирующийся метод интересен и для других научных приложений, где крайне важно проверить правильность «черного поля». box' - чтобы иметь возможность проверять методы нейросетей». 

Источник информации и фото: astronews.com

Квазары в основном образуются при столкновении галактик

Изучение более сотни галактик позволяет предположить, почему из черных дыр возникают квазары. Наш Млечный Путь ждет такая же судьба.

Когда в 1950-х годах были открыты квазары, их считали звездоподобными объектами, излучающими радиосигналы. Отсюда термин «квазизвездный радиоисточник» или «квазар», который используется до сих пор.

Но предполагаемое звездное сходство было неверным. Квазары находятся не в нашем Млечном Пути, как тогда предполагалось, а гораздо дальше. Это намного более мощные явления, чем считалось возможным в то время. Сегодня мы знаем, что за квазарами стоят сверхмассивные черные дыры, которые вызывают огромные всплески радиации, пожирая газ.

Работа 1997 года с использованием изображений "Хаббла" показала, что взаимодействия или столкновения между галактиками также играют роль, по крайней мере, в некоторых квазарах. Новое исследование предполагает, что это на самом деле может быть самой важной причиной их образования.

Квазары в сталкивающихся галактиках

Группа астрономов из британского Шеффилдского университета провела самое точное и всестороннее исследование квазаров на сегодняшний день. 48 квазаров сравнивались со 100 галактиками без квазара. Выяснилось, что сталкивающиеся галактики содержат квазары в три раза чаще, чем те, которые находятся на безопасном расстоянии друг от друга.

Идея возникла при изучении записей телескопа Исаака Ньютона (о. Ла-Пальма, Канары). Было замечено, что в галактиках, содержащих квазары, нарушена внешняя структура. Эти следы появились в результате столкновений с другими галактиками.

Объяснение того, как такие столкновения порождают квазары, правдоподобно: черные дыры обычно окружены аккреционными дисками газа, вращающимися вокруг массы в центре. Однако между диском и горизонтом событий есть разрыв, что хорошо видно на изображениях черных дыр M87 и Стрельца A* , полученных Event Horizon Telescope. Видимая там черная тень значительно больше горизонта событий, то есть фактически поверхности черной дыры, навсегда поглощающей все, что проходит через нее (правда, это «навсегда» оспаривается).

Столкновения приносят газ в центр

Только тогда, когда эта система возмущена, например второй галактикой, газ попадает внутрь черной дыры в больших количествах и по пути производит сильное излучение, которое свойственно квазарам. Задействованные экстремальные силы приводят к эффекту, который Стивен Хокинг однажды метко назвал «спагеттизацией» и который не может выдержать ни один материал в мире.

Энергия, высвобождаемая при этом, оказывает сильное воздействие на родную галактику квазара. Это может привести к тому, что любой оставшийся газ будет выброшен в космос, остановив звездообразование на миллиарды лет. Это также может ждать и Млечный Путь, считает автор исследования Клайв Тадхантер. К счастью, Земле еще далеко от такого апокалиптического события. 

Команда подчеркивает важность этого результата для астрономии, заявляя, что это еще один результат, улучшающий наше представление о черных дырах. Экстремальные условия вблизи горизонта событий доводят современные физические теории до предела и могут показать, как выглядит более полное объяснение мира, сочетающее гравитацию и квантовую физику.

Источник информации и фото: derstandard.at
 

Темное будущее массивной двойной звездной системы

Бинарная звездная система, оказавшаяся гораздо интереснее, чем считалось ранее, привлекла внимание к объектам Малого Магелланова Облака. Две ее массивные звезды уже соприкасаются и находятся на пути к превращению в черные дыры. Вероятно, лишь через много миллиардов лет они сольются и образуют большую черную дыру.

Бинарная система SSN 7 и стала предметом исследования двух молодых ученых. Проанализировав данные с различных телескопов, они обнаружили, что звезды находятся в контакте друг с другом и обмениваются материалом, причем одна звезда "кормит" другую. Каждые трое суток они обращаются друг вокруг друга и являются самыми массивными известными на сегодня бинарными звездами.

Если сравнивать полученные результаты с теоретическими моделями эволюции бинарных звездных систем, то звезда, которая в настоящее время теряет материал, сначала превратится в черную дыру, а через некоторое время начнет высасывать вещество из своего звездного компаньона, который затем также превратится в черную дыру.

За несколько миллионов лет пара черных дыр сформируется и будет вращаться потом друг вокруг друга много миллиардов лет, пока, наконец, не столкнется и не сольется. Это должно привести к появлению гравитационных волн, объясняет Аирант Мэтью Рикард из Университетского колледжа Лондона:

До сих пор мы не наблюдали, чтобы звезды коллапсировали в черные дыры такой величины и сливались за время, меньшее, чем возраст Вселенной. Наша наиболее подходящая эволюционная модель предполагает, что эти звезды сольются через 18 миллиардов лет.

Даниэль Паули, аспирант Потсдамского университета, добавляет:

Эта контактная бинарная система является самой массивной среди до сих пор наблюдавшихся. Меньшая и более горячая звезда имеет массу 32 солнечных и в настоящее время теряет материал для своего компаньона с массой 55 солнечных.

В своем исследовании ученые спектроскопически измерили различные диапазоны длин волн бинарной звездной системы, от ультрафиолетового до видимого и инфракрасного света. Использовав, в частности, данные Hubble и многоблочного спектроскопического исследователя Very Large Telescope, они определили лучевую скорость и орбиты звезд, их массы, яркость, температуру и соотнесли эти параметры с моделб. развития.

На месте меньшей звезды через 700 тыс. лет будет черная дыра либо путем взрыва сверхновой, либо вообще без взрыва из-за своей массы. Минует три миллиона лет, пока первая черная дыра не станет притягивать массу своего компаньона и не "поквитается" с ним. Спустя всего 200 000 лет - астрономическое мгновение - на месте звезды-компаньона будет черная дыра.

Две массивные звезды будут еще вращаться несколько миллиардов лет друг вокруг друга, постепенно теряя энергию, испуская гравитационные волны, пока с каждой секундой не начнут двигаться по орбите все быстрее и быстрее. Через 18 миллиардов лет произойдет их слияние, при этом высвободится огромное количество энергии через гравитационные волны.

Аспиранты сообщают о своих выводах в статье, которая выйдет в Astronomy & Astrophysics.

Источник информации и фото: astronews.com

Первое изображение массивной черной дыры, выбрасывающей джет

 

Это всего лишь третье обнаружение «тени» черной дыры. При этом размер тени M87 не соответствует предыдущим наблюдениям.

Не так давно было неясно, существуют ли вообще черные дыры. Теперь даже известно, что у большинства галактик в центре есть черные дыры, вокруг которых те и вращаются, а их массы помогают удерживать звезды и газы.

Иногда из центра галактик выбрасываются большие количества вещества в виде так называемых джетов. Считается, что это эффект дисков материи, которые формируются вокруг черных дыр и других больших масс. В частности, черные дыры образуют такие мощные «аккреционные диски» из-за их сильного гравитационного притяжения.

Новый снимок черной дыры M87 — первый показанный — опубликован в Nature. И на этот раз вместе с тенью видна большая часть окружающей среды. Возникает ощущение, что вокруг черной дыры происходят экстремальные события. Это первый случай, когда ее непосредственное окружение было получено вместе с выброшенным веществом, и видно, как струя связана с аккреционным диском.

А вот форма тени удивила. На первом изображении M87 от 2019 года кольцо было еще меньше и тоньше. На этот раз диаметр черного пятна примерно в четыре раза превышал горизонт событий. Оно было примерно в два раза меньше первого изображения, которое было снято на разных длинах волн.

По мнению исследователей, в черную дыру может попасть значительно больше материала, чем предполагалось ранее.

Как и в случае с изображением 2019 года, для этих изображений было важно, чтобы отдельные телескопы были распределены как можно шире. На этот раз в дополнение к Alma, состоящей из 66 радиоантенн, и Гренландскому телескопу была задействована сеть GMVA, которая состоит из телескопов в Испании, Германии, Швеции и девяти телескопов США. Наблюдения относятся к 2018 году и только сейчас были готовы к публикации.

Команда сообщает, что особенно важен был телескоп Альма, находящийся в южном полушарии и дополняющий сеть GMVA, имеющую восточно-западную ориентацию. Благодаря местоположению и чувствительности Альмы астрономы смогли визуализировать тень черной дыры, в то же время получив более глубокий взгляд на излучение джета».

Источник информации и фото: derstandard.at

Исследование Малого Магелланова Облака предполагает, что планеты могли там образоваться во время «космического полудня».

Международная группа ученых-космонавтов нашла доказательства того, что планеты Малого Магелланова Облака могли образоваться во время так называемого «космического полудня». 

Уже много лет астрономы изучают образование планет и вероятность существования экзопланет, подобных Земле. Но до сих пор неясно, как могли появиться планеты в ранней Вселенной, когда большинство, если не все звезды, были маленькими. В этой новой работе исследовательская группа сосредоточилась на части ночного неба, известной как Малое Магелланово Облако, карликовой галактике, расположенной недалеко от Млечного Пути. 

В частности, астрономы сосредоточили свое внимание на ее части под названием NGC 346, поскольку она состоит из сотен молодых маломассивных звезд. Они хотели знать, формируются ли там планеты. Чтобы выяснить это, они обратились к данным телескопа Джеймса Уэбба.

Предыдущие исследования показали, что планеты образуются в результате аккреции материалов от звезды и вокруг нее. Но исследователи считают, что вещества должны быть подходящего типа, например алюминий, кремний и железо, который, как считается, не хватает вокруг маленьких молодых звезд. Это позволяет предположить, что вокруг них вряд ли будут формироваться планеты.

Чтобы узнать больше, команда использовала инфракрасные данные телескопа Уэбба. Он может видеть сквозь пылевые облака, которые обычно окружают маленькие молодые развивающиеся звезды. Данные выявили в Малом Магеллановом Облаке признаки породообразующих элементов, похожих на вещества, найденные в галактиках, которые находятся намного дальше. 

Считается, что такие материалы представляют собой период во Вселенной, известный как «космический полдень», когда по всей Вселенной формировалось огромное количество звезд. И это говорит о том, что в то время вокруг них могло формироваться множество планет.

Источник информации и фото: phys.org

Звездообразование в близлежащих галактиках

Снимки космического телескопа Уэбба дают возможность понять, как и где образуются новые звезды в спиральной галактике. Впервые инфракрасные изображения высокого разрешения позволяют увидеть даже самые тонкие структуры и процессы формирования звезд, которые ранее были скрыты пылью.

Нам открылось, что массивные звездные скопления и отдельные звезды могут формироваться между спиральными рукавами и как они получают сырье через тонкие газовые потоки. Благодаря многочисленным светящимся газовым облакам и пузырям вдоль спиральных рукавов заметно, как мощное излучение молодых звезд формирует их окружение. Результаты наблюдений четырех первых спиральных галактик уже опубликованы.

В рамках проекта PHANGS международная группа астрономов поставила перед собой задачу наблюдать 19 галактик вблизи Млечного Пути с помощью камеры NIRCam (для ближнего инфракрасного диапазона) и прибора MIRI (для среднего инфракрасного диапазона) космического телескопа Уэбба. Все эти галактики являются так называемыми лицевыми: они повернуты к нам широкой стороной и поэтому позволяют получить полное представление об их тонкой структуре. Результаты четырех из них - NGC 628, NGC 1365, NGC 7496, IC 5332 - представлены в Astrophysical Journal Letters.

Спиральная галактика NGC 628

Звездообразующие области в четырех галактиках выглядят как яркие источники инфракрасного света, поскольку молодые звезды и звездные скопления нагревают окружающую их пыль, производя инфракрасное излучение. Изображения, сделанные MIRI, выявили в этих галактиках сеть светящихся полостей в пылевых облаках и большие свободно плавающие пузыри в плотных газах вдоль спиральных рукавов. В некоторых областях эти пузыри настолько плотные, что образуют целые цепочки и скопления перекрывающихся полостей.

Изображения также показывают, что новые звезды образуются не только в более плотных спиральных рукавах галактик, но и между ними, в тонких расширениях газа, называемых шпорами. Как и ожидалось, скорость звездообразования в спиральных рукавах выше, чем в областях между ними. Однако эффективность преобразования газа в новые звезды, по-видимому, постоянна во всем галактическом диске. Новые данные телескопа Уэбба показывают также, что даже массивные звездные скопления могут формироваться за пределами спиральных рукавов, что до сих пор вызывало споры.

"Инфракрасные изображения дополняют существующие данные космического телескопа Хаббл, полученные в оптической области спектра. Они дают представление о регионах, которые ранее были скрыты пылью. Новый взгляд JWST на центры галактик вносит фундаментальный вклад в наше представление об эволюции звездных скоплений и галактик".
Нильс Хойер из MPIA

Эти данные - только начало: на горизонте еще 15 галактик.

Источник информации и фото: wissenschaft.de