Звезда-гигант в самой большой области звездообразования

Астрономам удалось идентифицировать самую массивную звезду, находящуюся в самой обширной области звездообразования нашего Млечного Пути. Объект под номером W49nr1 имеет от 100 до 180 масс Солнца. От наблюдений за звездой-гигантом исследователи ожидают новые сведений о происхождении таких гигантских звезд.

Открытие новой очень массивной звезды важно для астрономов по нескольким причинам. Такие звезды, чья масса превышает солнечную больше, чем в 100 раз, еще мало изучены. По сравнению с нашей центральной звездой, они очень недолговечны: живут несколько миллионов лет, а наше светило - более десяти миллиардов лет. К тому же, такие звезды-гиганты очень редко встречаются. Среди миллиардов звезд, которые зафиксировали и исследовали астрономы, всего несколько десятков с такой массой. Большинство из них открыты именно в последние годы.

Звезды-гиганты сильно влияют на свое окружение

Несмотря на это, массивные звезды оказывают огромное влияние на свое окружение: они чрезвычайно яркие и испускают большие количества как высокоэнергетического ультрафиолетового излучения, так и частиц, образующих так называемый звездный ветер. Такая звезда “выдувает” большой пузырь в окружающий ее газ, который вблизи звезды сразу разлагается на компоненты (ионизируется), а более удаленный газ отталкивает от себя звезду.

Вытесненный газ может вызывать, например, коллапс более дальних газовых облаков, а также образование новых звезд. Таким образом массивные звезды могут давать толчок к дальнейшему звездообразованию. Но еще несколько лет назад астрономы не знали, как могут рождаться звезды с такой большой массой. Совсем недавно ученые сумели смоделировать формирование таких звезд.

Возникновение массивных звезд

Пока точный процесс не выяснен: существует несколько конкурирующих моделей образования массивных звезд. Одна из них предполагает, что звезды этого класса возникают в результате слиянии двух звезд в один большой кластер. Пока, однако, известны только три звездных скопления, где найдены такие массивные звезды: NGC 3603, кластер Арка (Млечный Путь) и R136 (Большое Магелланово Облако).

Цветное изображение центральной области W49. Звезда W49nr1 отмечена белой стрелкой Фото: С.-В. Ву, А. Бик, Т. Хеннинг, А. Паскуали, В. Бранднер, А. Стольте

Группа астрономов (Институт астрономии Макса Планка) во главе с Шивей Ву обнаружила еще одну такую массивную звезду в самой обширной области звездообразования нашего Млечного Пути - W49, находящейся от Земли приблизительно в 36 тысячах световых лет. Два спиральных рукава нашей родной галактики со всей ее пылью лежат между Солнечной системой и этим звездным скоплением.

Наблюдения в инфракрасной области

Это не упростило открытие новых звездных гигантов, "так как W49 скрывается за большими объемами межзвездной пыли и до нас доходит только одна триллионная видимого света, который его звезды посылают в направлении Земли. Поэтому мы провели наблюдения в инфракрасном диапазоне - инфракрасный свет может проходить через пыль абсолютно беспрепятственно", - объясняет Ву.

С помощью инфракрасного спектра Very Large Telescope (ESO) астрономы смогли определить тип звезды. Вместе с измеренным уровнем светимости звезды эта информация позволяет вычислить температуру и общее количество света, которую испускает звезда. Сравнение со звездными моделями показало, что этот гигант должен обладать массой в 100-180 раз больше солнечной.

Благодаря своим огромным размерам W49 - один из важнейших регионов нашей галактики, в котором можно исследовать формирование и развитие очень массивных звезд. Астрономы определили также ключевой объект в ккластере - W49nr1. В текущих и дальнейших наблюдениях они надеются найти больше ответов о короткой жизни массивных звезд и об их загадочном рождении, пишет astronews.com.

Исследователи впервые заглянули в душу Солнцу

Исследователи впервые подтвердили существование солнечных нейтрино – частиц, которые возникают в результате слияния водорода в недрах Солнца. Опубликованные в "Nature" данные показывают, что наши представления о солнечных процессах верны, и предлагают впервые взглянуть в режиме реального времени на то, насколько высока сегодня степень слияния ядер атомов Солнца, так как свету, покидающему поверхность нашей центральной звезды, уже 100000 лет.

Откуда Солнце черпает свою энергию?

Сегодня этот вопрос почти тривиален: еще в школе учат, что силу излучения света дает Солнцу ядерный синтез. Но окончательное доказательство того, что внутри светила ядра водорода действительно сливаются друг с другом, у астрономов отсутствовало. В роли доказательства могли бы выступить нейтрино, так как эти элементарные частицы возникают при слиянии двух протонов. Модели свидетельствуют, что путем ядерного синтеза внутри Солнца каждую секунду должно появляться примерно 60 млрд. нейтрино на квадратный сантиметр.

Слева внутренняя часть детектора "Борексино", справа изображение Солнца
Фото: © Borexino Collaboration

При небольшом взаимодействие - мало энергии

Несмотря на их большое количество, эти солнечные нейтрино особенно "трудноуловимы". Они почти беспрепятственно проходят через вещество и, следовательно, сквозь большинство измерительных приборов. Обнаружить их можно только тогда, когда нейтрино случайно сталкивается с атомным ядром, так как при этом освободится энергия в виде крошечной световой вспышки. Поэтому большинство детекторов нейтрино состоят из обширных емкостей с жидкостью, вокруг которых находятся фотодатчики.

Но есть и другая причина, почему солнечные нейтрино не были непосредственно подтверждены: "Они обладают малым количеством энергии, диапазон которой точно совпадает с диапазоном естественной радиоактивности", - объясняет Андреа Покар (Andrea Pocar), один из физиков, участвующих в проекте (Университет штата Массачусетс в Амхерсте). Поэтому сигнал солнечных нейтрино обычно перекрывается.

При слиянии двух протонов на Солнце высвобождается нейтрино
Фото: © HG: NASA/SDO

Слишком неуловимо для большинства детекторов

Кроме того, возникает три вида нейтрино, которые во время полета в пространстве могут превращаться друг в друга. Солнце испускает лишь так называемые электронные нейтрино, но пока они достигают Земли, многие из них преобразуются в мюонные нейтрино (νμ) или тау-нейтрино (ντ). Однако большинство детекторов могут обнаруживать только один тип нейтрино. Единственным исключением является детектор "Борексино", установленный в итальянских Апеннинах глубоко под массивом Гран-Сассо.

С его помощью исследователям сейчас впервые удалось непосредственно подтвердить существование солнечных нейтрино. Им помогла, с одной стороны, высокая чувствительность детектора "Борексино", состоящего из сферической емкости с 300-ми тонн специальной детекторной жидкости, которая защищена от помех тысячью тонн воды высокой чистоты и несколькими дополнительными слоями оболочки.

Вспышки света в емкости детектора

Более 2000 фотодатчиков регистрируют крошечные вспышки света, которые происходят в детекторе жидкости при нейтринных столкновениях. Но в этом детекторе встречаются и маскирующие сигналы, в том числе как результат распада в его жидкости радиоактивного углерода C-14. Тем не менее, с помощью специальных вычислительных программ исследователям удалось исключить эти мешающие сигналы и таким путем впервые непосредственно поймать солнечные нейтрино.

Сферический внутренний резервуар со специальной жидкостью окружен в детекторе “Борексино” второй емкостью со сверхчистой водой и фотодатчиками Фото: © Borexino Collaboration

Как сообщают исследователи, измеренная ими плотность нейтрино соответствует примерно 66 млрд. частиц на квадратный сантиметр в секунду. Это очень хорошо согласуется со значениями теоретических моделей. "С помощью этих данных нейтрино, мы непосредственно заглядываем в зарождение процесса, который генерирует большую часть солнечной энергии," - отметил Покар.

Солнце так же активно, как и 100 тысяч лет назад

И что еще более важно: впервые стало возможно определять текущую активность слияния, так как излучению, возникшему в результате этого процесса в недрах Солнца, требуется почти сто тысяч лет, пока оно не пройдет турбулентные слои светила и не окажется в космосе. Поэтому попадающий на Землю солнечный свет лишь показывает энергию Солнца в прошлом. Нейтрино же беспрепятственно в течение нескольких секунд проникают внутрь Солнца и показывают текущую картину процессов, происходящих сегодня внутри нашей звезды. "Так же, как глаза - зеркало души, эти нейтрино позволяют нам заглянуть во внутренний мир солнца – в его душу", - говорит Покар.

Источник: scinexx.de

Изучение под лупой слияния далеких галактик

Исследователи изучили далекий источник излучения, свет которого резко усилился с помощью находящейся перед ним гравитационной линзы. Проведя наблюдения на разных длинах волн, они обнаружили, что это система сливающихся галактик с активным звездообразованием.

Астрономы считают, что ряд отдаленных галактик, от которых исходит сильное световое излучение на длинах волн ниже одного миллиметра, представляют собой системы в активной фазе развития с высокими темпами звездобразования. Эта популяция носит также название субмиллиметровых галактик (СМГС). Однако механизмы, которые вызывают за эту активность, выяснены недостаточно. Они и являются предметом текущего исследования, хотя изучение затруднено из-за расстояния и ограниченного разрешения.

Помочь может гравитационный эффект линзы. Большое скопление массы на переднем плане - например, галактики или скопления галактик - изгибает пространство-время и отклоняет свет лежащих за нею источников. При этом светимость изображения объектов заднего плана усиливается, и для более подробного изучения их можно наблюдать, как через линзу. Но это только в особых случаях, когда наблюдатель, гравитационная линза и источник излучения находятся почти на одной прямой. Поэтому такие конфигурации очень редки, и их трудно найти. В последние годы астрономы разработали с помощью поиска и последующих наблюдений подобных объектов критерии, по которым относительно надежно можно обнаружить гравитационные линзы.

Слияние галактик Фото: © ESO/ NASA/ESA /W. М. Keck Observatory

Один из таких объектов проанализировала международная исследовательская группа университета Консепсьон в Чили, возглавляемая Уго Мессиасом (Hugo Messias). Источник с каталожным номером H1429-0028, свету которого для достижения Земли требуется около восьми миллиардов лет, был найден космическим телескопом Herschel. Астрономы смогли наблюдать его на самых разных длинах волн. Ученые определили, что это система из двух сливающихся галактик. Масса всей системы, вычисленная с помощью распределения излучения на разных частотах, составляет приблизительно 130 млрд солнечных масс. Наблюдение линии излучения окиси углерода обсерватории ALMA обнаружили у одного из компонентов также признаки вращения.

Гравитационная линза между наблюдателем и источником излучения действует как оптическая линза Фото: © ESO/ M. Kornmesser

Дальнейшие расчеты моделей показали исследователям, что это гравитационная линза, которая усиливает свет от источника с коэффициентом от восьми до десяти. На переднем плане находится диск галактики, расстояние до которого около трех миллиардов световых лет. Астрономы продемонстрировали тем самым, как гравитационный эффект линзы в сочетании с наблюдениями на разных длинах волн могут расшифровывать физические свойства галактик, пишет spektrum.de.

Черная дыра с сигналами в ритме босановы

Американские астрономы впервые более точно определили массу редкой черной дыры, имеющей промежуточные размеры. Они использовали для этого регулярный ритм, с которым материя вокруг черной дыры испускает рентгеновские вспышки. Он почти соответствует музыкальному ритму босановы. Дальнейшие исследования должны выяснить механизм образования черной дыры, имеющей среднюю массу, пишут исследователи в журнале "Nature"

Черные дыры не редкость во Вселенной: только в нашей родной галактике может быть около 100 миллионов этих загадочных астрономических объектов. Почти все они принадлежат одной из двух категорий:

1. Имеющие 10-100-кратную массу нашего Солнца черные дыры являются остатками сгоревших звезд.
2. Космические тяжеловесы - сверхмассивные черные дыры, чья масса равна нескольким миллионам масс Солнца. Вероятно, они в находятся центре большинства галактик.

Таинственные промежуточные черные дыры

Однако есть и третья, намного более загадочная категория: промежуточные черные дыры, обладающие массой от пары сотен до тысячи солнечных. Они настолько редкие и труднодоступные для наблюдения, что их существование долгое время вообще было под вопросом. До сих пор нет никакого объяснения, как они могут возникать. "Астрономов давно интересует вопрос, есть ли эти объекты или они не существуют? Какими свойствами они обладают, - говорит Ричард Мушоцкий (Richard Mushotzky) из Университета штата Мэриленд. - До сих пор мы не имели никаких данных для ответов на эти вопросы".

Вид галактики Messier 82 и черной дыры M82 X-1 Фото: © NASA

Астрономы под его руководством наиболее точно вычислили такую промежуточную черную дыру, доказав тем самым, что эти загадочные объекты действительно существуют. Масса черной дыры под каталожным номером M82 X-1 приблизительно в 428 раз превышает массу Солнца. Ее местоположение - галактика Messier 82 созвездия Большой Медведицы - от нас удалена на 12 млн. световых лет. Ее масса соответствует, по мнению исследователей, именно массе черной дыры промежуточной категории.

Определение массы с помощью ритма босановы

Доказать это помог исследователям счастливый случай: черная дыра M82 X-1 мигает в очень знакомом ритме. Вернее, это мерцание исходит из облака материи, окружающего черную дыру и излучающего свет в видимом и рентгеновском диапазонах, что и позволяет обнаруживать обычно невидимые черные дыры.

Возникновение ритмичных рентгеновских импульсов черных дыр на примере объектов: GRS 1915 и IGR J17091 обнаружено спутниковым телескопом Росси (RXTE) Фото: © NASA Goddard

Ведущий автор Дхеерай Пашам (Dheeraj Pasham) обнаружил рентгеновские данные M82 X-1, записанные спутниковым телескопом Росси: две повторяющиеся вспышки на частотах 5,1 Гц и 3,3 Гц в отношении 3:2. Мушоцкий сравнивает эти вспышки с пылинками в канавках виниловых пластинок: их музыкальный ритм соответствовует латиноамериканской босанове, хотя и очень быстрой.

Последующая работа для теоретиков

Такой регулярный ритм позволил астрономам вычислить массу черной дыры. Для небольших черных дыр этот метод был ранее успешным, а для промежуточной категории и ее доказательства стал совершенно новым. M82 X-1 и раньше была в списке многочисленных кандидатов на роль черных дыр. имеющих среднюю массу. Но общепринятыми методами нельзя было точно вычислить массу неуловимых объектов и узнать точную категорию. Ритм 3: 2 разрешил эту проблему.

Как возникают промежуточные черные дыры, астрономы пока объяснить не могут - это должно стать целью дальнейших исследований: "Нам сначала нужно было подтвердить их существование, - поясняет Дхеерай Пашам. - Теперь к работе могут приступить теоретики". Однако телескоп Росси для дальнейших исследований больше не доступен: в начале 2012 года НАСА закрыло этот проект. Но в течение двух лет должен стартовать NICER, который будет выполнять такие задачи. Пашам уже определил для исследования телескопа NICER шесть вероятных промежуточных черных дыр, пишет scinexx.de.

Сверхновая: двойной взрыв Бетельгейзе

Головная ударная волна Бетельгейзе Фото: ESA/Herschel/L. Decin и др.

Двойной взрыв: красный сверхгигант Бетельгейзе закончит свое существование двойной вспышкой сверхновой. Через несколько месяцев после взрыва звезды последует второй, который вызовет столкновение обломков с внешней оболочкой, сообщают астрономы в журнале "Nature". Взрыв будет таким мощным, что наблюдатели увидят его даже при ярком дневном свете.

Звезду Бетельгейзе, от которой свет добирается до нас около 640 лет, можно увидеть в созвездии Ориона. Красный сверхгигант - его диаметр в 660 раз превышает солнечный - превосходит по светимости нашу центральную звезду больше, чем в 10000 раз, и в десятки раз - другие яркие космические объекты. Но жизненный цикл сверхгиганта подходит к концу, и при взрыве сверхновой его сияние может резко увеличиться.

Двойная вспышка в ближайшем будущем

Астрономы ожидают, что Бетельгейзе взорвется в ближайшее время, но не могут точно сказать, когда это случится. "Это может произойти завтра или через сто тысяч лет," - пояснил ведущий автор Джонатан Маккей (Jonathan Mackey) из Боннского университета. При этом сильный свет сверхновой можно будет видеть даже днём.

Бетельгейзе должен вспыхнуть даже дважды: при взрыве звездного ядра и, когда выброшенное вещество помчится к статической оболочке, окружающей на некотором расстоянии красный сверхгигант. "Материя в этой оболочке достигает десятой части солнечной массы“, - говорит Маккей. Если обломки взрыва достигнут этого покрова за несколько месяцев - максимум через 3 года после сверхновой, там произойдет мощное столкновение, которое с Земли будет казаться еще одним взрывом.

Тайна оболочки материи

Открытая лишь в 2012 году оболочка вокруг Бетельгейзе задала астрономам загадку: было неясно, как она возникла и почему остается статической. Маккей и его коллеги объяснили с помощью моделей и компьютерных имитаций, как это может происходить. По мнению исследователей, виновником этого является сильный звездный ветер, исходящий от поверхности звезды. У красных сверхгигантов он особенно силен, поэтому звезда постоянно теряет значительные массы своей материи.

Конец красного сверхгиганта Бетельгейзе Иллюстрация: © ESO/L. Calçada

Эта вытолкнутая материя нагревается при взаимодействии с излучением межзвездного пространства, что вновь создает ударную волну, которая замедляет ветер и формирует на некотором расстоянии от Бетельгейзе почти неподвижную оболочку из бывшего звездного материала. У других красных сверхгигантов она могла бы быть, по мнению астрономов, даже толще, чем у Бетельгейзе и составлять до пяти солнечных масс.

Объяснение вспышек неожиданно ярких сверхновых

Эти статические оболочки могут также объяснить, почему взрывы сверхновых иногда в 10-100 раз ярче, чем можно было предсказать теоретически: если остатки взорвавшейся звезды устремляются к такой сжатой оболочке материи, это приведет ко второму сильному взрыву.

Сверхновые вспыхивают в Млечном Пути в среднем примерно раз в сто лет. Последний такой взрыв, замеченный в нашей родной галактике, произошел, однако, довольно давно. В октябре 1604 года итальянские наблюдатели заметили новое небесное тело, затмившее все другие звезды. Это явление подробно описал немецкий астроном Иоганн Кеплер, поэтому сверхновая была названа в его честь. Взрыв Бетельгейзе должен быть для землян гораздо большей сенсацией, так как красный сверхгигант находится в 30 раз ближе к нам, чем Сверхновая Кеплера.

Источник: scinexx.de

И все же Луна горячая

Каким бы холодным и мертвым ни казался нам спутник Земли - Луна, внутри него по-прежнему жарко. Слой горной породы непосредственно над ядром, по-видимому, даже расплавлен. Причиной этой горячей зоны является Земля. Ее приливообразующая сила обеспечивает энергию для нагревания недр Луны, пишут исследователи международной группы в журнале "Nature Geoscicence". Однако это удивительное открытие поднимает ряд новых вопросов.

Почему Луна внутри не холодная?

Обычно судьба небесных тел, имеющих размеры Луны, предопределена. Они очень быстро теряют тепло и остывают вплоть до ядра. Их масса просто недостаточна, чтобы сохранить или производить в недрах тепло. "Вот почему Луну до сих пор считали холодной," - объясняет соавтор исследования Юничи Харуяма (Junichi Haruyama) - Японское космическое агентство JAXA. "Мы думали, что по этой причине вся вулканическая активность Луны давно остановилась".

Но новые измерения с помощью японского лунного зонда Кагуя, китайского зонда Чанъэ-1 и ряда других космических аппаратов на орбите спутника Земли опровергли эти предположения. Для исследования Юдзи Харады (Yuji Harada) и его коллег по Китайскому университету наук о Земле были использованы данные о местоположении и гравитационные измерения зондов.

Горячая зона, созданная приливообразующей силой

Как сила притяжения нашего естественного спутника вызывает приливы и отливы на Земле, деформируя воды океанов и горную породу, так и земная гравитация способствует небольшим периодическим изменениям Луны. Из данных, включающих миссии “Аполлон”, мы знаем, что ее внутренняя часть состоит из железистого ядра Луны и мантии, представляющей собой скальную породу. Ранее обе части считались твердыми, холодными и застывшими.

Недавно обнаруженная горячая зона в нижней части мантии Луны показана здесь красным цветом Фото: © Харада и др.

Сейчас ученые полагают, что самая нижняя область лунной мантии может быть не только горячей, но даже расплавленной, так как обнаруженные деформации Луны можно объяснить только такими слоями мягкой, податливой породы. "Наше исследование открыло нам, что Луна не холодная и твердая, а еще теплая," - поясняет Харуяма. Впервые появилось доказательство того, что самая глубокая часть лунной породы должна быть мягкой. Поэтому популярный образ "геологически мертвой» Луны не соответствует действительности.

Почему тепло держится только там?

"Эти результаты ставят много новых вопросов”, - говорит Харада. Производимая приливообразующими силами энергия, очевидно, превращается равномерно в тепло не во всей внутренней части Луны, а только в этом нижнем непосредственно лежащем над ядром слое лунной мантии. Почему это происходит и как именно, остается до сих пор неясным. "Другой вопрос, могло ли это преобразование только в мягком слое повлиять на движение Луны относительно Земли и каким образом?"

Исследователи теперь надеются с помощью дальнейших данных и измерений больше узнать об этой горячей зоне внутри естественного спутника Земли - Луны. "Так как это помогает нам понять, как Луна родилась и сформировалась," - говорит Харуяма.

Источник: scinexx.de