Предельная потеря массы перед взрывом сверхновой звезды

Фото: NASA

Сверхновые можно наблюдать во всей Вселенной, но учёные, изучающие их происхождение, часто не знают истории звёзд-предшественниц, так как ни сам взрыв, ни их остатки не дают об этом достаточного количества информации.

Астрономы ищут, в чём причины этого явления и что происходит внутри массивной звезды перед взрывом сверхновой. Наблюдения международной команды исследователей предоставляют возможность взглянуть на физические процессы, которые происходят незадолго до смерти звезды.

Наблюдения учёных

За сорок дней до взрыва сверхновой SN 2010mc автоматический телескоп зарегистрировал у этой звезды сильную вспышку света. Как сообщают астрономы в журнале "Nature", звезда при этом выбросила материю, количество которой составляет около одной сотой массы Солнца.

Сравнение с теоретическими моделями рождения сврхновой

"Короткий промежуток времени между этой потерей массы и взрывом сверхновой подразумевает причинно-следственную связь между этими двумя событиями", - пишут Эран Офек (Eran Ofek) из израильского Института Вейцмана (Weizmann-Institut) в Реховоте (Rehovot) и его коллеги. Исследователи сравнили свои результаты с различными теоретическими моделями. По их мнению, предельная потеря массы указывает на гидродинамическую неустойчивость в последней фазе ядерного синтеза внутри звезд. Поэтому модели, которые не предсказывают такой неустойчивости, должны быть отброшены.

Инфракрасное изображение одной из самых больших и ярких звезд: Pistol Star. Этот тип звезды заканчивает свою жизнь как сверхновая. Выброс массы за месяц до окончательного взрыва позволит астрономам предсказать, когда это произойдет
Фото: DF Figer (UCLA) и др.

Звезды получают энергию путём ядерного синтеза. Сначала из водорода возникает гелий, потом из гелия - углерод и кислород. В массивных звездах этот процесс продолжается вплоть до появления железа. На этом получение энергии прекращается, так как соединение в более тяжелые элементы требует затрат энергии вместо её высвобождения. Недавние процессы слияния в звезде происходили, с астрономической точки зрения, быстро: появление железа произошло примерно за неделю.

Ценная информация о поздних стадиях звёзд перед взрывом сверхновой

До сего времени астрономы исходили из того, что никакие признаки этих недавних процессов соединения не видны на поверхности звезды. Поэтому было невозможно точно предсказать, в какой момент развития звезды произойдёт окончательный взрыв. Работа Офека и его коллег показала, что наблюдение яркости вспышки и потери массы позволит лучше разобраться в том, как протекает эта последняя фаза в жизни звезды, пишет astronomie.de.

Волосы сибирского йети - фальсификация?

Анализ ДНК сибирского йети, снежного человека, показал: представленные образцы волос принадлежат не русскому бигфуту, а нескольким животным, причём один вид на территории России, в частности, в Сибири, не встречается.

По сообщению из Оксфорда (Англия), анализ ДНК трёх образцов волос, которые якобы были найдены в лесах Горной Шории, показал удивительный результат. Их сдали на исследование с целью подтвердить, что в пещерах этой местности живут существа, именуемые йети, бигфутами, лесными людьми. В России такого родственника Homo sapiens называют снежным человеком. Однако, как оказалось, один из образцов этих волос принадлежит вовсе не неизвестному двуногому примату, а животному, которое в этом регионе, вообще, не водится.

Как пишет британская газета "The Sun", по этому поводу высказался один из ведущих генетиков почтенного Оксфордского университета. Профессор Брайан Сайкс (Prof. Bryan Sykes) из Оксфордского Института Вольфзона (Oxford’s Wolfson Institute) заявил, что генетический анализ трех представленных образцов волос не смог подтвердить существования русского (сибирского) варианта йети или бигфута.

Вместо этого - цитирует далее газета заявление ученого - три образца волос – представляют собой шерсть енота, лошади и американского черного медведя (Ursus americanus). Удивительно, но последний вид в этом районе не встречается. Никогда ранее из Горной Шориии об таком животном не было никаких сообщений. Разве только, какой-нибудь мишка сбежал из цирка или из частного зоопарка.

В газетной статье не указывается, проводился ли ДНК-тест по волосам в рамках продолжающегося в Лозанне исследовательского проекта. Этот проект, возглавляемый Брайаном Сайксом и его коллегой доктором Мишелем Сартори (Dr. Michel Sartori), директором "Зоологического музея" (Museé de Zoologie) в Лозанне, направлен на изучение и генетическое исследование предполагаемых образцов тканей различных местных видов йети, бигфута, лесного и снежного человека, полученных со всего мира. О состоянии этих анализов и их результатах никакой информации не было, хотя проект, согласно первоначальному графику, уже должен был их опубликовать.

Астрономы впервые наблюдали плазменный хвост Венеры

Фото: ESA/Wei

Ионосфера, то есть оболочка из электронов и ионов, окружающая Венеру на высоте от 150 до 300 километров, в исключительных случаях на стороне, обращенной к Солнцу, простирается в космос в виде «хвоста». Эта редкая деформация возникает, когда солнечного ветра - поток заряженных частиц от Солнца - почти нет. Именно это явление впервые наблюдали и изучали астрономы с помощью космического зонда ЕКА Venus Express. Результаты исследования могут объяснить, способны ли солнечные частицы переходить от одной планеты к другой, например, от Венеры к её соседке Земле.

Чрезвычайно редкое явление

3 и 4 августа 2010 после нескольких сильных выбросов частиц солнечный ветер (непрерывный поток электронов и протонов от Солнца) затих примерно через 18 часов. В этой фазе лишь 0,2 частицы на кубический сантиметр достигали Венеры (обычно - больше в 25-50 раз). Периоды с таким слабым солнечным ветром бывают весьма редко.

"Событие, произошедшее в августе 2010 года, было первым с момента запуска семь лет назад космического зонда Venus Express", - поясняет Доктор Маркус Френц (Markus Fränz) - Институт Макса Планка, занимающийся исследованиями Солнечной системы (MPS). Благодаря сильно вытянутой эллиптической орбите зонда вокруг планеты исследователям представился случай изучить, какие процессы вызывает в атмосфере Венеры слабый солнечный ветер.

Ионосфера Земли

Планета Венера окружена так же, как и Земля, так называемой ионосферой - оболочкой из электронов и ионов, то есть плазмой. Это происходит, когда чрезвычайно короткие волны ультрафиолетового света и рентгеновских лучей Солнца попадают на дневной стороне планеты на внешние слои атмосферы. На Земле сильное магнитное поле удерживает эти частицы, поэтому они вращаются в унисон с планетой и её магнитным полем вокруг оси Земли и достигают таким образом её ночной стороны. Так создается оболочка из заряженных частиц, которые полностью окружают Землю.

Ионосфера планеты Венера

"На Венере, это происходит совершенно по-другому", - объясняет доктор Юн Вэй (Yong Wei) из MPS, ведущий автор нового исследования, опубликованного в журнале "Планетарная и космическая наука". «У нашей сестры-планеты не только отсутствует собственное магнитное поле. Её вращение вокруг своей оси происходит тоже гораздо медленнее", - добавляет он. На один оборот Венере требуется чуть более 224 земных суток.

Тем не менее, ионосферу можно наблюдать и на ночной стороне Венеры. "Измерения предыдущих зондов показали, что электроны и ионы (в случае Венеры, главным образом, ионы кислорода) устремляются с дневной стороны на ночную", - утверждает Френц. Происходит это движение благодаря высокому давлению плазмы на дневной стороне. Примерно так же, как высвобождающийся из бутылки сжатый газ, плазма перетекает из области высокого давления в область низкого давления.

При нормальных условиях ионосфера окружает Венеру на высоте 150-300 км над уровнем моря (слева). Там её держат индуцированные магнитные поля (отмечены желтыми линиями). При очень слабом солнечном ветре ионосфера может быть вытянутой (справа). На ночной стороне, в результате этого, возникает своего рода плазменный хвост Иллюстрация: ESA/Wei

С помощью магнитометра MAG и прибора ASPERA-4 (анализатор космической плазмы и заряженных атомов) на борту европейского зонда Venus Express, ученые теперь смогли получить более полную картину этих процессов.

Выводы учёных

1. В отсутствие солнечного ветра, ионосфера Венеры не намагничивается, так как, при нормальных условиях, эти индуцированные магнитные поля держат заряженные частицы в ионосфере вблизи планеты.
2. При слабом солнечном ветре, однако, ионосфера может вытянуться в переходную область между дневной и ночной стороной. "Заряженные частицы могут более легко и, следовательно, в большем количестве, достигать ночной стороны", - поясняет Френц.
3. Вокруг Венеры формируется своего рода воздушный шар из плазмы, который устремлён в пространство в виде хвоста, и вся ионосфера приобретает каплевидную форму.
4. Хвост плазмы распространяется в космос примерно на 15 000 километров. "Но он может быть и гораздо больше, возможно, даже простираться на миллионы километров", - говорит Вэй. Траектория полета зонда во время измерения не проходила непосредственно позади Венеры, так что этот вопрос окончательно не решён.
5. Остается неясным, может ли ионосфера Венеры достигать Земли. В 1996 году исследователи MPS заметили плазму Венеры вблизи Земли, изучая данные космического зонда SOHO, который вращается синхронно с Землей вокруг Солнца. "Может быть, фазы чрезвычайно слабого солнечного ветра позволяют планетарным частицам мигрировать от ближайших к Солнцу планет намного дальше", - предположил Вэй, пишет mps.mpg.de. 

Пульсар - двуликий Янус

Международной команде под руководством голландского астронома, куда входит ряд ученых из Института радиоастрономии Макса Планка (MPIfR) в Бонне, удалось сделать потрясающее открытие. Это механизм, с помощью которого происходит излучение пульсаров. Размер исходящих из этих быстро вращающихся нейтронных звезд рентгеновских и радиоволн на самом деле может резко измениться в доли секунды одновременно на двух частотах и способом, который существующие теории пока не могут объяснить. Наблюдения свидетельствуют о быстром изменении всей магнитосферы пульсара.

Пульсары - компактные, быстро вращающиеся звезды, достигающие всего лишь около 20 километров в диаметре (размером с небольшой город), с общей массой, приблизительно равной массе Солнца. У них сильное магнитное поле, примерно в миллион раз более мощное, чем все магнитные поля, которые могут быть получены искусственно в земных лабораториях. Звезда пульсар испускает сильно сфокусированное излучение. Если конус его излучения во время своего вращения касается Земли, то наблюдается короткий импульс, похожий на мигание маяка. Некоторые пульсары излучают радиацию по всей ширине спектра электромагнитных волн. Их можно наблюдать на рентгеновских частотах и в радиодиапазоне. Хотя первые пульсары были открыты более 40 лет назад, механизм, посредством которого происходит их излучение, по-прежнему точно не изучен.

Магнитное поле нейтронной звезды I Художественное изображение ESA/ATG

Известно, что пульсары в радиодиапазоне могут быстро перескакивать в два (или более) состояния, туда и обратно, при этом меняется как форма, так и интенсивность их радиоимпульсов. Момент такого сальто (flips) непредсказуем и может наступить внезапно (часто даже в пределах одного периода импульса). По данным спутниковых телескопов, видно, что многие радио-пульсары могут быть также обнаружены на рентгеновских частотах. Однако рентгеновский сигнал настолько слаб, что до сих пор об изменчивости в этом диапазоне ничего не известно. Может ли сальто присутствовать в рентгеновских данных?

Момент сальто

Ученые изучали один из первых обнаруженных пульсаров - PSR B0943 +10. Сигналы этого пульсара меняют через несколько часов свою форму и яркость, и эти изменения происходят в течение всего одной секунды, как если бы у него были две совершенно разных личности. Так как PSR B0943 +10 является одним из немногих пульсаров, у которых было также обнаружено рентгеновское излучение, то рентгеновский анализ во время изменения радиоизлучения может предоставить информацию о характере этого процесса.

Магнитное поле нейтронной звезды II Художественное изображение ESA/ATG

Так как пульсар излучает только слабые рентгеновские сигналы, исследовательская группа провела наблюдения с использованием самого чувствительного рентгеновского телескопа, а именно: проекта, финансируемого Европейским космическим агентством - XMM-Newton. Наблюдения были сделаны, в общей сложности, в шести интервалах по шесть часов. Чтобы определить в радиодиапазоне точное время изменения поведения пульсаров, проводились наблюдения двумя наиболее чувствительными мировыми радиотелескопами в метровом диапазоне длин волн: GMRT в Индии и LOFAR в Европе.

Два состояния присутствуют и в рентгеновском диапазоне

Результат оказался совершенно неожиданным. Рентгеновские сигналы, действительно, изменяют свое поведение синхронно с радиосигналами. Но все это происходит не циклически: когда радиоимпульсы сильные, рентгеновское излучение слабое. А при более низкой интенсивности импульсов в радиодиапазоне, рентгеновский сигнал, соответственно, сильнее. "К нашему большому удивлению, мы должны констатировать, что при снижении яркости радиосигналов наполовину, вдвое возрастает их рентгеновская светимость", - объясняет Вим Хермзен (Wim Hermsen), руководитель научно-исследовательского проекта. И только тогда появляется рентгеновское излучение в виде импульсов. Люсьен Койпера (Lucien Kuiper), который тщательно исследовал рентгеновские данные телескопа XMM-Newton, делает из этого вывод, что только периодически возникающая "горячая точка" вблизи магнитного полюса то включается, то выключается, в соответствии с изменениями в излучении пульсара,.

Самое удивительное в том, что преобразование внешнего вида пульсара происходит в течение нескольких секунд. Потом он несколько часов остается стабильным, застыв в новом состоянии. До сих пор исследователи не могут объяснить, почему у пульсара происходят эти драматические и непредсказуемые скачки. Вероятно, из-за очень быстрых изменений, происходящих во всей магнитосфере пульсара.

Неожиданный результат

Через 45 лет после открытия первой нейтронной звезды исследование фундаментальных физических процессов подтверждает неожиданное хамелеоноподобное поведение радиопульсара PSR B0943 +10 в экстремальных условиях его магнитосферы. Вим Хермзен и его коллеги получили дополнительное время для наблюдений с помощью рентгеновского спутника XMM-Newton. Объединив рентгеновские и радионаблюдения с помощью ряда радиотелескопов, таких как Westerbork, GMRT, Effelsberg и Jodrell Bank, они смогут изучить пульсар PSR B1822-09, обладающий очень похожими свойствами, также одновременно в радио- и рентгеновском диапазоне. Этот пульсар показывает на радиоволнах быстрые переходы (сальто) в другое состояние пишет sterne-und-weltraum.de.

Почему мерцает ночное звездное небо

Звёзды на безоблачном ночном небе рассыпаны, как алмазы на черном бархате: не только светят, они сияют, искрятся, переливаются и сверкают: яркость света, который нам посылают далекие звезды, неравномерна, он кажется мерцающим.

Наша "героиня", снятая на видео, демонстрирует эффект мерцания особенно чётко. Это звезда  Арктур в созвездии Волопаса, являющаяся самой яркой звездой северного полушария. Её можно найти, если проложить дугу по трём звездам, входящим в ручку ковша Большой Медведицы. Его мерцание особенно заметно.

Самая яркая звезда северного полушария

Почему звезды мерцают?

Арктур находится в созвездии Волопаса

"Мерцание появляется, так как звездный свет должен пройти через турбулентную атмосферу Земли", - поясняет Себастьян Шрётер (Sebastian Schröter) из обсерватории Гамбурга. Эффект возникает, таким образом, лишь на последнем отрезке пути света звезды к глазу наблюдателя. "Огромные расстояния в пространстве свет проходит практически беспрепятственно", - уточняет Шрётер ", но затем в атмосфере Земли он попадает в колеблющиеся слои воздуха". Каждый, кто однажды посмотрел сбоку на горячую асфальтированную дорогу, знаком с искажающим эффектом, появляющимся под воздействием воздуха различной температуры: образуются полосы, и асфальт за ними кажется слегка двигающимся. Аналогичный эффект создаёт движение различных теплых воздушных масс в атмосфере при прохождении через них света звезд. Таким образом, в долю секунды возникают колебания света, звезды начинают танцевать и их светимость кажется колеблющейся.

Для астронавтов на МКС романтический эффект сверкающего звездного неба не виден. Это обстоятельство используется современной астрономией, говорит Шрётер: "Космический телескоп Хаббл, как и Кеплер, находится на орбите за пределами земной атмосферы и, следовательно, может беспрепятственно наблюдать Вселенную». Однако с Земли преодолеть турбулентность воздуха можно только с помощью сложной коррекции".

Сопоставьте размеры Арктура и Солнца

Почему не мерцают планеты?

Некоторые световые точки ночного неба вовсе не являются далекими неподвижными звездами. Это планеты Солнечной системы. Их трудно отличить невооруженным глазом от звезд, но всё же у планет есть одна особенность - слабое мерцание. Они так близко к земле, что выглядят, в отличие от звезд, не как точки, а, при ближайшем рассмотрении, как крошечные диски. На освещённой поверхности таких планет, как Венера, Марс или Юпитер, колебания яркости, а потому и сверкание, менее заметны, чем мерцание звёзд - крошечных световых точек.

Видео мерцающей звезды Арктур

Источник космических лучей - гамма-всплеск

Около 1200 лет назад Земля чудом избежала космической катастрофы, так как в тот момент на планету обрушился поток высокоэнергетического излучения. Его следы находят сегодня в виде следов изотопов в годичных кольцах деревьев того времени. К счастью для Земли, источник этой вспышки находился от неё в более чем трёх тысячах световых лет. Но что именно вызвало тогда интенсивное излучение, до сих пор было неясно. Астрофизики из университета Йены нашли этому возможное объяснение.

В 775 году нашей эры Земли мог коснуться гамма-всплеск

Уже в прошлом году японский исследователь Фуса Мияке (Fusa Miyake) обнаружил, что кольца деревьев, которые были сформированы в 775 году нашей эры, содержат необычно высокую концентрацию обычно очень редко встречающихся изотопов углерода-14 и бериллия-10. Мияке уже предположил, что виновато в этом кратковременное влияние очень сильного космического излучения, так как эти виды атомов образуются, когда в атмосферу Земли попадает высокоэнергетическое излучение.

Ни сверхновая, ни солнечная буря этого не могли вызвать

После этого открытия начались лихорадочные поиски возможных причин вспышки такого излучения. Первое подозрение пало на вспышку сверхновой - взрыв умирающей звезды. Действительно, исследователи обнаружили в англо-саксонской хронике на запись о "красном распятии", которое было замечено в небе в 776 году. Но сверхновая должна оставлять ещё светящийся газ и нейтронную звезду. Такой реликт соответствующего возраста, по словам Мияке, найден не был. Другим возможным объяснением могла бы стать особо сильная солнечная вспышка, но оснований для этой гипотезы не было, так как такая солнечная буря сопровождается сильным полярным сиянием, а в исторических записях этого периода на подобные явления не было никаких указаний.

Валери Гамбарян (Valeri Hambaryan) и Ральф Нойхойзер (Ralph Neuhäuser) - астрофизический институт университета Йены - выдвинули в своём исследовании на эту роль короткий гамма-всплеск, произошедший в тот момент в нашей Галактике. При такой вспышке испускается сильный высокоэнергетический импульс гамма-излучения, почти не имеющий видимого света, длящийся обычно менее двух секунд. "Такое событие достаточно короткое и обладает большим количеством энергии, чтобы появились наблюдаемые пики углерода-14 и бериллия-10", - заявили Гамбарян и Нойхойзер. Отсутствие видимого света также объясняет, почему нет сообщений тех лет о необычных небесных явлениях.

Космическое столкновение с катастрофическими последствиями

Но то, что могло вызвать такую ​​вспышку? И на это у двух астрофизиков есть теория. По их мнению, огромную энергию излучения могло произвести столкновение остатков двух звезд с чрезвычайно высокой плотнстью, например, двух нейтронных звезд или белых карликов. Далее следует, по мнению учёных, искать следы таких столкновений в Млечном Пути. Если эта теория подтвердится, то излучение, произошедшее 1200 лет назад, станет первым доказанным коротким гамма-всплеском, зафиксированным в пределах нашей галактики.

Излучение могло быть вызвано столкновением двух нейтронных звезд Рисунок: NASA/Dana Berry

По оценкам ученых, это произошло в 3000-12000 световых годах, то есть на достаточно безопасном расстоянии от Земли. "Если бы гамма-всплеск был ближе к Земле, то живой мир сильно бы пострадал, и, возможно, даже была бы уничтожена вся жизнь", - говорит Нойхойзер. К счастью, нашей планете повезло. Однако, если такое событие произошло бы сегодня, это имело бы весьма ощутимые последствия: "Вспышка могла бы сильно повлиять на чувствительную электронику нашего технологически развитого мира", - уточняет Нойхойзер. Обнадеживает, однако, то, что такой душ излучения, кажется, происходит редко. Как отмечается в докладе исследователей, это единственный известный случай в течение последних 3000 лет, пишет  wissenschaft.de.

Земные бактерии размножаются и процветают в условиях Марса

Фото: ufl.edu

В лабораторном эксперименте американские исследователи впервые показали, что некоторые земные бактерии на Марсе могут расти и процветать при очень низком атмосферном давлении, существующем на его поверхности.

Результаты, представленные в исследованиях Эндрю Шюргера (Andrew Schuerger) и Уэйна Николсона (Wayne Nicholson) - Университет Флориды, - были опубликованы в журналах «PNAS» и «Astrobiology». Предполагается, что они смогут помочь ученым обеззараживать от земных бактерий приборы, используемые в полетах на Марс, а также найти на этой планете места, где могла бы присутствовать жизнь.

Смогут ли жить земные бактерии на Марсе

Существуют бактерии, которые могут размножаться и при низких температурах. Современными производителями морозильной техники с антибактериальным покрытием, такой как высококачественные холодильники электролюкс, учитывается это. Возможно, подобная защита понадобится и на Марсе, так как несколько экземпляров бактерий видов Serratia и Carnobacterium, по сообщению экспериментаторов, смогли выдержать смоделированные жесткие марсианские условия. Они даже процветали при пониженном содержании кислорода, холоде и низком атмосферном давлении (семь миллибар). Сравните с параметрами Земли: на уровне моря тут преобладает давление около 1013 миллибар.

Цель проведённых и предстоящих исследований

В дальнейших экспериментах исследователи хотят также проверить, смогут ли эти резистентные бактерии выдержать испытания 17 отрицательными факторами сегодняшнего негостеприимного Марса, в том числе, высоким содержанием соли, сильной радиацией и крайней сухостью.

Повсюду на Марсе, где могли бы выжить и процветать бактерии, существуют так называемые зоны риска загрязнения соответствующими земными микроорганизмами. Эти места представляют особый интерес для тех, кто занят поиском внеземной жизни на Марсе.

Бактерии из вечной мерзлоты в Сибири во время испытаний Фото: ufl.edu

В опубликованном в "PNAS" исследовании изучались бактерии, которые живут в вечной мерзлоте Сибири на глубине от 12 до 21 м. Предметом же изучения работы, вышедшей в "Astrobiology", являются бактерии, которые часто находят в космических кораблях и зондах, где температура гораздо ниже, чем создают даже знаменитые холодильники электролюкс.

В общей сложности, тесту на выживаемость в условиях Марса было подвергнуто несколько десятков тысяч бактерий из вечной мерзлоты. Испытание давлением выдержали всего шесть, принадлежащих к виду Carnobacterium. В астробиологическом исследовании, однако, участвовало лишь 26 бактерий, из которых только бактерия Serratia liquefaciens выжила, росла и размножалась в смоделированных  условиях, как на Марсе.

26 видов бактерий, которые обычно есть на космических кораблях и зондах, прошли тест Фото: ufl.edu

Хотя результаты удивили учёных, они не являются доказательством того, что бактерии на Марсе, действительно, могут расти. "Это результаты гораздо более сложного анализа, чем те, которые были ранее доступны для нас. Просто потому, что мы еще не знали, растет ли, вообще, что-либо при давлении 7 миллибар (...) Но есть и множество других потенциально биоцидных (вредных для жизнедеятельности) и тормозящих её факторов на поверхности Марса, которые, возможно, препятствуют росту земных микроорганизмов" - считает Шюргер.