Короткие астроновости середины мая 2015

Астрономический джекпот с квартетом квазаров

Фото: © Arrigoni-Battaia, Hennawi/MPIA

Команда астрономов, возглавляемая Йозефом Хеннави (Joseph Hennawi) - Институт астрономии Макса Планка - сообщила в журнале "Science", что с помощью телескопа Кек на Гавайях в созвездии Рыси впервые обнаружены четыре квазара с активными черными дырами. Они расположены очень близко друг от друга. Вероятность случайно наткнуться на такой звездный комплект - 1:10000000.

Квартет квазаров, свет от которых летит к нам 10 млрд. лет, тяжелее Солнца в 100 млрд. раз. В галактике с каталожным номером SDSS J0841+3921 находятся два квазара-компаньона. Другие же - каждый в своей галактике, которые, к тому же, сталкиваются. Эта совершенно невероятная находка подвергла сомнению имеющиеся о .

Миграция белых карликов

Фото: NASA, ESA, Hubble

Астрономам, использовавшим космический телескоп Хаббл, впервые удалось получить информацию о миграции из центра к краям шарового звездного скопления белых карликов, остатков звезд, начальная масса которых для взрыва сверхновой недостаточно велика.

Эти звезды в конце своей ядерной жизни выталкивают значительную часть массы в Пространство, оставляя лишь медленно остывающее раскаленное ядро. Поэтому в шаровых скоплениях звезды располагаются примерно в соответствии с массой: в центре - самые массивные, а "легковесы" по краям. Астрономы называют это сегрегацией массы.

Эти наблюдения, о которых можно прочесть на phys.org, не совсем соответствуют прежним теориям о времени потери массы стареющими звездами.

Млечный Путь с четырьмя рукавами

Фото: NASA, ESA, JM Apellániz

Недавно бразильским астрономам удалось подтвердить предположение, что у нашей Галактики не два, а четыре спиральных рукава. Помог определить их положение т, показавший звездные скопления, прячущиеся в газовых облаках, которые клубятся в спиральных рукавах Млечного Пути.

Ученые считают, что коллапс мог привести там к звездообразованию. Поэтому молодые звездные кластеры, не меняющие своего расположения самого начала формирования, могут служить своего рода зондами структуры и Млечного Пути. Сообщение об исследовании есть на Arxiv.org

Видео планеты Нептун, танцующей со спутниками

Фото: © NASA/Ames/SETI Institute/J. Rowe

По данным 70-дневных съемок орбитального телескопа "Кеплер", астрономы НАСА сделали прекрасный ролик, где планета-гигант Нептун "танцует" со своими самыми большими лунами: Нереидой и Тритоном.

Телескоп "Кеплер" захватил при наблюдениях за звездами и отлично отражающий свет Нептун. Ученые использовали отснятые во время наблюдений кадры для создания интересного видеоматериала, прозванного танцем Нептуна, сюжет которого уложился всего в полминуты.

Стерилизацию галактик вызывают гамма всплески

Вселенная намного опаснее для жизни, чем считали астрономы. Исследование двух известных астрофизиков свидетельствует о том, что лишь у 10 % всех крупных галактик был хороший шанс (пусть на время) развить высшие формы жизни в том виде, как мы их себе представляем. И даже в нашем относительно подходящем для жизни Млечном Пути на глубине 30000 световых лет всё пронизано смертельными излучениями.

Почему высшая форма жизни не попадается нам в Пространстве

В 1950 году лауреат Нобелевской премии Энрико Ферми задался вопросом, почему до сих пор не обнаружены никакие признаки внеземных цивилизаций. Катастрофический результат недавно проведенного исследования все объясняет. По предположениям астрономов, внеземные разумные существа уже давно должны были бы колонизировать весь Млечный Путь. Но ничего подобного! Какой "Парадокс Ферми", если мощные звездные взрывы постоянно уничтожали высшие формы жизни и на протяжении миллиардов лет "стерилизовали" галактики!

Гамма всплески - убийцы всего живого

Почти каждый день где-то происходят космические гамма-всплески, первые измеренные с помощью спутников в 1967 году. Сейчас их можно очень эффективно, хотя, конечно, и не все, отслеживать стартовавшим в 2004 году космическим телескопом Свифт (Swift), обнаружившим уже 950 таких явлений. Сильнейшие всплески высвобождали столько же энергии, как Солнце за все время его существования.

Причиной гамма-всплесков, длящихся от двух секунд до нескольких минут, является гиперновая, представляющая собой бурный взрыв массивной звезды, в оболочке которой очень мало элементов тяжелее водорода и гелия. В чрезвычайно сильных магнитных полях протекают сложные процессы. Поэтому вблизи быстро вращающегося коллапсирующего ядра звезды вылетают лучи высокоэнергетических частиц. Эти джеты пронзают рушащиеся слои материи и настолько сильно их нагревают, что возникает гамма-излучение. При взрывах массивных звезд с большим количеством тяжелых элементов все заканчивается сверхновой без таких джетов.

Рождение гиперновой Фото: Дана Берри/НАСА

Вероятность смертельного излучения

Астрономы Цви Пиран (Tsvi Piran) - Еврейский университет Иерусалим - и Рауль Хименес (Raul ­Jimenez) - Университет Гарварда - рассчитали вероятность смертельного космического излучения. Самому большому риску подвергается атмосфера планет, подобных Земле. Гамма-всплеск с энергией около 100 кДж/сек на 90 % ослабит озоновый слой минимум на месяц (при 1000 кДж/сек большую часть атмосферы вымело бы в Космос). Как следствие, поверхность планеты ждет в этом случае намного больше вредных ультрафиолетовых лучей от ее светила. Причем с катастрофическими, опустошительными последствиями для возможно существующей там жизни.

Гамма-всплески - виновники глобальных катастроф на Земле

За последние пять миллиардов лет с момента существования Солнечной системы объекты, находящиеся на расстоянии примерно 100-1000 световых лет, получали такую смертельную дозу с вероятностью более 90 %. А в последние 5 млрд. лет - с тех пор, как на Земле существует сложная многоклеточная жизнь - вероятность составляла 50 %. Виновником, как минимум, одного из 18 известных массовых вымираний – при пяти из них исчезло от 50 до 80 % видов – возможно и был гамма-всплеск. Такое событие может, например, объяснить абсолютно загадочную катастрофу, случившуюся 450 миллионов лет назад.

Есть ли защита от гамма-вспышек

Астрофизики также вычислил вероятность смертельного гамма-всплеска с энергией около 100 кДж/сек в последний миллиард лет в различных регионах Млечного Пути. Во внутреннем районе, на расстоянии до 6000 световых лет от центра Галактики, где находится четверть всех ее звезд, убийственное излучение должно было поразить более 95 % из них. Даже на расстоянии от центра до нашего Солнца - около 25000 световых лет - вероятность попадания еще 60 %.  Только районы, расположенные дальше 35000 световых лет, мало подвержены смертельным гамма-вспышкам.

Уже в 1995 году астрофизик Стивен Э. Торзетт (Stephen E. Thorsett) - Университет Willamette, Салем, штат Орегон, моделировал пагубные воздействия космических гамма-всплесков на земную жизнь. А в 1999 году физик Джеймс Эннис (James Annis) - Национальная лаборатория Ферми, Батавия, штат Иллинойс - предложил эту гипотезу в качестве возможного решения парадокса Ферми.

Однако в 2006 году международная команда во главе с астрофизиком Кшиштофом Станеком (Krzysztof Stanek) - Государственный университет Огайо - заявила, что в Млечном Пути и аналогичных галактиках давно нет звезд, способных взорваться в гиперновые. Но их оценка была основана на очень ограниченной базе данных. В последние годы измерения, исходя из которых Пиран и Хименес разрабатывали подробную модель, были значительно точнее.

Самые безопасные регионы Вселенной

Надежнее всего области с низкой плотностью вещества по краям  космической паутины сверхскоплений галактик - особенно окраины крупных галактик, где доля элементов тяжелее гелия составляет более одной трети солнечной. Их диаметр должен превышать 12000 световых лет, а масса - 10 млрд. солнечных. Этим критериям безопасности отвечают сегодня лишь 10 %  процентов всех галактик.

Раньше, по расчетам астрофизиков, галактики, пригодные для образования жизни, встречались еще реже, так как в звездах было меньше тяжелых элементов и чаще случались всплески. Так как такие галактики были меньше и располагались плотнее, было мало шансов появиться высшим формам жизни, похожим на земные. Они могли зародиться во Вселенной только через восемь миллиардов лет.  При условии, конечно, что жизнь не была в то время намного устойчивее к излучению, чем сейчас на Земле.

"Высшие формы жизни, какими мы их знаем на Земле, кажутся  довольно новым явлением в истории Вселенной, обусловленным ростом крупных галактик. Естественно, мы не знаем, хорошо или плохо для долгосрочной эволюции высших форм жизни уничтожение большинства живых существ на планете".
Пиран и Хименес

Одно можно сказать наверняка: если бы Земля сегодня подверглась излучению гамма-всплеска, это была бы глобальная катастрофа – и, возможно, даже закат человечества.

Источник: wissenschaft.de

Свежая теория темной материи

Том Бродхерст (Tom Broadhurst), кафедра теоретической физики UPV/EHU, и Шандор Молнар (Sandor Molnar), Национальный тайваньский университет провели моделирование, которое объясняет столкновение между кластерами галактик. Скопления галактик являются крупнейшими объектами, существующими во Вселенной. Они объединяют с помощью гравитации сотни тысяч галактик.

В основном, галактические скопления увеличиваются в размерах, сливаясь друг с другом. Силы тяготения заставляют их в течение долгого времени медленно объединяться, несмотря на расширение Вселенной. Система "Эль-Гордо" - самое большое из известных скоплений галактик. Она является, в свою очередь, результатом столкновения между двумя большими кластерами.

Было установлено, что процесс столкновения сжимает газ внутри каждого кластера до очень высоких температур, что можно заметить в рентгеновской области спектра. В данном световом диапазоне это газовое облако предстает в форме кометы с двумя длинными хвостами, простирающимися между плотными ядрами двух скоплений галактик. Эта конфигурация позволила исследователям определить относительную скорость столкновения, которая, исходя из действующей теории темной материи, является предельной (~ 2200 км/сек) .

Сравнение данных многих галактик и рентгеновского излучения горячего газа (слева) с моделью горячего газа (справа) Фото: UPV/EHU

Такие редкие, необычные примеры кластеров, обнаруженных в момент столкновения, бросают вызов общепринятому мнению, что темная материя состоит из тяжелых частиц, еще не обнаруженных, несмотря на все усилия найти их с помощью Большого адронного коллайдера частиц (LHC) в Женеве и Большого подземного ксенонового эксперимента (LUX) - подземного детектора темной материи в США.

"Тем более важно найти новую модель, которая позволит лучше понять таинственную темную материю"
Том Бродхерст, один из авторов волновой модели темной материи, опубликованной в Nature Physics в прошлом году.

Эта новая часть исследования повлекла за собой "гидродинамическую" интерпретацию наблюдаемого газа и темной материи "Эль-Гордо" путем разработки внутренней расчетной модели, которая включает темную материю, охватывающую большую часть массы. Из-за чрезвычайно высокой температуры (100 млн. градусов Кельвина) ее можно наблюдать в рентгеновской области видимого спектра.

Бродхерсту и Молнару удалось получить уникальные расчеты этого столкновения из-за кометоподобной формы горячего газа, вычислить местоположение и массу двух ядер темной материи, которые прошли друг сквозь друга под косым углом при относительной скорости приблизительно 2200 км/с. Это означает, что полный выход энергии больше, чем у любого другого известного явления, за исключением Большого Взрыва.

Источник: iopscience.iop.org

Гибель пассивных галактик происходит от удушения

Спектры 26000 галактик показывают, как в них завершается звездообразование.

Все галактики в нашем космическом окружении можно условно разделить на два класса:

• активные системы, изобилующие свежим газом, в котором возникают звезды;
• пассивные, истощенные системы без существенного процесса звездообразования.

Два сценария прекращения возникновения звезд

Пока астрономы не знают, какой механизм отключает формирование звезд. Есть две наиболее часто обсуждаемые гипотезы:

1. Газ, необходимый для возникновения новых звезд, выдувается или вырывается из галактики.
2. Подача свежего, прохладного газа извне может иссякнуть, и галактика гибнет от удушья.

Группа астрономов считает более вероятной гибель пассивных галактик от удушения © Фото: re-active

Серьезные аргументы за теорию удушения представили Индзе Пен (Yingjie Peng), Роберто Майолино (Roberto Maiolino) и Рахель Кохране (Rachel Cochrane) - университет Кембриджа, Великобритания.

Для этого команда просмотрела в Sloan Digital Sky Survey 26000 галактик с красными смещениями в спектрах до 0.1, и со звездными массами до 1011 солнечных.

Фото: И. Пэн и Р. Майолино, Университет Кембриджа

Вверху: необходимый для создания новых звезд газ выдувается или вырывается из галактики. Внизу: приток свежего газа снаружи иссякает - галактика задохнулась. Продолжительность этих сценариев разная, как и полученные в результате них пропорции тяжелых элементов в галактиках.

Звездообразование и тяжелые химические элементы

Исследователи считали, что история звездообразования в галактике должна была оставить свой след в частоте тяжелых химических элементов, так как элементы тяжелее гелия - астрономы несколько неправильно объединяют их под названием "металлы" - возникают только путем ядерного синтеза в звездах. Чем больше звезд появилось в галактике, тем больше "металлов" должен показать их спектр.

Если же формирование звезд в галактике останавливается из-за выдувания газа, то содержание тяжелых элементов должно в момент этого относительно внезапного процесса замораживаться. Если формирование звезд заканчивается удушением, то в ходе этого медленного процесса процент тяжелых элементов увеличивается. Анализ трех исследователей показывает значительно более высокую долю тяжелых элементов в пассивных галактиках, чем в системах с активным звездообразованием, что согласуется со сценарием удушения.

Выводы исследователей

Исследователи обосновывают свой результат следующим соображением: звезды в пассивных галактиках в среднем на четыре миллиарда лет старше, чем в активных. Это соответствует ожидаемому времени в расчетах моделирования процесса удушения и является первым четким доказательством гибели галактик именно от удушья.

Теперь необходимо найти причину происходящего, которая может заключаться, например, в нагревании межгалактического газа излучением молодых звезд. Лучше понять этот процесс поможет изучение химического состава спутниковых систем крупных галактик.

Источник: nature.com

Тайна темных звездных скоплений

Астрономы обнаружили с помощью Very Large Telescope Европейской южной обсерватории новый вид шаровых скоплений вокруг гигантской эллиптической галактики Центавр А. Объекты похожи на первый взгляд на обычные звездные скопления но содержат гораздо больше массы, чем ожидалось, и это можно объяснить современными теориями.

Шаровые звездные скопления - это тысячи или даже сотни тысяч звезд, которые удерживаются взаимной силой притяжения. Большинство из них окружены старейшими звездными системами во Вселенной. Даже Млечный Путь имеет более 150 шаровых скоплений.

"Шаровые скопления и их звезды - это ключ к пониманию происхождения и эволюции галактик. Десятилетиями астрономы думали, что все звезды в шаровом скоплении одного возраста и имеют одинаковый химический состав, - но теперь мы знаем, что это более странные и сложные структуры".
Мэтт Тейлор (Matt Taylor), Папский католический университет, Сантьяго, Чили

Эта точка зрения в настоящее время подтверждается результатами исследования шаровых скоплений вокруг гигантской эллиптической галактики Центавр А, известной также как NGC 5128. Это ближайший объект такого рода к Млечному Пути, удаленный от Земли приблизительно на 12 млн. световых лет и имеющий систему, включающую до 2000 шаровых скоплений. Многие из них гораздо ярче и массивнее, чем шаровые звездные скопления Млечного Пути.

Гигантская эллиптическая галактика Центавр А
Фото: ESO/Digitized Sky Survey/Давиде де Мартин

Исследованные шаровые звездные скопления отмечены разными цветами:

• синим - в которых нет ничего необычного,
• красным - более массивные кластеры, чем предполагалось,
• зеленым - имеют такие же свойства, как у карликовых галактик.

Тейлор и его команда рассмотрели более внимательно 125 шаровых скоплений Центавра А. Они использовали для этого спектограф FLAMES, установленный на Very Large Telescope (ESO), который находится на вершине Серро Паранале в Чили. Прибор может анализировать одновременно свет нескольких объектов, попавших в поле зрения телескопа.

Астрономы определили массу каждого звездного скопления, исходя из данных о движении звезд в скоплении, полученных с FLAMES. Затем они сравнили значения с яркостью каждого кластера. Как и ожидалось, в большинстве случаев освещенность и масса непосредственно связаны друг с другом: если в скоплении больше звезд, то оно ярче и имеет большую массу.

Однако некоторые кластеры не соответствовали этому правилу: они были намного массивнее, чем можно было предположить по внешнему виду. И чем массивнее были эти странные кластеры, тем больше была там доля невидимой, темной материи. Следовательно, в этих скоплениях должен быть изрядный невидимый компонент.

Снимок эллиптической галактики Центавр А с каталожным № NGC 5128

По оценке астрономов, черные дыры или другие компактные остатки звезд могли бы составлять часть недостающей массы, но это, вероятно, не единственное объяснение. Другое преполагает в скоплениях большую долю темной материи. Раньше эксперты исходили из того, что в шаровых звездных скоплениях нет значительных количеств этой загадочной субстанции. Поэтому ее наличие объясняет наблюдения, но в то же время противоречит ранее принятым теориям.

"Наше открытие звездных скоплений, у которых относительно содержащегося в них количества звезд неожиданно высокая масса, указывает на то, что могут быть различные виды шаровых скоплений с разной историей возникновения. На первый взгляд, некоторые звездные скопления кажутся совершенно обычными кластерами, но в них может находиться - в буквальном смысле слова - больше, чем заметно на первый взгляд".
Томас Пуциа (Thomas Puzia), Папский католический университет, Сантьяго, Чили

"Темные шаровые звездные скопления" остаются пока загадкой. Команда уже начала исследование таких кластеров вокруг других галактик. При этом было обнаружено первое свидетельство того, что там могут оказаться такие же темные объекты.

"Мы наткнулись здесь на новый и загадочный вид звездных скоплений. Это показывает, что мы можем еще много узнать о различных аспектах формирования шаровых кластеров. Это важный результат, и мы должны отследить другие темные скопления вокруг следующих галактик".
Мэтт Тейлор

О своих наблюдениях астрономы сообщают в статье, опубликованной в Astrophysical Journal.

Источник:  astronews.com

Изучение космической эволюции галактик

Этот снимок формирования космической структуры выполнен с помощью компьютерного моделирования Illustris Project. Искусственно окрашенное изображение показывает нити и галактики в паутине космической материи, имеющей в поперечнике 50 млн. световых лет. Новое изображение рассматривает изменяющуюся частоту столкновений галактик, как вычислено в Illustris, поскольку развитие Вселенной происходит от Большого взрыва до настоящего момента.

Наши представления о том, как происходил Большой взрыв, в истекшее десятилетие сильно изменились. Этому способствовали исследования микроволнового фона космического пространства с помощью спутников и наземных телескопов, уточнивших параметры, свидетельствующие о происходившем в ранней Вселенной. Эти уточнения, составившие несколько процентов, порой имели погрешности. Работа по изучению того, что случилось во Вселенной с первых нескольких сотен тысячелетий до нашего времени - прошедших 13,7 млрд лет - требует продолжения.

Известно, что галактики и звезды сформировались из охлажденного волокнистого вещества той ранней Вселенной. Повторно ионизировав газ, состоявший из водорода, они продолжили свое развитие при постоянном расширении Вселенной путем столкновений друг с другом. Отдаленные галактики слабо видны, и поэтому их сложно найти. Наблюдения за звездами и галактиками много сделали для понимания космической эволюции, но для создания законченной картины астрономы начали к своим исследованиям больше привлекать теорию и компьютерное моделирование.

Для изучения космической частоты слияний галактик существует три главных теоретических подхода, различающихся по способу моделирования:

1. Вместо симуляции возникновения галактик их раскрашивают в цвет гало - среды, окружающей темную материю, учитывая ограничения, установленные наблюдениями.
2. Применение простых математических рецептов в моделировании на основе гало тёмной материи.
3. Последовательное моделирование с помощью гидродинамических расчетов темной материи, газа и звезд - что было до недавнего времени слишком сложно вычислить.

Астрономами: Висенте Родригес Гомесом (Vicente Rodriguez-Gomez), Ши Женелом (Shy Genel), Аннализой Пиллепич (Annalisa Pillepich), Диланом Нельсоном (Dylan Nelson), Ларсом Хернквистом (Lars Hernquist) и рядом других ученых Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра (CfA) была создана в ходе проекта Illustris новая теоретическая основа расчета частоты слияний галактик. Она симулирует формирование галактик в космических объемах - приблизительно триста миллионов световых лет. Это достаточно большой объем, чтобы воспроизвести большинство известных свойств галактик и скоплений в современной и более ранних эпохах. При таких размерах, последовательной обработке материи и реалистической модели формирования галактик моделирование Illustris сможет осуществить беспрецедентное и точное исследование слияний за все космическое время.

Астрономы доказали, что скорость галактического слияния неуклонно уменьшается, определив частоту слияния, происходившую после Большого Взрыва через 3 млрд. лет. Она приблизительно в 15 раз превышала сегодняшнюю. Ученые выяснили природу слияний, отыскав, например, наиболее полезное определение соотношения масс соединяющихся галактик и ограничения в эпоху массового слияния во время столкновения. Было указано также на ряд резких отличий полученных результатов от предсказанных некоторыми другими популярными теориями и на имеющиеся неясности в данных наблюдений, требующих уточнения. Эта работа должна стать началом множества более детальных исследований космической эволюции галактик.

Источник: arxiv.org

Красивое изображение эллиптической галактики

Перед нами красивое изображение эллиптической линзообразной галактики (с раковинами). Астрономы, использующие Advanced Camera for Surveys, установленную на космическом телескопе Хаббл (НАСА/ЕКА), представили новый снимок необычного объекта с каталожным номером NGC 3923.

Это изображение представляет одну из самых необычных эллиптических линзообразных галактик в каталоге Малин-Картера. NGC 3923 является известным примером такого рода галактик с десятками своеобразных дугообразных структур, напоминающих раковины. Они идут, начиная с внешних областей галактики, вниз к ее центру.

Галактика находится в созвездии Гидры, от Земли приблизительно в 90 млн. световых лет. Впервые она была обнаружена британско-австралийским астрономом Дэвидом Мэлином (David Malin) в 1977 году.

Фото: ЕКА/Хаббл/НАСА/Джуди Шмидт

Почти 30 слабо выраженных раковин вокруг NGC 3923 трудно различить на ее ярко освещенном фоне. На новом изображении Хаббла мы видим лишь несколько внешних колец, так как они гораздо более тонкие, чем у других галактик. Интересно также, что раковины NGC 3923 расположены симметрично, хотя у других галактик они выглядят искаженными.

Концентрические раковины звезд, ограждающие галактику, встречаются довольно часто и наблюдаются во многих эллиптических галактиках. Фактически каждая десятая из них обладает такой структурой, изогнутой в форме лука. Однако астрономам никогда не приходилось их встречать в спиральных галактиках.

Считается, что такие раковины развиваются в результате галактического каннибализма, когда большая галактика глотает меньшего компаньона. По мере сближения двух центров, они сначала колеблются вокруг общего центра, и это колебание формирует раковины звезд так же, как рябь на воде пруда, когда нарушается его поверхность.

Астроном Джуди Шмидт (Judy Schmidt) представила свою версию фотографии в Hidden Treasures на конкурс обработки изображений Хаббла.

Источник: sci-news.com