Зоркий телескоп ALMA заглянул на другой край Вселенной

ALMA (NRAO/ESO/NAOJ)/Ю. Тамура

Галактика SDP.81, искаженная эффектом гравитационной линзы, видна в форме почти идеального кольца Эйнштейна.

Взгляд во вселенную становится все острее. Астрономам удалось получить самый подробный снимок области звездообразования в далекой галактике. С Земли вид на нее искажается с помощью кольца Эйнштейна - особой версии эффекта гравитационного линзирования. Однако это возмущение поддается корректировке. Так были обнаружены неизвестные ранее структуры - пылевые облака.

Эта анимация показывает, как свет дальней галактики искривляется под действием гравитационного эффекта другой галактики, находящейся перед ней

Видео: ALMA (NRAO/ESO/NAOJ)/Луис Калзада (ESO)

Снимок получен благодаря ALMA, крупнейшему радиотелескопу мира. В конце 2014 он был направлен на дальнюю Галактику с каталожным номером SDP.81. Ее свет подвергается так называемому эффекту гравитационного линзирования: между SDP.81 и ALMA находится большая галактика, действующая как линза. Она искривляет своей гравитацией свет более удаленной галактики и создает почти идеальный пример кольца Эйнштейна.

Фото: ALMA (NRAO/ESO/NAOJ)/Y. Tamura (The University of Tokyo)/Mark Swinbank (Durham University)

Слева мы видим галактику-линзу (снимок телескопа "Хаббл") и едва заметную галактику SDP.81. Посредине - почти идеально правильное отчетливое изображение "Кольца Эйнштейна", полученное с ALMA, а галактику-линзу телескоп не видит. Справа  - реконструированный снимок далекой галактики

Легендарный ученый предсказал такие искажающие эффекты гравитационных линз в Общей теории относительности. Кольцо Эйнштейна - это особая версия, при которой Земля и обе галактики, находящиеся на переднем и заднем плане, лежат на одной линии. Это приводит к гармоничному искривлению света, который отображает дальнюю галактику в форме кольца.

Корректируемое кольцо Эйнштейна

Несколько групп ученых независимо друг от друга оценивали данные SDP.81 с телескопа ALMA. Новые снимки SDP.81 имеют разрешение, в 6 раз превышающие полученное Космическим телескопом "Хаббл" в инфракрасной области. С помощью моделей астрономы смогли откорректировать искажения, возникшие из-за увеличивающей гравитационной линзы. Результаты дали новую информацию о галактике и раскрыли подробности ее структуры, содержания, движения и других физических свойств.

Были обнаружены пылевые облака - по предположению исследователей, это гигантские скопления холодного молекулярного газа, места рождения звезд и планет. Размер этих "звездный яслей" достигает 100 световых лет. Они похожи на хорошо знакомую нам туманность Ориона. Впервые удалось наблюдать область звездообразования с такого гигантского расстояния - практически с другого конца Вселенной.

“Полученное ALMA реконструированное изображение далекой галактики очень впечатляет. Гигантская светособирающая площадь телескопа ALMA, большое расстояние между его антеннами и стабильная атмосфера над пустыней Атакама – все эти факторы и позволяют в конечном счете получить столь невероятную детализацию изображений и спектров. Чувствительность наших наблюдений очень высока: мы можем даже анализировать относительное движение отдельных частей наблюдаемой галактики. В галактиках, находящиеся на другом краю Вселенной, мы можем изучать процессы их слияния, мы видим, как там рождается огромное число звезд”.
Роб Айвисон (Rob Ivison), директор ESO по науке, соавтор двух созданных на этом материале публикаций

Сверхмассивная черная дыра искривляет пространство

Моделирование указало на существование в центре передней галактики сверхмассивной черной дыры, создающей мощный эффект линзирования. По оценкам астрономов, галактический монстр может иметь свыше 200-300 млн. солнечных масс.

Количество научных работ, написанных на базе данных ALMA, говорит о высокой потенциальной мощности системы, подчеркивает ESO. Это дает надежду, что ALMA позволит астрономам в ближайшие годы сделать еще множество других грандиозных открытий.

Источник: eso.org

Квантовое происхождение структуры Вселенной

Данные телескопа "Планк" подтвердили теорию квантового происхождения структуры Вселенной. Что именно произошло после рождения Вселенной? Почему образуются звезды, планеты и огромные галактики? Этими вопросами занимался Вячеслав Муханов, космолог Университета Людвига Максимилиана (LMU) в Мюнхене, эксперт в области теоретической космологии.

Для создания теории, представляющей точную картину решающей ранней фазы развития нашей Вселенной, Муханов использует понятие так называемых квантовых флуктаций. Без минимальных изменений плотности энергии, которые следуют из этих крошечных, но неизбежных колебаний, нельзя объяснить формирование звезд, планет и галактик, характеризующих наблюдаемую нами сегодняшнюю Вселенную.

Муханов, первым опубликовавший свою модель в 1981 году, в 1997 начал работать на физическом факультете LMU

Консорциум "Планка" опубликовал новые анализы данных, полученных с космического телескопа Планка, который измерил распределение космического микроволнового фонового излучения (CMB). Они показали, как Вселенная выглядела примерно через 400000 лет после Большого Взрыва, что полностью согласуется с предположениями теории Муханова - например, его расчет показателя коэффициента спектрального индекса начальных неоднородностей.

"Данные "Планка" подтверждают основополагающие предположения, что виновником происхождение всех структур во Вселенной являются квантовые флуктации".
Жан-Лу Пюже(Jean-Loup Puget), руководитель проекта СТВ-инструмента на спутнике Планка

"Я не мог надеяться на лучшую проверку моей теории".
Вячеслав Муханов

В принципе неопределенности Гейзенберга подразумевается, что квантовые флуктации, должно быть, играли свою роль в самой ранней фазе истории Вселенной, считает Муханов. Гейзенберг показал, что есть определенный предел точности, с которой положение и импульс частицы могут быть определены в любой данный момент. Это, в свою очередь, подразумевает, что начальное распределение материи неизбежно покажет мелкую неоднородность плотности.

Расчеты Муханова впервые показали, что такие квантовые колебания могут привести к различиям плотности в ранней Вселенной, которые, в свою очередь, могут служить зародышами галактик и их скоплений. Действительно, без квантовых колебаний, природа и величина которых количественно охарактеризована Мухановым, наблюдаемое распределение материи во Вселенной было бы необъяснимо.

Последнее исследование наборов данных "Планка" более подробно и более информативно, чем предварительный анализ, опубликованный около 2 лет назад, и показывает с беспрецедентной точностью закономерности, отпечатавшиеся первичными колебаниями на распределении излучения в молодой Вселенной.

Следовательно, такие инструменты, как телескоп "Планк", могут делать запись этих сообщений из невообразимо далекого прошлого, закодированного в микроволновом излучении, которые до сих пор - спустя 13,8 млрд. лет - распространяющегося в пространстве. Пользуясь этой информацией, команда Планка может восстановить подробную картину распределения материи при рождении нашей Вселенной.

Телескоп "Планк" делает запись сигналов из ранней Вселенной

Кроме того, данные "Планка" показывают, что сигнал, о котором ранее сообщалось, якобы подтверждающий существование так называемых первичных гравитационных волн, может быть в значительной степени связан с пылью в нашей собственной галактике. Команда BICEP2 использует наземный телескоп в Антарктике для поисков в реликтовом излучении признаков гравитационных волн, возникших сразу после Большого Взрыва.

В марте 2014 команда сообщила об обнаружении давно разыскиваемого образца. Однако скоро появились сомнения относительно этой интерпретации. Теперь совместный анализ "Планка" и команды BICEP2 пришел к заключению, что данные в действительности не представляют доказательств наблюдений гравитационных волн. Уже весной 2014 года Муханов утверждал, что, если теория верна, то обе команды: BICEP2 и Планка, не могли быть правы.

Последний анализ "Планка" и BICEP2 убеждает нас, что теоретическая база обоснована.

"Гравитационные волны там могут быть, но ясно, что наши инструменты еще не достаточно чувствительны, чтобы их воспринимать".
Вячеслав Муханов

Независимо от успешности поиска первичных гравитационных волн, любая модель, которая пытается отобразить прямые последствия Большого взрыва, должна полагаться на квантовое происхождение структуры Вселенной, считает Муханов.

Источник:  dailygalaxy.com

Новости о структуре Млечного Пути

Для правильной карты Млечного Пути требуется изучение структуры его спиральных рукавов. С этой целью астрономы использовали молодые звездные скопления, найденные с помощью инфракрасного телескопа WISE, и определили, что у нашей Галактики действительно четыре основных спиральных рукава.

Используя данные телескопа WISE американского космического агентства NASA., ведущего наблюдения в инфракрасной области света, можно проникнуть взглядом сквозь пылевые облака, закрывающие звезды Млечного Пути.

Структура Млечного Пути и положение молодых звездных скоплений, обнаруженных с помощью WISE Фото: NASA/JPL-Caltech/Федеральный университет Рио-Гранде-ду-Сул

Здесь были обнаружены 400 молодых звездных скоплений, которые группа астрономов использовала для определения формы спиральных рукавов Млечного Пути, а семь из этих кластеров описала в своем исследовании.

"Позиция солнца посреди пыльного галактического диска делает наблюдение структуры нашей Галактики очень сложным. (...) Спиральные рукава - это что-то вроде пробки, где газ и звезды накапливаются и медленно продвигаются вперед. Если материя проходит через плотные спиральные рукава, то сжимается и тем самым стимулирует образование звезд".
Денилсо Камарго (Denilso Camargo), бразильский Федеральный университет Рио-Гранде-ду-Сул

Молодые звездные скопления идеально подходят для отображения спиральных рукавов, так как юные, недавно родившиеся солнца оттуда еще не мигрировали. Однако этот метод может лишь дополнять другие. Поэтому для уточнения структуры Млечного Пути в последние годы использовались данные космического телескопа Спитцер и радионаблюдений.

Последнее исследование подтвердило четыре основных спиральных рукава Млечного Пути. Это рукава Стрельца, Персея, Щита-Кентавра, а также Внешний рукав. В двух первых много звезд, а в двух последних столько же газа, а звезд меньше. Такие галактические "ясли" найдены WISE в трех из четырех основных рукавов: Стрельца, Персея и во Внешнем рукаве.

О своем исследовании команда астрономов сообщает в журнальной статье "Ежемесячных уведомлений Королевского астрономического общества".

Источник: jpl.nasa.gov

Взрывы звезд-изгнанниц вдали от их родного очага

Новое исследование подтвердило три одиночные сверхновые, открытые в 2008 -2010 гг. с помощью CFHT-телескопа, установленного на горе Мауна-Кеа, Гавайи. Тогда не удалось отделить слабые изображения галактик - места зарождения этих одиноких ярких звезд.

Однако чувствительность и разрешение снимков Advanced Camera for Surveys космического телескопа "Хаббл" показали в десять раз четче взрывы сверхновых в пустом пространстве, вдали от какой-либо галактики. На gif-изображении мы видим сравнение четкости изображения взрыва сверхновой (фото получено в 2009 году CFHT) и снимка, сделанного в 2013 году космическим телескопом "Хаббл".

Фото: Мелисса Грэм, CFHT и HST

Они оказались редко встречающимися внутрикластерными сверхновыми, выброшенными из "родных пенатов" и взорвавшимися в межгаллактическом пространстве через миллионы или даже миллиарды лет. Следовательно, они относятся к одиноким звездам, которые существуют в большинстве, если не во всех скоплениях галактик, пояснила руководитель исследования, постдокторант Мелисса Грэхэм (Melissa Graham), Университет Калифорнии, Беркли.

Художественное изображение взрыва сверхновой типа Ia в большом скоплении галактик, одна из которых видна слева. Фото: д-р Алекс Н Паркер, НАСА и SDSS

Звезды и сверхновые обычно "живут" в галактиках, а те, находясь в массивных скоплениях, испытывают воздействие гравитационных сил, которые выталкивают в Пространство около 15 % звезд. Масса в кластерах остается прежней, а перемещенные звезды гравитационно связаны с малонаселенными внутрикластерными регионами.

Эти изгнанницы слишком слабы, чтобы можно было их увидеть по одиночке, пока они не взорвутся в сверхновые. Грэхэм и ее коллеги ищут яркие сверхновые во внутрикластерном пространстве. Они должны служить индикаторами для определения количества невидимых звезд.

"Большинство взрывов сверхновых происходят внутри галактик, содержащих сотни миллиардов звезд, одна из которых может взорваться раз в столетие за пределами галактики".
Доктор Алекс Н Паркер,NASA, SDSS

Сверхновые-одиночки были замечены в трех больших галактических скоплениях, но не входили ни в одну из их тысяч галактик. Ближе 300 световых лет у изгнанниц не было никаких звездных соседей. Планеты этих одиноких миров, небо которых до взрыва их светила было почти беззвездным, несомненно, были уничтожены сверхновыми типа Ia, полагает Грэхэм. Плотность подобных внутрикластерных звезд приблизительно равна одной миллионной всех видимых с Земли.

Грэхэм и ее коллеги - Дэвид Сэнд (David Sand ) из Техасского технологического университета в Лаббоке, Деннис Зэритски (Dennis Zaritsky)из Аризонского университета в Тусоне и Крис Причет (Chris Pritchet) из университета Виктории в Британской Колумбии представили свой ​​анализ в пятницу 5 июня, на конференции по сверхновым в Университете штата Северная Каролина в Роли. Их статья была также принята в Astrophysical Journal.

Исследователи обнаружили также, что четвертая взрывающаяся звезда, найденная CFHT, находится, по-видимому, внутри красной, округлой области. Это может быть небольшая галактика или шаровое скопление.

Одна из четырех сверхновых может быть частью карликовой галактики или шарового скопления
Фото: Мелисса Грэм, CFHT и HST

Если сверхновая - часть шарового скопления, то это послужит первым подтверждением того, что взрыв сверхновой возможен внутри этих мелких плотных кластеров, содержащих менее миллиона звезд. Все четыре сверхновые были в скоплениях галактик, удаленных от нас примерно на миллиард световых лет.

Такие редкие одиночные сверхновые дают необходимое представление о том, что находится в огромных пустых пространствах между галактиками, и могут помочь астрономам понять, как сформировались и развивались галактические скопления на протяжении всей истории Вселенной.

Монстр прячет от нас тысячи звезд Млечного Пути

Хаббл показал нам тысячи ярчайших звезд скопления Арки, невидимых из-за плотной пылевой завесы.

Астрономы, использующие камеру Wide Field Camera 3, установленную на Космическом телескопе Хаббл (НАСА/ЕКА), представили новое изображение кластера Арки - самого плотного из известных звездных скоплений, которые можно наблюдать в нашей Галактике.

Скопление Арки можно увидеть в созвездии Стрельца, свет от которого до Солнечной системы летит приблизительно 25000 лет. Это совсем юный кластер: его возраст ученые указывают где-то в промежутке 2-2,5 млн. лет. Примерно в 100 световых годах от него находится сверхмассивная черная дыра, которая, как полагают астрономы, затаилась в центре нашей родной Галактики Млечный Путь.

Обнаруженное в 1992 году и представлявшееся тогда компактной группой с десятком (или чуть больше) звезд, скопление оказалось настоящим космическим монстром. В нем тысячи звезд, из которых, по меньшей мере, 160 юных и очень горячих, относящихся к классу О. Они во много раз крупнее, массивнее Солнца и разместились на крохотном (по астрономическим масштабам) участке, радиус которого не превышает нескольких световых лет.

Изображение кластера Арки с множеством молодых, крупных звезд было получено с помощью Хабблa Фото: НАСА/ЕКА

По оценкам астрономов, кластер Арки затмевает почти любое другой звездное скопление в Млечном Пути. Только одна из каждых 10 миллионов звезд нашей Галактики сияет столь же ярко. Этим звездам осталось жить (опять же по космическим меркам) не долго: всего несколько млн. лет. Затем им предстоит сгореть.

Масса звёзд кластера эквивалентна приблизительно 10000 солнечным, а сам он в десять раз тяжелее рассеянных по всей Галактике типичных молодых звездных скоплений вроде кластера Ориона.

Несмотря на яркость, скопление Арки невооруженным глазом рассмотреть нельзя. Его видимый свет там полностью закрыт гигантскими пылевыми облаками. Для наблюдений за этим объектом астрономы используют датчики, собирающие свет рентгеновского, инфракрасного и радиодиапазонов, так как эти длины волны проникают сквозь густые облака пыли.

Предыдущий снимок кластера, сделанный Хабблом, на котором видны дуги и арки

Недавние наблюдения рентгеновской обсерватории Chandra показали вокруг скопления оболочку из газа, нагретого до 60 млн. градусов интенсивными звездными ветрами, образующимися при столкновении звезд с окружающей их средой. Межзвездный газ изобилует тяжелыми элементами, созданными погибшими поколениями звезд. На предыдущем снимке Хаббла рентгеновское излучение показывает этот газ в виде ярких арок, поэтому скопление и получило такое название.

Источник: spacetelescope.org

Новый снимок необычной галактики Messier 84

Астрономы, использующие снимки с телескопа Хаббл, сделали фотографию необычной галактики Messier 84. Это изображение показывает не весь объект, а только его очень интересный центр, и, вероятно, представляет собой лучшее из когда-либо сделанных фото этой области.

Обнаруженная 18 марта 1781 года французским астрономом Шарлем Мессье во время одного из постоянных осмотров ночного неба галактика Messier 84 (M84), известная также как NGC 4374 - объект из каталога Мессье, опубликованного им в окончательной версии в том же году. Кроме M84, Шарль Мессье обнаружил и каталогизировал в тот же день еще восемь объектов.

М84 находится в центре скопления, в густонаселенном внутреннем ядре созвездия Девы недалеко от созвездия Волосы Вероники - от нас приблизительно в 55 миллионах световых лет - и является одной из самых ярких в этом галактическом кластере, состоящем из более тысячи галактик.

Одни ученые считают Мессье 84 образцом линзовидной галактики типа S0, а другие полагают, что это эллиптическая галактика типа E1. В любом случае, у нее нет никакой ярко выраженной спиральной структуры и мало пыли или газа.

Messier 84 Фото: ЕКА/Хаббл/НАСА

Предыдущие наблюдения с помощью спектрографа (Imaging Spectrograph), установленного на борту Хаббла показали в центре этой галактики суперкрупную черную дыру. Астрономы нашли ее, нанеся на карту движение газа и звезд, которые попали на его снимок.

Наряду со своим интересным центром Мессье 84 известна также своими сверхновыми. 1957B обнаружена итальянским астрономом Г. Романо (G. Romano) в 1957 году. Ее звездная величина была равна 13. Сверхновая 1980I была найдена 13 июня 1980 года, когда ее звездная величина достигла 14. Рождение сверхновой звезды 1991bg произошло в галактике 3 декабря 1991 года. Она достигла звездной величины 14.

Галактики созвездия Девы лучше всего видны весной - в марте, апреле и мае. Хотя М 84 - один из самых ярких объектов этого кластера, ее можно увидеть только в мощный бинокль или в небольшой телескоп. В такие приборы галактика Мессье 84 видна как иаленькое слабое овальное пятно света с более ярким центром. При этом, как и для наблюдений за большинством галактик, важно, чтобы небо было темным и ясным.

У малых экзопланет должны быть круговые орбиты

Наблюдения за 74 планетами размером с Землю, вращающимися вокруг далеких звезд, поможет сузить число потенциальных кандидатов в обитаемые миры.

При взгляде сверху на Солнечную систему становится заметно, что орбиты планет вокруг нашего светила напоминают кольца мишени. Каждая планета, включая Землю, придерживается почти круговой траектории, всегда сохраняя одинаковое расстояние до Солнца.

На протяжении десятилетий астрономов интересовал вопрос, являются ли круговые орбиты планет Солнечной системы редкостью в нашей Вселенной. Новый анализ предполагает, что эта орбитальная регулярность - норма, по крайней мере, для систем с такими небольшими планетами, как Земля.

В статье, опубликованной в Astrophysical Journal, исследователи Массачусетского технологического института (MIT) и Университета Орхуса в Дании сообщается, что 74 экзопланеты вращаются вокруг своих центральных звезд по круговым орбитам, как и планеты Солнечной системы. Они резко контрастируют с более массивными экзопланетами, часть которых подходит очень близко к своим светилам, а затем далеко уносится по весьма вытянутым - эксцентрическим орбитам.

"Двадцать лет назад мы знали только о нашей Солнечной системе, где всё было круглым, и поэтому все ожидали повсюду круговые орбиты планет. Тогда мы начали находить гигантские экзопланеты и вдруг обнаружили целый ряд странностей. Остался открытым вопрос, годится ли это для меньших планет. Мы считаем, что, вероятно, и для малых планет круговые орбиты являются нормой".
Винсент Ван Эйлен (Vincent Van Eylen), аспирант кафедры физики MIT

По его мнению, это хорошая новость для поисках жизни в других местах. К обитаемым планетам земного типа предъявляются среди ряда других следующие требования:

• размер с Землю - планета должна быть маленькой и достаточно компактной;
• она каменистая, а не газовая;
• планета вращается по круговой орбите, так как это будет поддерживать стабильный климат круглый год.

На экзопланете с более эксцентрической орбитой могут возникнуть значительные колебания климата, так как она будет то приближаться, то удаляться от своей звезды.

Схематичное изображение орбит планет Солнечной системы

В прошлом исследователи вычислили орбитальные данные крупных экзопланет - "газовых гигантов", используя радиальную скорость - метод, которым измеряется движение звезды. Поскольку планета вращается вокруг звезды, гравитационная сила той будет тянуть ее к звезде, заставляя двигаться по образцу, отражающему орбиту планеты. Тем не менее, этот метод для крупных планет является самым успешным, так как них достаточная гравитация для влияния на свои звезды.

Меньшие планеты исследователи обычно находят с помощью метода "транзита". При этом они изучают свет, испускаемый звездой и ищут в нем затемнения или "транзиты", которые показывают, когда планета закрывает звезду, проходя перед ней и на мгновение уменьшая ее свет. Обычно таким способом можно заметить планету, а не ее орбиту. Но Ван Эйлен и его коллега Саймон Альбрехт (Simon Albrecht) из Университета Орхуса разработали способ подбора орбитальной информации из данных о транзитах звезд.

Сначала они собирались рассчитать по массе и радиусу звезды, сколько времени понадобится планете, чтобы обойти звезду, если ее собственная орбита будет круглой. Масса и радиус звезды определяется по ее гравитации, которая, в свою очередь, влияет на скорость движения планеты вокруг звезды.

Вычислив орбитальную скорость планеты по круговой орбите, они могли оценить длительность транзита. Если расчетный транзит соответствовал бы фактическому, то орбита планеты должна быть круглой. Если бы транзит был более длительным или коротким, то орбита должна быть более вытянутой или эксцентричной.

Система Кеплер-444: планеты были обнаружены методом транзита по диску их звезды Фото: NASA

Для получения данных о транзитах команда просмотрела сведения, собранные за прошлые четыре года обсерваторией "Кеплер" - космическим телескопом НАСА, который осматривает часть неба в поисках обитаемых планет. Он проконтролировал яркость более 145000 звезд, только часть которых была подробно характеризована.

Команда выбрала для изучения 28 звезд, масса и радиус которых ранее были вычислены астросейсмологическим методом, которым измеряют звездные пульсации, отражающие массу и радиус звезды.

Эти 28 звезд имеют мультипланетарные системы (всего 74 экзопланеты). Исследователи получили данные Кеплера по каждой из них, фиксируя не только возникновение транзитов, но и их продолжительность. Учитывая массу и радиус звезд, команда вычислила длительность транзита каждой планеты, если ее орбита была круглой, а затем сравнила расчетную и фактическую продолжительность по данным Кеплера.

Длительность транзитов совпала, поэтому исследователи предположили, что все 74 экзопланеты имеют круглые орбиты. Ван Эйлен считает что орбитальные результаты для этих небольших планет могут объяснить, почему орбиты крупных планет более эксцентрические.

Источник: newsoffice.mit.edu