Хаотичное и "озорное" магнитное поле планеты Нептун

Влияние вращения и солнечного ветра делает магнитосферу планеты Нептун беспорядочной и "озорной".

Хаотическое магнитное поле планеты Нептун, имеющее четыре полюса и наклон, еще более странное, чем считалось ранее. Это противоречит некоторым представлениям о функционировании магнитосферы планет. Такой вывод делают исследователи на основании новой модели, созданной по данным зонда Voyager 2, и физических основ плазмы. Однако остается загадкой, откуда у Нептуна взялось магнитное поле.

Магнитные силовые линии сложной магнитосферы Нептуна Фото: © Lars Mejnertsen/Imperial College London

Когда в 1989 году космический аппарат Вояджер-2 пролетал мимо планеты Нептун, его открытия вызвали ряд догадок. Сенсационные данные показали вокруг ледяной планеты очень необычное магнитное поле. У Земли поле имеет два магнитных полюса вблизи оси вращения планеты, у Нептуна же оно гораздо хаотичнее: там не только четыре магнитных полюса, но и сдвиг на 47 ° против оси вращения планеты.

"Представьте себе, что вы наклонили Землю на бок, а затем перенесли ее магнитный северный полюс в Центральную Европу - тогда вы получите первое представление о том, как выглядит магнитное поле Нептуна".
Адам Мастерс (Adam Masters) - Имперский колледж Лондона

С момента полета Вояджера-2 ни один зонд больше не приближался к ледяной планете, и не планируется никакой новый полет. Поэтому планетологи должны объяснить это странное магнитное поле с помощью физических моделей и имитации.

Фото: © NASA

Является ли оболочка Урана и Нептуна движущей силой магнитного поля?

Мастерс и его коллеги использовали для своего исследования имитацию, с помощью которой в лаборатории обычно моделируют физическое поведение плазмы. Плазма возникает при очень сильном нагревании газа: его атомные ядра отделяются от электронов и возникают заряженные частицы. А так как движение частиц плазмы тоже создает магнитное поле, исследователи смогли на основе данных Вояджера-2 имитировать поведение магнитного поля Нептуна.

Оказалось, что магнитное поле Нептуна намного более хаотично, чем считалось ранее. Даже в некоторой степени упорядоченное поле квадруполя, о котором исследователи сделали вывод по данным Вояджера, не соответствует реальности.

"Нептун в этом отношении особенно озорной. Его странные характеристики противоречат нашим основным представлениям о том, как функционируют магнитосферы".
Адам Мастерс

Моделирование показывает, что потоки частиц далекого Солнца даже в этих внешних областях Солнечной системы все еще представляют собой значительные помехи для магнитных полей планет.

"Мы видим, как солнечный ветер попадает в магнитное поле Нептуна и циркулирует в нем. Только сочетание необычного вращения планеты и этой циркуляции приводит к наклонному магнитному полю, уже обнаруженному Вояджером-2".
Адам Мастерс

Моделирование сложного, четырехполюсного магнитного поля Нептуна

Анимация: © Lars Mejnertsen/Imperial College London

"Моделировать всю планету - задача не простая. Но сегодняшние суперкомпьютеры позволяют это, и имитации все же могут объяснить кое-что из того, что Вояджер-2 увидел много лет тому назад".
Адам Мастерс

Новые модели, представленные исследователями на ежегодном заседании собрании Королевского астрономического общества в Лландидно, могли бы также помочь понять свойства многих ранее обнаруженных экзопланет размером с Нептун.

Однако основной вопрос - как возникает магнитное поле Нептуна и его соседа Урана - не может объяснить и новая модель. В отличие от Земли у них отсутствует жидкое внешнее ядро, имеющее хорошую проводящую способность. У нашей планеты - это динамо ее магнитного поля. До сих пор можно только предполагать, является ли у них мантия частично жидкой или там есть небольшое ядро.

Источник: ras.org.uk

Гравитационное линзирование для наблюдения черных дыр

Астрономы используют космическую гравитацию, чтобы увеличить "размер черных дыр".

Орбитальные обсерватории: "Интеграл", "Ферми" и "Swift" использовали увеличение космической линзы, чтобы изучить внутренние области сверхмассивной черной дыры.

Гамма-лучи - это высокоэнергетическое излучение некоторых самых экстремальных объектов в нашей Вселенной. Примером могут служить джеты гамма-лучей, движущиеся из районов вокруг черных дыр почти со скоростью света. Считается, что эти струи испускает дико вращающаяся перегретая материя, так как ее пожирает голодная черная дыра.

Гравитационное линзирование

Нашим телескопам никогда не хватит мощности, чтобы показать эти внутренние области, и ученые изо всех сил пытаются изучить, как именно эти струи выбрасываются во Вселенную.

"Поскольку мы не можем четко видеть, что происходит, мы не полностью понимаем это поведение. Тем не менее, наш метод позволил нам "объяснить" этот регион и получить представление о клочке пространства непосредственно окружающего сверхмассивную черную дыру, известную как PKS 1830-211".
Андрий Неронов (Andrii Neronov)- университет Женевы, Швейцария, ведущий автор работы, опубликованной в Nature Physics

Эта черная дыра находится за много миллиардов световых лет от Земли. Ни спутник ЕКА "Интеграл", ни гамма-телескоп НАСА "Ферми" не могут наблюдать ее без помощи гравитационного микролинзированиея.

"С Земли черные дыры представляются крошечными. Они просто очень далеко. Попытка наблюдать ПКС 1830-211 похожа на попытку рассмотреть муравья, сидящего на Луне. Ни один из наших телескопов не может наблюдать что-то настолько маленькое, так что мы использовали уловку, чтобы решить проблему с муравьем: огромную гравитационную линзу".
Андрий Неронов

Действуя как гигантские лупы, массивные космические объекты - от одиночных звезд до скоплений галактик - своей гравитацией изгибают и фокусируют свет, который течет вокруг них.

Модель микролизирования

Д-р Неронов и его коллеги использовали звезду, находящуюся между их целью и Землей, чтобы "увеличить масштаб" черной дыры и измерить величину области, испускающей джеты. Этот метод впервые был применен с гамма-лучами. Ученые выбрали структуры в том же угловом масштабе, что и для муравья на Луне. Наблюдаемый участок неба охватывал область, примерно равную ста расстояниям Земля-Солнце. По астрономическим представлениям, это чрезвычайно мало.

"Наши наблюдения показывают, что гамма-лучи исходят из непосредственной близости самой черной дыры. Это дает нам некоторое представление о том, что важно и что не важно в создании струй".
Андрий Неронов

Источник: nature.com

Гигантское кольцо вокруг Лямбды Ориона и светящиеся аномалии

Спутник "Планк" (Planck) отобразил на карте сложную картину излучения нашей Галактики.

Спутник ЕКА "Планк" создал самые точные карты микроволнового и синхротронного излучения, возникающего в нашей Галактике. При этом исследователи обнаружили огромное кольцо пыли, которое занимает треть неба и становится заметным лишь благодаря отклоняющейся поляризации. Почему оно возникает, до сих пор остается загадкой.

Эта новая карта поляризации неба четко показывает большое кольцо (петля 1) Фото: © M. Peel/JCBA/Planck/ESA

"Планк" обычно ищет в Пространстве реликтовое излучение Вселенной, свет которого появился через 380000 лет после Большого Взрыва. Это позволяет многое узнать о раннем этапе Вселенной - например, была ли там космическая инфляция или нет. Однако для оценки тонкостей этого излучения необходимо отфильтровать весь шум переднего фона, в том числе - исходящий от излучения Млечного Пути.

Он образуется, когда электроны магнитного поля Галактики в результате столкновений в межзвездной плазме или движения и колебания межзвездной пыли ускоряются почти до скорости света - как в синхротроне. Исследователи получили с помощью "Планка" сложную структуру этого галактического излучения переднего фона на длинах волн от 20 до 100 ГГц.

При анализе поляризации синхротронного излучения обнаружилось огромное кольцо, которое занимает треть всего неба. "В обеих галактических сферах карты поляризации показывают ряд пиков, которые выскакивают внутри этого внешнего кольца параллельно его краю. Почти все эти яркие области сконцентрированы по левому краю структуры", - сообщают исследователи. Почему это происходит, ученым непонятно.

Астрономы предполагают, что у этой неполной кольцевой структуры есть общая, но абсолютно неизвестная причина. Возможно, дуги кольца являются последствиями таинственных пузырей Ферми - двух огромных структур выше и ниже центра Млечного Пути. "В области от 10 до 500 гига-электронвольт четко видна эмиссия пузырей Ферми", подчеркивают исследователи.

Пузыри Ферми расположены перпендикулярно Млечному Пути Фото: © Goddard Space Flight Center (НАСА)

Новые измерения показывают, что пузыри Ферми возникают в центре Млечного Пути - как и считалось ранее. Но дуги странного кольца сдвинуты от центра на 35 градусов и проходят через Млечный путь по левой стороне. При этом, по словам ученых, отсутствует какое-либо свидетельство их взаимного влияния.

И с верхним пузырем Ферми, который частично выходит за рамки кольца, кажется, нет никакого взаимодействия. "Это именно то, что можно было бы ожидать, если эта структура находится ближе к нам", - полагают астрономы. Поэтому они исходят из того, что кольцо и его дуги расположены еще дальше пузырей Ферми. Однако, насколько далеко они от нас и что является источником этого светящегося кольца, остается неясным.

В основном излучение переднего фона состоит из трех компонентов, постепенно сливающихся друг с другом. Наряду с синхротронным и аномальным микроволновым излучением, которое создается преимущественно за счет движения пыли, существует также так называемое свободно-свободное (free-free) излучение. Исследователям удалось с помощью новых данных разделить эти компоненты и впервые создать все три подробные карты.

Планк показал пылевое кольцо размером в 200 световых лет вокруг Lambda Ориона Фото: © M. Peel/JCBA/Planck/ESA

Почти на всех картах обнаружены как уже известные, так и новые районы с явными отклонениями. Так было найдено неизвестное ранее большое кольцо пыли вокруг Lamdba туманности Ориона - "головной" звезды созвездия Ориона. Кроме того, были выявлены значительные отклонения и изменения в выбросах галактической пыли. "Хотя мы начинаем понимать диффузные эмиссии на частотах, зарегистрированных Planck и WMAP, нам все еще предстоит долгий путь", - пишут ученые.

Источник: arxiv.org

Как рождаются планеты вокруг молодой звезды

Астрономы обнаружили кольцо из обломков скалистой породы - так называемый галечный пояс, считающийся важнейшим звеном для возникновения планет вокруг очень молодых звезд. Для проекта исследователи использовали E-MERLIN - множество радиотелескопов, расположенных в обсерватории Джорделл-Бэнк в Великобритании.

"Мы нашли пояс из "гальки" ... только там, где он необходим, чтобы в ближайшие несколько миллионов лет выросла планета. Хотя мы думали, что было бы очень интересно увидеть в действии процесс, как должны возникать планеты!"
Джейн Гривз (Jane Greaves) - Университет Сент-Эндрюс, Шотландиия

Как образуются планеты

Считается, что образование планет происходит из газопылевого диска вокруг молодых звезд. Со временем частицы пыли слипаются в большие глыбы, которые миллионы лет врезаются друг в друга, и возникают планеты и луны. В Солнечной системе этот процесс протекал приблизительно 4500 млн. лет назад. Так возникла первая планета - Юпитер.

С 1990-х годов астрономы нашли два газопылевых диска и почти 2000 полностью сформированных планет, но промежуточные стадии рождения планет обнаружить труднее.

Возникновение планеты вокруг DG Tauri

Художественное изображение пояса "гальки" вокруг DG Tauri. Вставка - крупный план части Фото: ESO/L.Calçada/М. Kornmesser, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Calçada (ESO)

"Мы знали, что у DG Tauri был джет (струя) горячего газа, вытекающий из его полюсов - маяк для звезд, находящихся все еще в процессе формирования. Так у нас возникла идея, что нужно искать".
Анита Ричардс (Anita Richards) - Университет Манчестера

В созвездии Тельца ученые вели наблюдения за относительно юной - ей всего 2,5 млн. лет - звездой DG Taurii, находящейся в 450 световых годах от Земли. В радиодиапазоне они обнаружили вокруг этого недавно родившегося объекта слабое свечение - признак скалистой породы. На схеме карта звезды DG Tauri. Желтые и красные области показывают вокруг нее "галечное" кольцо. (Фото: J. Greaves/A. Richards/JCBA)

"Было настоящим сюрпризом увидеть также пояс "гальки" - лишь часть данных, которые мы надеемся получить. С четырехкратным увеличением пропускной способности радио-полосы - над этим сейчас ведется работа - мы надеемся получить подобные изображения целого зоопарка других молодых звезд".
Анита Ричардс

Исследователи представили работу на Национальном астрономическом совещании в Лландидно (Уэльс, Великобритания).

Источник: ras.org.uk

Млечный Путь и Магеллановы Облака - фото недели ЕКА

Это изображение, недавно выпущенное Европейским космическим агентством, сделано на основе данных спутника ЕКА Гайя (Gaia). Снимок представляет контур нашей Галактики, Млечного Пути, и соседних Магеллановых Облаков. Фотография была получена довольно необычным способом.

Гайя сканирует небо для сверхточного измерения положения и скорости миллиарда звезд, получая данные о некоторых из них от датчика камеры. Для обеспечения желаемой точности ориентации спутника эта информация используется системой управления орбиты в режиме реального времени.

Спутник ЕКА Гайя (Gaia)- художественное изображение ЕКА

Статистические данные скорости регулярно посылают на Землю вместе с научными. Они включают в себя общее число звезд, используемых для контроля позиции каждую секунду в каждом из полей зрения Гайи. Последнее было использовано для создания этой необычной визуализации небесной сферы. Яркие области указывают на более высокие концентрации звезд, а более темные соответствуют участкам с их меньшим количеством.

Галактика Млечный Путь и Магеллановы Облака - фото ESA сделано по данным спутника Гайя (Гея)

Плоскость Млечного Пути - проекция на небе диска Галактики, структуры диаметром приблизительно 100000 световых лет и вертикальной высотой всего 1000 световых лет. В этой самой яркой части изображения, особенно в его центре, находится большинство звезд Галактики. Более темные области широкой полосы звезд - галактической плоскости - соответствуют плотным межзвездным облакам газа и пыли, которые поглощают звездный свет вдоль линии визирования.

Вне плоскости видны лишь несколько объектов: прежде всего, в нижней правой части изображения обращают на себя внимание Большое и Малое Магеллановы Облака, две карликовые галактики, вращающиеся вокруг Млечного Пути. Вокруг галактической плоскости есть несколько шаровых скоплений - в них миллионы звезд, удерживаемых вместе силой их взаимного притяжения. Эти старые звездные кластеры находятся, в основном, в сферическом гало Галактики, доходящем до 100000 световых лет от центра Млечного Пути.

Шаровое скопление NGC 104 хорошо видно на изображении слева от Малого Магелланова Облака. Другие шаровые скопления, выделены в аннотированной версии этого изображения.

Гайя: аннотированная карта звездной плотности Галактики Млечный Путь Фото ESA

Интересно, что большинства ярких звезд, которые видны невооруженным глазом, и знакомых созвездий не найти на этом снимке, потому что они слишком яркие для использования системой управления Гайи. Как и галактика Андромеды - крупнейшая соседка Млечного Пути.

Парадоксально, но Гайя с камерой на миллиард пикселей занимается не отображением неба: спутник создает самую большую и наиболее точную 3D-карту нашей Галактики, обеспечивая необходимый инструмент для изучения формирования и эволюции Млечного пути.

Источник: Европейское космическое агентство

Ранняя Вселенная более пуста, чем считали ученые

Количество галактик ранней Вселенной может оказаться гораздо меньшим, чем предполагалось, так как на каждую очень яркую, видимую нами галактику приходится только около десяти более тусклых. Это установили астрономы с помощью компьютерного моделирования.

Предыдущие гипотезы исходили из того, что ранних галактик, которых мы просто не находим из-за слабых телескопов, было в 100-1000 раз больше. Пока мы видим дальней Вселенной только яркие галактики, а сколько их существует, ученые не знают.

Благодаря постоянно совершенствующимся телескопам астрономы проникают взглядом всё глубже - вплоть до времени самых первых звезд и галактик. Но даже острое зрение космического телескопа "Хаббл" может отслеживать только самые яркие и крупные из этой ранней популяции. Астрономы лишь предполагают число слабо светящихся галактик в далеких регионах Вселенной.

"Предыдущие оценки исходили из того, что количество тусклых галактик в ранней Вселенной в 100-1000 раз больше, чем число немногих ярких звездных скоплений, которые мы можем видеть с помощью телескопа Хаббл".
Брайан О'Ши (Brian O'Shea), ведущий автор работы, Университет штата Мичиган

Чтобы проверить это, исследователи разработали компьютерную модель, которая реконструирует эволюцию ранней Вселенной и распределение галактик. Для имитации взаимодействия гравитации и излучения тысяч галактик им понадобился один из самых мощных суперкомпьютеров в мире - Blue Waters, принадлежащий Национальному научному фонду США.

Фото: © NASA/CXC/STSci/DSS/Magellan

Результат моделирования больших и ярких галактик совпал с наблюдениями "Хаббла" и других исследований. Число же тусклых росло вовсе не в геометрической прогрессии, как предполагалось: их кривая не поднималась, а опускалась.

"Наше исследование показывает, что там может быть гораздо меньше слабо светящихся галактик, чем считалось ранее".
Брайан О'Ши

Следовательно, на каждую яркую галактику, которую мы видим в дальней Вселенной, приходятся не тысячи тусклых, а примерно около десяти.

Насколько астрономы правы, может выясниться в 2018 году, когда запустят Космический телескоп "Джеймса Вебба". Его усовершенствованная оптика с 6,5 метровым зеркалом позволит заглянуть еще дальше в Пространство, чем это удается "Хабблу", и обнаружить даже слабые объекты.

Однако результаты моделирования могут быть и тогда полезны, так как очень зоркий телескоп "Вебба" видит лишь небольшую часть Пространства. А компьютерные модели распределения галактик помогают понять, заполнено это место или пустое.

"Глубокое понимание, основанное на теории, может быть необходимо, чтобы правильно интерпретировать результаты таких наблюдений".
Брайан О'Ши

Источник: iopscience.iop.org

Рассеянное скопление, спрятанное в "галактической матрешке"

Обнаруженное 20 ноября 1784 года сэром Уильямом Гершелем яркое рассеянное звездное скопление NGC 2367 находится в созвездии Большого Пса, удаленном от Земли приблизительно на 7000 световых лет. Существует этот молодой кластер лишь около пяти миллионов лет, поэтому большинство его юных и горячих звезд испускают интенсивное голубое сияние. На новом снимке 2,2 метрового телескопа (обсерватория Ла-Силла, Чили) они создают удивительный контраст с шелковисто-красным свечением, исходящим от окружающего водорода.

NGC 2367, как и многие рассеянные скопления - привычное зрелище в спиральных галактиках, в том числе и в нашем Млечном Пути. Обычно эти кластеры формируются в их внешних областях. Путешествуя вокруг галактического центра, они зависят от гравитации других скоплений, а также от крупных газовых облаков, вблизи которых они проходят. Рассеянные скопления слабо связаны силой тяготения и постоянно теряют массу, так как часть их газа выталкивается излучением молодых горячих звезд. Достаточно часто их звезды уходят от своих собратьев, как много лет назад сделало наше Солнце. До полного рассеивания такое скопление, как правило, живет несколько сотен миллионов лет.

Между тем, кластеры служат превосходным материалом для тематических исследований звездной эволюции: все их звезды рождаются примерно в одно время из одного облака материи, поэтому их легко сравнивать друг с другом, наносить на карту, определять их возраст и отслеживать развитие.

Как и многие рассеянные скопления, NGC 2367 входит в эмиссионную туманность, из которой родились его звезды. Остатки мы видим как пучки и облака газообразного водорода. Они ионизованы ультрафиолетовым излучением, испускаемым самыми горячими звездами. Необычно, что кластер и его туманность окружает более обширная структура. Скопление NGC 2367 вместе со своей туманностью являются ядром еще одной, большей туманности - Brand 16, а та представляет собой лишь небольшую часть огромной сверхоболочки - GS234-02.

Молодое скопление звезд NGC 2367 находится в центре огромной древней структуры на задворках Млечного Пути Фото: ESO / G. Беккари

GS234-02, находящаяся на окраине Млечного Пути, является обширной структурой, охватывающей сотни световых лет. Она возникла под воздействием сильных звездных ветров, испускаемых особенно массивными звездами. Они создали отдельные расширяющиеся пузыри горячего газа, которые слились и сформировали гигантский пузырь. Короткая жизнь звезд в его сердце свидетельствует об их взрывах в сверхновые. Это расширирило суперпузырь, и он слился с другими пузырями-гигантами. Так сформировалась сверхоболочка - одна из самых больших структур в галактике. Это "матрешка-мама", а рассеянное скопление NGC 2367 - ее самая маленькая "детка".

Эта "галактическая матрешка" - концентрически расширяющаяся древняя система - является замечательным примером запутанных взаимосвязанных структур, которые формируются в галактиках как результат жизни и смерти звезд.

Источник: eso.org