АЛМА открыл галактики-монстры в колыбели темной материи

Астрономы обнаружили в 11,5 млрд световых лет гнездо юных галактик-монстров. Используя телескоп ALMA, они нашли молодые галактики на стыке гигантских нитей в паутине темной материи. Эти результаты важны для понимания эволюции ранней Вселенной: как такие объекты формируются, а затем превращаются в огромные эллиптические галактики.

Мы живем в относительно спокойный период в истории Вселенной. 10 млрд лет назад, задолго до формирования Солнца и Земли, многие области Вселенной были заселены чудовищными галактиками со скоростями образования звезд в сотни и тысячи раз превышающими наблюдаемые нами сегодня в Млечном Пути. В современной Вселенной таких галактик не осталось, но астрономы полагают, что они превратились в гигантские эллиптические галактики. Их мы и видим в современной Вселенной.

Теории возникновения галактик предсказывают, что эти чудовищные галактики формируются там, где сконцентрирована темная материя. Но для проверки этого предположения было трудно достаточно точно определить позиции галактик с активным звездообразованием. Этому мешали следующие моменты:

1. Такие галактики нередко прячутся в пыли, поэтому их трудно заметить в видимом свете.
2. Пыльные галактики испускают сильные радиоволны в субмиллиметровом диапазоне, но, как правило, у радиотелескопов не хватает разрешения, необходимого, чтобы точно определить отдельные галактики.

Для поиска галактик-монстров исследовательская группа, возглавляемая Хидеки Умехата (Hideki Umehata) - постдокторант "Японского общества содействия науке", Европейская южная обсерватория, Германия, Йоичи Тамура (Yoichi Tamura) - доцент Токийского университета - и Котаро Коно (Kotaro Kohno) - профессор Токийского университета, использовала ALMA для обширных наблюдений за небольшим участком неба с названием SSA22, расположенным в созвездии Водолея.

До этих наблюдений команда искала галактики-монстры в SSA22 10-метровым субмиллиметровым телескопом ASTE, не имеющим достаточной чувствительности и разрешения. У АЛМА чувствительность в 10 раз, а разрешение в 60 раз выше. Это помогло астрономам определить местоположение девяти молодых галактик в SSA22.

Слева изображение одной галактики, полученное с Aste. В центре изображение трех галактик, сделанное на тех же длинах волн, но с помощью нового телескопа ALMA. Справа тот же районе сфотографирован в видимом свете с помощью телескопа Subaru
Фото: АЛМА (ESO/NAOJ/NRAO), NAOJ H. Umehata (Токийский университет)

Команда сравнила позиции этих галактик с местоположением скопления молодых галактик в SSA22, которые были изучены в видимом свете с помощью телескопа Subaru, управляемого "Национальной астрономической обсерваторией Японии" (НАОЯ). Форма этой группы указывает на присутствие огромной 3D-паутины невидимой темной материи. Эта нитевидная структура считается прародительницей крупномасштабных структур Вселенной, одним из самых известных примеров которых является космическая Великая стена - гигантская волокнистая структура размером более 500 млн световых лет. SSA22 обладает, считают ученые, протоструктурой Великой стены.

Молодые галактики-монстры Фото: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Астрономы обнаружили, что молодые галактики расположены на пересечении нитей темной материи. Этот вывод подтверждает модель, согласно которой чудовищные галактики образуются в районах, где сосредоточена темная материя. А так как современные крупные эллиптические галактики - просто галактики-монстры, смягчившиеся с возрастом, они тоже должны были возникнуть на стыках в крупномасштабных структурах.

Этот результат является очень важным шагом для всестороннего понимания связи между распределением темной материи и галактиками-монстрами. Команда продолжит свой обширный поиск таких объектов, чтобы заглянуть в более глубокие пласты истории ранней Вселенной и изучить эволюцию крупномасштабных структур.

Источник: nao.ac.jp

Раскрыта тайна наклонения лунной орбиты

Необычно сильное наклонение лунной орбиты можно объяснить несколькими несостоявшимися столкновениями обломков.

Орбита Луны слишком сильно наклонена: в десять раз сильнее к плоскости земной орбиты, чем должно быть. Астрономы нашли возможное объяснение "проблемы наклонения": вероятно, орбиту Луны отклонили вскоре после ее образования несколько пролетавших мимо планетезималей (крупных обломков), сообщают исследователи в журнале "Nature". Это может объяснить, почему у Венеры нет Луны.

Почему орбита Луны наклонена сейчас на пять градусов к орбите Земли? Фото: © NASA/JSC

Когда появилась Луна на орбите Земли

Наша Луна запоздала со своим рождением: она возникла не из первоначального облака одновременно с Землей, а лишь вскоре после мощного столкновения Земли с протопланетой Тейя. Появившееся в результате этого кольцо обломков сжалось за несколько тысяч лет в протолуну, которая под действием приливных сил и вращения постепенно приобрела современную форму и орбиту.

Проблема наклонения орбиты

Но этим сценарием ученые не могут объяснить наклонение орбиты Луны к орбите Земли, составляющее около пяти градусов. И это странно, так как кольцо из обломков и сама протолуна должны были сформироваться почти точно в плоскости орбиты Земли - это доказывают физические модели формирования Луны. Даже если принимать во внимание влияние приливных сил, все равно сегодняшнее наклонение орбиты спутника в десять раз больше, чем оно должно быть. Но почему?

"Предыдущие исследования пытались объяснить это гравитационным резонансом новообразованной Луны с Солнцем или с сохранившимися остатками кольца из обломков. Но ни один такой сценарий не является удовлетворительным".
Каве Пехлеван (Kaveh Pehlevan) и Алессандро Морбиделли (Alessandro Morbidelli), обсерватория Cote d'Azur в Ницце. "

Поэтому исследователи искали возможную причину наклона Луны с помощью моделирования.

Вид пылающей Земли с молодой Луны Фото: Laetitia Lalila

Отклонение из-за крупных обломков

Учеными была высказана гипотеза: возможно, Луну отклонили от ее первоначальной орбиты несколько несостоявшихся столкновений с более крупными планетезималями. Как показывает моделирование, спутник Земли был через десять миллионов лет после ее образоования на таком расстоянии от Земли, которое делало его особенно чувствительным к внешним воздействиям. Даже гравитационного эффекта нескольких пролетавших вблизи крупных обломков могло оказаться достаточно, чтобы надолго изменить ​​курс Луны.

И такие случаи были тогда весьма вероятными, так как в этой фазе ранней Солнечной системы вокруг нашего естественного спутника летало и постоянно сталкивалось с ним множество остатков формирования молодой планеты. Многие обломки, упавшие на Землю, могли пролетать вблизи Луны.

Почему у Венеры нет луны?

По мнению ученых, этот механизм может также объяснить, почему сегодня у Венеры нет спутника, а земная Луна возникла позже самой планеты. Венера вращалась в начале существования Солнечной системы в регионе, по которому пролетали особо крупные планетезимали.

"Каждый из возникших тогда спутников был бы выброшен с орбиты при столкновении с такими планетарными эмбрионами".
Каве Пехлеван, Алессандро Морбиделли

Это изменилось лишь тогда, когда эти планетезимали уменьшились при столкновениях с протопланетами и Солнечная система стала постепенно менее "опасной". Опоздавшая родиться Луна в основном избежала этой бомбардировки и лишь слегка отклонилась с орбиты из-за нескольких пролетавших мимо нее планетезималей.

"И как выживание планет зависит от их звездной среды, так и существование возникших при столкновениях лун зависит от планетарного окружения во время их образования".
Каве Пехлеван, Алессандро Морбиделли

Источник: nature.com

Дельта Ориона - сложная звездная система в поясе Ориона

Одно из самых узнаваемых созвездий - Орион (Охотник). Его "пояс", состоит из трех вытянутых в линию ярких звезд, каждую из которых можно увидеть без телескопа.

Самая западная звезда в поясе Ориона официально называется Дельта Ориона (или Минтака) и представляет собой не отдельную звезду, а сложную звездную систему.

Дельта Ориона - это небольшая группа звезд, состоящая из трех компонентов и пяти звезд: Дельта Ориона А, Дельта Ориона B, и Дельта Ориона С. Две последние являются одиночными звездами, возможно, испускающими небольшое количество рентгеновских лучей.

Фото: X-ray: NASA/CXC/GSFC/M.Corcoran и др.; Optical: Eckhard Slawik

Дельта Ориона Аа (или Дельта Ориона Aa) - сильный рентгеновский источник, представляющий собой тройную звездную систему, в котором две соседки обращаются вокруг друг друга по тесным орбитам каждые 5,7 суток. Их период обращения с третьей звездой составляет более 400 лет. Крупная звезда в этой паре имеет примерно 25 солнечных масс, а меньшая - всего 10.

С Земли можно наблюдать прохождение одной из звезд перед другой, что позволяет астрономам определять их массы и размеры. Это особый класс звездных систем, известный как "затменные двойные".

Массивные звезды, хотя и относительно редко, могут оказывать глубокое воздействие на галактики, в которых они находятся. Эти гигантские звезды такие яркие, что их излучение выдувает мощные ветры звездного веществ, влияющие на химические и физические свойства газа в их галактиках. Эти звездные ветры также помогают определить судьбу самих звезд, которые в конечном итоге взрываются как сверхновые, становясь нейтронными звездами или черными дырами.

Наблюдая почти шесть дней эти затменные двойные компоненты Дельта Ориона А с помощью рентгеновской обсерватории Чандра, команда исследователей почерпнула важную информацию о массивных звездах и о важной роли ветров в их эволюции и воздействии на их окружение. Изображение обсерватории Чандра соединено с оптическим видом созвездия Орион, полученным с наземного телескопа.

Иллюстрация этого художника изображает систему Дельта Ориона А
Фото: NASA/CXC/M.Weiss

Так как Дельта Ориона Аа является ближайшей массивной затменной двойной, ее можно использовать в качестве ключа декодера для понимания связи между звездными объектами на снимках оптических наблюдений и свойств ветра, проявляющихся в рентгеновском излучении.

Менее массивная звезда-компаньон в Дельта Ориона Аа испускает очень слабый ветер и незначительное рентгеновское излучение. Астрономы могут использовать обсерваторию Чандра для наблюдения, как эта звезда блокирует ветры своей более массивной соседки. Это позволит им лучше видеть, что происходит с испускающим рентгеновское излучение газом, окружающим главную звезду, и ответить на давний вопрос о том, где в звездном ветре образуется газ, создающий рентгеновское излучение. Данные показывают, что большая часть рентгеновского излучения исходит из ветра гигантской звезды и получается, скорее всего, в результате столкновений между быстро движущимися внутри ветра клубами газа.

Исследователи также обнаружили, что рентгеновское излучение определенных атомов в ветре Дельта Ориона Аа изменяется при движении объектов в системе. Это может быть обусловлено столкновениями между ветрами обеих звезд, либо ветром большей с поверхностью меньшей. Такое взаимодействие, в свою очередь, препятствует некоторым ветрам яркой звезды.

Параллельные оптические данные микропеременности и колебаний звезды, полученные с Телескопа канадского космического агентства (МОСТ), доказали колебания главной звезды, возникшие благодаря приливным взаимодействиям между звездами-компаньонами, движущимся по своим орбитам. Измерения изменений яркости в оптическом диапазоне, а также детальный анализ оптических и ультрафиолетовых спектров были использованы для уточнения параметров обеих звезд. Исследователи смогли также устранить некоторые противоречия между указанными ранее параметрами звезд и моделями, демонстрирующими, как эти звезды со временем будут развиваться.

Источник: phys.org

Астрономы раскрыли тайну всплесков из черных дыр

Черная дыра окружена вихрем космической материи. Фиолетовый шар над центральным объектом это облако заряженных частиц, которые накопились в так называемой короне на полюсах монстра. Черная дыра вышвыривает их в Пространство, а ее аккреционный диск и корона фактически являются источником излучения.

Астрономам удалось сделать необычный снимок, направив рентгеновский телескоп так, чтобы он запечатлел один из крупнейших всплесков рентгеновского излучения. Исходя из его данных, исследователи раскрыли давний секрет, почему происходят вспышки.

Это был один из самых сильных известных всплесков, зарегистрированных рентгеновским телескопом НАСА Swift в сентябре 2014 года. Он исходил из центра галактики с каталожным названием Маркарян 335 (сокращенно - Mrk 335) и шел до нас из созвездия Пегаса 324 млн лет.

Это явление обнаружил руководитель проекта "Свифт", Луиджи Галло (Luigi Gallo) - университет Сент-Мэри, Галифакс, Канада. Для последующих наблюдений он потребовал поддержку еще одного космического телескопа НАСА - NuStar, исследователи проекта которого прервали постоянную программу мониторинга и направили через несколько дней NuStar на Маркарян 335. Таким образом они смогли следить за второй половиной вспышки, пока поток излучения не ослабел и постепенно не утих.

Собранные данные помогли астрономам решить давно стоящую перед ними задачу. У них были до того моменте лишь смутные представления о причинах таких извержений. Но теперь ученые могли сделать выбор между двумя конкурирующими моделями и отфильтровать наиболее вероятную теорию.

Мощный выброс излучения: телескопы зафиксировали космический феномен Фото: по данным NASA/JPL-Caltech

Высокоэнергетическое излучение устремлялось из сверхмассивной черной дыры, находящейся в центре отдаленного звездного архипелага. Раньше это был один из ярчайшиих источников космического рентгеновского излучения.

"Но в 2007 году произошло нечто странное: Маркарян 335 ослабела до фактора 30. Хотя мы обнаружили, что еще были извержения, они не достигают предыдущий стабильности и интенсивности".
Луиджи Галло

К работе присоединился коллега Галло, запустивший программу наблюдения телескопа Swift за Маркарян 335.

Сверхмассивные черные дыры сами не испускают излучения. Их гравитация настолько сильна, что не дает ускользнуть самым легким частицам. Они отлавливают из своего окружения межзвездный газ и пыль, которые накапливаются при этом в так называемых аккреционных дисках, быстро вращающихся вокруг гравитационных монстров. Из-за трения материя так сильно нагревается, что начинает сиять, и испускает свет в на всех длин волн, в том числе в рентгеновском диапазоне. Следовательно, аккреционные диски и есть источники излучения.

Есть еще один источник - так называемая корона, состоящая из высокоэнергетических частиц. Они-то и испускают рентгеновские лучи. Как именно это происходит, и как возникает корона, было не ясно. Данные Swift и NuStar показали, однако, что рентгеновские всплески Маркарян 335 образуются. если центральная черная дыра выбрасывает частицы из короны.

"Мы впервые можем связать выбросы из короны с извержением. Это помогает нам понять, каким образом сверхмассивные черные дыры создают некоторые самые высокоэнергетические явления Вселенной".
Астрофизик Дэн Уилкинс (Dan Wilkins), университет Сент-Мэри, ведущий автор исследования.

Источник: ras.org.uk

Впервые доказано наличие диска у молодой массивной звезды

Наглядное доказательство существования стабильного газопылевого диска вокруг AFGL 4176 проливает свет на возникновение массивных звезд.

Гейдельберг - Астрономы раскрыли одну из тайн звездообразования: впервые исследовательской группе удалось обнаружить стабильный газопылевой диск вокруг молодой звезды большой массы, сообщил в четверг MPIA - Институт Астрономии Макса Планка.

Это открытие может показать роль таких дисков в процессах, которые способствуют росту массивных звезд, заявили исследователи в "Astrophysical Journal Letters".

Чему равна масса звезд

Массы звезд, как пишет MPIA, могут составлять от 10 % солнечной до превышающей ее в сто и более раз. У молодых звезд с малой массой уже были обнаружены диски из газа и пыли, которые направляют дополнительную материю на поверхность возникающих звезд. Что касается массивных звезд, то пока были только косвенные доказательства существования у них таких дисков.

Изображение диска из газа и пыли массивной молодой звезды AFGL 4176 Фото: K. G. Johnston/ESO

Международная команда астрономов, к которой принадлежат также исследователи MPIA, впервые нашла четкие доказательства присутствия газопылевого диска вокруг молодой и очень массивной звезды с каталожным номером AFGL 4176, входящей в южное созвездие Центавра и находящейся от Земли примерно в 14 тысячах световых лет.

Открытие сделано благодаря телескопу ALMA

Внутренние регионы молодых массивных звезд скрыты за оболочкой из газа и пыли. Использовав обсерваторию ALMA, которая позволяет наблюдать за звездами в миллиметровом и субмиллиметровом волновых диапазонах, астрономы смогли заглянуть внутрь оболочки и обнаружили там дискообразную вращающуюся структуру. Чтобы подтвердить это наблюдение, ученые создали более 10000 моделей дисков с различными характеристиками. Имитации изображений и спектров этих "космических" подозреваемых были сопоставлены с данными наблюдений.

Взгляд на звездную эволюцию

Самое большое совпадение было со стабильным ("кеплеровским") диском, для которого важную роль играет влияние гравитации центральной звезды и самой материи диска. Радиус диска приблизительно в 2000 раз превышает среднее расстояние Земля-Солнце при общей массе диска, равной двенадцати массам нашего светила. Масса самой звезды составляет примерно 25 солнечных.

По словам ученых, это открытие доказывает, что, по крайней мере, некоторые самые массивные звезды могут возникать так же, как их менее массивные сородичи: с помощью материи, которая направляется стабильным газопылевым диском на растущую молодую звезду.

Источник: arxiv.org

Астрономы определили, что Вселенная постепенно умирает

Исследователи измерили энергетический выход более 200000 галактик, используя семь мощнейших телескопов в мире. В результате выяснилось, что лучшие времена Вселенной остались далеко в прошлом.

По известной формуле Альберта Эйнштейна E = mc² звезды как реакторы ядерного синтеза превращают массу в энергию излучения. Однако это производство энергии за последние два миллиарда лет значительно сократилось

Сколько энергии создает галактика?

Этот вопрос изучала международная команда исследователей. Они применили семь мощнейших телескопов, чтобы одновременно наблюдать более 200000 галактик на 21 различных длинах световых волн - от ультрафиолетовой (0,1 мкм) до далекой инфракрасной (500 мкм).

Свет звезд галактики Фото: PA

Астрономы, возглавляемые Саймоном Драйвером (Simon Driver) из Университета Западной Австралии, определили для ближайшей к нам галактики выброс энергии, равный 1,5 х 1035 (десяти в 35-й степени) Вт, что соответствует объему куба, с длиной ребра 3, 26 миллионов световых лет. Не удивляйтесь этой странной единице длины.

3.26 млн световых лет составляют мегапарсек, то есть один миллион парсеков. Парсек - это любимая единица длины астрономов для измерения расстояний во Вселенной, представляющий собой отрезок, величина которого соответствует среднему радиусу орбиты Земли, видимому под углом, равным одной угловой секунде.

Раньше производилось больше энергии

Исследователи проанализировали также свет от более далеких и, следовательно, старых галактик. Они установили, что раньше производилось больше энергии. В изучаемых областях Вселенной всего два млрд лет назад энергии создавалось вдвое больше.

Вселенной приблизительно 13,8 миллиарда лет. Сразу же после Большого Взрыва она молниеносно расширилась. После этого космического раздувания Вселенная миллиарды лет медленно, но неуклонно росла, однако, энергии производилось все меньше.

Фото: Википедия

Это можно объяснить постоянно уменьшающейся звездообразованием. Звезды имеют ограниченный срок жизни, причем наиболее интенсивно светящиеся гаснут раньше, чем звезды меньшей величины.

Как умрет Вселенная

Самая высокая рождаемость звезд Вселенной была приблизительно через три млрд лет после Большого Взрыва. Исследователи смогли показать, что в последние шесть млрд лет количество производимой звездами энергии неуклонно снижается.

Поэтому Вселенная уже пережила свои лучшие годы и постепенно умирает. Пути назад, считают ученые, не будет.

"В принципе, Вселенная уже удобно устроилась на диване, достала одеяло и собирается задремать навеки".
Саймон Драйвер

Как рождаются звезды

Крупнейший в мире космический телескоп в пустыне Атакама снял рождение звезды. Для создания записи использовалось 66 камер высокого разрешения

Источник:  welt.de

Движущиеся пятна на красном гиганте в созвездии Треугольник

На красном гиганте, звезде XX Trianguli - его каталожный номер hd 12545 - обнаружены большие темные пятна. В течение довольно длительного времени за их движением на этой переменной звезде следила команда исследователей Института астрофизики Лейбница (AIP), Потсдам.

Много веков назад на поверхности нашей центральной звезды астрономы обнаружили темные области. Такие же темные пятна, как на Солнце, есть и на других звездах. Исследователи изучали на протяжении шести лет звездные пятна на красном гиганте XX Trianguli в созвездии Треугольника. Для этого они применили два роботизированных 1.2-метровых прибора телескопа STELLA, установленного на Тенерифе - одном из Канарских островов.

Хотя XX Треугольника имеет приблизительно 20-кратный диаметр Солнца, он кажется нам на расстоянии 1500 световых лет лишь небольшой точкой. Поэтому его поверхность не может напрямую рассматриваться как диск. Чтобы выяснить ее свойства, ученым, возглавляемым Андреасом Кюнстлером, пришлось прибегнуть к косвенным математическим методам.

Пятна на XX Треугольника
Фото из видео: © А. Кюнстлер, А. Т. Кэрролл и К. Мейер (AIP)

Для наблюдений они использовали томографию Допплера, позволяющую представить звезду на основе спектральной информации в виде диска с деталями поверхности. На полученых изображениях XX Треугольника видны большие темные регионы. Эти звездные пятна гораздо больше и стабильнее, чем на Солнце.

Звездные пятна в движении на XX Trianguli

Движущиеся пятна на XX Треугольника © А. Кюнстлер, А. Т. Кэрролл и К. Мейер (AIP)

Эта уникальная серия снимков Допплера показывает звездные пятна на полюсах звезды ХХ Tri, а также несколько меньших пятен на ее экваторе. Во время шестилетних наблюдений замечено систематическое изменение их распределения и морфологии.

Чтобы узнать больше об эволюции звездных пятен на XX Треугольника, астрономы наблюдали звезду в период между июлем 2006 и апрелем 2012 года 667 раз и получили спектры с высоким расширением, отобразившими 86 оборотов гигантской звезды, обращающейся вокруг себя за 24 дня. На основе данных изображений был создан видеоклип, который иллюстрирует изменения звездных пятен за это время. В нем использованы три формы:

• "Real view" показывает звезду как вращающийся шар (в сравнении с Солнцем);
• поверхность в классической проекции Меркатора;
• "Pole-on view" - непосредственный взгляд на северный полюс звезды.

В видео показано, как меняются распределение звездных пятен и их размеры. Кроме того, видны изменения в морфологии: распад и слияние звездных пятен. Из этих данных можно получить информацию о магнитном поле на поверхности звезды-гиганта.

Источник: spektrum.de