Влияние планет на молодые звездные диски

У новорожденной звезды, как правило, есть газопылевой диск. Как из него образовались планеты? Пылинки диска сталкиваются, сцепляются и увеличиваются в размерах. Однако не было доказано, что у звезд, возраст которых превышает пять миллионов лет, такие диски существуют. Предполагается, что к этому возрасту большая часть дискового материала превратилась в планеты или более мелкие объекты, которые срослись со звездой либо были выброшены из системы.

Переходные диски находятся в том эволюционном периоде, когда могут быть обнаружены в инфракрасном или миллиметровом диапазоне, так как звезды их еще не изгнали и продолжают нагревать. Инфракрасные цвета этих дисков можно использовать для характеристики их свойств. Они часто показывают внутренние пылевые полости, которые астрономы иногда считают свидетельством планет, оторвавшихся от своих орбит.

Молодые звездные диски в инфракрасном диапазоне

Модели взаимодействия планетарных дисков, однако, показывают, что пылевые полости являются лишь косвенным следствием отрыва планет. На самом деле планета создает разрыв в газе, а скопление газа на ее внешних краях заманивает в ловушку небольшие пылевые частицы и создает пылевое кольцо, часто асимметричное.

В этой картине есть некая незавершенность, так как пылевые полости или кольца могут создавать и другие механизмы, в том числе возникающее под воздействием света звезд испарение некоторых пылевых частиц или нестабильность в самом кольце пыли. Помочь различать эти механизмы может определение плотности газа внутри полости.

Астрономом CfA Шоном Эндрюсом (Sean Andrews) и его коллегами был использован для изучения переходных дисков четырех относительно близких молодых звезд телескоп ALMA. Это мощное новое устройство может измерять в таких дисках небольшие объекты, равные 24 астрономическим единицам (1 астрономическая единица является средним расстоянием Земля-Солнце) и даже размеры маленьких пылинок и теплого газа.

Во всех четырех дисках ученые смогли смоделировать распределение газа. Они обнаружили, что газовая полость была втрое меньше, чем пылевая, и что плотность газа внутри полости падает, по меньшей мере, на одну тысячную по сравнению с поверхностной плотностью. Результаты убедительно показывают, что полости действительно создаются вращающимися планетами.

Источник: arxiv.org

Таяние льдов на полюсах изменяет вращение Земли

Из-за изменения климата таяние льдов на полюсах влияет на вращение нашей планеты и направление ее оси. Эта теория была выдвинута несколько лет тому назад. Но доказать ее ученые пока не могли - гипотеза и данные наблюдений вступали в противоречие. Сейчас расчеты, кажется, совпали.

Если массы льда тают, они превращаются в воду, растекающуюся по всем мировым океанам. Следовательно, на Земле перераспределяется масса. Такие изменения оказывают влияние на вращение Земли - в этом ученые единодушны. А так как из-за таяния льда на полюсах все больше массы удаляется от земной оси, наша планета вращается медленнее - как фигурист, вытягивающий руки при пируэте. Если же он прижимает их плотно к телу, то вращение ускоряется.

Влияет ли таяние льдов на вращение Земли?

Изменение климата должно было заметно повлиять на собственное вращение нашей планеты – по крайней мере, теоретически. Но исследователи до сих пор не могли обосновать предсказанный эффект. Известным океанографом Уолтером Мунком (Walter Munk) было впервые отмечено в научной статье в 2002 году, что эта зависимость остается загадкой. Поэтому необъяснимое противоречие между теорией и наблюдаемыми фактами назвали "Энигмой Мунка". Недавно исследователи приблизились к ее разагадке.

Движение и ориентация Земли не являются постоянными величинами Фото: iStock/Franck-Boston

Ученые, возглавляемые Джерри Митровицей (Jerry Mitrovica), Гарвардский университет, Кембридж, еще 13 лет назад приняли во внимание предположения и расчеты Мунка, и теперь пришли к выводу, что глобальное потепление 20 века не только вызвало таяние ледников, и, следовательно, подъем уровня моря, но действительно изменяет вращение Земли. Следовательно, теоретические прогнозы совпадают с наблюдениями. Для своего анализа Мунк просто использовал в некоторых случаях неправильные оценки и данные.

Модель Уолтера Мунка базируется на следующих наблюдениях:

1. Скорость вращения Земли за последние три тысячелетия уменьшилась, и это медленно, но постоянно увеличивает длину суток, о чем свидетельствуют традиционные астрономические наблюдения античности и средневековья. Виновниками этого замедления в значительной степени являются силы, вызывающие приливы и отливы. Но существуют и другие факторы, например, взаимодействие ядра Земли и ее коры или перемещения массы.
2. Земная ось в прошлом веке слегка сместилась, что доказано измерениями.

Влияние ледникового периода

Согласно Мунку все эти изменения можно объяснить до сих пор сохраняющимся воздействием последнего ледникового периода. Когда таяли огромные ледники и земля освобождалась от тяжелого ледяного покрова, приподнялись континенты. Последствия потепления и сильного таяния способствуют тому, что даже сегодня некоторые части суши нашей планеты каждый год поднимаются на несколько миллиметров. Наряду с перераспределением массы растаявшего льда этот подъем суши приводит к небольшому отходу массы от центра Земли, вернее, от ее оси. Согласно модели Мунка эффект ледникового периода идеально подходит к наблюдаемым изменениям, не оставляя места для других предположений.

Кроме того Мунк приводит расчеты, которые исходят из глобального повышения уровня моря для 20-го века, составляющего около 1,5-2 мм в год, что означало бы огромное таяние ледовых щитов и ледников - а следовательно, и заметное влияние на вращение Земли. Однако это не согласуется с моделью Мунка.

Новый расчет

Митровица и его коллеги демонстрируют в своей публикации с помощью новых расчетов икомпьютерного моделирования, как можно устранить эти мнимые противоречия. Ученые указывают, в частности, что Мунк неправильно оценил воздействие ледникового периода на вращение Земли. Кроме того, последние научные данные показывают, что таяние ледников и, следовательно, подъем уровня моря в 20 веке, а точнее в 1990 году, на 30 % ниже, чем рассчитал Мунк в своем анализе. Новая модель, пишут исследователи, могла бы решить "Энигму Мунка". Она показывает, что на вращение Земли оказывает влияние подъем уровня моря, вызванный изменением климата.

Источник: advances.sciencemag.org

Луна не помешает увидеть ежегодный пик потока Геминиды

Фото: ESA

В ближайшие дни метеорный поток Геминиды 2015 достигнет своего максимума. В этом году яркая луна не будет мешать наблюдениям, поэтому астрономам-любителям стоит насладиться красотой ночного неба. Пик активности - более 100 метеоров в час - ожидается в понедельник около 19 часов (среднеевропейское время). В России, если небо будет безоблачным, можно будет полюбоваться звездным дождем Геминиды 2015.

Ночь падающих звезд

Геминиды, которые достигают своего максимума в середине декабря, принадлежат к довольно постоянным ежегодным потокам метеоров. В этом году их пик ожидается вечером 14 декабря. Если позволит погода, в это время могут быть оптимальные условия для наблюдений максимума Геминид: более 100 падающих звезд в час. На этот раз даже Луна не помешает, так как сейчас новолуние.

Когда в атмосферу Земли проникают крошечные частицы пыли, на ночном небе появляются падающие звезды

Геминиды получили свое название - как и все метеорные потоки - от созвездия, откуда они летели. В данном случае это созвездие Близнецов (латинское название Gemini). Точное место, так называемый радиант, находится вблизи звезды Кастор, но падающие звезды можно наблюдать по всему небу.

Почему звезды падают

Обычные потоки метеоров вызываются ледяными кометами, которые оттаивают на своем пути по внутренней Солнечной системе и оставляют при этом пылевой след. Если Земля, движущаяся по орбите вокруг Солнца, проходит сквозь эту пыль, частицы проникают в ее атмосферу и становятся типичными метеорами. Однако происходят Геминиды, видимо, не от комет, а от астероида, получившего название 3200 Фаэтон. Его период обращения вокруг Солнца - 1,4 года.

Астероид Фаэтон

Наблюдения с помощью двух солнечных стереозондов показали, что Фаэтон может быть своего рода "каменистой кометой", то есть астероидом. Приближаясь к Солнцу, он нагревается. При этом пыль и мелкие части обломков устремляются с поверхности астероида в Пространство. Действительно, при других наблюдениях стереозондов тоже был замечен исходящий от Фаэтона маленький хвостик.

Геминиды еще не раскрыли все свои тайны: одним сегодняшним возникновением пыли нельзя объяснить такой постоянный мощный ливень метеоров. Поэтому ученые предполагают, что Фаэтон время от времени извергает в Пространство большие количества пыли и обломков.

Однако загадочное происхождение Геминид никому не помешает наслаждаться этим метеорным ливнем в течение ближайших суток, а также перед и после ожидаемого максимума.

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