Взаимодействие двух видов материи в мини-галактиках

Статистический анализ спиральных мини-галактик показал неожиданное взаимодействие между двумя видами материи (темной и обычной). Согласно исследованию SISSA, это невозможно объяснить с помощью стандартной модели, но исследуемые объекты могут служить "порталом" в совершенно новую физику, способную дать объяснение таким явлениям, как загадочная темная материя и еще более таинственная темная энергия.

Эти объекты напоминают такие же спиральные галактики, как наша, только их размеры в десять тысяч раз меньше. Спиральные мини-галактики изучали профессор Паоло Салуччи (SISSA) в Триесте и Екатерина Карукес, недавно получившая в SISSA докторскую степень. По их мнению, эти объекты могут оказаться порталом, ведущим нас к совершенно новой физике, за пределы общепринятой модели частиц. Это сможет объяснить тайны темной материи и темной энергии, полагает Салуччи. Впервые эти элементы были изучены статистически - методом, который может привести к стиранию «индивидуальной» изменчивости каждого объекта и показать общие характеристики класса.

"Мы изучили 36 галактик, их было достаточное количество для статистического исследования. Осуществляя это, мы нашли связь между структурой обыкновенной или светящейся материи, такой как звезды, пыль, газ, и темной материей".
Паоло Салуччи

Неожиданное взаимодействие двух видов материи (темной и обычной) в спиральных мини-галактиках

Темная материя, представляет для физиков большую загадку. Поскольку из нее не исходит электромагнитное излучение, мы не можем ее видеть, даже применяя самые сложные инструменты. Этот вид материи был обнаружен только благодаря ее гравитации. Многие предполагают: темная материя составляет 90% нашей Вселенной.

В соответствии с гипотезой, наиболее заслуживающей доверия, небарионная темная материя (WIMP) не будет взаимодействовать с обычным веществом, кроме как путем гравитации. Но с этим наблюдения Салуччи не согласуются.

Исследователи показали, что в наблюдаемых ими объектах структура темной материи имитирует своего рода видимую материю. Если для определенной массы в галактике светящееся вещество сильно уплотнено, значит, это темная материя. Аналогично, если оно шире распространено, чем в других галактиках, - это темная материя, полагает Салуччи.

"Это очень сильный эффект, который объяснить тривиальным образом с помощью стандартной модели частиц невозможно".
Паоло Салуччи

Стандартная модель является теорией физики, наиболее широко принятой научным сообществом. Она объясняет фундаментальные силы (и частицы материи), однако, в ней присутствуют некоторые сомнительные моменты, прежде всего, она не учитывает гравитационную силу. Представления о темной материи и темной энергии дают понять ученым, что существует еще один вид физики, который предстоит открыть и изучить.

"Даже в самых больших спиральных галактиках мы находим эффекты, похожие на те, которые наблюдали. Они являются сигналами, которые мы можем попытаться объяснить, выйдя за рамки общепринятой модели с помощью астрофизических процессов внутри галактик. Спиральные мини-галактики, однако, не дают простого объяснения. Эти 36 объектов - верхушка айсберга, феномена, который мы, вероятно, найдем повсюду, и это поможет нам узнать то, что мы пока увидеть не можем".
Паоло Салуччи

Источник содержания и фото: sissa.it

Раскрыта одна из тайн Солнца

Астрономы из института астрономии Гавайского университета астрономии (IfA), Бразилии и Стэнфордского университета, возможно, раскрыли давнюю тайну Солнца.

Два десятилетия назад ученые обнаружили, что внешняя часть (5 %) Солнца вращается медленнее, чем остальная. В новом исследовании, которое вскоре выйдет в Physical Review Letters, учеными IfA Maui: Яном Кенненгхемом (Ian Cunnyngham), Джеффом Куном (Jeff Kuhn), и Изабель Шолль (Isabelle Scholl) вместе с Марсело Эмилио (Marcelo Emilio) - Бразилия, и Роком Бушем (Rock Bush) - Stanford, описан физический механизм, замедляющий внешние слои Солнца.

"Солнце не перестанет вращаться в ближайшее время, но мы обнаружили, что то же солнечное излучение, которое нагревает Землю, является «торможением» Солнца (исходя из специальной теории относительности Эйнштейна) и, начиная с поверхности, заставляет его постепенно замедляться".
Научный руководитель команды Джефф Кун

Изображение Солнца, полученное прибором HMI, установленным на Solar Dynamics Observatory (НАСА). HMI представляет собой инструмент для изучения колебаний, а также магнитного поля поверхности Солнца, фотосферы и наблюдений за полным солнечным диском (разрешение 1 с.)
Фото: NASA

Солнце, обращение которого вокруг своей оси происходит со средней скоростью примерно один раз за месяц, имее не такое вращение, как, например, у твердой Земли или вращающегося диска, потому что скорость варьируется с изменением солнечной широты и расстояния слоя от центра Солнца.

Команда использовала несколько лет данные прибора HMI, установленного на Solar Dynamics Observatory (НАСА) для измерения резкого уменьшения скорости вращения Солнца в его самой крайней (150 км) части.

"Это мягкий крутящий момент, который замедляя его, оказал за все существование Солнца, продолжающееся более 5 млрд лет, очень заметное влияние на его внешний, 35000-километровый, слой".
Джефф Кун

Статья описывает, как этот фотонный эффект торможения должен сказаться на работе большинства звезд.

Это изменение вращения на поверхности Солнца влияет на крупномасштабное солнечное магнитное поле, и исследователи сейчас пытаются понять, как магнетизм, который наполняет корону Солнца и влияет на окружающую среду Земли, будет зависеть от этого торможения.

Исследование будет опубликовано в январском номере Physical Review Letters.

Источник: hawaii.edu

Газовый гигант с вихрями из рубинов и сапфиров

Признаки мощных изменений в направлении ветров были обнаружены на планете, в 16 раз превышающей Землю. От нас эта экзопланета удалена более, чем на 1000 световых лет. Впервые такие изменения погодных условий были замечены на газовом гиганте вне Солнечной системы. О результатах говорится в сообщении о новом исследовании, выполненном астрономами Университета Уорика.

Доктором Дэвидом Армстронгом и группой астрофизиков Уорвика было обнаружено, что на планету - газовый гигант HAT-P-7b - влияют значительные изменения сильных ветров, дующих по всей поверхности. Это, вероятно, приводит к штормам и серьезным катастрофам.

Открытие сделано в процессе наблюдения света, который отражался от атмосферы планеты гиганта HAT-P-7b. Были выявлены изменения этого света, показавшие, что самая яркая точка планеты смещается со своей прежней позиции.

Художественное изображение HAT-P-7b Фото: Университет Уорвика / Марк Гарлик

Этот сдвиг был вызван экваториальной струей с резко меняющейся скоростью ветра, перемещающего по всей планете огромное количество облаков. Сами облака состояли, вероятно, из корунда – минерала, который образует рубины и сапфиры.

Планета не может быть обитаемой, из-за жестоких штормовых погодных условий и неустойчивых температур. Одна сторона экзопланеты, обращеннная к звезде, гораздо горячее, чем другая: средняя температура дневной стороны на HAT-P-7 - 2860K.

"С помощью спутника Kepler (НАСА) мы смогли изучить свет, отраженный от HAT-P-7b, придя к выводу, что атмосфера меняется с течением времени. ... Мы ожидаем, что облака формируются на холодный ночной стороне планеты и быстро испаряются на горячей дневной стороне".
Д-р Дэвид Армстронг

Благодаря этому исследованию, астрофизики могут теперь начать изучение погодных процессов и выяснить, как с течением времени изменяется погода на планетах, находящихся вне Солнечной системы.

Газовый гигант HAT-P-7b, впервые зафиксированный астрономами в 2008 году, находится от нас в 320 парсеках (более 1040 световых лет). Это экзопланета, которая по размерам на 40% превышает Юпитер, причем ее масса в 500 раз больше земной. Планета вращается вокруг центральной звезды, на 50% более массивной, и вдвое большей, чем Солнце

Источник: nature.com

Вспышка звезды и экзопланеты

По мере увеличения числа открытых экзопланет, растет количество измерений их внешних атмосфер с помощью спектроскопии. Новое исследование, однако, показывает, что эти измерения могут быть подвержены влиянию со стороны центральных звезд этих планет.

Спектры экзопланет, полученные при их транзите по солнцам, могут рассказать о химическом составе атмосфер этих планет. Такие детальные спектроскопические измерения будутвыполнять еще чаще в следующем поколении миссий, например, при полетах космического телескопа Джеймса Уебба (JWST) или обсерватории PLATO.

Но обязательно ли спектр, который измеряют за короткий промежуток транзита планеты, представляет ее постоянный спектр? Команда ученых, возглавляемая Оливией Венот (Olivia Venot) - Университет Левена, Бельгия, утверждает, что нет. На спектр оказывает влияние центральная звезда планеты.

Художественное изображение экзопланеты, подвергшейся мощному воздействию вспышки своей звезды. Новое исследование предполагает, что последствия вспышки могут влиять на результаты измерений атмосферы экзопланет Фото: NASA

Команда предполагает, что вспышки звезды воздействуют на атмосферу планеты (особенно у активных M-карликов, которые обычно имеют планетарные системы). Это может изменить химический состав атмосферы и, следовательно, спектр экзопланеты, который мы измеряем.

Моделирование атмосферы

Исследователи решили проверить влияние звездных вспышек на атмосферу экзопланет с помощью моделирования атмосфер двух гипотетических планет, вращающихся вокруг звезды AD Leo - активного M-карлика и находящихся от Земли на двух разных расстояниях (приблизительно в 16 световых годах). Затем команда изучила, что произошло в атмосфере, и спектры, которые можно наблюдать после звездной вспышки, типичной для AD Leo.

Состав атмосферы планеты до воздействия вспышки (пунктирные линии), во время устойчивого состояния после воздействия вспышки (пунктирные линии), во время устойчивого состояния после второго удара вспышки (сплошные линии) Фото: Венот и др.

Авторы обнаружили, что на состав атмосферы планеты существенно влияет вспышка звезды. Внезапное увеличение входящего потока фотонов изменило химический состав некоторых молекул, таких как водород и аммиак. Это привело к изменениям в спектре, который можно будет наблюдать во время транзита планеты.

Постоянное воздействие

В дополнение к демонстрации того, что состав атмосферы планеты изменяется во время и сразу же после воздействия вспышки, Венот и ее соавторы показали, что химические изменения не временные: после вспышки атмосфера планеты не полностью возвращается в исходное состояние, а приобретает новый стабильный состав, который может значительно отличаться от бывшего до вспышки.

У планеты, которая неоднократно испытывала удары звездных вспышек, состав атмосферы никогда не бывает в устойчивом состоянии. Он постоянно изменяется под воздействием своей звезды.

Исследователи показали, что вариации планетных спектров из-за звездных вспышек будет легко обнаружить с помощью будущих миссий, таких как JWST. Поэтому астрономам нужно быть осторожнее в своих выводах об атмосферах планет по измерениям их спектров.

Источник: iopscience.iop.org

Странные метамофозы галактики

Хаббл запечатлел в созвездии Девы странное изменение галактики.

В созвездии Девы очень много галактик. Значительная часть их находится в массивном кластере. Более 1300 галактик, ссвязанных гравитацией, образуют скопление с тем же названием, что и созвездие, - скопление Девы. Одну галактику этого космического сообщества, снятую Широкоугольной камерой 3, уснановленной на телескопе Хаббл (НАСА/ЕКА), можно видеть на этом изображении.

От Земли галактика NGC 4388 удалена на 60000000 световых лет. Находится она в очень массивном галактическом скоплении Девы, поэтому испытывает некоторые довольно нежелательные явления и приобрела из-за происходящей с ней трансформации несколько странный облик.

Галактика NGC 4388, снятая телескопом Хаббл

Внешние области галактики гладкие и безликие, а ее центр - классическая особенность любой эллиптической галактики - демонстрирует заметные пылевые полосы. Они ограничены двумя симметричными спиральными рукавами, вытекающими из пылающего ядра - одна из явных особенностей спиральной галактики. Внутри рукавов видны пятнышки ярко-синего цвета, отмечающие расположение молодых звезд. Это свидетельствует о всплесках звездообразования, недавно происходивших в галактике NGC 4388.

Невзирая на противоречивые сообщения, NGC 4388 классифицирована как спиральная галактика. Своим необычным сочетанием признаков она обязана, как полагают исследователи, взаимодействию с рядом соседних галактик в скоплении Девы. Гравитационные взаимодействия от скользящих ударов при лобовых столкновениях, приливные воздействия, слияния и галактический каннибализм — все это может оказывать разрушительное влияние и быть губительным для галактик.

Некоторые из таких объектов могут быть достаточно удачливыми и отделываются просто деформированными спиральными рукавами или новой волной звездообразования, а у других полностью и бесповоротно изменяются структура и содержание.

Источник содержания и фото: nasa.gov

Галактика из ранней Вселенной

Приблизительно одиннадцать млрд лет назад эта галактика пережила короткий всплеск очень бурного звездообразования, практически не изменив с тех пор своего облика. Об этом свидетельствуют спектральные исследования ее тяжелых элементов.

Исследовательская группа, возглавляемая Маришкой Крик (Mariska Kriek) - Университет Калифорнии, Беркли, использовала для изучения далекой галактики COSMOS-1149 десятиметровый телескоп Кек на Мауна-Кеа и архивные данные Хаббла. Эта эллиптическая галактика имеет красное смещение г = 2.1 и выглядит так же, как одиннадцать млрд лет назад. По тем временам возраст Вселенной составлял 20% сегодняшнего. Исследователи определили на основе спектроскопических измерений , что количественное соотношение магния к железу очень высокое. Поэтому COSMOS-11494 сильно обогащен магнием. Это самое большое значение, которое было ранее найдено в массивной галактике: содержание магния приблизительно вдвое выше, чем в аналогичных галактиках нашего ближайшего космического пространства. Масса COSMOS-11494 составляет 320 млрд солнечных, что примерно соответствует массе Млечного Пути.

Об эллиптических галактиках известно, что возникновение большинства их звезд происходило в ближайшее время после Большого взрыва. Сейчас в них почти отсутствуют газ и пыль -основа новых звезд. Но тяжелые элементы галактики COSMOS-11494 присутствовали в ее составе не с момента образования, а попали туда с массивных звезд, которых уже больше не существует. В этой галактике картина распределения тяжелых элементов доказывает, что этими звездами были в основном сверхновые типа II. Они появляются, когда массивные звезды, прожив несколько миллионов лет, становятся красными гигантами, поскольку запасы водорода в их ядрах заканчиваются.

Галактика NGC 4696, снятая телескопом Hubble: на нее могла бы походить COSMOS-1149 Фото: © НАСА, ЕКА, Энди Фабиан

Затем там идет реакция ядерного синтеза, рождаются тяжелые элементы, высвобождается огромная энергия. Звезды начинают очень интенсивно светиться. В их недрах наконец возникают ядра ​​из железа - что-то вроде пепла от сжигания - и ядерные реакции затихают, так как энергия нужна, чтобы возникли более тяжелые элементы. Однако эти растущие ядра железа не спосбны выдерживать огромные температуры и давление, когда их масса начинает превышать пороговое значение. Потом они внезапно коллабируют в нейтронные звезды, а если первоначальные звезды были очень массивными, - в черные дыры. При распаде ядер железа рождаются огромные ударные волны, проходящие сквозь внешние слои звезд и разрывают их. Это высвобождает тяжелые элементы, созревшие внутри них, и облаками от взрыва сверхновых распространяет по галактике.

Образцы элементов COSMOS 11494 позволяют предположить, что эта галактика существует сравнительно недолго (100 - 500 млн лет). В ней одновременно возникло гигантское количество звезд, включая многие массивные. В это время за год 600 - 3000 солнечных масс превращалось в звезды. Их скорость образования в COSMOS-11494 составляет за год максимум 0,6 солнечных масс. В Млечном Пути звезды формируются в год со интенсивностью 2-3 солнечные массы . Галактика COSMOS-11494 состоит сейчас большей частью из звезд, имеющих массы меньше одной солнечной. Такие звезды очень прочны. Пооскольку эллиптические галактики светятся обычно в диапазоне спектра от желтого до красного и со временем, почти не изменяются, их называют "красные и мертвые" (red and dead).

Источник: nature.com

Каталогизировано 100 пыльных глобул Крабовидной туманности

Ученые каталогизировали почти 100 пыльных глобул в Крабовидной туманности.

Шведские исследователи недавно изучили присутствие пыли в Крабовидной туманности с целью определения местонахождения и характеристик многочисленных глобул (тёмных газопылевых туманностей) этого известного остатка сверхновой. В результате были внесены в каталоги 92 пыльные глобулы и выяснены свои свойства. Статья с описанием исследования была опубликована 26 октября на arxiv.org.

От нас до Крабовидной туманности, находящейся в созвездии Тельца, приблизительно 6500 световых лет. Это пылесодержащий остаток, образовавшийся после взрыва сверхновой, который можно было наблюдать на Земле в 1054 году. Присутствие пыли в этой туманности впервые было обнаружено 1977 году. Исследования, проведенные в последние десятилетия, показали, что пыль распространена по всей туманности и сильно сконцентрирована на оптических волокнах (филаментах).

Изучение пыли, выбрасываемой из сверхновых, поможет выяснить ее роль в наполнении межзвездной среды пылевыми частицами. А поскольку происхождение пыли в остатках сверхновой все еще плохо изучено, детальные исследования пыльных глобул могли бы помочь лучше понять процесс ее образования.

Слева: Отдельные глобулы отмечены кружками на этом оптическом HST-изображении(сине-белый), соединены с (красным) изображением Космической обсерватории Хершеля (HSO ) Фото: HST, HSO, ESA, NASA Справа: Ориентация объектов на фоне HST-снимка Фото: HST, ESA, NASA

Недавно группа ученых, возглавляемая Тиией Гренман (Tiia Grenman) из Технического университета Лулео в Швеции, проанализировала широкополосные изображения Крабовидной туманности, сделанные космическим телескопом Хаббл (HST) в 1994-2014 гг. Они искали пыльные глобулы, такие, как те, которые окружают молодые звездные скопления.

"Мы были удивлены, обнаружив в Крабовидной туманности подобные пылевые сгустки, и задались вопросом об их общих чертах и различном происхождении. Довольно быстро мы выяснили по HST-изображениям, что объекты перемещались с высокой скоростью в соответствии с общим расширением туманности Краба".
Гёста Гам (Gösta Gahm), Стокгольмская обсерватория в Швеции, один из соавторов статьи

Анализируя множество HST-изображений, команде удалось найти 92 пыльные глобулы и получить огромное количество данных об их свойствах, включая их размеры, массы, действительное перемещение и распределение.

Согласно этому документу, средние радиусы этих глобул составляеют 400-2000 а.е. и около 40% из них слегка вытянуты с отношением большой и малой осей свыше 1,5. Их массы варьируются от одной до 58 миллионных частей массы Солнца. Исследователи обнаружили, что глобулы распределены по всей туманности, но их меньше в регионе, окружающем центральный пульсар. Они также отметили, что, наряду с общим расширением остатка, все глобулы движутся от центра к краям туманности.

В своем заключении ученые пытаются объяснить происхождение пыли в сверхновых. Самая вероятная гипотеза: пыль образуется во внутреннем извержении, холодных остатках взорванного звездного ядра, а рост глобул в остатке происходит на более поздних этапах.

"Холодная пыль в остатках сверхновых - горячая тема. Еще неизвестно, как сообщество сверхновых прореагирует на наши результаты".
Гёста Гам

Команда надеется, что дальнейшие наблюдения Крабовидной туманности, особенно будущим Космическим телескопом Джеймса Уэбба (НАСА) обеспечат новые важные данные, включая ключи к разгадке, является пыль теплой или холодной.

"Хотелось бы надеяться, объекты могут быть определены в инфракрасной области спектра с появлением Космического телескопа Джеймса Вебба".
Гёста Гам

Источник: arxiv.org