Астрономы впервые увидели рождение магнетара

Магнетары экстремальны во всех отношениях. Необычный сигнал из глубины космоса впервые показал, как возник один из них.

22 мая орбитальной обсерваторией Swift зафиксировано необычное событие: свет очень яркой килоновой достиг Земли. В наблюдениях участвовали и другие телескопы, в том числе знаменитый «Хаббл», показывающий ближний инфракрасный диапазон, в котором вспышка оказалась рекордсменом по яркости, в десять раз превосходившим все ожидания.

Это была самая яркая вспышка сливающихся нейтронных звезд, которую когда-либо наблюдали астрономы. Команда Вэнь-фая Фонга из Северо-Западного университета в Эванстоне предполагает в Astrophysical Journal, что это были признаки рождения магнетара.

Килоновая - особая форма нейтронных звезд - характеризуется чрезвычайно интенсивным магнитным полем, которое в миллиарды раз сильнее земного. Когда столкнулись две нейтронные звезды, вначале произошел огромный всплеск гамма-излучения, а затем было длительное послесвечение, охватившее весь электромагнитный спектр, - килоновая.

Фото: NASA/ESA

Астрономы заметили инфракрасный сигнал, который они интерпретируют как первое доказательство возникновения магнетара. Событие, получившее название GBR 200522A, было значительно мощнее всех других известных килоновых, особенно в этом инфракрасном диапазоне.

«Я могу сосчитать по пальцам на моих руках все килоновые, которые были обнаружены по коротким всплескам гамма-излучения. Однако эта была в десять раз ярче, чем все другие».
Вэнь-фай Фонг

Причиной могло быть лишь образование магнетара. Когда пара нейтронных звезд сблизилась, они слились в более тяжелый объект, заряженное ядро ​​которого чрезвычайно быстро вращалось. Поэтому, согласно принципу динамо, возникли сверхсильные магнитные поля магнетара, которые заставляли возбужденые килоновой частицы светиться еще ярче.

В качестве альтернативы команда Фонга могла бы рассматривать только два варианта. Во-первых, «обратную ударную волну», когда две волны от килоновой могли выплеснуться друг на друга, что при известных условиях имитировало бы новорожденный магнетар. Во-вторых, распадающиеся радиоактивные частицы, движущие килоновую, могли заставить GRB 200522A сиять ярче, чем ожидалось.

Однако исследовательская группа в значительной степени исключает оба сценария и полагает, что в будущем телескопы должны обращать внимание на радиоизлучение объекта, чтобы точно определить его природу.

Источник: spektrum.de

Почему Марс все еще продолжает высыхать?

Ученые обнаружили, что некогда влажный Марс и сейчас сбрасывает воду в космос. Вопреки предыдущим предположениям, молекулы H2O переносятся в верхние слои его атмосферы. Там они распадаются, и молекулярный водород улетает в космос. Об этом свидетельствуют данные зонда НАСА MAVEN, согласно которым, сезонные эффекты и пыльные бури переносят воду на большую высоту.

Сегодня Марс - это морозная пустынная планета, но теперь точно известно, что наш сосед, как и Земля, был полон жидкой воды, однако в ходе своей эволюционной истории потерял большую часть своей живительной влаги. Сегодня ее остатки образуют ледяные шапки на полюсах, небольшие количества воды есть под землей и в разреженной атмосфере. За миллиарды лет большая часть ее была расщеплена УФ-излучением на водород, который затем мог буквально легко улететь в космос.

По следам потери воды

Исходя из наличия водорода в верхних слоях атмосферы, этот процесс и сегодня высушивает Марс. Однако модель происходящего показывает, что вода превращается в водород только в нижних атмосферных слоях, а лишь потом поднимается в верхние. Предполагалось, что молекулы H2O не могут подняться выше определенных значений, поскольку затем они кристаллизуются и вновь опускаются вниз. Это явление называется гигропаузой. Как показывают результаты исследователей, возглавляемых Шейном Стоуном (Shane Stone) из Университета Аризоны в Тусоне, на Марсе ярко выраженной гигропаузы больше нет.

 

Результаты основаны на оценке данных зонда НАСА MAVEN, который, вращаясь вокруг Марса, регулярно погружается в верхние слои его атмосферы. При этом анализатор может регистрировать концентрацию веществ, включая молекулы H2O. Исследователям удалось обнаружить воду на удивительно большой высоте: около 160 км над поверхностью планеты. Там молекулы воды очень быстро разрушаются ионами, а образующийся при этом атомарный водород затем теряется в космосе.

Особенно иссушают Марс пыльные бури

Степень увеличения водяного пара связана на нашем воинственном соседе с сезоном и пыльными бурями. По сравнению с Землей, он вращается вокруг центральной звезды по несколько более эллиптической орбите. Поэтому южное полушарие Марса оказывается летом ближе всего к Солнцу. За это время его поверхность максимально нагревается, что, видимо, связано с усилением мобилизации воды.

Исследователи следят за потерей воды на красной планете. Фото: Petmal / iStock

По мнению ученых, ежегодные региональные штормы, а также крупные глобальные пыльные бури, которые циркулируют по планете примерно каждые десять лет, еще больше нагревают атмосферу и увеличивают в 20 раз перенос воды в самые верхние слои атмосферы. Только одна такая 45-дневная буря, выбрасывает в космос такое же количество воды, какое Марс потерял бы за спокойный год.

Потеря атмосферы и выброс воды в космос - одна из основных причин того, что Марс сегодня холодный и сухой по сравнению с теплой и влажной Землей, считает Стоун. Этот процесс, возможно, сыграл важную роль в высыхании планеты. Когда исследователи прогнозировали данные за последний миллиард лет, они пришли к выводу о значительной потере воды:

«Если бы мы взяли воду, удаленную в результате сезонного процесса, и равномерно распределили ее по всей поверхности Марса, возник бы глобальный океан глубиной около 44 см. Эффект глобальных штормов добавило бы дополнительно около 17 см».
Шейн Стоун

Однако, как подчеркивают исследователи, неясно, какую роль этот процесс сыграл в общей потере воды на нашей соседней планете, та как эффект гигропаузы Марса мог раньше быть сильнее из-за его более плотной атмосферы.

«До того, как начался процесс, который мы описываем, должна была произойти значительная утечка атмосферы в космос. Мы должны еще точнее выяснить последствия этого процесса и момент, когда он начал действовать».
Шейн Стоун

Источник: wissenschaft.de

Солнечная система создавалась менее 200 000 лет

Самые старые из уже датированных твердых тел возникли в Солнечной системе менее чем за 200 000 лет. Об этом свидетельствуют включения метеоритов, богатые кальцием и алюминием. По этим включениям видна вся фаза развития системы нашей центральной звезды: от молекулярного облака до образования Солнца.

Вещество, из которого состоит Солнце и остальная часть Солнечной системы, породил коллапс большого облака газа и пыли. Астрономические наблюдения за молодыми звездными объектами показывают, что такому облаку требуется 1-2 млн лет, чтобы коллапсировать в звезду, образовав звездную систему.

Международная группа исследователей, возглавляемая планетологами (Вестфальский Вильгельмский университет, Мюнстер) обнаружила, что с момента образования Солнечной системы минуло свыше 4,5 млдр лет, а сформировалась она менее чем за 200 000 лет.

Первые твердые вещества, образовавшиеся в Солнечной системе, - это включения в метеоритах, имеющие размеры от микрометра до сантиметра, богатые кальцием и алюминием. Со времени их формирования прошло 4,567 млрд лет, а продолжался этот процесс примерно 40-200 тыс. лет.

Художественное изображение протопланетного диска молодой звезды, где формируются планеты Фото: ESO / L. Кальсада

Исследование показало, что большая часть материала, из которого состоит Солнце и Солнечная система, накапливалась быстро. В это же время были сформированы твердые тела, самые старые из уже датированных, а процесс их образования длился менее 200 000 лет.

Исследовательская группа определила изотопный состав молибдена и микроэлементов различных включений углеродистых хондритов. Место образования этих примитивных метеоритов - внешняя Солнечная система.

Включения содержат весь спектр материала первых дней Солнечной системы, в частности протопланетного газо-пылевого диска, из которого были сформированы планеты. А поскольку ученые знают, когда и сколько времени потребовалось для формирования включений, это дает им способ датирования временного периода, в течение которого сформировалось Солнце.

Если сравнить время, потребовавшееся для рождения Солнечной системы и человека, то соотношение покажет, что беременность продлится не девять месяцев, а всего около двенадцати часов. Отсюда вывод: образование Солнца и Солнечной системы было относительно быстрым.

Источник: astronews.com

Есть ли минералы, светящиеся в ультрафиолете?

На первый взгляд этот сине-фиолетовый светящийся минерал кажется прибывшим к нам из иных миров. Но это вполне земной хакманит - минерал, светящийся в ультрафиолете.

Флуоресценция основана на эффекте света: если высокоэнергетическое излучение, например УФ-свет, попадает на атом или молекулу, то часть его энергии может быть поглощена электронами вещества. В результате они ненадолго перепрыгивают на более дальнюю орбиту, но вскоре возвращаются на прежнюю и снова высвобождают избыточную энергию в виде флуоресцентного света. Как правило, он обладает немного меньшей энергией, чем испускавшийся ранее. Именно поэтому обычно невидимый ультрафиолетовый свет снова становится для нас видимым.

Это явление более подробно исследовала международная группа Мики Ластусаари из Университета Турку с помощью минерала хакманита. Он встречается в Афганистане, Гренландии, Канаде, Пакистане и при нормальном освещении бывает незаметного серого цвета. Однако в УФ-свете он сияет сине-фиолетовыми оттенками.

Хакманит - минерал, светящийся в ультрафиолете Фото: Мика Ластусаари

Ученых особенно интересовало, какие компоненты вызывают флуоресценцию этого природного минерала. У многих других она зависит от ионов, которые интегрированы в кристаллическую решетку и чьи электроны особенно легко возбудить. Например, встречающиеся в природе кристаллы апатита обязаны своим свечением, среди прочего, ионам марганца и редкоземельных металлов.

С помощью экспериментов с УФ-светом и расчетов исследователи определили также компоненты, которые придают хакманиту на этой фотографии его яркий цвет. Выяснилось, что решающую роль в этом играют ионы железа, калия, серы, титана.

В итоге ученые смогли разработать синтетический материал, который флуоресцирует значительно дольше, чем хакманит. Полученные результаты будут использоваться в будущем и для разработки лучших синтетических веществ, чем те, которые уже используются для светящихся знаков аварийного выхода.

Космический аметист в умирающей звезде

На Земле могут образоваться аметисты, если пузырьки газа в лаве остывают при необходимых для этого условиях. В космосе умирающая звезда с массой, равной солнечной, способна создать структуру, не уступающую по привлекательности этим прекрасным драгоценным камням.

Когда звезда солнечного типа сбрасывает свои внешние слои, ее ядро сжимается. Используя рентгеновскую обсерваторию Чандра НАСА, астрономы обнаружили пузырь из сверхгорячего газа в центре одной из этих умирающих звезд нашей галактики, планетарной туманности с каталожным номером IC 4593. От нас ее отделяет приблизительно 7800 световых лет. IC 4593 - самая далекая планетарная туманность, обнаруженная Чандрой.

На этом новом изображении фиолетовые рентгеновские лучи от Чандры напоминают о сходстве IC 4593 с аметистами. Пузырь, обнаруженный Чандрой, - это газ, нагретый до более миллиона градусов. Такая высокая температура, вероятно, была вызвана материалом, который оторвался от сморщенного ядра звезды и натолкнулся на выброшен звездой газ.

Рентгеновский снимок: NASA/CXC/UNAM /J. Toalá.; Оптический: NASA/STScI

Это составное изображение также содержит данные о видимом свете, полученные с Хаббла (розовый и зеленый). Розовые области на  его изображении - это наложение на излучение более холодного газа, состоящего из комбинации азота, кислорода и водорода, а зеленое в основном связано с азотом.

Астрономы называют такие объекты, как IC 4593, «планетарными туманностями», но они не имеют никакого отношения к планетам. (Название было дано около двух веков назад, потому что такие объекты при наблюдении в небольшой телескоп выглядели как диск планеты). В действительности планетарная туманность образуется после сжатия внутренней части звезды с массой, примерно равной солнечной, и расширения и охлаждения ее внешних слоев. Что касается Солнца, его внешние слои во время их красной гигантской фазы простираются на несколько миллиардов лет в будущее до орбиты Венеры.

Наряду с горячим газом, исследователи обнаружили доказательства присутствия в центре IC 4593 точечного источника высокоэнергетического рентгеновского излучения, более сильного, чем в пузырьке горячего газа. Точечный источник может быть от звезды, которая отбросила свои внешние слои для формирования планетарной туманности, либо от звезды-компаньона в этой системе.

Источник: phys.org

Радиотелескоп впервые нашел коричневый карлик

Коричневые карлики - это космические тела, достаточно массивные, чтобы вызвать в своих ядрах синтез дейтерия или лития, и, следовательно, не являющиеся планетами. Но они слишком маленькие, чтобы расплавить в своих ядрах водород, а потому это не звезды.

Наименее массивные (Y-карлики) немного больше Юпитера. Температура их поверхности всего 700 К, поэтому заметного свечения у таких коричневых карликов не наблюдается. У одного из них астрономы обнаружили присутствие облаков, а это значит, что эти объекты могут быть очень похожими на Юпитер

Иллюстрация трех типов коричневых карликов Фотография: NASA/JPL-Caltech

Самые массивные (L-карлики) меньше Юпитера. Поскольку они имеют большую массу, то сжимают своей силой тяжести внешний газовый слой. Он уплотняется, поэтому диаметр этих небесных тел равен примерно 80 % диаметра Юпитера. Температура поверхности L-карликов около 2800 К, то есть достаточно высокая, чтобы они могли излучать теплое красное свечение и походить на маленькие красные карликовые звезды.

Обнаружить коричневые карлики бывает сложно. Большинство из них идентифицируются инфракрасными телескопами, поскольку могут излучать много тепла. Это не подходит для более холодных красных карликов, но недавно группа ученых применила радиотелескоп и с его помощью сумела отыскать такой объект, что открывает путь к новому способу поиска.

Большие планеты, такие как Юпитер, излучают огромное количество радиосвета, так как у них есть сильные магнитные динамо. Их магнитные поля могут захватывать заряженные частицы, отправляя их по спирали к полюсам, около которых они врезаются в атмосферу карлика, создавая полярное сияние, подобное тому, что мы видим на Земле. Заряженные частицы ускоряются вдоль магнитных полей, а потому они испускают радиосвет.

Поскольку коричневые карлики похожи на Юпитер, у них есть полярное сияние, излучающее радиоволны. Астрономы и раньше наблюдали радиоизлучение коричневых карликов.

В этом новом исследовании команда использовала низкочастотный радиотелескоп LOFAR для захвата радиосигнала от неизвестного коричневого карлика. Он и стал первым коричневым карликом, обнаруженным исключительно с помощью радио.

Источник: universetoday.com

Почему в космосе становится все жарче и жарче?

Связанный с галактиками газ значительно нагрелся с первых дней существования Вселенной. Его средняя температура увеличилась в десять раз.

Температура, царящая в космосе, не укладывается в наши земные представления о жаре и холоде. Поскольку плотность материи там обычно чрезвычайно мала, ничто не может нагреть тело космонавта. Однако пространство, особенно вокруг галактики, заполнено межзвездной средой, состоящей в основном из водорода и пыли. По кинетической энергии мелких частиц можно вычислить ее среднюю температуру, которая по земным масштабам чрезвычайно высока: около 2 000 000 °C.

Как сообщает группа астрономов, возглавляемая И-Куан Чаном (Университет штата Огайо, Колумбус), в первые дни существования Вселенной - с тех пор минуло 11 млрд лет - измеренная таким образом средняя температура составляла около 200 000 °C. В своем материале для The Astrophysical Journey ученые дают объясняют: мелкодисперсное вещество нагревается, так как газ притягивается силой тяжести галактик и при этом сжимается.

Туманность Лисий Мех в окружении газа и пыли

«Это притяжение очень сильное - настолько сильное, что ударными волнами сжимается и нагревается все больше и больше газа».
И-Куан Чан

Прежде всего, удивляет притяжение так называемых гало темной материи - больших сферических скоплений невидимой темной материи, окружающей практически все галактики. В ней и кроется причина объединения галактик и формирования за миллиарды лет таких гигантских структур, как скопления галактик, вызывающих затем нагревание.

Насколько межзвездный газ «горяч», видно по небольшому локальному изменению космического микроволнового фона. С этой целью Чан и его команда изучили данные космического телескопа Planck и связали среднюю температуру, измеренную в определенных местах, с расстоянием до объекта, которое можно узнать по его красному смещению. Чем больше свет смещается в сторону красных длин волн, тем дальше находится объект и, соответственно, он старше, а потому холоднее.

Источник: spektrum.de