Новый вид «Столпов творения» с телескопа Уэбба

В середине 1990-х годов космический телескоп Хаббл представил нам изображение, которое в астрономии сейчас является одним из самых знаковых. В туманности Орла, которую отделяют от нас приблизительно 7000 световых лет, на фоне множества мерцающих звезд возвышаются «Столпы творения» - удивительные структуры межзвездной материи.

Снимок Хаббла «Столпов творения» 1995 года

Теперь телескоп Джеймса Уэбба снял из космоса и подарил нам новую потрясающую картину «Столпов творения».

Снимок Уэбба «Столпов творения» 2022 года

С точки зрения цвета, новый снимок с его оранжевыми и синими тонами напоминает изображение туманности Киля, известное уже несколько месяцев.

Снимок Уэбба туманности Киля

Красные светящиеся области, которые можно увидеть в верхней части некоторых колонн, также впечатляют. Это выбросы звезд, которые только что образовались из смеси газа и пыли. Огненное свечение исходит от молекулярного водорода, фонтанами вырывающегося из молодых звезд, возраст которых составляет всего сотни тысяч лет.

Как и на других изображениях, созданных NIR-камерой космического телескопа, здесь присутствуют искусственные цвета, так как она применяет и анализирует ближний инфракрасный диапазон, невидимый человеческому глазу. В зависимости от того, какие аспекты анализа необходимо подчеркнуть, астрономические изображения обрабатываются по-разному. Это также становится заметно на двух разных изображениях туманности Южное кольцо, сделанных телескопом Уэбба.

Сравнение снимков Хаббла и Уэбба туманности Южное кольцо

НАСА опубликовало новый снимок Уэбба вместе с версией Хаббла от 2014 года. По сравнению с изображением Уэбба, красочная туманность на снимке Хаббла скрывает огромное количество звезд.

Сравнение снимков Хаббла 2014 года и Уэбба 2022 года

Однако это сравнение может показаться несправедливым по отношению к старому космическому телескопу: в 2015 году он тоже показал захватывающий вид с бесчисленным количеством звезд.

Снимок Хаббла 2015 года

Тем не менее, изображение, полученное телескопом Джеймса Уэбба, показывает свежие детали. Новые данные облегчат исследование условий, при которых формируются звезды в туманности Орла.

Источник информации и фото: derstandard.at

Зефирная планета сбила астрономов с толку

Астрономы обнаружили самую «пышную» экзопланету размером с Юпитер вокруг красного карлика. Ее плотность составляет всего 0,27 г на см3 — вдвое меньше, чем у Сатурна, который в Солнечной системе является самым «разреженным» газовым гигантом. Никогда ранее вокруг красного карлика не попадалось таких ​​«пышных» газовых планет. Сегодняшние модели формирования планет с трудом объясняют, как она возникла.

Согласно современной теории, большие газовые планеты, такие как Юпитер и Сатурн, образуются, когда аккреционный диск звезды содержит достаточно материала. Обычно это характерно для более тяжелых звезд с массой не менее одной солнечной. Затем образуется массивное каменное ядро, которое связывает с собой много газа . Его высокая гравитациям ожет удерживать эту газовую оболочку после растворения первичного облака.

Однако газовые гиганты встречаются и у красных карликов с малой массой, хотя их аккреционные диски должны быть слишком легкими для такой большой планеты.

«Кроме того, аккреционный диск имеет более короткое время жизни в насыщенной УФ-излучением среде М-карликов».
Шабхам Канодиа из Университета штата Пенсильвания и его коллеги

Следовательно, у протопланеты на самом деле слишком мало времени, чтобы сформировать достаточно тяжелое ядро.

Команда Канодии обнаружила газовый гигант, необычный в нескольких отношениях. От нас экзопланету TOI-3757b отделяет приблизительно 580 световых лет. Она вращается вокруг более старого красного карлика, имеющего около 60 % массы и размера нашего Солнца. Наблюдения за транзитом со спутника НАСА TESS уже показали, что планета имеет диаметр около 150 000 км.

Это делает TOI-3757b редким для красного карлика газовым гигантом. Кроме того, у него еще и необычно тесная орбита. Астрономы определили, что для обращения вокруг родительской звезды экзопланете требуется всего 3,5 дня. TOI-3757b в десять раз ближе к своей центральной звезде, чем, например Меркурий.

«Предыдущие исследования обычно находили такие планеты-гиганты намного дальше от красных карликов».
Шабхам Канодиа

Однако еще более удивительной является плотность экзопланеты: с помощью наземных телескопов астрономы наблюдали крошечное колебание, вызванное гравитацией планеты на ее звезде, и смогли определить, что TOI-3757b имеет около земных 85 масс. Значит, этот газовый гигант имеет размеры Юпитера и только четверть его массы. Поэтому плотность экзопланеты составляет всего 0,27 г на см3.

«Таким образом, TOI-3757b имеет самую низкую плотность, когда-либо измеренную у планеты красного карлика»
Канодиа и его команда

Даже Сатурн, наименее плотная газовая планета в нашей Солнечной системе, в два раза плотнее этой экзопланеты. Плотность этого газового гиганта составляет всего четверть плотности воды, он пышный, как зефир, и может плавать даже в бассейне с водой.

Странно то, что когда газовые гиганты имеют исключительно низкую плотность, это обычно происходит из-за очень горячей раздутой газовой оболочки, когда планета получает много тепла от своей звезды — например горячего Юпитера.

«Но приток тепла к TOI-3757b не является аномально повышенным по сравнению с другими газовыми гигантами вокруг М-карликов. Поэтому мы считаем маловероятным, что раздутая природа TOI-3757b связана со звездным теплом».
Команда Канодиа

Большое количество внутреннего тепла также может раздувать планеты. Обычно это происходит, когда экзопланета очень молода и ее недра едва успели остыть. Однако в случае с TOI-3757b это тоже маловероятно, поскольку характеристики родительской звезды предполагают, что ей уже более семи миллиардов лет. Поэтому и ее планета вряд ли может быть моложе.

Астрономы предполагают, что виновниками ее пышности могут быть два фактора: во-первых, звезда и планета имеют относительно низкую металличность — они содержат только треть тяжелых элементов по сравнению с другими красными карликами и их газовыми планетами. Таким образом, аккреционный диск этой системы мог содержать гораздо меньше материала для формирования планет. Кроме того, такие первичные облака растворяются быстрее, чем богатые металлом

Это означает, что твердое ядро ​​газового гиганта, вероятно, не могло расти достаточно быстро, чтобы достичь своего полного размера. В результате оно ​​осталось меньшим и менее массивным, чем у других газовых гигантов, а газовая аккреция тоже началась позже.

«TOI-3757b — это неудавшийся Юпитер».
Команда Канодиа

Второй фактор: TOI-3757b вращается вокруг своей звезды по немного эксцентричной орбите. В результате гравитационное воздействие звезды на ее планету меняется во время движения по орбите. Это создает растягивающие и сжимающие приливные силы, которые могут нагревать внутреннюю часть и газовую оболочку газового гиганта, вызывая инфляцию.

«Такой приливный эффект может быть причиной, по крайней мере, частичного вздутия TOI-3757b».
Канодиа и его коллеги

Дальнейшие исследования должны прояснить, как и почему эта необычная экзопланета стала таким пышным газовым гигантом.

Источник информации и фото: scinexx.de

Первое изображение фотонного кольца M87*

Команда Эвери Бродерика (Институт теоретической физики Периметр, Канада) впервые сделала видимым фотонное кольцо черной дыры. Это явление, предсказанное больше века назад Альбертом Эйнштейном, происходит, когда свет не только преломляется гравитацией черной дыры, но и захватывается. Сразу за горизонтом событий эти захваченные фотоны образуют узкую зону, в которой они вращаются в течение длительного времени.

Чем старше фотоны, тем ближе они подходят к горизонту событий. Это образует узкое световое кольцо, разделенное на концентрические подкольца — своего рода капсулу времени для древнего света. Астрофизики уже более подробно исследовали это явление на моделях, но фотонное кольцо еще никто не видел. Предполагалось, что для этого будет недостаточно даже огромного разрешения массива телескопов Event Horizon.

Но команде Бродерика, повторно проанализировавшей данные черной дыры M87*, записанные телескопом Event Horizon, команде удалось сделать это кольцо видимым. Астрономы смогли отличить и изолировать излучение фотонного кольца от остального рассеянного света.

«Мы как бы выключили фары, чтобы увидеть светлячков».
Эвери Бродерик

Однако этот «светлячок» — самая яркая часть фотонного кольца — имеет толщину всего около одной микросекунды дуги, что намного ниже номинального разрешения EHT, составляющего около 20 микросекунд дуги.

«Но даже если мы не можем сразу увидеть толщину кольца, визуальные данные должны показать ожидаемый диаметр этого кольца около 40 угловых секунд».
Команда Эвери Бродерика

На основе этих знаний астрофизики разработали специальный алгоритм, повторно анализирующий необработанные данные телескопа Event Horizon для этой области.

«EHT — это, по сути, цифровой инструмент, который зависит как от алгоритмов, так и от стали его антенн».
Эвери Бродерик

Это позволило команде достичь, казалось бы, невозможного: они смогли идентифицировать сравнительно слабый свет от тонкого фотонного кольца в наборах данных черной дыры M87* за четыре разных дня наблюдений. В результате появились первые изображения ее фотонного кольца.

«Наблюдения EHT за излучением на горизонте событий M87* подтверждают наличие узкого светового кольца».
Команда Эвери Бродерика

Его излучение исходит в основном от самого внешнего и самого яркого из концентрических подколец.

«Этим мы сделали кое-что важное — вокруг черной дыры мы обнаружили фундаментальную сигнатуру гравитации».
Эвери Бродерик

Четыре изображения фотонного кольца не только соответствуют ожиданиям теоретических предсказаний размера и внешнего вида, но показывают временное развитие: более темное пятно в фотонном кольце меняет свое положение и яркость в течение периода наблюдения. Команда предполагает, что здесь можно увидеть «след» струи частиц и лучей M87*.

«Но еще важнее то, что не меняется: узкое фотонное кольцо не показывает каких-либо существенных изменений своих размеров».
Команда Эвери Бродерика

Размер кольца определяется гравитацией черной дыры, а она не меняется так быстро. По данным измерений фотонное кольцо имеет диаметр 43,48 микросекунд дуги. Это также помогает еще больше сузить размер горизонта событий.

Основываясь на этом значении, астрономы также смогли определить массу черной дыры более точно, чем это было возможно ранее. У центральной черной дыры М87 масса равна 7,13 миллиардам солнечных.

Теперь Бродерик и его коллеги надеются собрать и визуализировать еще больше информации о черной дыре M87* в будущих наблюдениях.

Источник информации и фото: scinexx.de

Первая находка экзопланеты - прямое попадание!

Новый инфракрасный инструмент телескопа Subaru ищет в космосе экзопланеты. Его первая находка: планета Ross 508b, которая, возможно, содержит жидкую воду. Благодаря эллиптической орбите вокруг своей центральной звезды Ross 508, в созвездии Змеи (лат. Serpens), внесолнечная планета регулярно погружается в зону обитаемости.

Хорошим предзнаменованием для будущих открытий является последняя находка суперземли телескопом Subaru. Экзопланета находится от Земли на расстоянии всего 37 световых лет и совершает по эллиптической орбите облет своего красного карлика за одиннадцать дней, частично находясь в обитаемой зоне, что делает ее хорошим кандидатом для наличия жизни и жидкой воды.

Экзопланета Ross 508b с массой в четверо превышающей массу Земли стала первым открытием "Инфракрасного допплера", нового инструмента телескопа Subaru . Инфракрасный прибор, разработанный в японском Центре астробиологии, должен продолжать выявлять признаки планет вокруг таких красных карликов. Успешный старт дает надежду найти еще лучших кандидатов.

Около трех четвертей всех звезд в Млечном Пути являются красными карликами. Поэтому они часто встречаются и вблизи Земли. Это делает эти звезды важными объектами для поиска жизни и ближайших экзопланет. Однако низкая температура красных карликов и коэффициент излучения в видимом спектре затрудняют их изучение. При этом они излучают значительно больше излучения в инфракрасном диапазоне. Такие приборы, как "Инфракрасный допплер", используют это преимущество с помощью одноименного метода.

Еще предстоит выяснить, действительно ли можно найти жидкую воду на этой планете. Однако то, что первое открытие, сделанное прибором, показывает внесолнечную планету, расположенную так близко к обитаемой зоне, служит хорошим предзнаменованием для будущих проектов.

"Мы продолжаем наши разработки и исследования, не теряя надежды найти планету, похожую на Ross 508b".
Главный исследователь команды Бун'эй Сато, профессор Токийского технологического института

Источник информации и фото: spektrum.de

Столкновение нейтронной звезды с компаньоном

Астрономы впервые наблюдали один из самых мощных взрывов миллиметрового диапазона в космосе — столкновение нейтронной звезды со звездой-компаньоном. Возникший короткий гамма-всплеск был одним из самых сильных из когда-либо обнаруженных. Анализ послесвечения в длинноволновом миллиметровом диапазоне позволил исследователям определить происхождение вспышки и ширину ее энергичных струй, что дало важную информацию о таких событиях.

Гамма-всплески — самые яркие и энергичные взрывы в космосе: за считанные секунды они могут высвободить столько же излучения, сколько наше Солнце испускает за всю свою жизнь. Длинные гамма-всплески, длящиеся до нескольких минут, вероятно, вызваны сверхновыми , а короткие — следствием столкновения нейтронной звезды со звездой-компаньоном. Это «фабрики», на которых формируются тяжелые элементы нашей вселенной.

В далекой галактике нейтронная звезда столкнулась с другой звездой и выпустила один из самых сильных коротких гамма-всплесков, когда-либо наблюдавшихся

Взрыв, вызванный таким столкновением, создает концентрированные струи энергичных частиц и излучения. Если один из этих движущихся пучков лучей попадает на Землю, он генерирует импульс гамма-излучения, обычно короткий, длящийся всего несколько десятых секунды.

«Излучение от послесвечения необходимо, чтобы выяснить, из какой галактики был гамма-всплеск и как произошел взрыв».
Вкдущй автор Танмой Ласкар, Университет Радбауд, Нидерланды

Особое значение имеют длинноволновые составляющие излучения, обусловленные взаимодействием струй и газа вокруг них. Однако до сих пор астрономы смогли наблюдать только полдюжины коротких гамма-всплесков в радиоволновом диапазоне. Имеющиеся телескопы были слишком слабы для миллиметровых волн, и всплески были слишком далеко.

Сейчас впервые смогли зафиксировать миллиметровое излучение как результат столкновения нейтронных звезд. Благодаря высокому разрешению и чувствительности сети радиотелескопов ALMA данные миллиметрового диапазона показали истинное местоположение и природу GRB 211106A. Столкновение нейтронной звезды было на расстоянии красного смещения z = 0,7-1,4, то есть гамма-всплеск произошел, когда возраст Вселенной составлял всего 40 % от нынешнего.

Миллиметровое послесвечение гамма-всплеска GRB 211106A, полученное обсерваторией ALMA

Рентгеновские лучи, выпущенные после взрыва, считаются одними из самых сильных, когда-либо обнаруженных в таких гамма-всплесках, и то же самое относится к радиоизлучению. Миллиметровое излучение важно и для измерения угла раскрытия струи, определения характеристик коротких гамма-всплесков и для сравнения их, например, со скоростью столкновений нейтронных звезд и их слияний с черными дырами.

Анализ данных ALMA показал, что струя от GRB 211106A имела угол раскрытия около 15,5 градусов. Это один из самых широких углов распространения струи, когда-либо наблюдавшихся при аналогичном гамма-всплеске. Исходя и своих данных, астрономы делают вывод, что ALMA сможет в будущем обнаруживать примерно одно сопоставимое событие в год, что превосходит все предыдущие показатели выявления в радиодиапазоне таких коротких гамма-всплесков.

Астрономы считают, что наблюдение гамма-всплесков и их послесвечения в полном спектре излучения открывает новые возможности для изучения этих загадочных сверхвзрывов.

Источник информации и фото: scinexx.de

Новый рекордсмен космического магнитного поля

Магнитные поля часто создаются движущимися электрическими зарядами. В земном ядре их приводит в действие геодинамо нашей планеты, в технических устройствах или лабораториях - притяжение электромагнитов. Но рекорды бьют генераторы космического магнитного поля: сильно ускоренные потоки частиц вокруг черных дыр или определенных нейтронных звезд, магнетаров, могут генерировать магнитные поля в миллионы Тесла.

Пульсар огромной яркости

Теперь астрономы обнаружили нового рекордсмена среди генераторов космического магнитного поля. Им стала нейтронная звезда, которая извлекает большое количество материала из звезды-партнера и испускает мощные рентгеновские лучи. Двойная звездная система, получившая название Swift J0243.6+6124, была обнаружена в 2017 году, когда произошел выброс струи чрезвычайной яркости и энергии. По мнению астрономов, эта нейтронная звезда является ультраярким пульсаром.

Давно предполагалось, что у таких ультраярких нейтронных звезд должно быть особо сильное магнитное поле. Из-за противоречивых результатов предыдущих определений магнитного поля Swift J0243.6+6124 команда Линг-Да Конга из Китайской академии наук приступила в 2020 г. к измерениям с помощью нового китайского рентгеновского телескопа Insight-HXMT.

Линия поглощения в рентгеновском спектре

Анализы выявили заметную линию поглощения в рентгеновском спектре излучения пульсара в диапазоне энергий 146 килоэлектронвольт. Это показало типичные признаки так называемого циклотронного резонансного рассеяния, которые образуются, когда электроны сильно рассеиваются и ускоряются в магнитном поле небесного тела. Если затем они сталкиваются с рентгеновскими лучами, то проглатывают определенные части этого излучения.

Энергия, при которой возникает эта линия поглощения, позволяет сделать выводы о напряженности магнитного поля в месте события — а в случае Swift J0243.6+6124 оно огромно и намного превосходит предыдущих рекордсменов. Следовательно, у этой нейтронной звезды тоже должно быть необычайно сильное магнитное поле.

Сильнейшее из когда-либо измеренных магнитных полей

Основываясь на своих измерениях, астрономы пришли к выводу о напряженности поля в 1,6 млрд Тесла. Это самое сильное поверхностное магнитное поле, когда-либо измеренное непосредственно с помощью циклотронного резонансного рассеяния и известное на сегодняшний день в космосе.

Более тщательный анализ рентгеновских лучей, испускаемых Swift J0243.6+6124, также позволяет предположить, что у этого пульсара нет простого дипольного магнитного поля, такого как у Земли. Его магнитное поле, видимо, имеет сложную многополюсную структуру. Рентгеновские двойные системы аналогичных нейтронных звезд могут также иметь мультипольные магнитные поля.

Если это подтвердится, то сможет объяснить противоречивые данные измерений магнитного поля многочисленных нейтронных звезд: поскольку другие методы измерения, использовавшиеся ранее, регистрировали только дипольную составляющую магнитного поля, они пропускали полную напряженность магнитного поля.

Источник информации и фото: scinexx.de

Самый глубокий инфракрасный взгляд в космос

Никто никогда не заглядывал так глубоко в космос, как JWST. Космический телескоп, которому дали по имени второго руководителя НАСА название "Джеймс Уэбб", создал наиболее глубокое инфракрасное изображение дальнего космоса, как и ожидалось, значительно более детальное и четкое, чем изображения "глубокого поля", представленные космическим телескопом "Хаббл", который не специализируется на инфракрасном диапазоне.

Телескоп "Джеймс Уэбб", отправленный 25 декабря 2021 в космос, стал самым большим и мощным космическим телескопом. Благодаря 6,50-метровому главному зеркалу и четырем оптическим инструментам, оптимизированным для работы в инфракрасном диапазоне, он будет видеть дальше и четче, чем любой другой телескоп до него. Астрономы хотят заглянуть в раннюю Вселенную, когда возникали первые галактики, а также наблюдать звездные колыбели, экзопланеты и другие космические объекты в инфракрасном свете.

После сложного разворачивания и настройки зеркала и солнечного паруса в космосе, а также обширных испытаний и калибровки "Джеймс Уэбб" готов приступить к выполнению своей научной миссии. Первое изображение нового телескопа было лично представлено президентом США Байденом в Белом доме вчера вечером. Это так называемое изображение "глубокого поля" — портрет далеких галактик, созданный с помощью длинных экспозиций.

Первое глубокое поле "Джеймса Уэбба" показывает галактическое скопление под названием SMACS 0723, откуда свет идет к нам 4,6 миллиарда лет. Большая гравитация этих галактик и связанной с ними темной материи делает из этого скопления гравитационную линзу для сотен еще более отдаленных, слабо видимых фоновых галактик. Детальное изображение было сделано с помощью самого острого инфракрасного глаза телескопа: камеры NIRCam.

Скопление галактик под названием SMACS 0723 и фоновые далекие галактики

"Первое глубокое поле 'Джеймса Уэбба' — это не только первое полноцветное изображение с этого космического телескопа, но и на сегодняшний день самое четкое и глубокое изображение далекой Вселенной в инфракрасном диапазоне, — поясняет Билл Нельсон, администратор НАСА. — Это изображение охватывает область неба, эквивалентную размеру песчинки, находящейся на расстоянии вытянутой руки. Это первый крошечный кусочек огромной Вселенной".

Чтобы сделать видимыми чрезвычайно слабые галактики, телескоп нацеливался на этот участок неба 12,5 часов. Используемая для этой цели камера NIRCam, работающая в ближнем инфракрасном волновом диапазоне (от 0,5 до 0,6 мкм), всегда одновременно направлена на два соседних участка неба. Она содержит десять ртутно-кадмиево-теллуриевых детекторов, функционирующих как ПЗС в обычных цифровых камерах.

"Это лишь первый взгляд на то, на что способен Уэбб, — отмечает Макарена Гарсия Марин из Европейского космического агентства. — Несмотря на то, что это первое глубокое поле уже заставило нас задуматься, я с нетерпением жду изображений и научных данных, которые будут поступать к нам в ближайшие годы". Сегодня вечером НАСА опубликует следующую партию первых снимков космического телескопа.