Марсианские кратеры с загадочным содержимым

Слоистые отложения в крупных марсианских кратерах представляют загадку для планетологов.

Несмотря на то, что Марс является одной из наиболее изученных и посещаемых планет нашей Солнечной системы, некоторые его явления до сих пор остаются загадками. К ним относятся странные слоистые отложения, наблюдаемые в некоторых крупных кратерах в регионе Арабия Терра на севере Красной планеты. Их форма, расположение и возникновение не соответствуют обычным ветровым или водным наносам.

Плато Арабия Терра лежит к северу от марсианского экватора, точно напротив региона Тарсис с его большими щитовыми вулканами, такими как Олимпус Монс и Павонис Монс. Однако, как обнаружили ученые-планетологи некоторое время назад, Аравия Терра тоже является местом древнего марсианского вулканизма. Кальдеры и слои пепла толщиной в несколько сотен метров свидетельствуют о том, что на этой изрытой кратерами территории, возможно, когда-то даже существовали супервулканы. К тому же край плато мог быть затоплен мегацунами около 3,4 миллиарда лет назад.

Слоистые отложения кратера в марсианском регионе Арабия Терра Фотография: © NASA/JPL-Caltech / Университет Аризоны

Это изображение, полученное с борта Mars Reconnaissance Orbiter, выполнено камерой HIRISE. Снимок показывает еще один, пока еще загадочный феномен региона Арабия Терра: внутри многих крупных кратеров этой области находятся странные, слоистые отложения. Однако, в отличие от ветровых седиментов, они залегают преимущественно на южной стороне кратеров, а некоторые наносы, помимо горизонтальных слоев, имеют спицеобразные ребра, тянущиеся прямо наружу.

Еще одной поразительной особенностью является то, что эти отложения встречаются только в кратерах диаметром более 600 метров, а в небольших, шириной менее 450 метров, их никогда не обнаруживали. До сих пор неясно, что представляют собой эти слоистые образования. Однако исследователи планет предполагают, что эти слои могли сформироваться в результате поэтапной сублимации или выхода жидких соленых подземных вод.

Источник: scinexx.de

«Темные фотоны» нагревают космические облака?

Избыточное тепло в межгалактической среде может исходить от экзотических частиц.

Загадочная аномалия: многие межгалактические газовые облака теплее, чем должны быть. Но что их греет, до сих пор оставалось загадкой. Теперь физики, кажется, смогли найти причину: «темные фотоны». Эти потенциальные частицы темной материи могут трансформироваться в обычные фотоны при определенных условиях, выделяя при этом тепло. Согласно моделированию, наблюдаемая аномалия точно соответствует этому эффекту, сообщают исследователи.

Когда свет далеких квазаров и галактик пронизывает межгалактические газовые облака, атомы и молекулы этой среды оставляют в световом спектре характерные линии поглощения. При этом наиболее заметными являются спектральные линии водорода, так называемые линии Лаймана-альфа. В зависимости от расстояния до газообразного водорода эти линии смещены на разное расстояние в длинноволновую область, поэтому в спектрах часто из них виден целый «лес».

Загадка слишком широких спектральных линий

Однако странно, что линии Лаймана-альфа некоторых межгалактических облаков необычайно сильно расширены.

«Лес Лайман-альфа подобен калориметру: ширина линий поглощения отражает температуру межгалактического водорода».
Джеймс Болтон, Ноттингемский университет, и коллеги

Согласно современным моделям, этот водород нагревается в основном УФ-излучением звезд и квазаров. Для далеких облаков космического водорода расширение линий хорошо согласуется и с нагревающим эффектом этого излучения. Однако это не относится к межгалактическому водороду в нашем космическом окружении: вплоть до красного смещения около z=2 линии Лайман-альфа значительно шире, чем должны быть.

«Это говорит о том, что здесь работает нагрев, которого нет в моделях».
Джеймс Болтон и коллеги

Согласно измерениям, это дополнительное тепло соответствует энергии до 6,9 электрон-вольт на протон.

Темные фотоны как возбудители?

Межгалактическая среда в нашем космическом окружении горячее, чем должна быть

Но откуда берется эта энергия? Болтон и его команда подозревают в этом особую частицу:

«Избыточное тепло может быть признаком темных фотонов — кандидатов на частицы темной материи».
Соавтор исследования Андреа Капуто, CERN, Женева

Когда эти темные фотоны сталкиваются с облаками ионизированного газа определенной плотности, могут возникать резонансные эффекты, преобразующие их в нормальные фотоны, высвобождая при этом энергию.

«В результате темный фотон может нагревать межгалактический газ, что делает линии поглощения шире».
Андреа Капуто

Используя симуляции физической модели, исследователи выясняли, может ли наблюдаемое расширение альфа-линий Лаймана объясняться этим процессом преобразования. В частности, они проанализировали плотность газовых облаков, при которой возникает необходимый резонансный эффект и какую массу должны бы иметь гипотетические частицы.

Модель соответствует данным наблюдений

Результат: межгалактические газовые облака в нашем непосредственном космическом окружении имеют плотность, соответствующую эффекту резонанса. Следовательно, в них может происходить превращение темных фотонов в их нормальные аналоги.

«Поэтому большинство резонансных преобразований происходит при красном смещении z=2. Значит, это могло бы объяснить расширение линий поглощения при малых красных смещениях».
Джеймс Болтон и коллеги

В отличие от водородных облаков в нашем ближайшем космическом окружении, находящиеся дальше уже не имеют необходимой плотности для этого процесса. Поэтому их линии Лаймана-альфа меньше отклоняются от теоретически ожидаемых значений. Однако даже в этих далеких межгалактических облаках небольшая часть наблюдаемого расширения линий может быть связана с темными фотонами.

«Интересно то, что в лесу Лайман-альфа на самом деле есть доказательства того, что и межгалактическая среда горячее при красном смещении z=3, чем предсказывается в канонических моделях УФ-нагрева».
Джеймс Болтон и коллеги

Не единственный кандидат

«Наше исследование — первый убедительный признак того, что объяснить наблюдения может и поступающая энергия темной материи».
Джеймс Болтон и коллеги

Если темные фотоны существуют, то модель сужает их энергию и, следовательно, их массу примерно до десяти квадриллионных долей электрон-вольта на квадратный метр скорости света (10 -14/c2 ). Это соответствует примерно 0,1 триллионной части массы электрона.

Однако физики признают, что не могут исключить и других объяснений расширения спектральных линий.

«Если же будущие исследования исключат эти общепринятые объяснения, мы, возможно, обнаружим первый эффект темной материи, не связанный с гравитацией».
Космолог Сэм Витте, Амстердамский университет.

Источник информации и фото: sscinexx.de

Хаббл сделал самое четкое изображение NGC 6530

Эта космическая структура выглядит как гигантская стена дыма и пламени. Но то, что кажется катастрофой, на самом деле является частью высокопродуктивной звездной колыбели.

На этом изображении Хаббла видно NGC 6530. Это рассеянное звездное скопление, состоящее из нескольких тысяч молодых звезд в туманности Лагуна, находящееся от нас приблизительно в 4350 световых годах.

Туманность Лагуна — это газопылевое облако в созвездии Стрельца, настолько огромное, что его можно увидеть в небе даже в небольшой бинокль. В этой протяженной звездной колыбели все время образуются новые звезды. Сформировавшись в результате коллапса плотных сгустков газа, они растут в плотном коконе из материала, который скрывает эти протозвезды от поля зрения наших телескопов.

Иная ситуация с той частью туманности Лагуна, которую запечатлел космический телескоп Хаббл. NGC 6530 представлена здесь в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. В этом скоплении сияет более 3000 протозвезд и звезд возрастом от четырех до шести миллионов лет.

Снимок NGC 6530, молодого рассеянного звездного скопления

Астрономы предполагают, что образование этих молодых звезд началось, когда эта часть туманности Лагуна пересекла основную плоскость нашей галактики. Связанная с этим гравитационная турбулентность могла привести к коллапсу газов и началу звездообразования.

Несколько сотен звезд в звездном скоплении принадлежат к классу звезд типа T-Tauri. У этих протозвезд есть явный зазор между растущей звездой и внутренним краем вращающегося диска материи, из которого они черпают сырье. Это мешает им всасывать больше газов. Только недавно астрономы обнаружили, что такие звезды преодолевают это препятствие с помощью своих сильных магнитных полей.

Источник информации и фото: scinexx.de

Экзопланета на спиралевидном пути к смерти

Когда планеты вращаются близко к своей звезде, ее гравитация создает мощные приливные силы. Они могут замедлить движение экзопланеты и еще больше сузить ее орбиту. Так планета попадает на спиралевидный смертельный курс, который заканчивается ее столкновением со звездой.

Когда через несколько миллиардов лет наше Солнце подойдет к концу своего жизненного цикла, то произойдет его постепенное расширение и превращение в красного гиганта, а радиус увеличится настолько, что наше светило постепенно разорвет и поглотит все свои внутренние планеты. Но даже до этого слишком близкое нахождение к звезде может стать опасным. Ее гравитационное влияние создает приливные силы в близлежащих планетах, замедляя их и тем самым постепенно сужая их орбиты.

Вокруг субгигантов жить опасно

Теперь астрономы, возглавляемые Шреясом Виссапрагадой, обнаружили горячий газовый гигант, вставший на смертельный путь. Горячий юпитер Kepler-1638b постепенно приближается к своей звезде и в далеком будущем будет поглощен ею. Этот газовый гигант - первая экзопланета вокруг стареющей, уже расширяющейся звезды, почти полностью исчерпавшей запасы водорода в своем ядре, у которой обнаружена такая спирально сужающаяся орбита. Ядерный синтез переместился в оболочку, в результате сгорания которой звезда раздувается и становится так называемым субгигантом.

Субгиганты — это стареющие звезды, которые уже покинули главную последовательность и находятся на пути к превращению в гигантов

Газовый гигант Kepler-1638b стал первой экзопланетой, обнаруженной космическим телескопом Kepler в 2009 году на основе ее транзита. Однако прошло еще десять лет, прежде чем дальнейшие наблюдения смогли подтвердить существование этой планеты, находящейся от нас приблизительно в 5000 световых годах и по размеру примерно соответствующей Юпитеру, но в пять раз тяжелее. Экзопланета вращается вокркг стареющей звезды на удалении всего 0,05 ае - это соответствует примерно 1/8 расстояния Меркурий-Солнце. Таким образом, планете требуется всего 3,8 дня на один виток вокруг своей звезды.

Экзопланета вокруг растущего субгиганта

Таким образом, это одна из менее десятка известных нам экзопланет, вращающихся вокруг раздувающегося субгиганта. Несколько лет назад появились первые признаки того, что это влияет на орбиту Kepler-1638b. Команда Виссапрагада собралиа и проанализировала дополнительные данные наблюдений транзитов Кеплера, Хейла и TESS, который работает с 2018 года. В совокупности они позволили измерить и сравнить орбитальные периоды планеты за 13 лет.

Горячий газовый гигант Kepler1638b вращается вокруг расширяющейся звезды-субгиганта по постоянно сужающейся орбите.

Анализ подтвердил, что орбита Kepler-1638b уже немного изменилась под воздействием звездных приливных сил. Согласно результатам измерений, ежегодное сокращение орбитального периода горячего газового гиганта равно 131 миллисекунде.

"Мы и раньше наблюдали экзопланеты, приближающиеся к своим звездам по спирали, но никогда раньше мы не обнаруживали этого у экзопланет вокруг стареющей звезды в конце ее жизненного цикла. Теория заключается в том, что такие субгиганты особенно эффективно высасывают энергию из орбит вращающихся вокруг них планет".
Шреяс Виссапрагада

Согласно этой теории, сжимающееся звездное ядро и расширяющиеся внешние слои гарантируют, что такие высокоразвитые звезды оказывают более сильное приливное воздействие на свои планеты. Сейчас команда может проверить эту теорию на основе наблюдений".

Горячее и ярче, чем обычно

Сильные приливные силы звезды также могут объяснить, почему планета Kepler-1638b кажется горячее и ярче, чем должна быть: притягивающие силы растягивают и сжимают ее внутренности, нагревая их еще больше. Астрономы сравнивают это с влиянием Юпитера на его луну Ио. Ее внутренняя поверхность настолько нагрета приливными силами, что в Солнечной системе Ио - самое вулканически активное небесное тело. Аналогично и Kepler-1638b может нагреваться под действием приливных сил своей звезды.

"Теперь, когда у нас впервые есть свидетельства спиральной орбиты планеты вокруг далеко зашедшей звезды, мы можем использовать их, чтобы сделать наши модели физики приливов более точными. Таким образом, система Kepler-1638 может служить нам в качестве небесной лаборатории в ближайшие годы".
Шреяс Виссапрагада

Астрономы намерены также продолжить наблюдение за горячим газовым гигантом и его звездой.

Источники информации и фото: wissenschaft.de, scinexx.de

Мы уже нашли червоточины, но не узнали их?

Теория червоточин — их еще называют "звездные врата" — знакома большинству по научно-фантастическим сериалам. На самом деле, идея такого короткого пути через пространство (и время) основана на теории физики. Однако ни один из этих объектов до сих пор не обнаружен. Недавнее исследование болгарских астрономов позволяет предположить, что мы, возможно, уже нашли червоточины, но еще не узнали их, считая черными дырами.

Как сообщает команда Валентина Делийски из Софийского университета в Physical Review D., ученые предлагают первые способы, как распознать червоточины и отличить их от черных дыр. Для исследования этой концепции они создали упрощенную модель того, как входы в червоточину будут выглядеть с астрономической точки зрения при наблюдении с Земли, например, Телескопом Горизонта Событий.

Основываясь на этих симуляциях, физики пришли к выводу, что такие частицы будут генерировать сильные электромагнитные поля, которые будут вести себя предсказуемо и поляризовать любой свет, испускаемый такой нагретой материей, с четко различимой сигнатурой. Аналогичным образом свет от такой материи позволяет отображать горизонты событий известных нам черных дыр в галактиках Мессье 87, M87* и в Млечном Пути.

Однако сначала было трудно различить входы в червоточину и в черную дыру. Сравнение симуляций показало, что их отличие составляет всего 4 %. Только разница в диаметре, при прочих равных условиях, может указывать на то, что меньшая - это червоточина.

Исходя из этого, черная дыра "M87*" в центре Мессье 87 вполне может оказаться червоточиной

В то же время червоточины могут располагаться и вблизи черных дыр, из-за чего их будет еще труднее отличить друг от друга. Тем не менее, исследователи уверены, что это возможно. Некоторые особые свойства этих двух объектов, по-видимому, отличались бы, если бы для их наблюдения использовалась так называемая гравитационная линза, с помощью которой уже сделано не одно открытие космических объектов.

Кроме того, мы могли бы также распознать червоточину, если бы наблюдали ее под правильным углом - тогда свет пересекал бы вход точно по линии нашей видимости, обнаруживая описанную уникальную сигнатуру. Будущие анализы должны изучить и другие способы обнаружения червоточин.

Источник информации и фото: grenzwissenschaft-aktuell.de

Структура нейтронных звезд зависит от их массы

Нейтронная звезда образуется, когда в конце жизненного цикла массивной звезды происходит взрыв сверхновой. Остается звездное ядро, в котором масса одного или двух солнц сжата до диаметра всего 20-30 км.

Огромная гравитация превращает нейтронные звезды в самые совершенные космические сферы. Внутри них плотность и давление настолько высоки, что распадаются даже атомы и остаются одни нейтроны. Предполагается, что в ядре образуется экзотическое сверхтекучее состояние материи.

Однако природу недр нейтронных звезд пока можно реконструировать лишь теоретически, так как экстремальные условия внутри них в земных лабораториях воспроизвести невозможно Поэтому в настоящее время существует множество различных физических моделей, пытающихся описать строение нейтронных звезд при помощи уравнений состояния.

Важным параметром в этих уравнениях является скорость звука в плотном веществе, предоставляющая информацию о том, насколько жесткой и твердой является среда. В случае нейтронных звезд ее можно использовать для определения того, насколько хорошо плотная, сжатая материя может выдерживать огромное давление гравитации. Чем тверже и жестче экзотическая нейтронная смесь в ядре звездного остатка, тем быстрее в нем распространяется звук.

Команда Лучано Резоллы из франкфуртского Университета Гёте к настоящему времени составила более миллиона уравнений состояния недр нейтронных звезд и сравнила их с астрономическими наблюдениями и ядерно-физическими параметрами. Как и ожидалось, у поверхности нейтронных звезд скорость звуковых волн не максимальна, поскольку материя там менее плотная и их поведение во многом не зависит от массы.

Однако по мере углубления скорость звуковых волн увеличивается, пока не достигнет максимального значения. Это происходит со всеми нейтронными звездами выше определенной массы. Однако положение этого максимума очень сильно зависит от их массы. В легких звездных остатках массой до 1,7 солнечных звуковые волны быстрее всего распространяются в ядре — поэтому это самая твердая и жесткая часть нейтронной звезды.

Но с увеличением массы максимум звуковых волн нейтронных звезд смещается ближе к поверхности. У тяжелых объектов он находится даже во внешних слоях, поэтому эти звездные остатки снаружи тверже, чем внутри.

Следовательно, структура нейтронных звезд бывает очень разной и зависит от их массы, что можно сравнить с консистенцией различных видов шоколадных конфет.

«Легкие нейтронные звезды напоминают пралине с твердым орехом, покрытым мягким шоколадом. И наоборот, тяжелые звезды больше похожи на пралине с твердой шоколадной оболочкой и кремовой, мягкой начинкой. Это чрезвычайно интересный результат, потому что он проливает свет на то, насколько может сжиматься ядро ​​нейтронной звезды».
Лучано Резолла

Пока эти выводы основаны только на теоретических моделях, но может появиться шанс проверить их с помощью астрономических наблюдений, так как жесткость нейтронной звезды может проявиться в столкновениях таких звездных остатков. Это свойство связано со значением, которое можно измерить непосредственно в гравитационных волнах. Детекторы гравитационных волн, например: LIGO, Virgo, KAGRA - помогут разобраться во внутренней структуре различных нейтронных звезд и уточнить общие теоретические модели.

«Эти открытия сыграют особенно важную роль в составлении неизвестного в настоящее время уравнения состояния с использованием будущих гравитационно-волновых измерений столкновений нейтронных звезд».
Соавтор исследования Кристиан Экер, Тринити-колледж, Дублин

Источник информации и фото: scinexx.de

Астрономы раскрыли тайну звезды Гамма Колумба

Менее чем в тысяче световых лет от нас, в созвездии Голубя, находится Гамма Колумба - звезда с темным прошлым, которое теперь раскрыла международная исследовательская группа. Звезда когда-то составляла более массивную половину бинарной системы.

Они сближались все больше и больше, пока звезда, наконец, не проглотила своего меньшего партнера, потеряв при этом свою внешнюю оболочку. То, что можно наблюдать на Гамме Колумба сегодня, по сути, является сердцем первоначальной звезды, пишут в Nature Astronomy астрономы.

Расточительные гигантские звезды

Немногим менее ста лет назад стало известно, что звезды генерируют огромную энергию своего света путем ядерного синтеза: превращения глубоко внутри звезды водорода в гелий при температуре в многие миллионы градусов Цельсия. Этот синтез происходит в круговом процессе, в котором выступают как катализаторы углерод, азот, кислород. Это приводит к характерному обогащению азотом ядра звезды.

Поскольку очень массивные звезды расточительно расходуют свою ядерную энергию, они существуют всего несколько миллионов лет, прежде чем исчезнуть в результате гигантского взрыва - сверхновой. Эту ядерную эволюцию обычно нельзя наблюдать непосредственно, поскольку очень плотные звездные оболочки, поверхностный слой звезды, экранируют горячий центральный термоядерный реактор. Поэтому предсказания моделей звездной эволюции могут быть проверены только многочисленными наблюдениями звездных поверхностей.

Загадочная композиция

В течение многих лет Андреас Ирганг (Университет Эрлангена-Нюрнберга) и Норберт Пшибилла (Университет Инсбрука) наблюдали за массивными звездами, анализируя спектроскопические изображения многих звезд с помощью сложных моделей. Теперь они сделали уникальное открытие: звезда Гамма Колумба в южном созвездии Голубя на расстоянии 900 световых лет показала необычный химический состав своей поверхности.

Изображение показывает звезду, которая, вероятно, имеет ту же историю, что и Гамма Колумба

Она значительно отличается от того, что можно было бы ожидать от звезд аналогичной массы. Вместе с Жоржем Мейне, ведущим теоретиком звездной эволюции из Женевского университета, ученые нашли этому объяснение.

Космический стриптиз

Они пришли к выводу, что Гамма Колумба, которая, как подозревают исследователи, когда-то принадлежала к бинарной системе и вращалась вместе со звездой-партнером вокруг общего гравитационного центра, потеряла свою оболочку, когда поглотила свою двойную звезду. Это нормально для бинарных звезд - постоянно сближаться друг с другом и в результате терять энергию.

Если две звезды расположены близко друг к другу, гравитационные волны, вызывающие потерю энергии, будут сильными и окажут значительное воздействие - как, должно быть, и произошло в данном случае. В случае с Гамма Колумба, этот процесс обнажил звездное ядро, так сказать, сердце звезды. Это позволяет предположить, что Гамма Колумба может быть обнаженным ядром того, что изначально было гораздо большей звездой в бывшей бинарной системе.

Скоро взрыв

Исходя из найденного состава, можно предположить, что Гамма Колумба достигла примерно 90 процентов своего расчетного срока службы, который составляет добрых десять миллионов лет. Это означает, что до взрыва ей осталось жить менее двух миллионов лет. До тех пор она представляет собой удивительный объект исследования, который астрономы могут использовать для детального изучения прошлого и будущего бинарных звезд.

Источник информации и фото: derstandard.at