Как превратили в звуки световое эхо V404 Лебедя

Космическая симфония: исследователи НАСА преобразовали в звук рентгеновское эхо черной дыры. Всплески излучения материи, поглощенной гигантом гравитации V404 Лебедя, становятся слышны нам в виде хлопков, потрескивания или мягких звуков фортепиано. Хотя от Земли эта система находится в 7 800 световых годах, такое "озвучивание" делает черную дыру настолько близкой, что, кажется, до нее можно дотронуться.

На самом деле, в космосе тихо, поскольку вакуум не пропускает звуки. Даже драматические звездные взрывы для наблюдателей просто беззвучны. Но исследователи НАСА, экспериментирующие с так называемым "озвучиванием данных", переводят в звуки улавливаемые телескопами частоты излучения. До этого лишь Крабовидная туманность получила свое собственное оркестровое звучание.

Черная дыра трещит и хлопает

Теперь и V404 Лебедяi из одноименной системы, удаленной от нас на 7 800 световых лет, получила свой собственный ритм. Использованное для этого рентгеновское излучение поймано телескопами Chandra и Swift, вращающимися на околоземной орбите. Звуки, издаваемые ими, варьируются от хлопка и треска до мягких нот арфы и фортепиано.

В сопровождающем видеоролике входящее рентгеновское излучение визуально представлено в виде сморщенных колец. Причем данные Swift показаны красным цветом, а Chandra - синим. В третьей части видеоролика — изображения фоновых звезд, полученные в рамках программы Digitised Sky Survey. Каждая видимая звезда вызывает при озвучивании музыкальную ноту, причем ее громкость и высота зависят от яркости данной звезды. Соедините эти впечатления с полученными с рентгеновских телескопов "Свифт" и "Чандра" - как в последней части видео - и у вас получится настоящий концерт.

Откуда появляется рентгеновское излучение?

Но как могут возникнуть звуки, если черные дыры не испускают ни рентгеновских лучей, ни каких-либо других световых волн? Сама V404 Лебедя, возможно, и не создает рентгеновского излучения, но это по силам аккреционному диску из быстро вращающейся плазмы. Туда вещество поступает от звезды-компаньона, газ которой постоянно высасывает черная дыра.

В таких вращающихся дисках черных дыр всегда происходят интенсивные всплески излучения, которые высвобождают высокоэнергетическое рентгеновское излучение. На своем пути от V404 Лебедя к Земле рентгеновские лучи сталкиваются с газопылевыми облаками, от которых они рассеиваются под разными углами. "Чандра" и "Свифт" запечатлели эти "световые отголоски" и тем самым заложили основу для представленной нам космической симфонии.

Источник:  scinexx.de

Астрономы не нашли сигналов темной материи

Обсерватория LHAASO не обнаружила гамма-сигнала в центре Млечного Пути.

Согласно теории, в зонах, где плотность темной материи высока, например центр Млечного Пути, должен при распаде ее частиц выделяться избыток высокоэнергетического излучения. Это означает: либо они не распадаются, либо темная материя все-таки состоит из других, гораздо более легких частиц.

Природа темной материи - одна из великих неразгаданных тайн астрономии. Действительно, его гравитационное воздействие формирует Млечный Путь и почти все другие галактики. Но из каких частиц состоит эта невидимая форма материи, неизвестно. До сих пор даже не выяснено, могут ли быть частицы темной материи легкими, как стерильные нейтрино, гипотетические аксионы и "темные фотоны", или же они массивны, как WIMPs, долгое время считавшиеся фаворитами.

Где скрываются частицы темной материи?

Но все попытки обнаружить специальными детекторами частицы темной материи пока не увенчались успехом. Более того, некоторые предполагаемые аномалии в данных оказались ошибками измерения или фоновыми эффектами, как в случае с широко обсуждаемым сигналом в детекторе XENON1T. Поэтому до сих пор все эти измерения позволяли лишь определить, где частицы темной материи больше не могут скрываться - в конце концов, это тоже помогает еще больше сузить их природу.

Детекторы обсерватории LHAASO в Китае, специализирующиеся на изучении высокоэнергетических ливней космических частиц, не обнаружили избытка гамма-излучения от распадающейся темной материи Фото: © LHAASO Collaboration

Теперь дальнейшую локализацию частиц темной материи должна обеспечить обсерватория LHAASO в Китае. Массив антенн и телескопов площадью около 1 км² на юго-западе Китая специально разработан для измерения ливней частиц, образующихся в земной атмосфере при попадании в нее космических лучей. Эти каскады вторичных частиц возникают, когда гамма-лучи, энергичные фотоны и другие космические частицы ударяются об атомы газа в атмосфере.

Поиск гамма-лучей из сердца Млечного Пути

Именно поэтому обсерватория LHAASO подходит для обнаружения темной материи. Согласно существующей теории, ее частицы могут испускать высокоэнергетические гамма-лучи при распаде или столкновении друг с другом, аннигилируя и высвобождая энергию. В этом случае выделять измеримый избыток высокоэнергетического гамма-излучения должны были бы места, такие как центр Млечного Пути, где плотность темной материи особенно высока.

"Поэтому чрезвычайно энергетическое излучение предоставляет уникальную возможность для поиска ее тяжелых частиц с массой свыше 100 тераэлектронвольт".
Чжэнь Цао из Института физики высоких энергий, Пекин

Ученые использовали детекторы LHAASO для поиска вторичных частиц таких гамма-лучей в диапазоне энергий от 100 гигаэлектронвольт до одного петаэлектронвольт. Для этого они проанализировали данные за 570 дней для области неба в галактическом центре и четырех удаленных от него зон, которые были выбраны для сравнения.

Излишек не обнаружен

Но астрономы ничего не нашли: центр Млечного Пути содержал не больше частиц энергетических гамма-лучей, чем области, выбранные для сравнения.

"Соответственно, мы не можем найти существенных доказательств наличия сигнала темной материи".
Чжэнь Цао

Это еще больше сужает диапазон масс и энергий для ее тяжелых частиц - примерно в пять-десять раз точнее, чем предыдущие поиски.

Это означает, однако, что гипотетических тяжеловесов нет среди частиц темной материи. Следовательно, либо она состоит из гораздо более легких частиц, таких как аксионы или темные фотоны. Либо ее тяжелые частицы все-таки существуют, но у них чрезвычайно долгий срок жизни - многие миллиарды лет. В результате, после Большого взрыва распалось или погасло так мало темной материи, что ее частицы не оставили значительного радиационного следа.

Однако неясно, какое из возможных объяснений является верным. Поэтому природа темной материи и ее частиц пока остается неразгаданной тайной нашего космоса.

Источник: scinexx.de

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