Звездообразование в близлежащих галактиках

Снимки космического телескопа Уэбба дают возможность понять, как и где образуются новые звезды в спиральной галактике. Впервые инфракрасные изображения высокого разрешения позволяют увидеть даже самые тонкие структуры и процессы формирования звезд, которые ранее были скрыты пылью.

Нам открылось, что массивные звездные скопления и отдельные звезды могут формироваться между спиральными рукавами и как они получают сырье через тонкие газовые потоки. Благодаря многочисленным светящимся газовым облакам и пузырям вдоль спиральных рукавов заметно, как мощное излучение молодых звезд формирует их окружение. Результаты наблюдений четырех первых спиральных галактик уже опубликованы.

В рамках проекта PHANGS международная группа астрономов поставила перед собой задачу наблюдать 19 галактик вблизи Млечного Пути с помощью камеры NIRCam (для ближнего инфракрасного диапазона) и прибора MIRI (для среднего инфракрасного диапазона) космического телескопа Уэбба. Все эти галактики являются так называемыми лицевыми: они повернуты к нам широкой стороной и поэтому позволяют получить полное представление об их тонкой структуре. Результаты четырех из них - NGC 628, NGC 1365, NGC 7496, IC 5332 - представлены в Astrophysical Journal Letters.

Спиральная галактика NGC 628

Звездообразующие области в четырех галактиках выглядят как яркие источники инфракрасного света, поскольку молодые звезды и звездные скопления нагревают окружающую их пыль, производя инфракрасное излучение. Изображения, сделанные MIRI, выявили в этих галактиках сеть светящихся полостей в пылевых облаках и большие свободно плавающие пузыри в плотных газах вдоль спиральных рукавов. В некоторых областях эти пузыри настолько плотные, что образуют целые цепочки и скопления перекрывающихся полостей.

Изображения также показывают, что новые звезды образуются не только в более плотных спиральных рукавах галактик, но и между ними, в тонких расширениях газа, называемых шпорами. Как и ожидалось, скорость звездообразования в спиральных рукавах выше, чем в областях между ними. Однако эффективность преобразования газа в новые звезды, по-видимому, постоянна во всем галактическом диске. Новые данные телескопа Уэбба показывают также, что даже массивные звездные скопления могут формироваться за пределами спиральных рукавов, что до сих пор вызывало споры.

"Инфракрасные изображения дополняют существующие данные космического телескопа Хаббл, полученные в оптической области спектра. Они дают представление о регионах, которые ранее были скрыты пылью. Новый взгляд JWST на центры галактик вносит фундаментальный вклад в наше представление об эволюции звездных скоплений и галактик".
Нильс Хойер из MPIA

Эти данные - только начало: на горизонте еще 15 галактик.

Источник информации и фото: wissenschaft.de

Темная галактика не излучает видимого света

Объект, удаленный почти на 100 миллионов световых лет, может состоять почти полностью из темной материи

Галактики бывают всех форм и размеров. Удерживаемые гравитацией скопления звезд, планет, газовых шлейфов, большого количества пыли и других объектов могут образовывать эллипсы или линзы, облака неправильной формы или, как наш галактический дом, Млечный Путь, состоять из спиральных рукавов, некоторые с перемычками, а некоторые без них. Наше понимание того, что происходит в галактиках, как они образовались и почему они ведут себя так, как кажется, основано на шатких теориях и гипотезах.

Для некоторых вещей, которые мы не можем объяснить, мы предполагаем потенциальных участников — силу или материю, — которые могут вызвать наблюдаемые явления. Например, глядя на движение видимого вещества галактики, которое открыто противоречит фундаментальным законам Кеплера, можно сделать только вывод, что там должно быть значительно больше массы, чем можно наблюдать непосредственно.

Темный гном

Чтобы расчет баланса космической материи оказался правильным, исследователи постулируют темную материю, состав которой представляет собой один из главных открытых вопросов в космологии. За исключением нескольких отдельных исключений, в каждой галактике должна быть более или менее большая доля темной материи. Однако обнаружена карликовая галактика, в которой, похоже, практически нет ничего другого.

Остров звезд с каталожным номером FAST J0139+4328 не испускает видимого света и в целом - очень мало радиации, что относит его к категории так называемых темных галактик, все еще довольно гипотетической галактической разновидности, предыдущих кандидатов в которые можно пересчитать по пальцам одной руки.

Результаты наблюдений команды Цзинь-Лун Сюя показали: изолированная FAST J0139+4328 — карликовая галактика, по-видимому, состоящая почти полностью из темной материи, — была обнаружена в ближайшем космическом окружении.

Проблема карликовой галактики

Теория темной материи может быть ведущим объяснением несоответствия между количеством наблюдаемой так называемой барионной материи и гравитацией, необходимой для ее удержания, но она далека от совершенства: например, одной из проблем является противоречие между симуляциями распределения темной материи в космосе и количества карликовых галактик, которые мы можем наблюдать вокруг более крупных галактик. Действительно, судя по моделям, таких карликовых галактик должно быть намного больше, чем было доказано до сих пор. Это несоответствие предсказаний и наблюдений известно как «проблема карликовых галактик» .

Положение FAST J0139+4328 представлено (a) в видимом, (b) ближнем инфракрасном свете, (c) ближнем ультрафиолетовом и (d) среднем инфракрасном (d) свете. Желтые объекты на двух верхних снимках — это звезды на переднем плане Фото: Сюй и др., arXiv, 2023 г.

Поэтому эксперты предполагают, что поиск карликовых галактик затрудняют их особые формы — возможно, они почти не имеют сияющих звезд и состоят в основном из газовых облаков и темной материи. Некоторые кандидаты в эти так называемые темные галактики уже известны. Однако они находятся в непосредственной близости от других галактик, что делает их почти неотличимыми от облаков газа, которые были вырваны из более крупных звездных островов сильными гравитационными силами. Следовательно, идеальный кандидат на роль настоящей темной галактики был бы в значительной степени изолирован в космосе.

Очень мало звезд

Группа во главе с Цзинь-Лонг Сюем обнаружила такую ​​изолированную темную структуру сферическим радиотелескопом, оснащенным 500-метровой апертурой, в Китае (FAST). Они использовали крупнейший в мире одиночный радиотелескоп в провинции Гуйчжоу для поискав межгалактическом пространстве радиоизлучения больших облаков HI (нейтрального атомарного водорода), которые демонстрируют и другие признаки галактики.

Наконец они нашли такой объект приблизительно в 94 миллионах световых лет: странное водородное облако имеет уплощенную форму и поэтому во многом похоже на галактику с вращающимся диском. Однако ему в значительной степени не хватает излучения в оптически видимом спектральном диапазоне. Небольшие скопления звезд были обнаружены только в инфракрасном и ультрафиолетовом свете.

Эта галактика содержит не более 690 000 звезд с массой Солнца, тогда как водород там составляет около 83 миллионов таких масс. Причем ее общая барионная масса равна примерно 110 миллионам солнечных — ничтожная доля по сравнению с тем, что исследователи идентифицировали как темную материю, учитывая скорость вращения галактики: согласно расчетам, в ней около 5,1 миллиарда солнечных масс. Это означало бы, что приблизительно 98 % галактики — темная материя.

Возможно, галактический эмбрион

При подтверждении этих данных FAST J0139+4328 признают первой изолированной темной, наполненной газом галактикой в ближайших просторах Вселенной. По мнению исследователей, мы можем иметь дело с галактическим зародышем.

«В настоящее время считается, что галактика формируется из газа, который остывает и конденсируется в звезды в центре гало. У FAST J0139+4328 вращающийся газовый диск, в котором преобладает темная материя, но практически без звезд. Это указывает на то, что данная темная галактика пребывает в самой ранней стадии образования».
Команда Цзинь-Лун Сюя

Источник информации и фото: derstandard.at

Взгляд двух телескопов на туманность Тарантул

На этом красочном снимке изображена одна из самых активных и крупных звездных колыбелей в наших космических окрестностях - туманность Тарантул. У нее есть и другое название: 30 Дорадус. Эта область звездообразования часто становилась объектом наблюдения телескопов, в том числе телескопа "Джеймс Уэбб". Но только на этом составном изображении, полученном с телескопа Уэбба и рентгеновского телескопа Чандра, видны молодые звезды, а также сверхгорячие газы и остатки сверхновых.

Туманность Тарантул, местонахождение которой - Большое Магелланово Облако (от нас приблизительно в 170 тысячах световых годах), является одной из самых активных и ярких звездных яслей в нашей галактической окрестности. В центре звездной колыбели формируются новые звезды, в том числе самые массивные из когда-либо существовавших. Масса некоторых из этих молодых гигантов может быть свыше 150 солнечных масс.

Поскольку туманность Тарантул во многом напоминает колыбель звезд, астрономы уже давно изучают ее с помощью различных телескопов. На нее нацеливался космический телескоп Хаббл, а так же рентгеновские телескопы: "Чандра" и ALMA, что в Чили. Телескоп "Джеймса Уэбба" тоже посвятил один из своих первых снимков этой звездной колыбели, сделав его с помощью трех оптических инструментов.

Однако нынешний снимок особенный: в нем объединены два снимка телескопов: "Джеймса Уэбба" и "Чандры". Это позволяет показать на одном изображении рождение массивных молодых звезд и одновременно следы их раннего конца, так как особенно массивные звезды, прежде чем взорваться сверхновой, часто светят всего несколько миллионов лет.

На фото, сделанном в инфракрасном излучении телескопом "Джеймс Уэбб", видны красные, оранжевые, зеленые и беловатые оттенки, исходящие от более холодных газов - они создают сырье для звездообразования. Телескоп запечатлел и ярко сияющие молодые звезды звездной колыбели.

Высокоэнергетическое рентгеновское излучение изображено темно-синим и фиолетовым цветами. Оно создается газами, раскаленными на миллионы градусов, которые были нагреты интенсивным звездным ветром молодых звезд. Пылевые и газовые облака реликтов сверхновых, сформированные ударными волнами звездных взрывов, светятся тоже в рентгеновском диапазоне.

Источник: scinexx.de

Обнаружен радиосигнал из далекой галактики

Галактика SDSSJ0826+5630 послала сигнал с длиной волны "линия 21 см". Это первый случай, когда радиосигнал такого типа был обнаружен на гигантском расстоянии.

Ученые обнаружили радиосигналы от звездообразующей галактики, свет от которой идет до нас 9 млрд лет. Этот сигнал имеет специфическую длину волны: линия 21 см является спектральной линией электромагнитного излучения с частотой 1420 и известна как линия водорода.

Индийские и канадские исследователи смогли уловить сигналы с помощью Гигантского метроволнового радиотелескопа (GMRT) в Индии.

Одна из тарелок Гигантского метроволнового радиотелескопа (GMRT) недалеко от Пуны, Махараштра, Индия Фото: Национальный центр радиоастрофизики

Поскольку водород распространен по всей нашей Вселенной, это хороший способ определить местоположение галактик. Астрономы могут заглянуть в ее тайны, поскольку галактика существовала, когда ранней Вселенной было всего 4,9 млрд лет. Космолог и соавтор исследования Арнаб Чакраборти пояснил:

"Это эквивалентно взгляду назад во времени на 8,8 млрд лет. Галактики излучают различные виды радиосигналов. До сих пор удавалось уловить этот конкретный сигнал только от близлежащей галактики, что ограничивает наши знания теми, которые находятся ближе к Земле".

Слабый сигнал удалось заметить на таком рекордном расстоянии благодаря гравитационному линзированию. Соавтор работы Нирупам Рой отметил:

"Гравитационное линзирование увеличивает сигнал, исходящий от удаленного объекта, что помогает нам заглянуть в раннюю Вселенную".

В данном случае сигнал был изогнут присутствием другой галактики и увеличен, что позволило телескопу его уловить.

Иллюстрация показывает обнаружение сигнала от далекой галактики Фото: Свадха Пардези

Исследователи использовали сигнал для измерения состава газа далекой галактики, из которой он исходил, и обнаружили, что атомная масса газового состава этой галактики почти вдвое превышает массу видимых нами звезд.

Это дает астрономам новую возможность понять космическую эволюцию звезд и галактик.

Источник информации и фото: dailystar.co.uk,  metro.co.uk

Перепись гигантских звезд в Млечном Пути

Вы знаете, сколько существует звезд в Галактике? Оказывается, их не менее 3,32 млрд. Астрономы представили самый обширный на сегодняшний день каталог звезд нашей галактики.

Панорама Млечного Пути была создана из изображений, сделанных камерой темной энергии Межамериканской обсерватории, построенной в Чили на горе Серро-Тололо (CTIO). Она позволяет вести запись в видимом и ближнем инфракрасном спектральных диапазонах.

Астрономы завершили самый полный на сегодняшний день подсчет звезд в нашей системе Млечный Путь. Команда Эндрю Сайджари из Гарвардского университета нанесла на карту около 3,32 млрд небесных объектов. Для переписи звезд она оценила телескопические изображения CTIO. Данные рабочей группы доступны в Интернете, публикация специалиста появилась в The Astrophysical Journal.

Исследовать Галактику сложно не только из-за огромного количества небесных тел. Их расположение тоже вызывает серьезную озабоченность: большинство из них находятся в диске галактики вместе с облаками пыли и газа, которые могут скрывать вид звезд. Точнее, они поглощают их свет.

Наблюдения в волновых диапазонах, отличных от видимого света, теперь помогают видеть небесные объекты сквозь пылевые облака. Поэтому команда Сайджари применила камеру темной энергии CTIO для сбора изображений не только в видимом, но и ближнем инфракрасном электромагнитном спектре.

В сочетании со снимками предыдущего обзора неба, полученными с Pan-STARRS-телескопов на Гавайях, Сайджари и его коллеги смогли создать панораму Галактики. Им также удалось зафиксировать звезды и пылевые облака в трех измерениях.

Обзор неба, длившийся два года, дал около 21 400 изображений. Астрономы задокументировали в общей сложности около 3,32 миллиарда объектов.

Уже в 2017 году с помощью Камеры Темной Энергии была проведена звездная перепись. Вместе с новыми данными ею в настоящее время покрыто около 6,5 % всего ночного неба.

Источник: spektrum.de

Найдена экзопланета с дейтериевым синтезом

Астрономы Эксетерского университета обнаружили экзопланету, внутри которой, как у коричневого карлика, похоже, происходит синтез дейтерия.

Известно, что коричневые карлики являются нарушителями границ между небесными телами. Они чересчур большие и теплые для планет, но имеют слишком низкую массу, чтобы в результате слияния водорода стать настоящими звездами. По определению, граница между планетами и коричневыми карликами идет примерно на уровне 13 масс Юпитера, выше которого возможен синтез дейтерия в недрах.

Но именно в этом переходном диапазоне их часто трудно различить: астрономы уже обнаружили несколько таких пограничных объектов, которые демонстрируют характеристики обоих. В связи с этим возникает вопрос, являются ли коричневые карлики просто переросшими планетами, которые также формируются подобным образом, или же все-таки являются «неудавшимися» звездами.

Необычная система

Ответ на этот вопрос теперь может дать необычная звездная система, которую изучала команда Саши Хинкли. В его центре находится звезда HD206893, находящаяся от нас приблизительно в 130 световых годах. Она примерно на треть больше Солнца. Вокруг нее вращается HD206893B, коричневый карлик, который был открыт еще в 2017 г., имеет массу около 28 масс Юпитера. Его период обращения около 26 лет, а орбита проходит в 9,6 а.е. от звезды.

Теперь Хинкли и его команда обнаружили с помощью Very Large Telescope еще одно небесное тело в этой системе. Согласно полученным данным, это крупная экзопланета, имеющая массу, равную около 12-13 массам Юпитера. HD206893c вращается вокруг центральной звезды приблизительно в 3,5 а.е., то есть гораздо ближе к ней, чем коричневый карлик.

«Это одна из первых планетных систем, получивших непосредственное изображение, включающая как экзопланету, так и коричневый карлик».
Саша Хинкли

Планетарный газовый гигант с дейтериевым синтезом?

Недавно открытая экзопланета имеет массу, находящуюся точно в диапазоне, который считается нижним пределом для дейтериевого синтеза. Более тщательный анализ с использованием спектрографа HARPS на VLT, в частности, также показал, что планета HD206893c светит необычно ярко для своего размера и расстояния от звезды. Ее светимость почти такая же высокая, как у коричневого карлика, который в два раза тяжелее.

По мнению астрономов, наиболее вероятная причина в том, что экзопланета имеет внутренний источник энергии. Внутри этого большого и горячего газового гиганта уже может происходить синтез дейтерия. Следовательно, планета не только по массе почти соответствует коричневому карлику. Ее внутренняя часть тоже имеет звездные характеристики. Несмотря на разную массу и природу, оба спутника звезды HD206893 очень похожи.

«Оба они, вероятно, образовались из одного протопланетного диска. Поэтому такие гибриды являются идеальными системами для изучения различных возможных путей формирования».
Саша Хинкли

Астрономы считают, что эта экзопланета дает ценное представление о физике и возможном формировании таких пограничных переходов между звездой и планетой.

Источник информации и фото: scinexx.de

Найдены первые признаки меганейтронной звезды

При столкновении нейтронных звезд может образоваться эфемерный гигант - меганейтронная звезда.

Астрономы, возможно, впервые нашли доказательства существования меганейтронной звезды — эфемерной промежуточной стадии в столкновениях нейтронных звезд. Эти гиганты, ранее предполагаемые только в теории, коллапсируют в черную дыру всего за несколько миллисекунд.

Теперь контрольные колебания гамма-всплесков дают первый намек на их существование. Это открывает новые возможности для выяснения того, что происходит в этих слияниях, сообщает команда в Nature.

Когда сталкивается пара нейтронных звезд, от них исходят гравитационные волны, а также гамма-лучи, высвобождающие гигантское количество энергии. Этот всплеск гамма-излучения, хотя и длится менее двух секунд, может дать энергии столько, сколько излучают все звезды в галактике вместе взятые.

«Мы знаем, что короткие вспышки гамма-излучения возникают, при столкновении нейтронных звезд и мы знаем также, что в конечном итоге все это схлапывается в черную дыру».
Коулман Миллер, Мэрилендский университет

Мега нейтронная звезда как промежуточная стадия

Пока неясно, как образуется черная дыра. Однако модели позволяют предположить, что сливающиеся нейтронные звезды не становятся черными дырами напрямую, а сначала образуют недолговечную меганейтронную звезду. После слияния она существует всего от 10 до 300 миллисекунд до превращения в черную дыру.

Согласно теории, такие короткоживущие меганейтронные звезды почти в два раза больше своих обычных «сородичей», а их масса на добрых 20 % превышает максимальный предел для нейтронных звезд. Они вообще могут существовать только потому, что чрезвычайно быстро вращаются, делая в минуту почти 78 000 оборотов. Возникающие при этом центробежные силы задерживают неизбежный гравитационный коллапс этих космических гигантов.

Поиск тонких колебаний

Проблема, однако, в том, что астрономы до сих пор не смогли доказать, действительно ли столкновения нейтронных звезд рождают временную меганейтронную звезду. Несколько столкновений, обнаруженных благодаря гравитационным волнам и всплескам, были слишком далеко, чтобы предоставить прямые доказательства этого.

Хотя меганейтронная звезда должна выдавать себя в гравитационных волнах резким скачком частоты и особыми колебаниями, современные детекторы недостаточно мощны, чтобы это зафиксировать. Поэтому команда Коулмана Миллера и Сесилии Чиленти искала сопоставимый сигнал в гамма-лучах, так как при слиянии нейтронных звезд его должны оставлять конверсионные процессы в виде квазипериодических колебаний в этих высокоэнергетических коротких импульсах излучения.

Обнаружено два потенциальных сигнала

Астрономы искали среди данных, зарегистрированных тремя гамма-обсерваториями, сведения о семистах коротких гамма-всплесках. При этом они обнаружили в 1991 и 1993 гг. два сигнала, которые демонстрировали контрольные колебания. Эти всплески, названные GRB 910711 и GRB 931101B, были обнаружены Комптоновским гамма-телескопом, который был выведен из эксплуатации в 2000 году.

«Неудивительно, что оба сигнала поступили от прибора BATSE этого телескопа, поскольку он имел более крупный детектор, чем другие более поздние обсерватории. Это улучшило обнаружение модуляций».
Коулман Миллер

Более подробный анализ показал, что оба всплеска излучения имели схожую структуру с пиками интенсивности около 1000 и 2600 Гц. Кривые блеска также показывают квазипериодические колебания, которые соответствуют короткоживущей меганейтронной звезде. К сожалению, данные не были достаточно точными, чтобы можно было больше узнать о размере, массе и времени жизни объекта.

Первый шаг к новым сведениям

Тем не менее, другие астрономы также видят в этих результатах многообещающий первый шаг:

«Даже если Чиленти и ее коллеги пока не могут сделать никаких твердых заявлений о состоянии материи в этих столкновениях, их результаты впечатляют. Потому что они могли бы расширить наши знания о физике самых экстремальных регионов нашей Вселенной».
Астроном Пол Ласки

Кроме того, к 2030-м гг. детекторы гравитационных волн могут стать достаточно чувствительными, чтобы обнаруживать тонкие колебания меганейтронных звезд и в вибрациях пространства-времени от столкновений нейтронных звезд. Однако до тех пор гамма-всплески остаются единственным способом их обнаружить.

Источник информации и фото: scinexx.de