Опубликованное НАСА новое изображение, выполненное на основе материалов космического телескопа Спитцер и 2MASS, представляет формирующиеся в газопылевом облаке звёзды. Фотография получена в инфракрасном световом диапазоне путём совмещения 82 снимков, так как в видимом свете эту область звездообразования рассмотреть невозможно.
Инфракрасный свет может проникать сквозь пыль и позволяет заглянуть внутрь звездного "инкубатора". Перед нами предстают оранжевые и желтые молодые звезды, а центральный участок газа окрашен голубым цветом. Темное пятно, расположенное слева от центра облака, содержит так много пыли, что там блокируется даже инфракрасный свет. Именно в этих темных местах и начинается формирование звезд.
От этой области, получившей название "Ядро Облака Змеи" (Serpens Cloud Core), до Земли свет добирается приблизительно 750 лет. Находится она в созвездии Змеи, названном так благодаря сходству с этим пресмыкающимся в видимом световом диапазоне. В этом регионе сосредоточены только звезды с относительно низкой и умеренной массой. Здесь недостаточно крупных и очень ярких звезд, встречающихся в больших областях звездообразования, таких как туманность Ориона (М42).
В этом инфракрасном изображении Ядра Облака Змеи видны звезды, зарождающиеся из прохладной пыли и газа Фото: NASA/JPL-Caltech/2MASS
Внутреннее Ядро облака Змеи удивительно подробно показано на этом изображении, для создания которого потребовалось 16,2 часа работы телескопа Spitzer. Наблюдения были сделаны во время "теплой миссии" Спитцера - фазы, начавшейся в 2009 году, когда обсерватория, как и планировалось, исчерпала охлаждающую жидкость. Большинство мелких точек на этом изображении являются звездами, расположенными позади или перед туманностью Змеи.
Змея является одной из нескольких областей звездообразования, изучаемой в ходе проекта YSOVAR, который провел повторные наблюдения в каждом регионе, чтобы найти изменения яркости молодых звезд. Такие колебания могут дать нам ценные сведения о том, как растут и "взрослеют".звезды, пожирающие газ и пыль.
Наблюдения Спитцера на длинах волн 3.5 и 4.6 микронов отображены, соответственно, синим и оранжевым цветом.
В гало нашего Млечного Пути находятся бесчисленные облака из водорода, движущиеся с высокой скоростью в Пространстве. Представленное недавно исследование, базирующееся на данных радиотелескопа в Грин-Бэнке, позволяет предположить, что одно из этих облаков окружено мантией темной материи. Может быть, это остаток карликовой галактики?
Сквозь ореол Млечного Пути движутся с высокой скоростью сотни облаков, состоящие в основном из водорода. В них практически не зарождаются звезды. Поэтому эти облака очень трудно обнаружить. Они выдают себя, например, в области радиоволн, где их можно наблюдать с помощью чувствительных радиотелескопов, принимающих даже слабый сигнал нейтрального водорода.
Одно из этих так называемых облаков, мчащихся с высокой скоростью, - "Облако Смита", известное с 1960 года. Если бы этот объект можно было видеть в ночном небе невооруженным глазом, то он казался бы величиной почти с созвездие Ориона. Расстояние от галактического диска Млечного Пути до облака составляет сейчас приблизительно 8000 световых лет. Движется оно со скоростью, превышающей 240 км/час, и достигнет диска где-то через 30 миллионов лет.
Теоретически такие облака, которые состоят только из газообразного водорода, не должны сохраниться при прохождении плотного диска области Млечного Пути: его должно рассеять его во время полета гравитационное влияние многочисленных звезд. Однако в Облаке Смита всё не так: наблюдения показывают, что оно уже проходило однажды, миллионы лет назад, диск нашей галактики.
"Облако Смита действительно что-то особенное, - соглашается Мэтью Николс из швейцарской Observatoire de Sauverny. - Оно быстрое, относительно вытянутое и, к тому же, так близко, что мы можем рассмотреть его в деталях. Кроме того, это явление представляет собой загадку, так как такой объект, как этот, не должен выдержать путешествие по Млечному Пути. Однако все указывает на то, что ему это как-то удалось".
Изображение Облака Смита, сделанное на основе данных радиотелескопа Green Bank Фото: NRAO/AUI/NSF
Тщательный анализ данных наблюдений и моделирование облака позволили астрономам выяснить: Облако Смита окружено, вероятно, оболочкой, которую нельзя непосредственно наблюдать. Можно лишь косвенно предположить там существование тёмной материи по ее гравитационному воздействию на облако. Что такое темная материя Вселенной, мы пока не знаем.
"Исходя из определенной траектории облака, мы могли бы показать, что без темной материи оно никогда не выдержало бы прохождение диска, - пояснил Джей Локман (Национальная радиоастрономическая обсерватория, Грин-Бэнк, Западная Вирджиния). - Облаку с темной материей, наоборот, это было бы вполне доступно, и результатом был бы объект, который выглядит точно так, как сегодняшнее Облако Смита".
Большинство высокоскоростных облаков возникли, по убеждению астрономов, из Млечного Пути и являются остатками формирования нашей родной Галактики или из газа, который был выброшен в пространство в результате взрывов сверхновых. Есть также объекты, которые имеют внегалактическое происхождение. Возможно, Облако Смита, окруженное гало из темной материи, также принадлежит к этому меньшинству.
"Если этот факт подтвердится, то Облако Смита - это протогалактика", - сказал Николс. "Такое открытие показало бы тогда нам нижний предел, насколько малыми могут быть галактики", и могло кое-что поведать о процессах образования звезд в первые годы существования Млечного Пути, пишет .
Сегодня для космической связи применяют радиоволны, а будущие астронавты смогут передавать свои данные с Луны или Марса на Землю с помощью лазера. Осенью 2013 на "Демонстрации лунной лазерной связи" (LLCD) НАСА была подтверждена скорость передачи данных таких связанных инфракрасные сигналов. Теперь, полгода спустя, новые результаты анализа показывают, что этот достигающий Луны лазерный луч может не только передавать данные с немыслимой рекордной скоростью. Он оказался также устойчивым к атмосферным возмущениям.
Если с орбиты Луны или Марса необходимо связаться с наземной станцией, то астронавты и беспилотные зонды используют радиоволны. Но существует одна проблема: отправка больших количеств данных занимает много времени. Поскольку радиоволны имеют только ограниченные возможности, они похожи на нашу беспроводную домашнюю сеть, где передача данных идёт медленнее, чем путём широкополосного кабельного соединения. Поэтому исследователи НАСА уже некоторое время ищут альтернативу радиосвязи. Осенью 2013 года они впервые добились этого в демонстрационном эксперименте LLCD: данные были переданы с помощью импульсного лазера на лунный зонд, находившийся почти в 400-х тысячах километров, и обратно. Скорость загрузки была, несмотря на огромное расстояние, 622 мегабит в секунду (Mps). Даже при скорости 19,4 Mps это в 4800 раз быстрее для такого расстояния, чем может обеспечить самая лучшая радиосвязь.
Четыре мини-телескопа и лунный зонд
Через полгода Марк Стивенс (Массачусетский технологический институт) совместно со своими коллегами по НАСА проанализировал следующие данные и представил на встрече в Сан-Хосе (Калифорния) доклад о качестве передачи лазерной системы. "Достижение высоких скоростей передачи данных лазерами от Земли - это двойной вызов", - объясняет Стивенс. С одной стороны, "изнашивание" пучка на протяжении почти 400 тысяч километров и уменьшение сигнала. С другой - лазер должен на пути к Луне сначала пройти атмосферу Земли. При этом турбулентность может изогнуть и ослабить свет или даже направить мимо приемника.
Uplink-телескопы системы лазерной связи Фото: Роберт Лафон, NASA/GSFC
Чтобы обойти эту проблему, использовали наземную станцию с четырьмя передатчиками в Уайт-Сэндс (Нью-Мексико). Они состоят из небольшой, всего шириной 15 см, чаши телескопа, в которую лазерный передатчик подводит свои пульсирующие инфракрасные сигналы. Четыре телескопа посылают отдельные сигналы, но направлены они так, что все лазерные лучи объединяются. Это должно помочь свести к минимуму искажающее и ослабляющее влияние атмосферы. Отдельные лучи увеличивают вероятность того, что один из них пройдёт, несмотря на атмосферные помехи, считает Стивенс. В идеальном случае посылаемый с четырех телескопов лазерный луч изначально имеет выходную мощность 40 Вт. Из них до Луны дойдёт менее одной миллиардной доли ватта, сообщают исследователи. И это лишь десятая часть того, что необходимо для обеспечения безошибочной коммуникации.
Даже облака - не преграда
Анализ, проведенный через полгода показал, что система, действительно, удивительно прочная: даже легкая облачность не помешала передаче. "Мы установили высокое допустимое отклонение для скоплений облаков средней величины и большой турбулентности атмосферы," - сообщают исследователи. И, хотя сигнал лазера колебался или временно ослабевал, он все же донес достаточно информации к получателю, зонду НАСА на орбите Луны. Тот перехватывает слабые лазерные сигналы с помощью небольшого телескопа, передает их в стекловолокно и усиливает в 30 тысяч раз. Только тогда подключенный фотодетектор преобразует сигналы лазера в электрические импульсы.
Большой резерв лазерного сигнала позволяет отправить лучи без потери информации даже сквозь тонкую, полупрозрачную завесу облаков. По мнению Стивенса и его коллег, система хорошо подходит для широкополосной связи с Луной или даже Марсом. В 2017 году её должны ввести в эксплуатацию. Если эта система будет соответствовать всем ожиданиям, то астронавты даже в космическом пространстве смогут наслаждаться в будущем своими любимыми телесериалами или новейшими голливудскими блокбастерами в HD-качестве.
Карликовая галактика в созвездии Льва, вероятно, могла возникнуть путём слияния двух других галактик.
Астрономы обнаружили ранее неизвестную галактику на незначительном (с космической точки зрения) расстоянии от Млечного Пути. Она могла образоваться в результате слияния двух других галактик. Это ближайший к нам из известных космических объектов такого рода - так называемая "переработанная" галактика, сообщают в «Astrophysical Journal» астрономы из Рурского университета в Бохуме (RUB) и Ягеллонского университета в Кракове.
Открыта новая галактика
Ученые воспользовались для изучения новой галактики Very Large Array - радиотелескопом, принадлежащим Национальной радиоастрономической обсерватории, расположенной в Нью-Мексико.
Very Large Array (Нью-Мексико)
Объект, до которого нам лететь приблизительно 35000000 световых лет, находится в близлежащей группе из трёх галактик, триплете Льва, которую можно видеть в созвездии Льва, вернее, в его "подбрюшии". Анализ показал, что астрономы столкнулись с так называемой приливной карликовой галактикой.
Будущая область звёздообразования
Вероятно, она возникла под действием мощных гравитационных приливных сил двух крупных спиральных галактик триплета Льва: NGC 3627 и 3628. Новый небесный объект кажется относительно тусклым: там лишь несколько звезд и много незаряженного газа. Поэтому обнаруженная европейскими учёными галактика является, по их мнению, областью, где в будущем возможно звездообразование.
Недавно открытая приливная карликовая галактика в созвездии Льва настолько тусклая, что едва видна между окружающими её небесными объектами Фото: RUB, Bomans (AIRUB)
Темная материя карликовой галактики
Исследователи подтвердили то, что прогнозируют теории приливных карликовых галактик: небесный объект в триплете Льва - по сравнению с галактиками, которые не подвергались воздействию приливных сил - содержит небольшое количество темной материи Вселенной. "Такие объекты для астрономов особенно интересны, - говорит Доминик Боманс (Dominik Bomans) из RUB, - так как они развиваются и взаимодействуют с окружающей средой в целом иначе, чем неприливные галактики".
Активные сверхмассивные черные дыры вблизи центра галактик, как правило, делятся на две категории: свободные от пыли и скрытые за ней. Данные инфракрасного телескопа WISE (НАСА) продемонстрировали, что галактики, в которых сверхмассивные черные дыры скрыты, как правило, группируются в пространстве чаще, чем с открытыми, незатененными.
Астрономы не знают, почему скрытые черные дыры имеют большие ореолы темной материи, но заинтересовались открытием и продолжили исследование.
Единая теория чёрных дыр
Обзор более 170000 сверхмассивных черных дыр с помощью WISE заставил астрономов проверить старую гипотезу о различном виде этих межзвездных объектов. В единой теории, появившейся под конец 1970-х, объясняется, почему черные дыры, имеющие одинаковые свойства, выглядят абсолютно по-разному. Некоторые кажутся окутанными пылью, другие же открыты, и их легко увидеть.
Единая модель предполагает, что вокруг любой черной дыры есть пыльная структура в форме пончика (нам понятнее сравнение с бубликом), называемая тор (torus). В зависимости от ориентации этих «пончиков» в пространстве, черные дыры приобретают различный облик. Например, если "бублик" расположен так, что мы видим его край, то черная дыра нам не видна. Если наблюдатель смотрит на пончик сверху или снизу, то он четко видит черную дыру.
Неожиданные данные телескопа WISE
Однако новые результаты WISE данную теорию не подтвердили. Исследователи обнаружили доказательства, что есть и другие факторы, помогающие в некоторых случаях выяснить, видима черная дыра или она скрыта от наблюдателя. Команда их еще не определила, однако, результаты показали, что у единой модели на все вопросы ответов нет.
Открытие выявило неизвестное до этого свойство активных черных дыр, "но все же детали остаются пока загадкой, - сказал Лин Ян (Центр Инфракрасный обработки и анализа НАСА, IPAC, Калифорнийский технологический институт, Пасадена). - Мы надеемся, что наша работа вдохновит будущие исследования лучше понять эти удивительные объекты".
Ян - соавтор исследования, вышедшего в Astrophysical Journal. Ведущий автор - Эмилио Доносо (Instituto de Ciencias Astronómicas), который работал с Яном в IPAC. а затем переехал в Аргентину. Исследование создано также в соавторстве Дэниелом Стерном (Лаборатория реактивного движения NASA, Пасадена, Калифорния) и Роберто Ассефе (Универсидада Диего Порталеса, Чили - бывший JPL).
В сердце каждой галактики есть крупная черная дыра, но одни из них скрыты за пылью, а другие открыты взгляду наблюдателя Фото: NASA/JPL-Caltech
Астрономы провели исследование активных сверхмассивных черных дыр или активных ядер галактик, пожирающих окружающий газ - топливо их роста. С помощью компьютеров ученые сумели выделить из данных WISE более 170 000 активных сверхмассивных черных дыр. Затем они вычислили степень объединения скоплений галактик со скрытыми черными дырами и с открытыми.
Если единая модель верна, а скрытые черные дыры просто прятались от нашего взгляда за "бубликами", то они должны были бы группироваться так же, как открытые. Согласно теории, "пончики" имеют случайную ориентацию, следовательно, черные дыры должны тоже распределяться беспорядочно.
Группировка галактик
Но WISE обнаружил нечто совершенно неожиданное: галактики, в которых черные дыры скрыты, собираются в группы чаще, чем те, где они открыты. Если эти данные подтвердятся, ученым придется пересматривать единую модель и придумывать новые объяснения, почему ряд черных дыр кажется скрытыми.
Еще один способ понять результаты WISE включает темную материю вселенной - невидимое вещество, которое доминирует над любой материей: звезд, планет и людей. Каждая галактика находится в центре гало темной материи. Большие ореолы имеют большую силу тяжести и поэтому притягивают с себе другие галактики.
Так как WISE обнаружил, что скрытые черные дыры сгруппированы чаще остальных, исследователи знают, что они находятся в галактиках с большими гало темной материи. Хотя сами ореолы не прячут черные дыры, они могут подсказывать, что происходит. "Единая теория была предложена, чтобы объяснить сложность того, что видели астрономы, - отметил Стерн. - Кажется, простая модель оказалась слишком проста".
Наблюдения показывают, что радиационные извержения происходят в непосредственной близости от центральных черных дыр.
Блазары являются одними из крупнейших и самых энергичных объектов во Вселенной. Из ядер этих активных галактик выстреливают струи материи (джеты), которые связаны с огромными выбросами гамма-лучей. Международная команда во главе с Ларсом Фурманном (Институт радиоастрономии Макса Планка, Бонн) впервые подтвердила связь между гамма-всплесками и их панданами (парными или схожими с другими объектами) в нескольких радиочастотах. Кроме того, исследователи раскрыли тайну места происхождении выбросов: они возникают в непосредственной близости от сверхмассивных черных дыр, находящихся в центре блазаров.
Особые виды далеких активных галактик показывают внутри них экстремальные процессы: вблизи вращающейся черной дыры с массой в несколько миллиардов солнц высвобождаются невообразимые количества энергии - и часто в виде гамма-фотонов в мега или даже гига-диапазоне. Такие количества энергии, очевидно, возникают за счёт "питания" центральной черной дыры окрестными звездами.
При этом внутри так называемого аккреционного диска в направлении массивного монстра материя движется по спиралевидным путям. Часть поступающего газа, связанного сильными магнитными полями, ускоряется почти до скорости света и выстреливает из галактического центра в космос двумя высокоэнергетическими плазменными струями перпендикулярно аккреционному диску.
Тем не менее, астрономы все еще детально не понимают некоторые из связанных с этим физических процессов:
Как именно возникают высокоэнергетические гамма-фотоны?
Откуда исходят сильные выбросы излучения, которое можно наблюдать вдоль всего электромагнитного спектра?
Новые инструменты и программы, которые могут координировать наблюдение разных областей длин волн и энергетических полей, открывают поразительные возможности ознакомления с крайними представлениями физики этих активных галактических ядер. Один из проектов, названный F-ГАММА (Fermi-GST AGN Multi-frequency Monitoring Alliance), позволяет одновременное изучение одиннадцати различных полос радиочастот.
Ученые, возглавляемые Ларсом Фурманном, в течение многих лет систематически наблюдали с помощью трёх радиотелескопов мирового класса - 100-метровой антенны Эффельсберг, 30-метрового телескопа IRAM (Пико Велета, Испания) и 12-метрового телескопа APEX в Чили - за регулярно появляющимся всплесками излучения примерно 60 ярких активных галактик.
Дополнительно к радиоданным исследователи имели высокоэнергетические данные запущенного в 2008 году в США космического телескопа Ферми и пользовались новыми статистическими методами для суммирования множества вспышек излучения в обоих диапазонах длин волн. В конечном итоге это показывает существенную связь между ними, остающуюся даже при разных радиочастотах.
Исследование также доказывает, что вспышки в радиообласти видны в телескоп позже, чем соответствующие вспышки в диапазоне гамма-излучения, причем средняя задержка составляет 10-80 дней. "Кроме того, мы впервые можем видеть, что задержки в радиодиапазоне на более высоких частотах становятся все меньше", - говорит Эммануил Ангелакис (Институт радиоастрономии Макса Планка). При более высоких радиочастотах заглядывают в джет все глубже, поэтому исследователи делают вывод, что фотоны гамма-излучения действительно исходят из внутренней области струи.
С помощью измеренных временных задержек группа могла, наконец, оценить расстояния меньше нескольких 10 десятков световых лет между регионами в струе, где происходят радио-и гамма-вспышки. "На основе этих измерений мы можем для галактики 3C 454.3, одного из ярчайших источников гамма-излучения на небе, даже оценить, насколько далеко от самой центральной черной дыры возникает большинство гамма-фотонов, -говорит Ларс Фурманн. - При этом мы говорим о расстоянии лишь в несколько световых лет - это очень близко к основанию джета и и к центральному объекту". И это оказывает серьезное влияние на физические процессы, которые вызывают гамма-фотоны.
"Начиная с миссии спутника Compton в 1990-е годы, обсуждалось, находятся ли наблюдаемые всплески радиоизлучения в физической связи с аналогично появляющимися гамма-всплесками, -говорит Антон Цензус, директор Института радиоастрономии Макса Планка. - С помощью нашей систематической комбинации радиоданных из программы F-GAMMA и данных спутников Ферми, а также специальных методов анализа мы теперь, наконец, можем это подтвердить".
Сопоставляя наиболее плотные ядра пылевых облаков, астрономы обнаружили космические сгустки. Они были такими темными, густыми и пыльными, что отбрасывали самые глубокие тени, из когда-либо зафиксированных. Инфракрасные наблюдения Spitzer Space Telescope (НАСА) этих самых черных областей помогают понять, как формируются самые яркие звезды.
Сгустки представляют собой самые темные части огромного, космического газопылевого облака, удалённого от нас приблизительно на 16 тысяч световых лет. Новое исследование использует тени этих сгустков для измерения структуры и массы облака.
Результаты показывают, что оно, вероятно, превратится в один из самых массивных молодых звездных кластеров в нашей галактике. Из наиболее плотных сгустков образуются самые большие и мощные звезды кластера, названные звездами О-типа, формирование которых уже давно интересовало ученых. Эти гигантские небесные тела оказывают значительное воздействие на своё звёздное окружение, а также помогают создавать необходимые для жизни тяжелые элементы.
Фото: NASA/JPL-Caltech/University of Zurich
"Карта структуры облака и его плотных ядер, которую мы сделали в этом исследовании, показывает много мелких деталей массивных звезд и процесс формирования звездного кластера", - сказал Майкл Батлер (университет Цюриха, Швейцария), ведущий автор исследования, вышедшего в Astrophysical Journal Letters.
Масса облака эквивалентна 7 тысячам Солнц, собранным на площади диаметром около 50 световых лет. Карта предоставлена Спитцером, проводившим наблюдения в инфракрасных лучах, которые могут с большей легкостью проникать сквозь газ и пыль, чем короткие волны видимого света. Этот эффект подобен тому, который возникает при закате во время смога, когда темно-красный цвет более длинных волн легче достигает наших глаз сквозь дымку, рассеивающую и поглощающую короткие волны голубого света. В этом случае, однако, наиболее плотные области звездообразования внутри облака наполнены настолько густым слоем пыли, что они рассеивают и блокируют не только видимый, но и почти весь фоновый инфракрасный свет.
Наблюдения в инфракрасном диапазоне позволяют ученым заглянуть в непроницаемые космические облака и снять ранние стадии формирования звезд и звездных скоплений. Как правило, Спитцер обнаруживает инфракрасное излучение молодых звезд, окутанных пыльными коконами. В новом исследовании астрономы вместо того, чтобы определять количество фонового инфракрасного света, скрытого облаком, использовали тени, где вещество было собрано в облаке. Из этих сгустков газа и пыли гравитационный коллапс создаст, в конечном счете, сотни тысяч новых звезд.
Большинство звезд во Вселенной, возможно, и наше Солнце, сформированы, как полагают учёные, в подобных условиях. Кластеры звезд малой массы весьма распространены и хорошо изучены. Но кластеров, где рождаются звезды большой массы, такие, как описанные здесь скопления, мало. И находятся они далеко, поэтому их труднее изучать.
Фото: NASA/JPL-Caltech/University of Zurich
"В этом редком виде облаков, Спитцер представил нам важную картину формирования скопления массивных звезд на их ранних, эмбриональных стадиях", - сказал Джонатан Тан, адъюнкт-профессор астрономии в университете Флориды, Gainesville, и соавтор исследования.
Новые результаты помогут также понять, как формируются сияющие бело-голубые звезды О-типа, обладающие, по меньшей мере , 16-кратной массой Солнца и имеющие температуру поверхности свыше 54 тысяч градусов по Фаренгейту или 30 тысяч градусов по Цельсию. Эти гигантские звезды оказывают огромное влияние на своё окружение. Их ветры и интенсивное излучение сдувают материал, который мог бы собраться, чтобы создать другие звезды и планетные системы. Звезды О-типа недолговечны и быстро взрываются как сверхновые, высвобождая огромное количество энергии и создавая тяжелые элементы, без которых не обходится образование планет, а также живых организмов.
Исследователям неясно, как звезды О-типа могут накапливать материал, превышающий в 10-100 раз массу нашего Солнца, не рассеиваясь или распадаясь на несколько меньших по размеру звезд.
"Мы все еще не создали теорию или объяснение того, как формируются эти массивные звезды", - подчеркнул Тан. "Поэтому, детальные измерения облака рождения будущих массивных звезд, как мы указали в данном исследовании, имеют важное значение для создания нового теоретического представления".
Наблюдения показывают, что радиационные извержения происходят в непосредственной близости от центральных черных дыр.
