Пульсары являются одними из самых экстремальных небесных тел Вселенной: эти маленькие, но невероятно массивные объекты формируются из остатков звезд и вращаются со скоростью, составляющей десятки тысяч раз в минуту, вокруг своей оси.
Международное объединение телескопов LOFAR обнаружило радиопульсар с периодом 2,43 миллисекунд. Открытие сделано при повторных наблюдениях за источником гамма-излучения, который обнаружен спутником Ферми.
Международным объединением телескопов Low Frequency Array (сокращенно LOFAR) найден его первый миллисекундный пульсар. Он расположен в северном созвездии Дракона (лат: Draco), обращается вокруг своей оси раз в 2,43 миллисекунды и получил обозначение PSR J1552 + 54. Этот объект замечен LOFAR на радиочастоте 135 МГц - самой низкой из тех, на которых был ранее обнаружен миллисекундный пульсар.
При дальнейших наблюдениях с помощью радиотелескопов Lovell и Nancay на частоте от 1400 мегагерц распознать пульсар было невозможно. Видимо, у него при более высоких частотах происходит сильное уменьшение светимости.
Чтобы найти пульсар, астрономы просмотрели каталог спутников Ферми, в котором зафиксированы многочисленные неидентифицированные источники гамма-излучения. Исследуемый источник назван 3FGL J1553.1 + 5437th
Милисекундные пульсары представляют собой нейтронные звезды, вращающиеся в быстром темпе вокруг своей оси. Их диаметр составляет около 20 километров, а масса превосходит солнечную примерно в 1,4 раза. Такие объекты окружены сильными магнитными полями, где вблизи магнитного полюса генерируется излучение, распространяющееся узким конусом. Если один из этих конусов при экстремально быстром вращении направлен к Земле, то в радиоволнах возникает короткий импульс, который повторяется через регулярные промежутки времени. Он достигает Земли почти с точностью атомных часов.
Первые радиопульсары были зафиксированы в 1967 году. По последним сведениям, Млечный Путь содержит около 1800 пульсаров.
Космический зонд НАСА New Horizons сделал не все открытия. Далее в программе: Пояс Койпера - объект 2014 MU69 в миллиарде миль за Плутоном.
Но чтобы понять, куда отправится дальше аппарат "Новые горизонты", важно знать, почему для демонстрационного облета миссии НАСА был выбран Плутон.
Первый объект, найденный за Плутоном в Поясе Койпера, подтвердил, что в Солнечной системе присутствуют небесные тела, кроме известных восьми планет. Использование телескопа Гавайского университета помогло сделать открытие, поставившее неизведанную территорию Пояса Койпера в верхнюю часть списка текущих дел исследования Космоса, отмечено Аланом Стерном (Alan Stern), научным руководителем "Новых горизонтов".
На этой неделе Стерн выступил на конференци Аэрокосмического отдела Американского общества инженеров-строителей (ASCE) "Земля & Космос" в Орландо, где обсуждалась следующая миссия и данные космического корабля, полученные до облета Плутона в прошлом июле.
Облет Плутона зондом New Horizons
Новая миссия, облет объекта Пояса Койпера - 2014 MU69, намечена на 1 января 2019, но это одна из многих целей, подчеркнул Стерн. New Horizons может посетить там 20 различных объектов. Космический аппарат сейчас исправен, и его мощности хватит на 20 лет, добавил он.
В среду в выступлении на конференции ASCE Стерном было высказано окончательное предложение для миссии объектов пояса Койпера (KBOs). По его словам, отсутствие исследования массивного Пояса Койпера походило бы на игнорирование Тихого океана на карте Земли.
По данным НАСА, KBOs - остатки образования Солнечной системы, произошедшего за 4,6 млрд лет.
"(Это) объекты, которые по существу остались нетронутыми с начала образования Солнечной системы". Дэниел Бэчелдор (Daniel Batcheldor), руководитель Физики и Космических исследований в Технологическом институте Флориды
Плутон - самый известный нам объект Пояса Койпера - находится на краю полосы, которая в Солнечной системе проходит вокруг планет за Нептуном. А KBOs - это могут оказаться планеты, небольшие луны и кометы, причем тысячи.
Занимающийся кометами в Университете центральной Флориды профессор физики Дэн Бритт (Dan Britt) был отобран для научной команды "Новых Горизонтов" с целью изучения геологии и структуры 4 млрд-летних нетронутых замороженных объектов во время предстоящей миссии космического зонда. Для планетологии исследование Пояса Койпера важно, так как порой одна из его комет высвобождается и ударяет планету Земля, объяснил Бритт. Следующий этап путешествия "Новых Горизонтов" позволит лучше понять этот таинственный застывший мир.
По мнению Бэчелдора, KBO 2014 MU69, находясь намного дальше за Плутоном, станет лучшим для изучения объектом пояса Койпера.
Астрономы показали, что звезды раздевают свои суперземли, сдувая излучением их атмосферы.
Планеты категории "суперземля" теряют свою атмосферу, когда вращаются слишком близко к своей звезде. Таков вывод международного исследовательского проекта, который координировался доктором Миой Лундкфист (Mia Lundkvist), астрономом обсерватории Кёнигштуль Центра астрономии Гейдельбергского университета (ZAH).
Суперземлями являются экзопланеты далеких звезд за пределами Солнечной системы. Они наиболее часто встречаются в Млечном Пути. На основе анализа измерений спутника НАСА "Кеплер", исследователи обнаружили, что исходящее от звезды излучение вызывает потери в планетарной атмосфере. Ее выдувает в космическое пространство, и остается "обнаженное" ядро планеты.
Массивная скалистая планета, движущаяся вокруг звезды по тесной орбите, не может долго наслаждаться своей атмосферой Фото: Dana Berry
Планеты обычно состоят из твердого ядра и атмосферы. У экзопланет с радиусом, превышающим земной в 2,2-3,8 раза – так называемых суперземель, атмосфера может составлять основную часть объема, как у Нептуна. Однако при слишком интенсивном излучении центральной звезды часть или даже вся газовая оболочка планеты может уйти в Космос. В последнем случае останется лишь маленькое твердое ядро, и планета без атмосферы будет казаться гораздо меньше, чем раньше. Видимо, эта ситуация происходит, прежде всего, при интенсивности излучения, превышающем 650-кратное солнечное.
"Это явление было теоретически уже давно предсказано. Что дело обстоит именно так, доказывают наши результаты". Д-р Миа Лундквист
Для получения этого результата исследования ученые измерили сначала величину звезд, их светимость и расстояние от планет до их светил. По этим данным можно было рассчитать интенсивность излучения на орбите планеты. Для достижения требуемой точности гейдельбергская команда оценила данные спутника НАСА "Кеплер", первоначально обнаружившего планетные системы и фиксировавшего с очень высокой точностью свет звезд в течение четырех лет.
С помощью этой информации астрономы смогли измерить так называемые "звездотрясения", толчки которых проявляются в малейших изменениях освещенности звезд, и рассчитать структуру, размер и яркость каждой звезды.
"Наша команда смогла очень хорошо определить методами астросейсмологии количество обрушивающегося на планету излучения. Это веха для лучшего понимания возникновения и развития планетных систем". Д-р Миа Лундквист
При этом могло также показаться, что нет суперземель, очень близко вращающихся вокруг своей звезды.
"Здесь снова ясно видно, что планеты только тогда можно действительно охарактеризовать, когда исследуют также звезды, к которым они принадлежат". Саския Хеккер ( Saskia Hekker), Институт исследований Солнечной системы Макса Планка, участник проекта
Наблюдения шаровых скоплений - связанных гравитацией сферических групп звезд, вращающихся вокруг галактики, как спутники - имеют решающее значение для изучения галактической и звездной эволюции. Какой тип галактик включает наибольшее количество шаровых скоплений в современной Вселенной? Недавнее исследование отвечает на этот вопрос.
Шаровые скопления есть почти у всех галактик
Шаровые звездные скопления можно найти в ореолах всех галактик со светимостью выше критической (около 107 солнечной) На практике - у всех, кроме самых маленьких карликов. Число шаровых кластеров галактики связано с ее светимостью. У Млечного Пути их 150, немного ярче Туманность Андромеды, возможно, с несколькими сотнями таких скоплений, и очень большая светимость у гигантской эллиптической галактики с каталожным номером M87. Она вероятно, имеет более десяти тысяч светимостей Солнца.
Шаровое скопление 47 Тукана (Very Large Telescope) Фото: ESO
Но галактики распределены по светимости звезд не равномерно; крошечные карликовые галактики чрезвычайно многочисленны во Вселенной, зато гигантские эллиптические встречаются гораздо реже.
Где находится большая часть шаровых кластеров Вселенной - вокруг карликов или же вокруг больших галактик? Ученому канадского Университета Макмастера, Уильяму Харрису (William Harris), сделавшему некоторые расчеты, удалось найти ответ, объединив в своих оценках два компонента:
Функцию Шехтера, которая описывает относительное число галактик на единицу светимости. Эта функция понижается около светимости, примерно, характерной нашей Галактике.
Эмпирические данные ~ 400 галактик, которые описывают среднее число шаровых скоплений в галактике как функцию светимости.
Харрис делает вывод, что шаровые скопления звезд чаще встречаются у галактик в удивительно узком диапазоне вокруг характерной светимости функции Шехтера. Это означает, что сейчас совокупность галактик, подобных по яркости Млечному Пути или Туманности Андромеды, владеет наибольшим общим количеством таких кластеров во Вселенной.
Доминируют низкометалличные галактики
Исследователь расширяет эти расчеты путем изучения двух субпопуляций шаровых скоплений: синим обозначена бедные металлами, найденные во всех галактиках, а красным - богатые, предпочитающие жить в массивных ярких галактиках.
График относительного числа шаровых скоплений во всех галактиках с данной светимостью Фото: Harris
Поразительно, но Харрис считает, что это предпочтение обеспечивает первым почти 80% всех шаровых скоплений во Вселенной. Они превосходят богатых металлами почти в соотношении 4:1.
Этот результат означает, что самые ранние стадии иерархических слияния галактик - когда наибольшая часть имеющегося газа была с низкой металличностью - обеспечили самые благоприятные условия для формирования плотных массивных звездных скоплений. Эта ранняя среда породила большинство видимых нам сегодня шаровых скоплений.
По данным новой спутниковой миссии, вызванные реконнекцией (пересоединением) электромагнитные волны ускоряют высокоэнергетические электроны.
Существование частиц высоких энергий внешних слоев атмосферы нашей планеты было известно в течение многих десятилетий. Популяция высокоэнергетических электронов (до нескольких сотен килоэлектронвольт) найдена не только в радиационных поясах Ван Аллена. Но неясно, что ускоряет электроны до таких высоких энергий. Есть разные теоретические модели, но взаимодействие в экзосфере тонкой плазмы и солнечного ветра настолько сложно, что объяснить механизмы ускорения могут только непосредственные измерения на месте.
С этой целью НАСА начала чуть более года назад Магнитосферную многомасштабную миссию (MMS). Она состоит из четырех небольших спутников, вращающихся вокруг Земли по высокой эллиптической орбите (на расстоянии 2500-150000 км). Четыре космических аппарата летят в Пространстве, как тетраэдр с длиной ребра в несколько десятков километров. Это позволяет им воспринимать небольшие изменения в магнитной структуре экзосферы во времени и в пространстве.
Опыт предыдущих миссий показал, что охваченной области пространства и тонких измерений было недостаточно, чтобы точно понять иногда очень недолговечные и быстро протекающие в плазме процессы. С этой целью НАСА усовершенствовало, по сравнению с предыдущими космическими зондами, электронику на борту MMS-спутников. Они измеряют электромагнитные поля в экзосфере с временным разрешением 0,1 мс, а энергетический спектр электронов - с разрешением 30 мс.
Четыре MMS-зонда пролетают сквозь магнитопаузу, где магнитное поле солнечного ветра (желтый и оранжевый) попадает на земное (синий) Художественное изображение: NASA
Уже более года MMS-спутники мониторят Космос. Появились первые научные результаты, помогающие объяснить ускорение электронов до высоких энергий. Ученые MMS смогли идентифицировать короткие электромагнитные импульсы, сопровождающиеся значительным подъемом энергии электронов. Эти импульсы, названные "time domain structures"(сокращенно TDS), возникают, предположительно, путем магнитного пересоединения, если сталкиваются противоположно ориентированные магнитные поля солнечного ветра и атмосферы Земли и в плазме снова выравниваются скрещенные магнитные поля. При этом выделяется много энергии. Важную роль этот эффект может играть и при солнечных вспышках.
Такие TDS длятся лишь миллисекунды. Они мчатся сквозь плазму со скоростью нескольких тысяч км/час. Очевидно, вызванная реконнекцией волна электронов, несущаяся со скоростью 4000 км/час, увеличивает их изначальную энергию до 40 раз. Два из четырех MMS-спутников смогли захватить такую TDS. Как показали MMS-измерения, прохождение одной единственной TDS явно передвинуло энергетический спектр электронов с сторону более высоких энергий.
Исследователи иногда наблюдали при этом увеличение энергии электронов от пяти до двухсот электронвольт. Но этого было все еще слишком мало, чтобы объяснить энергию некоторых электронов в экзосфере, составляющую много килоэлектронвольт. Однако ключ к пониманию этих процессов может дать умножение энергии частицы одним таким отражением Ферми.
Астрофизики давно предполагали, что отражения Ферми играют решающую роль в возникновении высокоэнергетических частиц не только в космических масштабах, например, в ударных фронтах сверхновых, но и в сравнительно безобидных электромагнитных импульсах, которые могут быть вызваны магнитным пересоединением верхних слоев земной атмосферы. В отражениях Ферми заряженная частица получает энергию, когда ударяется об электромагнитную волну в плазме и таким путем ускоряется. При соответствующих условиях это может вызывать многократные отражения и тем самым эффективно преобразовывать электромагнитную энергию в кинетическую. В космическом пространстве этот механизм, вероятно, создает крайне высокоэнергетическое космическое излучение, роль которого в земных масштабах пока плохо изучена.
Исследователи надеются, что MMS-миссия не только даст информацию о взаимодействии земной экзосферы: и для других планет будет важно подобное воздействие, особенно для вспышек и извержений на Солнце. Но некоторые детали измерений из-за вариабельности плазменных импульсов недостаточно хорошо изучены. Однако запланированный срок службы MMS-спутников не истек. Во второй половине своей миссии они должны подробнее изучить магнитную реконнекцию на более высокой орбите.
Примерно два миллиона лет назад был взрыв сверхновой вблизи Солнечной системы. Об этом свидетельствуют следы определенного изотопа железа в морских отложениях. В настоящее время ученые Технического университета Мюнхена (ТУМ) совместно со своими американскими коллегами отыскали и в образцах лунного грунта необычно высокую концентрацию выброса железа этой сверхновой. Они предполагают, что обе находки являются результатом одной звездной вспышки.
Умирающая звезда заканчивает свою жизнь с мощным взрывом. Большую часть материи, особенно возникающие во время взрыва химические элементы, она выбрасывает в Пространство. Один или несколько таких взрывов сверхновых случились приблизительно 2000000 лет назад недалеко от Солнечной системы. На это указывает на Земле повышенная концентрация изотопа железа Fe-60, найденного в глубине коры Тихого океана, а также в морских отложениях.
Радиоактивный Fe-60 возникает почти исключительно при звездных взрывах. Поскольку его период полураспада, равный 2620000 лет, намного меньше возраста Солнечной системы, это железо, появившееся при образовании Земли, давно должно распасться на стабильные элементы.
Лунный грунт миссий Аполлона
Теперь эта гипотеза сверхновой, доказательства которой были впервые найдены в глубине океанской коры исследователями ТУМ в 1999 году, получила еще одно подтверждение: физики Технического университета и их коллеги из США нашли также в образцах почвы Луны необычно большое количество Fe-60.
Аполлон-12: астронавт Алан Л. Бин при отборе проб на поверхности Луны Фото: NASA
Использовались образцы проб, взятых во время полетов миссии Аполлона 12, 15 и 16, которые в 1969-1972 доставили лунный грунт на Землю.
Однако Fe-60 может образоваться на Луне и при бомбардировке космическими частицами, не разбивающимися, как на Земле, об молекулы воздуха атмосферы, а выпадают дождем прямо на лунную поверхность. Это способно привести к расщеплению элементов.
"Но этот источник может объяснить лишь очень малую часть появления Fe-60". Д-р Гунтер Коршинек (Gunther Korschinek), ТУМ, Мюнхен
Отложение свежесозданного звездного вещества
"Поэтому мы предполагаем, что Fe-60 обеих находок, с Луны и Земли, имеет одинаковое происхождение: это залежи свежедобытого звездного материала, который был создан в одной или нескольких сверхновых". Д-р Гунтер Коршинек
Поскольку наш естественный спутник - лучший космический архив, чем Земля, ученые впервые определили максимум поступления Fe-60, который должен достичь Луны. Исходя из этого, исследователи могут также рассчитать расстояние до произошедшего взрыва сверхновой.
"Измеренный поток Fe-60 соответствует сверхновой на расстоянии около 300 световых лет. Это значение хорошо согласуется с недавно опубликованной в Nature теоретической оценкой." Д-р Гунтер Коршинек
Фотопластинка 1917 года содержит доказательства обломков планет вокруг белого карлика.
Случайная находка в подвале: на почти столетней фотопластинке астрономы обнаружили самое старое доказательство существования внесолнечных планет. В 1917 году американский астроном сфотографировал белый карлик, спектр которого носит явные следы обломков планетарной системы. Но тогда их просто не узнали, и только теперь это свидетельство было случайно обнаружено.
В декабре 2015 датские исследователи установили, что древние астрономические фотографические пластинки могут скрывать настоящие сокровища. Они нашли в подвале своего института исторические снимки, в том числе знаменитого затмения 1919 года, а также около 250000 фотопластинок и фотографий из трех обсерваторий - большая часть, которых была полностью не известна.
Выдали линии поглощения
Но потом пришел запрос от Джея Ферихи (Jay Farihi) из Университетского колледжа в Лондоне. Он искал снимки Уолтера Адамса (Walter Adams), астронома Института Карнеги. Тот сделал в 1917 году фото недавно обнаруженного белого карлика. На фотопластинках он зафиксировал изображение этой звезды и ее световой спектр. Особенно необычным карлик тогда не казался, однако, Адамс отметил, что звезда была немного горячее, чем Солнце.
При более детальном исследовании Ферихи нашел линии поглощения, которых у такого объекта быть не должно. Они указывают на присутствие в окружении белого карлика тяжелых элементов, таких как кальций, железо и магний - их звезда уже давно должна была втянуть внутрь.
Кольцо обломков вокруг белого карлика
Для этих загадочных химических "примесей" сейчас есть только одно объяснение: белый карлик - звезда, окруженная обломками планетной системы, которая разорвала в агонии окружающие ее экзопланеты подобно тому, как Солнце разрушит в конце жизни нашу систему.
"Этот механизм создает кольца из планетарных обломков и пыли и приводит к тому, что тяжелые элементы долетают до атмосферы белого карлика. Это, в свою очередь, возможно лишь, если до этого существовала полноценная планета". Джей Ферихи
Почти столетняя фотопластинка показывает характерный признак разрушенных экзопланет. Хотя астрономы тогда не заметили этой спектральной сигнатуры, она доказывает, что вокруг далеких звезд должны быть планеты.
"Совершенно невероятно, что эта фотопластинка 1917 года содержит старейшее свидетельство такого "загрязненного "белого карлика". Джон Малчеей (John Mulchaey), директор обсерваторий Карнеги
Он считает вполне вероятным, что в подвале его собственной организации, институтов и обсерваторий всего мира ждут своего открытия другие астрономические сокровища.
"У нас в подвале находятся тонны истории, и кто знает, что мы найдем там в будущем?" Джон Малчеей
По данным новой спутниковой миссии, вызванные реконнекцией (пересоединением) электромагнитные волны ускоряют высокоэнергетические электроны.
Фотопластинка 1917 года содержит доказательства обломков планет вокруг белого карлика.
