Незначительные слияния - источник звездообразования

Незначительные слияния галактик являются основными факторами формирования звезд.

По данным Sky Survey Sloan Digital, около половины звезд в локальной Вселенной возникает в результате незначительных слияний (minor mergers) галактик. При наблюдениях за участком неба Stripe 82 неоднократно получались высококачественные изображения спиральных галактик. Об изменении их форм, вызванном взаимодействием с самыми мелкими соседями и свидетельствующем о росте звездообразования, говорится в исследовании, представленном на Национальном собрании астрономии в университете Ноттингема.

Гравитация, вездесущая сила притяжения, пронизывающая нашу Вселенную и сталкивающая галактики, является важным фактором их формирования. Эти столкновения могут влиять на различные свойства:

• вызывать слияние и сильное звездообразование в этих галактиках;
• увеличивать массы их черных дыр;
• значительно изменять внутреннюю структуру галактик.

Наша классическая парадигма часто предполагала, что слияния между равными по массе предшественниками ('крупные' слияния) имеют наиболее преобразующее влияние на галактик. Тем не менее, такие события редки. Гораздо более распространенными являются слияния между массивными галактиками и малыми спутниками ('незначительные' слияния), так как небольшие галактики намного превосходят численностью их более массивные аналоги, а гравитация обеспечивает постоянные бомбардировки этих больших галактик мелкими компаньонами.

Спиральная галактика NGC 7714, форма которой была сильно искажена при тесном взаимодействии с соседней галактикой, снята космическим телескопом Хаббл. Такое незначительное слияние вызывает взрыв звездообразования - рождение около половины всех новых звезд в локальной Вселенной Фото: Королевское астрономическое общество (RAS)

Крупные слияния более яркие зрелищные, их легче изучать, а незначительные требует больших усилий, предполагают 'глубину', то есть отображение с большой выдержкой, обнаруживающей слабые приливные свойства, которые являются признаками незначительных слияний.

В последнее время накапливаются косвенные доказательства того, что незначительные слияния действительно являются важными факторами эволюции галактик: например, наблюдаемый рост размера галактик в течение последних 10-12 миллиардов лет происходит, вероятно, из-за повторных незначительных слияний. Это первое исследование, использующее большую выдержку изображений для количественной оценки звездообразования в соседних областях Вселенной, вероятно, вызванного процессом незначительного слияния.

"Результаты поразительны. Чуть более половины космического бюджета звездообразования непосредственно обусловлено незначительными слияниями. Другими словами, если бы этот процесс не произошел, то галактики в сегодняшней Вселенной были бы, по крайней мере, вдвое менее массивными".
Доктор Сугэта Кэвирэдж (Sugata Kaviraj), ведущий автор работы, Университет Хартфордшира

Без глубокого изучения процесса незначительных слияний наше понимание эволюции галактик останется неполным, считает исследователь.

Источник: ras.org.uk

Модели эволюции Вселенной говорят о ее расширении

Впервые после бескомпромиссных формул Эйнштейна исследователи создали модели эволюции Вселенной, чтобы выяснить, действительно ли темная энергия ускоряет ее расширение.

Правда ли, что расширение Вселенной ускоряется и всё, что ее составляет, разлетается с нарастающей скоростью под действием таинственной силы? Или ложные предположения об однородном пространстве, которое выглядит одинаковым во всех направлениях, создают неправильное впечатление? Несколько исследовательских команд из США и Италии представили недавно в трех публикациях первые полные симуляции без ограничений законов общей теории относительности.

До этого лишь суперкомпьютеры были в состоянии сами моделировать математически уменьшенные приближения, основанные обычно на ньютоновской теории тяготения. Исследователи рассматривали, как расширяется Вселенная, исходя из несколько неравномерного распределения материи при реальных измерениях. Гравитация способствовала созданию постоянно растущих скоплений массы. Для расчетов применялись модели, которые были разработаны, чтобы определить, как влияют на пространство-время двойные черные дыры, вращающиеся вокруг друг друга. Удалось дважды экспериментально доказать такое влияние, проявляющееся в виде гравитационных волн.

Эволюция Вселенной - начало и конец Фото: © dreamstime/Attila Alexovics

Современные космологические модели появились в двадцатые годы прошлого века. Одним из создателей теории Большого Взрыва, согласно которой Вселенная продолжает расширяться с момента ее выхода из сингулярности, был бельгийский священник и астрофизик Леметр. Это подтвердили измерения красного смещения спектров галактик, выполненные Эдвином Хабблом.

Однако компьютерные мощности ограничивали дальнейшее цифровое моделирование эволюции Вселенной. Поэтому используется предположение о однородной Вселенной, в которой (при больших масштабах) материя везде распределена одинаково, и игнорируются реально существующие локальные скопления массы, такие как звезды и галактики. При этом вместо сложных релятивистских уравнений Эйнштейна рассматриваются упрощенные модели гравитации. Не принимаются во внимание физические эффекты.

Вычисления сверхновых тоже предоставляют доказательства ускоренного расширения Вселенной. Толчок к этому должна давать темная энергия, о которой нам пока известно очень мало. Все это и сегодня порождает скептиков преобладающих космологических моделей.

Но авторы данного исследования не считают, что их работа будет способствовать отмене идеи темной энергии, так как релятивистские эффекты, которые они обнаружили при моделировании, слишком малы по сравнению с крупномасштабными. Тем не менее, они обнаружили, что превышение скорости расширения в менее плотных областях может достигать 28 процентов, а в районах с большей плотностью вещества гравитационный коллапс скоплений материи может происходить более быстрыми темпами.

Таким образом, новые релятивистские методы могут, например, привести в ближайшие несколько лет к лучшему пониманию образования галактик.

Источник:  spektrum.de

Почему так мало галактик - спутников Млечного Пути

Найден возможный виновник недостающих галактик - спутников Млечного Пути: материю, необходимую для создания звезд, мог выбросить в Космос взрыв сверхновой, препятствовавший галактической эволюции.

САН-ДИЕГО - Давнюю тайну недостающих галактик-спутников Млечного Пути открывают новые исследования. Сверхновые, энергичные взрывы массивных звезд, могли вытолкнуть большую часть материи, окружающей нашу Галактику, далеко в Пространство, предотвращая тем самым возникновение множества крошечных галактик-компаньонов.

Согласно теории эволюции галактик вокруг Млечного Пути должны быть миллионы таких мелких объектов, но обнаружены лишь несколько десятков. И самые яркие из найденных оказались легковесами, не оправдав ожиданий теоретиков. Но новые компьютерные симуляции, предназначенные для отслеживания роста галактик вплоть до уровня отдельных звезд, показывают важную роль сверхновых в раскрытии этих тайн.

Филип Хопкинс (Philip Hopkins), астрофизик из Калифорнийского технологического института, представили результаты 13 июня во время заседания Американского астрономического общества.

Новые модели показывают, что сверхновые в море темной материи вокруг нашей галактики (слева) оставили только несколько сгустков, достаточно массивных (в окружностях) для создания галактик-спутников. Изображение справа (из той же имитации) показывает, где возникают звезды

"Если добавить всю энергию, которую сверхновые испускают при жизни галактики, это будет больше, чем гравитационная энергия, удерживающая галактики вместе. Ее нельзя игнорировать".
Филип Хопкинс

Моделирование галактик обычно ограничено вычислительной мощностью, а усилия, требующиеся для имитации эволюции галактик, слишком велики, чтобы показать некоторые детали. Например, вместо охвата всего, что происходит в галактике, симуляции ограничиваются совокупным воздействием сверхновых в специально созданных рамках. Эти ограничения не в полной мере охватывают всю физику звездных ветров и ударов сверхновых, которые испытывают галактики.

Симуляции Хопкинса создают галактики на компьютере и отслеживают эволюцию таких систем, как Млечный путь, за 13 и более миллиардов лет. В звездных яслях (массивном виртуальном сгустке темной материи - неуловимого вещества, связывающего, по мнению ученых, галактики) собираются газ и пыль. В этой цифровой вселенной рождаются и умирают звезды. Взрыв самых массивных из них приводит к бурной галактической истории, считает Хопкинс.

"Поскольку эти звезды быстро формируются в ранней Вселенной, живут они тоже недолго, бурно взрываются и умирают, далеко от галактики отбрасывая материю. Они не просто избавляются от газа".
Филип Хопкинс

Вспышки сверхновых взбалтывают темную материю, предотвращая создание множества спутниковых галактик и уменьшая число тех немногих, которые выживают.

Эта идея не нова, говорит астроном Дженис Ли (Janice Lee), Научный институт космического телескопа, Балтимор. Но моделирование Хопкинса открывает намного больше деталей этой истории и показывает, в чем вероятная причина спутникового дефицита нашей Галактики.

Однако, прежде чем объявить, что тайна отсутствующих галактик-спутников раскрыта, астрономы должны провести несколько проверок, говорит Ли. Существует, например, предположение, что энергия умирающих звезд взаимодействует с межзвездным газом. Точные детали этого взаимодействия могут показать, сколько карликов и гигантов образуется в звездных скоплениях.

Исследовать звездные скопления в нескольких относительно близких галактиках поможет запускаемый в 2018 году космический телескоп JWST, носящий имя Джеймса Уэбба. Чтобы увидеть, насколько эти наблюдения соответствуют реальной Вселенной, можно было бы сравнить их с виртуальными кластерами, возникающими при моделировании.

Источник: sciencenews.org

Планета-океан может быть враждебной для жизни

Kepler 62e

Выяснилось, что водные планеты могут быть враждебными для жизни, если слой льда высокого давления отделяет атмосферу от морского дна.

Обычно присутствие воды в жидком виде считается необходимым условием развития жизни на планете. Поэтому в последние годы значительно усилился поиск таких экзопланет. Однако новое исследование выяснило, что слишком большое количество воды скорее будет помехой появлению жизни на планете. Ученые изучали вопрос, насколько это влияет на ее развитие и возникновение там жизни.

Команда, возглавляемая Яном Хендриком Бредерхёфтом (Jan Hendrik Bredehöft), Университет Бремена, и Леной Ноак (Lena Noack), Королевская обсерватория Бельгии, выяснила, что вода очень глубоких океанов под действием собственного веса может стать редкой формой льда высокого давления.

Художественное изображение планеты-океан Фото: NASA

Если ядро планеты производит достаточное количество тепла, то этот лед может таять снизу, образуя массивный ледяной слой между верхним и нижним океанами. Такой лед отделяет затем атмосферу от морского дна. Но это создает трудности для возникновения жизни, построенной как на минералах, так и на органических веществах из атмосферы.

"Достаточно удивительно, что лед высокого давления может образоваться на действительно очень больших (стокилометровых и более) водных глубинах. Но странно, что этот лед затем может снизу расплавиться и друг над другом образуются два океана".
Ян Хендрик Бредерхёфт

Планета-океан величиной с Землю образует на морском дне под 170-километровой толщей воды лед. Это соответствует более чем 15-кратной глубине самой низкой точки на Земле. В 2013 году поиски внеземной жизни привели к открытию двух экзопланет, Kepler 62e и Kepler 62f, размер и плотность которых позволяют предположить, что на них возможны такие глубокие океаны.

Сравнение Земли, Kepler 62e и Kepler 62f

И в Солнечной системе - на некоторых спутниках Сатурна и Юпитера - могут оказаться, большие океаны, скрытые под слоем льда. Сейчас исследователи проверяют, как можно применить их модель к луне Юпитера Энцеладу и спутнику Сатурна Титану, и насколько вероятно там наличие жизни.

Источник: sciencedirect.com

Реликвии первого поколения звезд Млечного Пути

АНН-АРБО - Первые звезды Млечного Пути уже давно выгорели, однако, астрономы впервые наблюдали новый набор химических элементов, образующихся в их ядрах, и взрывы сверхновых, которыми заканчивается их короткая жизнь.

Исследователи обнаружили в звезде второго поколения Млечного Пути следы серы и фосфора и впервые использовали спектрограф космического телескопа Хаббл, чтобы отобразить ее ультрафиолетовый спектр.

Хотя ученые не могут непосредственно наблюдать первые звезды, которые сформировались в Млечном пути, они могут обратиться к существующим звездам второго поколения. Тогда можно увидеть то, что было создано после смерти более ранней звезды. Звезды второго поколения были сформированы, когда первые звезды Вселенной, в составе которых были, главным образом, гелий и водород, взорвались как сверхновые.

Остаток сверхновой G266.2-1.2, как он виден в рентгеновском и оптическом диапазонах длин волн. Остатки сверхновых состоят из пыли, куда входят элементы, произведенные сверхновой. Материя в них смешивается с другими газами и пылью и формирует новое поколение звезд
Фото: X-ray: NASA и др

В результате этих взрывов звезды первого поколения создали новые элементы, сопоставление которых с физикой их производства позволяет ученым что-то узнать об особенностях звезды-прародительницы.

"Звезды являются фабриками, где были созданы элементы всей Вселенной, кроме водорода и гелия, включая те, которые составляют нашу Землю и даже наши собственные тела".
Ян Рёдерер (Ian Roederer), преподаватель астрономии и научный сотрудник, университет Мичигана, колледж литературы, науки и искусств

Для исследования команда Рёдерера выбрала BD+44 493 - самую яркую известную звезду второго поколения, которая прекрасно видна в хороший бинокль, хотя от нас ее отделяет приблизительно 600 световых лет.

Остаток сверхновой BD+44 493

BD+44 493 содержит высокую концентрацию углерода и низкую концентрацию железа и других тяжелых элементов. Поэтому она, вероятно, сформирована из единственной звезды первого поколения. Кроме фосфора и серы ученые обнаружили в ее ультрафиолетовом спектре цинк, только однажды замеченный ранее в звезде второго поколения.

Присутствие этих трех элементов в замеченных количествах означает, что звезда, выбрасывающая их в Пространство, была крупной — вероятно, больше чем в 20 раз превышающей Солнце — и взорвалась как сверхновая.

"Одна из особенностей этой сверхновой в том, что взрыв был менее энергичным, чем тот, который мы считаем нормальным взрывом сверхновой звезды".
Ян Рёдерер.

Эта история отличается от предыдущей находки цинка в другой звезде второго поколения, считает ученый.

"В таком случае, взрыв был более энергичным, чем обычно. Даже эти два объекта показывают нам, что взрывы сверхновых первых звезд были весьма разнообразны".
Ян Рёдерер.

Открытие также позволяет получить дополнительную информацию о звездах первого поколения. Сейчас лишь космический телескоп Хаббл обеспечивает просмотр ультрафиолетовых спектров звезд. Но, как только станут доступными более мощные ультрафиолетовые спектрографы, исследователи смогут посмотреть на многие звезды второго поколения и получить новую информацию о различных особенностях первых звезд нашей Вселенной, поясняет Рёдерер.

Источник: ns.umich.edu

Открыта тайна ранней миграции газовых гигантов

Молодые экзопланеты свидетельствуют о ранней миграции газовых гигантов.

Обнаружена еще одна экзопланета: кроме недавно возникшего супернептуна K2-33 b, до сих пор окруженного остатками праоблака, найден горячий юпитер - газовый гигант звезды V830 Tau. У обеих планет очень тесные орбиты. Однако экзопланеты слишком велики, чтобы возникнуть так близко к родительским звездам, поэтому должны были перемещаться к ним, будучи еще внутри праоблака, сообщают исследователи в журнале "Nature".

Из примерно 2000 известных в настоящее время экзопланет поразительно многие относятся к горячим юпитерам - газовым гигантам, вращающимся в сто раз ближе к своим звездам, чем Юпитер к Солнцу. Обычно для оборота вокруг своего светила им требуется всего несколько земных суток. Кроме того, они сильно нагреваются из-за близости к звезде. Часть этих горячих юпитеров движется по "неправильным" или необычно эксцентричным орбитам.

Такие газовые гиганты не могли родиться там, где находятся. Они должны были возникнуть вдали от звезды, в области плотного и достаточно холодного газа, способного при турбулетности коллапсировать и формировать планеты. Даже Юпитер образовался когда-то намного дальше от Солнца, а затем мигрировал на сегодняшнюю орбиту.

Два газовых гиганта в младенчестве

Но когда происходит миграция? В праоблаке, до того как сформировались каменистые планеты, или после этого? Астрономы не знали, так как наблюдали за такими внесолнечными газовыми гигантами на раннем этапе их рождения, а не сразу после этого, в критической фазе для миграции.

Впервые позволяют взглянуть на эту критическую фазу обе недавно открытые экзопланеты, соответствующие ряду условий:

• космическим младенцам лишь несколько миллионов лет;
• принадлежат эти планеты к газовым гигантам, вращающимся на очень близком расстоянии вокруг своих звезд;
• образовались они не там, где находятся.

Звезде V830 Tau только два миллиона лет. Газовый гигант, вращающийся вокруг нее, тоже очень молод Фото: © Mark А. GarlickGarlick

Очень молодой горячий Юпитер

До нас от планетарного "младенца" приблизительно 430 световых лет. Он всего на 80 % меньше Юпитера. Его солнцу, V830 Tau, лишь около двух миллионов лет, и поэтому сам газовый гигант должен еще быть очень молод. Тем не менее, экзопланета вращается по чрезвычайно тесной орбите: ее период обращения составляет всего пять суток.

"Наше открытие продемонстрировало, что газовый гигант может появиться очень скоро после рождения своей звезды в непосредственной близости от нее. Горячие юпитеры могут, видимо, менее чем за два миллиона лет мигрировать внутрь планетарной системы".
Элоди Эбрард (Elodie Hébrard), соавтор работы, Университет Йорка.

Источник: nature.com

Новорожденная экзопланета полностью сформирована

Фото: NASA/JPL-Caltech

Открытие новорожденной экзопланеты может помочь объяснить планетарную эволюцию.

Международная команда исследователей обнаружила самую юную полностью сформировавшуюся экзопланету на орбите молодой звезды, свет от которой идет к нам 500 лет. Недавно открытая планета K2-33b напоминает размерами Нептун (но на 50% больше), примерно в шесть раз больше Земли и обращается вокруг своей звезды за пять суток. Это означает, что она в 20 раз ближе к своей звезде, чем Земля к Солнцу.

Исследователи, в число которых входит д-р Саша Хинкли (Sasha Hinkley), Университет Эксетера, полагают, что планете всего 5000000 - 10000000 лет (по астрономическим понятиям и по сравнению с Землей, которой 4,5 млрд лет, она - сущий младенец). Это самая молодая, полностью сформировавшаяся планета из немногих новорожденных планет, обнаруженных на сегодняшний день.

Команда надеется, что новое открытие поможет астрономам глубже понять процессы эволюции планет Галактики. Статья об исследовании вышла в научном журнале Nature 20 июня 2016. Д-р Хинкли, старший преподаватель астрофизики и астрономии в Эксетере, считает, что открытие "обеспечивает экстраординарный снимок процесса образования планет".

K2-33 b, как показано на этом рисунке, является одной из самых молодых экзопланет, обнаруженных до настоящего времени. Она делает полный оборот вокруг своей звезды примерно за пять суток Фото: NASA/JPL-Caltech

Группа астрономов изучала новую планету, обнаруженную в ходе миссии K2 космического телескопа Kepler, зафиксировавшего транзит экзопланеты - регулярное затемнение света, излучаемого ее звездой.

Когда звезды формируются, они окружены плотными областями газа и пыли - протопланетными дисками, из которых формируются планеты. Если молодая звезда достигает нескольких миллионов лет, этот диск, в основном, рассеивается и формирование планеты завершается.

Родительская звезда новой экзопланеты имеет небольшой объем дискового материала, о чем свидетельствуют наблюдения космического телескопа Spitzer. Следовательно, она находится в завершающей стадии рассеивания.

"Астрономы знают, что звездообразование в этом регионе, Верхней Скорпиона (Upper Scorpius), только что закончилось, так как около четверти звезд еще имеют яркие протопланетные диски. У остальной части звезд в регионе нет таких дисков, поэтому мы полагали, что формирование планет этих звезд, должно быть почти завершено и что там был бы хороший шанс найти вокруг них молодые экзопланеты".
Тревор Дэвид (Trevor David), ведущий автор статьи, докторант, работающий под руководством профессора астрономии Линн Хилленбранд (Lynne Hillenbrand)

Источник: nature.com