Dragonfly 44 - темный двойник нашей Галактики

Галактика Dragonfly 44 имеет 99,9 % темной материи.

Астрономы обнаружили "темную галактику", которая столь же массивна, как Млечный Путь, но имеет только одну сотую его звезд. Dragonfly 44 состоит на 99,9 % из темной материи. Первый известный "темный двойник" Млечного Пути, с одной стороны, представляет собой загадку, с другой - дает возможность более подробно исследовать природу темной материи галактики.

Такие галактики, как наш Млечный Путь, обычно содержат не только звезды и газ, но и большие количества темной материи. Ее доля в нашей галактике, возможно, составляет около 800 миллиардов солнечных масс и не меньше, чем вдвое, превышает количество видимой материи.

В скоплении Кома скрываются сотни "темных Галактик" © NASA / JPL-Caltech / Л. Дженкинс (ГЦКП)

Примерно 300000000 световых лет тделяет нас от скопления Coma. Там астрономы отследили около 800 галактик. В них очень мало звезд. Однако найденные объекты отличает большая массуа галактик. Напрашивалось подозрение, что эти ультрадиффузные галактики (UDG) состоят почти полностью из темной материи - однако, тогда это невозможно было доказать.

Предательский звездный темп

Для уточнения состава этой загадочной галактики, у Питера ван Доккума (Pieter van Dokkum) - Йельский университет, Нью-Хейвен - и его коллег появилась мысль точнее проанализировать одну из "темных" галактик в скоплении. С помощью телескопов обсерватории Кека и Gemini North на Гавайях, они измерили скорость движения звезд галактики Dragonfly 44.

"Движения звезд выдают нам, сколько там существует материи. А в галактике Стрекозы 44 звезды движутся очень быстро. Мы обнаружили, что там намного больше массы, чем можно было бы объяснить только звездами"
Питер Доккум

Только расплывчатое пятно: галактика Dragonfly 44 включает 99,9 % темной материи Фото: © Van Dokkum и др., Astrophysical Journal Letters

Неудачный Млечный путь

По скоростям звезд астрономы сделади вывод, что Dragonfly 44 должна по массе почти соответствовать нашей Галактике, однако, обнаружили там лишь приблизительно 0,01 звезд Млечного Пути. По мнению исследователей, это свидетельствует о том, что Стрекоза 44 содержит до 99,9% темной материи.

"Таким образом, Dragonfly 44 можно рассматривать как своего рода неудавшийся Млечный Путь".
Питер ван Доккум

"Мы абсолютно не представляем, как могла образоваться Стрекоза 44. Важным показателем может быть то, что довольно большая часть звезд существует в очень компактных кластерах. Но сейчас мы просто угадываем".
Роберто Абрахам (Roberto Abraham) из Университета Торонто, соавтор работы.

Частицы темной материи продолжают искать

Тем не менее, темные галактики, подобные этой, предоставляют хорошую возможность активизировать поиск загадочных частиц темной материи. Астрофизики не согласны даже с тем, что кандидатами являются как вимпы - слабовзаимодействующие массивные частицы, так и более экзотические, такие как "темные" фотоны или пятая фундаментальная сила.

"Для этого полезно, если есть объекты, которые состоят почти полностью из темной материи. Поскольку тогда ничто не отвлекает от звезд и других сопутствующих факторов".
Питер ван Доккум

Однако еще лучше было бы найти темную галактику ближе к Земле.

"Тогда мы могли бы искать слабые сигналы, которые испускали бы частицы темной материи. Поиск продолжается".
Питер ван Доккум

Источник: arxiv.org

Новая зона "Златовласки" для обитаемых планет

В поиске пригодных для жизни чужих миров нужно освободить место для второй зоны "Златовласки", считает исследователь Йельского университета.

В течение многих десятилетий считалось, что главным фактором в определении, способна ли на планете существовать жизнь, было ее расстояние от своего солнца. Например, Венера находится чересчур близко к Солнцу, Марс слишком далеко, а Земля как раз в нужном месте. Это расстояние и есть "обитаемая зона" или зона "Златовласки".

Кроме того, считалось, что планеты смогли сами регулировать внутреннюю температуру с помощью конвекции мантии - подземного смещения пород, вызванного внутренними процессами нагревания и охлаждения. Вначале планета могла быть слишком холодной либо чересчур горячей, но в конце концов она приобретает нужную температуру.

Новое исследование, вышедшее 19 августа в Science Advances, предполагает, что для поддержания жизни на планете ей недостаточно просто входить в обитаемую зону. Чтобы стать пригодной для жизни, у планеты сразу должна быть подходящая для этого внутренняя температура.

Новое исследование предполагает: обитаемая планета должна с самого начала иметь внутреннюю температуру, способную поддерживать жизнь Фото: Michael S. Helfenbein / Йельский университет

"Если вы собираете все виды научной информации о том, как развивалась Земля в последние несколько миллиардов лет и попытаетесь разобраться в них, вы в конечном счете поймете, что конвекция мантии довольно равнодушна к внутренней температуре".
Джун Коренага (Jun Korenaga), ведущий автор исследования, являющийся профессором геологии и геофизики Йельского университета

Коренага представляет общую теоретическую платформу, которая объясняет степень саморегулирования, ожидаемую для конвекции в мантии, и предполагает, что саморегулирование у планет земного типа маловероятно.

"Отсутствие саморегулируемого механизма имеет огромные последствия для обитаемости планеты. Исследования планетарного формирования указывают, что планеты земного типа образуются под влиянием многократных гигантских воздействий, и результаты этого весьма случайного процесса, как известно, довольно разнообразны".
Джун Коренага

Такое разнообразие размеров и внутренней температуры не препятствовало бы планетарной эволюции, если бы была саморегулирующиаяся конвекция мантии, отметил профессор.

"То, что мы считаем само собой разумеющимся на этой планете, например, океаны и континенты, не существовало бы, если бы внутренняя температура Земли не была в определенном диапазоне, и это означает, что начало истории Земли не может быть слишком жарким или слишком холодным".
Джун Коренага

Исследования поддерживает Институт астробиологии НАСА. Коренага является соисследователем команды НАСА "Альтернативные земли", которая организована по принципу понимания, как Земля поддерживает постоянную биосферу на протяжении большей части своей истории, как биосфера проявляется в "биосигнатурах" в планетарном масштабе, и как восстановление этой истории может содействовать поиску жизни внутри и вне Солнечной системы.

Источник: advances.sciencemag.org

Таинственные сигналы пульсара в тесных объятиях его спутника

Две вращающихся нейтронных звезды испускают колеблющиеся радиоволны. Данное явление могли бы объяснить чрезвычайно быстрое  вращение и тесные орбиты этих очень плотных объектов.

Иногда ученик должен закончить начатое его учителем, хотя исследование студентки Хейли Валь (Haley Wahl) из Университета штата Вермонт о странных сигналах двух звезд-пульсаров еще нельзя считать завершением работы Йоханны Ранкин (Joanna Rankin). Слишком сенсационным кажется утверждение, которое предлагают Валь и ее коллеги для открытия своего профессора. Но такой подход может быть "последним средством", считает Ранкин, которая тоже принимала участие в исследовании.

Обычно пульсары - вращающиеся остатки некогда взорвавшихся массивных звезд - испускают свои радиосигналы в чрезвычайно точном ритме. Из-за высокой точности их импульсы хотят даже использовать для выявления слабых явлений космологии, таких как гравитационных волны. Йоханна Ранкин обнаружила в 1990-е годы бурление радиосигнала пульсара B0919 + 06: Радиоимпульсы внезапно появлялись раньше, чем ожидалось. Но затем сигнал за несколько минут приходил в норму. Ранкин сочла это сначала погрешностью телескопа, с помощью которого отслеживались сигналы. Но измерения были корректными. И второй пульсар, B1859 + 07, показал позже тот же эффект. Ранкин в 2006 году опубликовала работу о своих наблюдениях. Однако объяснение бурлению так и не нашли.

Фото: © Ralph Eatough / MPI радиоастрономии

Студентка Хейли Валь предположила, что очень плотный объект, который быстро и на очень малом расстоянии вращается вокруг пульсара, деформирует его радиосигналы, как это наблюдалось ранее. Для этого у объекта несколько минут должна быть очень высокая скорость и более тесная орбита, чем у компаньонов во всех известных аналогичных двойных системах. Возмущения магнитного поля пульсара и может создать подобную картину.

Однако при таких условиях речь идет об огромных силах, взаимодействующих с совершенно особым веществом.

"Оно должно быть невероятно плотным, чтобы остаться единым целым. Даже обычная скала превратится в пыль".
Йоханна Ранкин

Исследователи предполагают наличие возле нейтронной звезды маленькой черной дыры или остатка белого карлика. У некоторых из этих небольших и очень компактных объектов замечена скорость, при которой они облетают нейтронную звезду за несколько часов. Возможно, наблюдаемые системы находятся в очень продвинутой стадии, когда пульсар и компаньон по спирали приближаются к финальному столкновению.

"Вся гипотеза о спутниковых объектах, которые находятся так близко к пульсару, является настолько сумасшедшей, что мы рассматриваем ее на всякий случай".
Йоханна Ранкин

Дказать такую систему было бы также чрезвычайно сложно. Астрономы надеются, что это исследование подтолкнет других ученых к созданию объясняющих моделей и будет время для их перепроверки.

Источник: arxiv.org

Как образовались спутники Марса

Два маленьких спутника Марса, похожие на картофелины: Фобос и Деймос, могли появиться после сильного удара, причем лун было несколько. В том числе большая, которая так же, как другие исчезнувшие спутника, обрушилась на Марс.

Луны Марса крошечные: Фобос меньше 30 км, а Деймос даже не достигает 20. Из-за низкой гравитации у них сформировалась неправильная форма с вмятинами. Спутник Марса, Фобос, подходит очень близко (приблизительно на 6000 км) к его поверхности, обращаясь вокруг планеты всего за семь часов. Период обращения Деймоса - спутника Марса, удаленного от планеты примерно на 20000 км, составляет около 30 часов.

Как образовались оба спутника планеты Марс?

Ответа пока нет. Долгое время считалось, что они могут быть захваченными астероидами. Но обсуждалась возможность появления этих лун в результате столкновением раннего Марса с большим небесным телом. Именно так возник, по сегодняшним представлениям исследователей, спутник нашей Земли - Луна. Почему же при сильном столкновении вместо большого образовались два маленьких спутника Марса?

Образование Фобоса и Деймоса могла вызвать большая протолуна
Фото: Labex UnivEarths/Парижский университет Дидро

Сколько спутников было у Марса?

Возможный сценарий происходившего предложен Паскалем Розенблаттом (Pascal Rosenblatt) и его командой, Королевская обсерватории Бельгии, Брюссель. Исследователи разработали компьютерные модели процессов, которые могли быть вызваны столкновением Марса с большим небесным телом, размер которого равен приблизительно одной трети самой планеты. При этом вокруг нее образовалось сначала кольцо обломков, которые затем сжались в более крупные объекты.

Моделирование предполагают, что во внутренней части диска, где обломки располагались очень плотно, могли возникнуть большие луны. А во внешних регионах, где должны были сформироваться Фобос и Деймос, было лишь несколько фрагментов. Это заставляет сомневаться в теории их происхождения в результате удара. Тем не менее, как показывают расчеты моделирования, гравитационный эффект массивной внутренней луны мог стимулировать образование из мусора внешнего диска этих двух спутников. По мнению исследователей, большая луна, как и множество более мелких, могла стать жертвой силы притяжения Марса, куда они, в конце концов, обрушились.

Фобос тоже разрушится

Уже давно стало понятно, что Фобос ждет та же участь, так как он каждый год приближается к Марсу примерно на два метра и все больше подвергается воздействию его гравитации. В ближайшие 20 - 40 млн лет он будет, вероятно, уничтожен, но из-за своей низкой плотности не врежется в Марс, а раскрошится. Эти остатки затем за миллионы лет образуют кольцо вокруг Марса. У планеты будет лишь один все дальше убегающий от нее спутник - Деймос.

Источник: nature.com

Астрономы объяснили хаотичность орбиты кометы Галлея

Команда голландских и шотландских исследователей под руководством Саймона Портегиса Цварта (Simon Portegies Zwar), Лейденский университет, нашла объяснение хаотическому поведению орбиты кометы Галлея.

Об этой комете наслышаны все. Ее можно увидеть с Земли каждые 75 лет. Последний год приближения кометы Галлея - 1986, а следующее свидание будет в 2061. Несмотря на регулярное возвращение, орбиту кометы невозможно точно предсказать. Это связано как с процессами, идущими внутри кометы, так и с изменениями ее орбиты при хаотическом взаимодействии с объектами Солнечной системы.

Комета Галлея 1986

Среди астрономов преобладает мнение, что орбиту кометы нельзя точно рассчитать, так она будет двигаться хаотически на протяжении всего чуть больше семидесяти лет. Это период обращения кометы Галлея, орбита которой, как показала недавно команда исследователей, уже больше трехсот лет стабильна - намного больший срок, чем ожидали ученые.

Самой большой помехой является Венера

"Мы сделали самые точные расчеты кометы Галлея и планет из когда-либо проводившихся. К нашему удивлению, орбита кометы Галлея испытывает наиболее сильное влияние Венеры, а не Юпитера - планеты, на которую всегда указывали как на самую большую помеху".
Тьярда Букхолт (Tjarda Boekholt), Лейденский университет

Примерно через 3000 лет комета приблизится к Юпитеру относительно близко и получит большой толчок. С того времени Венера больше не будет главным возмутителем ее орбиты и эта роль перейдет к Юпитеру.

"После этого предсказания орбиты становятся менее точными, потому что точный эффект гравитации Юпитера вводит относительно большую ошибку в наши расчеты".
Инти Пелепесси (Inti Pelupessy), Лейденский университет

Анимации: комета Галлея - орбита

Ниже приведены расчеты восьми планет и кометы Галлея в течение 10000 лет. Планеты остаются на своих орбитах, а орбиты кометы изменяются. В течение первых 3000 лет изменения в основном обусловлены взаимодействием с Венерой. После этого - влиянием Юпитера.

Вид сверху

Видео: Tjarda Boekholt

Вид сбоку

Видео: Tjarda Boekholt

Источник: arxiv.org

Горячая пыль тормозит звездообразование карликовых галактик

Влияние взрывов сверхновых на формирование звезд значительно меньше, чем считалось ранее.

Нагрев пылевых частиц под действием ультрафиолетового излучения молодых звезд является главной причиной нагревания нейтральной межзвездной среды. Однако симуляции, учитывавшие это фотоэлектрическое "отопление", указывали на незначительное влияние этого эффекта на нормы образования звезд в галактиках.

Это удивительно, так как свойства галактик лучше всего можно объяснить интенсивностью образования звезд в современной Вселенной, которая зависит от количества тяжелых элементов, встречающихся в галактиках. Такая зависимость могла бы возникнуть лишь в случае, если нагреваются  пылевые частицы, чего не бывает при вспышках сверхновых.

Джон Форбс (John Forbes) - Калифорнийский университет, Санта-Круз, - и его коллеги из США, Австралии и Израиля представили усовершенствованные имитации, которые могут помочь разрешить это противоречие. По мнению исследователей, фотоэлектрический нагрев (по меньшей мере, карликовых галактик) всегда регулирует нормы звездообразования, и рождение новых звезд тормозится в десятки раз сильнее, чем при взрывах сверхновых.

Фрагмент эксперимента показывает нагрев пыли молодыми звездами
Фото: John Forbes/NPG

Предметом изучения команды стали карликовые галактики, так как именно там влияние горячей пыли и вспышек сверхновых должно быть наиболее заметным. На ряде гидродинамических моделей высокого разрешения они исследовали эволюцию карликовых галактик с различными начальными условиями.

При этом экспериментаторы для сравнения со своими расчетами полностью отключали то фотоэлектрический нагрев, то взрывы сверхновых, то оба вида воздействий. Отсутствие в симуляции сверхновых не показало изменений в эволюции галактик, а исключение нагревания пыли резко меняло ситуацию, дальнейшее развитие которой не согласуется с наблюдениями.

Ранее считалось, что при вспышках сверхновых из галактик выдувается газ, препятствующий образованию новых звезд. По мнению Форбса и его коллег, потери газа сверхновыми должны компенсироваться примерно таким же притоком холодного газа из межгалактического пространства.

Фотоэлектрический нагрев влияет на скорость образования звезд совершенно иначе. Молодые, массивные звезды испускают особенно много ультрафиолетового излучения в энергетическом диапазоне от 8 до 13,6 электронвольт. Эта энергия находится, с одной стороны, ниже порога, который приводит к абсорбции (поглощению) в нейтральном водороде. С другой стороны, ее больше, чем необходимо, чтобы выбивать электроны из мелких пылевых частиц. Оставшаяся энергия нагревает пыль, а также окружающий газ, приводя тем самым к увеличению массы Джинса. Поэтому усиление нагрева затрудняет звездообразование.

Дальнейшие симуляции должны показать, можно ли эти результаты отнести и к другим видам галактик.

Источник: nature.com

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