Чем Титан похож на Землю

На Титане, спутнике Сатурна, найдены крутые каньоны, заполненные жидкостью. Этим он напоминает нашу родную планенету.

Хотя Титан, являющийся самой большой луной Сатурна, окружен плотной туманной атмосферой, астрономы из Корнельского университета показали, что его рельеф имеет глубокие каньоны, отличающиеся крутыми склонами. Они заполнены жидкими углеводородами.

До этого Кассини (миссия НАСА) сделал изображения каналов, впадающих в крупное северное море Ligeia Маре. Новые наблюдения, сделанные с использованием режима высотомерного радара Кассини, исследовали топографию поверхности Титана. Неожиданные результаты показали каньоны, глубина которых составляет сотни футов, с изображением зеркальных отражений от канала - первые прямые доказательства того, что они в настоящее время заполнены жидкостью.

Самый крупный спутник Сатурна Титан по геологическому строению чем-то напоминает Землю с ее глубокими, крутыми каньонами Фото: Cassini / NASA / JPL

По словам Алекса Хейса (Alex Hayes), доцента кафедры астрономии, наша Земля, в отличие от Титана, теплая и каменистая. По ней текут реки воды. Спутник Сатурна холодный и ледяной. Его реки наполнены метаном.

"И все же замечательно находить такие сходные черты в обоих мирах. Каньоны Титана, обнаруженные на севере, еще более удивительны, так как у нас нет никакого представления, как они образовались. Их небольшая ширина и глубина предполагают быструю эрозию, а уровень соседнего моря поднимается и опускается. Это вызывает множество вопросов".
Алекс Хейс

Наблюдения Кассини открыли эти каналы - узкие каньоны в речной сети, носящей название Vid Flumina - около половины мили в ширину с каньонами от 800 до 1900 футов глубиной и крутыми склонами.

Истспутник сатурна, очник: onlinelibrary.wiley.com

ALMA показала спиральную структуру в протопланетном диске

Международная группа астрономов, возглавляемая Лаурой Перес (Laura Pérez) из MPIfR в Бонне, зафиксировала удивительную спиральную структуру в газопылевом диске молодой звезды Elias 2-27. Впервые удалось показать, что спиральная структура включает область вблизи плоскости диска, где рождаются новые планеты. Такие структуры могут быть либо следствием присутствия молодых планет, либо создавать условия для их возникновения. Поэтому новые наблюдения - это шаг к лучшему пониманию формирования планет. Результаты опубликованы в журнале Science.

Тепловое излучение пыли в протопланетном диске вокруг молодой звезды Elias 2-27. Хорошо видна спиральная структура Фото: B. Saxton, ALMA, L. Pérez

Исследователи использовали для наблюдений за диском вокруг Элиас 2-27 в созвездии Змееносца, находящегося от Земли приблизительно в 450 световых годах, обсерваторию ALMA.

Диски - место рождения планет

Планеты образуются внутри дисков из газа и пыли вокруг новорожденных звезд. Астрономы могут непосредственно наблюдать за такими дисками только в последнее время. Новые наблюдения представляют особый интерес для планетологов. Без подструктур, таких как наблюдавшиеся спиральные рукава, планеты вовсе могли не возникнуть! Если материя в диске распределена большей частью равномерно, планеты могут формироваться только постепенно. Частицы пыли в диске сталкиваются, слипаются и со временем образуются все более крупные объекты.

Проблема возникает, когда размеры объектов превышают несколько метров. Вращаясь вокруг звезды, они испытывают такое сильное трение окружающего газа, что двигаются внутрь на протяжении тысячи лет или менее и попадают в центральную звезду. Это намного меньше, чем время, необходимое для того, чтобы вырасти до размеров планеты (и стать относительно нечувствительными к трению газа).

Как образуются более крупные объекты

"Спиральная структура, которую мы наблюдали в Элиас 2-27, является первым прямым доказательством спиралевидных волн плотности в протопланетном диске. Они показывают, что внутри диска могут возникать нестабильности, которые создают зоны значительно большей плотности и тем самым способствуют формированию следующих планет".
Лаура Перес, ведущий автор статьи

Такие неустойчивости возникают не только на шкале размеров образования планет: наиболее известным примером являются волны плотности в спиральных галактиках, которые создают в них удивительные спиральные рукава.

В районах повышенной плотности, которые происходят вдоль наблюдаемых сейчас волн плотности, формирование планет может протекать быстрее, чем в других местах, как в связи с увеличением силы притяжения в соответствующей области, так и из-за высокой вероятности столкновений.

С другой стороны, планеты, которые уже появились в диске, в свою очередь, вызывают спиральные волны плотности во время вращения вокруг центральной звезды. Разобраться в роли спиральных рукавов в образовании планет могут помочь наблюдения, такие как недаввно опубликованные изображения ALMA.

Понимание разнообразия планет

"Наличие спиральных волн плотности при таких экстремальных расстояниях от звезды может объяснить существование экзопланет, вращающихся вокруг своих центральных звезд на таком большом расстоянии. В обычных моделях формирования планет подобные планеты не могли бы там возникнуть".
Лаура Перес

Источник: mpifr-bonn.mpg.de

Обнаружено внегалактическое горячее молекулярное ядро

Астрономы впервые обнаружили за пределами нашей Галактики "горячее молекулярное ядро", кокон молекул вокруг новорожденной массивной звезды. Открытие, являющееся первым важным шагом в наблюдениях внегалактических горячих молекулярных ядер и исследованиях проблем скрытого химического разнообразия нашей Вселенной, описано в Astrophysical Journal.

Ученые из Университета Тохоку, Токийского университета, Национальной астрономической обсерватории Японии и Университета Цукуба использовали для наблюдений за новорожденной звездой в Большом Магеллановом облаке, одном из ближайших соседей нашей Галактики, телескоп ALMA в Чили. Количество радиолиний выбросов различного молекулярного газа указывает на наличие горячего молекулярного ядра, связанного с наблюдаемой новорожденной звездой (рис. 1 и 2).

Художественное изображение горячего молекулярного ядра, обнаруженного в Большом Магеллановом облаке Фото: FRIS / Университет Тохоку

Наблюдения показали, что горячее молекулярное ядро в Большом Магеллановом облаке имеет химический состав, отличающийся от присущего аналогичным объектам в нашей Галактике. Простые органические молекулы, такие как метанол, в этой галактике несовершенны. Это указывает на возможные трудности возникновения крупных органических видов, необходимые для рождения жизни.

Слева: распределение излучения молекулярной линии от горячего молекулярного ядра в Большом Магеллановом облаке наблюдали с ALMA. В качестве примеров даны выбросы пыли, диоксида серы (SO2), оксида азота (NO) и формальдегида (Н2СО). Срава: инфракрасное изображение окружающей области звездообразования (на основе данных космического телескопа NASA / Spitzer) Фото: Т. Shimonishi / Университет Тохоку, ALMA

Исследовательская группа предполагает, что уникальная галактическая среда БМО влияет на процессы формирования молекул вокруг новорожденной звезды, что приводит к наблюдаемым уникальным химическим составам.

"Это первая находка внегалактического горячего молекулярного ядра, и она демонстрирует большие возможности телескопов нового поколения для изучения астрохимических явлений за пределами нашей Галактики. Наблюдения показали, что химический состав материи, которая образует звезды и планеты, гораздо более разнообразен, чем мы ожидали".
Д - р Такаши Шимониши (Takashi Shimonishi), астроном Университета Тохоку, Япония, ведущий автор исследования

Известно, что различные сложные органические молекулы , которые имеют соединения с пребиотическими молекулами, образующимися в пространстве, возникают из горячих молекулярных ядер в Галактике. Однако пока не ясно, существуют ли такие большие и сложные молекулы в горячих молекулярных ядрах других галактик. Недавно обнаруженное горячее молекулярное ядро является отличной мишенью для такого исследования, и дальнейшие наблюдения внегалактических горячих молекулярных ядер прольет свет на химическую сложность нашей Вселенной.

Источник: phys.org

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