Где скрывается железо от взрывов сверхновых?

Раньше астрофизики считали, что мелкие зерна железа образуются в облаках от взрывов сверхновых. Новые расчеты предполагают, что это неверно. Поэтому возникает вопрос, где прячется железо, образовавшееся при взрывах сверхновых.

Если поблизости от нас происходят мощные взрывы сверхновых с выделением большого количества железа, то при спектроскопии облака взрыва там его оказывается меньше, чем ожидалось. До настоящего времени считалось, что после охлаждения облака взрыва железо выпадает мелкими частицами и спектрально не определяется.

Эксперимент в условиях микрогравитации

Японская группа исследователелей, возглавляемая Юки Кимурой (Yuki Kimura) из Университета Хоккайдо в Саппоро, занялась решением этого вопроса с помощью экспериментов в условиях микрогравитации. Астрономы пришли к выводу: крайне маловероятно, что в облаках от взрывов сверхновых образуются зерна чистого железа.

Остаток сверхновой RCW 103 содержит медленный пульсар
Фото: © NASA/CXC/Университет Амстердама/N.Rea и др.

Предыдущие модели конденсации металлического железа из газовой фазы предполагали: если атомы железа соприкасаются в газовом облаке, то они практически навсегда прилипают друг к другу.

Ракета японского космического агентства JAXA

Этому противоречат результаты, которые получили исследователи с помощью эксперимента на борту ракеты высотного зондирования японского космического агентства JAXA. По их данным, это происходит только при каждом сто тысячном столкновении, поэтому образование более крупных соединений атомов железа в газовых облаках маловероятно.

Японская высотная зондирующая ракета типа S-520
Фото: © Yuki Kimura / JAXA

Однако известно, что при взрывах сверхновых типа Ia должно высвобождаться особенно большое количество железа. Такие сверхновые возникают в тесных двойных системах, где превратившаяся в белый карлик звезда вытягивает из своего компаньона все больше материи, пока наконец критическая масса не превысит солнечную приблизительно на 1,4. Тогда накачавшийся веществом соседа белый карлик не сможет больше выдерживать давление и температурные условия. В нем резко начинаются ядерные реакции синтеза, вся звезда взрывается, полностью превращаясь в излучение и горячий газ с высоким содержанием железа. Но где оно прячется?

Исследователи, возглавляемые Кимурой, полагают, что железо оседает на уже существующие пылинки из силикатов и углерода и таким путем исчезает из газовой фазы. Дальнейшие эксперименты должны прояснить, как ведет себя это железо в газовой фазе остатков сверхновых и какие из этого вытекают последствия для образования будущих звезд и планет.

Источник: spektrum.de

Ученые объяснили африканские «круги фей»?

«Британским ученым» частенько удается придать видимость научности неким исследованиям очевидных явлений. Не далеко от них ушли и некоторые американские. Опубликованное в Nature объяснение странных африканских «кругов фей» - не исключение.

Никто из серьезных исследователей и до этого не утверждал, что это проделки «темных сил» - только в представлениях жителей южно-африканской пустыни таинственные «волшебные круги» создают феи или даже дыхание дракона. Ученые же выдвигали две взаимоисключающие гипотезы об «авторах» узоров: либо их делают термиты, либо растения, окружающие круги.

Новое исследование благополучно объединило эти предположения, исключив, конечно же, сверхъестественные силы, но дав при этом достаточно запутанное объяснение.

Появление кругов голой земли шириной в несколько десятков футов, изукрасивших узорами пустыню Намиб, веками давало пищу для легенд местных жителей. Внутри кругов ничего не растет, зато вокруг них растения процветают. Аналогичные тенденции также были замечены в Австралии. Необычные структуры местные жители, безусловно, относили к паранормальным явлениям.

На этой фотографии, предоставленной Джен Гайтон (Jen Guyton), один из таинственных «кругов фей» в пустыне Намиб, где поверхность усеяна круглыми бесплодными пятнами. Для их объяснения ученые создали сложную теорию с участием термитов и растений Фото: Джен Гайтон

Экологи Принстонского университета нашли гораздо менее занимательное объяснение их происхождению. С помощью компьютерного моделирования они определили, что в создании этих кругов замешаны не паранормальные силы, а сложная комбинация сотрудничающих и конкурирующих растений и животных пустыни Намиб.

Корина Тарнита (Corina Tarnita), ведущий автор работы, называет это «простой и элегантной геометрией в таких огромных масштабах». Ее теория позаимствовала положения из обеих гипотез предшественников:

1. Гигантские круги (от шести до ста футов в диаметре) в основном делают термиты, которые сотрудничают с другими членами своей колонии, конкурирующей с другими сообществами.
2. Необычные узоры, которые видны между кругами, создаются растениями пустыни Намиб. Их корневая система сформирована так, чтобы не отнимать друг у друга и без того сильно ограниченные запасы воды.

Аспирантка Джен Гайтон (Jen Guyton) собирает данные о загадочных «волшебных кругах» пустыни Намиб, которые демонстрируют поразительно правильные пространственные структуры, озадачивающие многих наблюдателей Фото: Тайлер Ковердэйл (Tyler Coverdale)

"В результате всех этих процессов, где каждый делает то, что им нужно, появляется эта масштабная картина"
Корина Тарнита

Это не совсем заговор, говорит соавтор Роберт Прингл (Robert Pringle), потому что существа не пытаются сделать узоры.

"Там нет генерального плана, нет такого плана, что что-то должно возникнуть".
Роберт Прингл

Нескольким независимым экспертам, сообщившим свое мнение The Associated Press, исследование показалось неубедительным, поскольку их не ознакомили с предположениями авторов о дождевых осадках и особенно о продолжительности жизни колоний термитов. Однако и они не утверждают, что это работа фей.

Источник: nature.com

Звезда-обманщица скрывала преклонный возраст

Не 2,3 миллиарда, а все 12 миллиардов лет составляет возраст 49 Librae, сравнительно яркой звезды южного неба. Объект много десятилетий представлял загадку для астрономов, которые считали его моложе, чем он был. Новые наблюдения предоставили объяснение, почему звезда могла так долго обманывать своих наблюдателей.

Звезда 49 Librae в созвездии Весы, очевидно, гораздо старше, чем считали астрономы.

"До этого предполагалось, что возраст звезды равен лишь половине солнечного. Наши данные показывают, однако, что она уже возникла, когда была сформирована Галактика".
Д-р Рольф Чини (Rolf Chini), профессор Рурского университета, Бохум

Причина ошибки: небесный объект - двойная звездная система. Это обнаружила другая исследовательская группа в 2016 году. Команда Чини сейчас открыла, как Partner 49 Lib имитирует неправильный возраст.

Партнером 49 Librae является белый карлик - угасающая звезда, которая почти невидима. В конце своей жизни она передала часть вещества на 49 Librae, и это привело к путанице оценки возраста.

Возраст звезд определяется по химическому составу. Старые звезды, которые сформировались в ранней Вселенной, не содержат тяжелых элементов, поскольку те создаются только путем слияния ядер многих поколений звезд. Молодые звезды типа Солнца, возникшие из остатков прошлых поколений звезд, обладают тяжелыми элементами.

Будущее системы 49 Librae: vатерия перетечет из красного гиганта на белого карлика. Это приведет к рождению Новы или Сверхновой Фотография: NASA/S. Wiessinger

Загадочная звезда 49 Librae содержит тяжелые элементы, и исследователи десятилетиями считали ее относительно молодой. Но команда из Бохума выяснила, что 49 Librae получила тяжелые элементы от невидимого спутника. Звезды в конце жизни огромны: настолько велики, что их собственной гравитации уже не достаточно, чтобы удержать материю. Она вытекает в виде газа в Пространство. Если в этом районе есть вторая звезда, она может притягивать материю своей силой тяжести и поглощать. Таким путем и получила свои тяжелые элементы 49 Librae.

Возраст звезд астрономы определяют по их спектрам. Они раскладывают исходящий от них свет на его компоненты и определяют, при каких длинах волн излучается больше всего света. Состав химических элементов звезды определяет спектр.

На основании своих данных исследователи могут указать не только возраст исследуемой звезды.

"Мы можем проследить все развитие этой двойной системы".
Д-р Рольф Чини

Так астрономы, например, знают, с какой массы звезды начали свою жизнь и каким образом они будут развиваться дальше. Сначала обе звезды были с массой, равной солнечной: 49 Librae взяла на себя часть материи своего умирающего партнера и добавила около 0,55 масс Солнца. Увеличение массы укорачивает жизнь звезды, поэтому срок существования 49 Librae резко снижается.

"Она быстро станет красным гигантом, превратившись затем в белого карлика".
Д-р Рольф Чини

Красный гигант, звезда 49 Librae, не сможет больше удерживать свою материю, как когда-то случилось с его звездным партнером, ставшим сейчас уже белым карликом. Часть вещества 49 Librae притянет умирающий спутник звезды.

"Если тот не сможет избавиться от материи небольшими выбросами, то он весь взорвется как сверхновая".
Д-р Рольф Чини

О своем анализе команда сообщает в статье, опубликованной The Astrophysical Journal.

Источник: iopscience.iop.org

Новая теория происхождения Луны

Израильские ученые представляют новую теорию о происхождении нашей Луны. Исходя из нее, наша нынешняя Луна должна быть не первой, а скорее последней из целого ряда более мелких лун, когда-то окружавших Землю. Из них и возникла путем столкновений сегодняшняя Луна.

Как сообщают профессор Ралука Руфо (Raluca Rufo) из Института Вейцмана, профессор Хагай Перец (Hagai Perets) из Техниона и Одед Ахаронсо (Oded Aharonso) в "Nature Geoscience", их теория противоречит предыдущей доктрине, согласно которой нынешняя Луна является результатом мощного столкновения с молодой Землей одного объекта (Тейя) размером приблизительно с Марс.

"Наша модель, наоборот, свидетельствует о том, что Земля когда-то имела много лун, появившихся при разных столкновениях с протоземлей. Возможно, такие маленькие спутники позже были выброшены с орбиты Земли, сталкивались с Землей либо друг с другом, постепенно образовывая все большие луны».
Хагай Перец

Луна - спутник Земли Фото: Sebastian Voltmer, astrophoto.de

Для проверки условий описанного происхождения таких мини-лун, ученые создали 800 моделей столкновений с Землей.

Полученный при этом результат согласуется с текущим научным пониманием происхождения Земли, которая на последних стадиях роста пережила многочисленные удары и столкновения с другими телами. Каждый из этих ударов присоединял свою или другую часть материала к протоземле, пока она не достигла своего нынешнего размера.

Фото: Руфо и др. / Nature Geoscience

Иллюстрации показывают, как тело (размером от Луны до Марса) ударяет по молодой протоземле (a) и оставляет вокруг нее диск из пыли и мусора (b). Приливными силами этот диск, сформированный из малые лун, выталкивается наружу (с). Прежде чем столкнуться, эти спутники достигают дальних орбит (d) и игра начинается снова (e, f), пока не остается только наша нынешняя Луна.

По мнению исследователей, именно тогда приливные силы, которые постепенно привели к тому, что мини-луны все больше отходили от Земли (как наша нынешняя Луна ежегодно удаляется на один сантиметр от Земли). Тогда из-за гравитационных взаимодействий повторялись столкновения малых спутников разного размера, которые затем также изменили свои орбиты.

Так что легко себе представить, что благодаря этому процессу возникли более мелкие луны, орбиты которых, в свою очередь, скрещивались и приводили к их столкновениям, постепенно формировавшим все более увеличивающееся тело - Луну, которую мы теперь видим в нашем небе, пишут в заключение авторы.

Источник: nature.com

В 2022 году можно будет увидеть новую звезду

Астрономы предсказывают, что взрыв новой звезды будет виден невооруженным глазом.

По прогнозу ученых, нас ждет незабываемое зрелище: через пять лет на ночном небе может появиться новый яркий свет. Близится слияние двойной звезды, что в 2022 году может привести к взрыву. Если предположения астрономов США верны, то впервые можно будет наблюдать звездообразование "с анонсом" - к тому же невооруженным глазом.

В августе 2013 в созвездии Дельфина вдруг засияла неприметная ранее звезда: ее светимость увеличилась в 100000 раз. Причиной этого небесного зрелища была Нова: белый карлик так долго высасывал из своей звезды-компаньона материю, пока не потерял стабильность и не взорвался, превратившись в Нову.

Как может выглядеть красная Нова, показала в 2002 V838 Monocerotis. В 2022 может быть такой же звездный взрыв, видный невооруженным глазом
Фото: © NASA, проект Наследия Хаббла (STScI/AURA)

Еще более необычный тип Новы появится в 2022 году - правда, если сбудутся предсказания американских астрономов Лоуренса Молнара (Lawrence Molnar) из Колледжа Кальвина и его коллег. Ими обнаружены доказательства, что в созвездии Лебедя взорвется двойная звезда (от нас ее отделяют 1700 световых лет).

Двойная звезда, названная KIC 9832227, состоит из пары настолько близких звезд, что их внешние слои уже касаются друг друга.

"Две звезды разделяют одну атмосферу, как два земляных ореха в общей скорлупкее".
Лоуренс Молнар

Для одного оборота в этом тесном танце небесным телам, как показали первые измерения, нужно всего около одиннадцати часов.

Две звезды KIC 9832227 уже почти касаются друг друга Фото: © Ларри Молнар / Колледж Кальвина

В последние годы, однако, орбиты двух звезд все больше менялись. Это обнаружили исследователи при оценке данных 15-летних наблюдений разных телескопов. Временной интервал, за который более тусклая из двух звезд проходит перед своим партнером, все больше укорачивается - причем с нарастающей скоростью.

Именно такое поведение демонстрировала двойная звезда V139 Scorpii перед внезапным взрывом в 2008 году. Две звезды всё сближались и наконец слились с очень сильным излучением. Результатом стала необычная Нова, отличающаяяся от других двумя признаками:

1. В ее рождении не участвовал ни один белый карлик, как это проискодит обычно с типичными Новыми.
2. Этот звездный взрыв светился красным, а не голубовато-белым, как обычно. Такие красные Новы наблюдались в редких случаях - и еще ни разу после конкретного прогноза их взрыва.

По мнению Молнара и его коллег, KIC 9832227 станет именно красной Новой. По орбитальному периоду они предсказывают, что случится взрыв в 2022 году.

"Шанс один на миллион, что можно предсказать такой взрыв. Такое никогда раньше не удавалось".
Лоуренс Молнар

Нова, появившаяся в созвездии Лебедя из KIC 9832227, должна быть видна невооруженным глазом Фото: © Ларри Молнар / Колледж Кальвина

Последние два года астрономы многократно анализировали поведение двойной звезды. Они хотели убедиться, что там нет других процессов, таких как гравитационное влияние третьего объекта. Но пока все данные свидетельствуют, что двойная звезда действительно приближается к слиянию.

Если эта Нова взорвется, то в созвездии Лебедя внезапно загорится новая яркая световая точка. Ранее виднимая только в мощные телескопы, она может засиять, как Полярная звезда.

Источник: calvin.edu

Черные дыры прячутся у нас "на заднем дворе"

Загадочные черные дыры иногда прячутся за завесой из газов и пыли, скрываясь от взоров большинства телескопов. Но они выдают себя, когда материя, которой они питаются, испускает высокоэнергетические рентгеновские лучи, которые может обнаружить миссия спектроскопического телескопа NuSTAR (NASA).

Вот так он недавно отыскал две сверхмассивные черные дыры, окутанные газом и расположенные в центрах близлежащих галактик.

"Эти черные дыры находятся сравнительно близко от Млечного Пути, но оставались до последнего времени от нас скрытыми. Они похожи на монстров, прячущихся под кроватью".
Ади Аннуар (Ady Annuar,), аспирант Университета Дарема в Великобритании

Аннуар представил результаты исследования на заседании американского астрономического общества в городе Грейпвайн, штат Техас.

Обе эти гигантские черные дыры являются центральными двигателями - "активными ядрами галактик". Это класс объектов, к которым относятся квазары и блазары. При исследовании с помощью телескопов они выглядят по-разному. Это зависит от ориентации этих ядер галактик и окружающего их материала.

Активные ядра галактик такие яркие, потому что частицы вокруг черной дыры очень сильно нагреваются и испускают излучение по всему электромагнитному спектру: от низкоэнергетичных радиоволн до высокоэнергетичных рентгеновских лучей. Тем не менее, большинство активных ядер окружены областью густых газов и пыли, по форме похожей на пончик, которая закрывает центральные районы от некоторых линий просмотра.

Оба активных галактических ядра, которые недавно изучал NuSTAR, по всей видимости, ориентированы так, что предстают перед астрономами ребром: вместо ярких центральных областей наши телескопы в первую очередь видят рентгеновские лучи, отраженные от затемняющего материала в форме пончика.

"Подобно тому, как мы не в силах увидеть солнце в облачный день, нам не дано из-за газа и пыли непосредственно рассмотреть, насколько действительно яркие эти активные ядра галактик вокруг центрального двигателя".
Питер Бурман (Peter Boorman), аспирант университета Саутгемптона в Соединенном Королевстве.

Галактика IC 3639 содержит скрытую сверхмассивную черную дыру
Фото: ESO/NASA/JPL-Caltech/STScI

Бурман возглавлял исследование активной галактики IC 3639, до которой от нас 170 млн световых лет. Исследователи проанализировали данные этого объекта, полученные с NuStar, и сравнили их с предыдущими, собранными рентгеновской обсерваторией Chandra (НАСА) и спутника Suzaku (Япония). Результаты от NuStar, который чувствителенее к более высокоэнергетичным рентгеновским лучам, чем эти обсерватории, подтверждают характер IC 3639 как активного ядра галактики. NuSTAR также представила первое точное измерение, сколько материала заслоняет центральный двигатель IC 3639, что позволяет исследователям определить реальную светимость этого скрытого монстра.

Еще более удивительна спиральная галактика NGC 1448, которой занимался Аннуар: черная дыра в галактическом центре была обнаружен только в 2009 году, хотя находится в самой середине одной из крупных галактик, ближайших к Млечному Пути (всего 38 млн световых лет - 1 световой год равен приблизительно 6 триллионам миль).

Галактика NGC 1448 с активным ядром, скрытым за завесой газа и пыли
Фото: Carnegie-Irvine Galaxy Survey/NASA/JPL-Caltech

Исследование Аннуара обнаружило, что эта галактика также имеет плотный столб газа, возможно, часть области пончика, прячущий центральную черную дыру.

Рентгеновское излучение от NGC 1448, как впервые показали NuStar и Chandra, предполагает, что, как и у IC 3639, там должен быть толстый слой газа и пыли, скрывающий активную черную дыру от нашей прямой видимости.

Исследователи также обнаружили, что NGC 1448 имеет большую популяцию молодых звезд, которым всего 5 млн лет. Отсюда следует, что галактика рождает новые звезды, когда ее черная дыра питается газом и пылью. Для определения, где именно находится черная дыра, использован телескоп NTT Европейской южной обсерватории, получивший изображения NGC 1448 в оптическом диапазоне длин волн. Расположение черной дыры трудно точно определить, поскольку центры галактик переполнены звездами. Большие оптические и радиотелескопы могут помочь обнаружить свет вокруг черных дыр, чтобы астрономы могли найти их место и воссоздать историю их роста.

"Интересно использовать силу NuStar, чтобы получить важную, уникальную информацию об этих монстрах, обитающих даже в нашем космическом дворе, где их можно изучить в деталях"
Дэниел Стерн (Daniel Stern), NuSTAR (НАСА), Лаборатория реактивного движения, Пасадена, Калифорния.

Источник: nasa.gov

Черная дыра рождает объекты размером с планету

Каждые несколько тысячелетий какая-то бедная звезда слишком приближается к черной дыре, удачно занявшей центр Млечного Пути. Сильная гравитация последней разрывает звезду на части, выбрасывая наружу длинный шлейф газа. Казалось бы, на этом история должна заканчиваться, но не тут-то было. Новое исследование продемонстрировало, что газ может не только собирать объекты, величиной с планету, но и разбрасывать их затем по всей Галактике, как в игре летит "жеванный бумажный шарик" (Spitball). Получается своеобразная космическая "плевалка".

"Одна раздробленная звезда способна сформировать сотни этих объектов с массами планет. У нас возникли вопросы: куда они пропадают и насколько близко подходят к нам? Чтобы прояснить эти вопросы, мы разработали компьютерный код".
Иден Гирма (Eden Girma), студентка бакалавриата Гарвардского университета, член Института Баннекер /Ацтлана, ведущий автор работы

Гырма представит свои выводы в среду на стендовой сессии, а также на пресс-конференции заседания Американского астрономического общества в пятницу.

Художественное изображение скопления объектов, которые со скоростью 20 млн км/час (10000 км/с) были выброшены из центра Галактики. Эти космические "жеванные шарики", образованы из фрагментов звезды, которая была разорвана сверхмассивной черной дырой Млечного Пути
Фото: Mark A. Garlick/CfA

Расчеты показывают, что ближайший из этих объектов, созданных черной дырой в нашей Галактике, может иметь вес в промежутке между Нептуном и несколькими Юпитерами и находиться от Земли в пределах сотен световых лет. При возникновении он сильно нагревается и затем светится, хотя и недостаточно ярко, чтобы его заметили в ходе предыдущих исследований. В будущем такие курьезные объекты сможет обнаруживать, например, Большой обзорный телескоп (LSST) или космический телескоп "Джеймс Уэбб" (JWST).

Гырма также считает, что подавляющее большинство (95 %) аналогичных объектов полностью покинет Галактику из-за высокй скорости: около 20 млн км/час (10000 км/с). Поскольку у большей части других галактик в ядрах тоже присутствуют гигантские черные дыры, вполне вероятно, что в них протекает этот же процесс.

"Другие галактики, например, Андромеда, все время стреляют в нас этими жеванными шариками".
Джеймс Гиллокон (James Guillochon) из CFA, соавтор работы

Хотя эти объекты могут быть размером с планету, они будут очень отличаться от типичной планеты, поскольку состоят из звездного материала и развиваются из разных частей бывшей звезды. В результате этого состав объектов может варьироваться.

Образуются они тоже гораздо быстрее, чем обычная планета. Черной дыре понадобится на разрушение (приливный распад) звезды всего день и около года, чтобы получившиеся фрагменты соединились (в отличие от миллионов лет, необходимых для создания с нуля такой планеты, как Юпитер).

Чтобы один из таких объектов, выброшенных черной дырой в центре Млечного Пути, мог достигнуть окрестности Земли, потребуется около миллиона лет. Задача будет только в том, чтобы отличить его от планет-странников, созданных более обычным способом рождения звезд и планет.

"Лишь приблизительно одна из тысячи свободно плавающих планет окажется одним из этих чудаков второго поколения".
Иден Гырма

Источник: cfa.harvard.edu