Обнаружены скопления галактик ранней Вселенной

Всего через 800 миллионов лет после Большого взрыва уже существовала большая космическая структура. По-видимому, все произошло удивительно быстро. Во Вселенной появились первые крупные структуры - не только звезды, звездные системы и галактики, но даже скопления галактик. Старейший пример этого представлен астрономами в «Астрофизическом журнале».

Структуре z66OD, обнаруженной с помощью нескольких наземных микроскопов, почти 13 миллиардов лет. Другими словами, она уже существовала, когда возраст Вселенной составлял всего шесть процентов от ее нынешнего. В то время так называемая фаза реионизации была близка к завершению и Вселенная снова стала прозрачной.

Самое старое из известных скоплений галактик: выделенные области в этом скрытом астрономическом объекте показывают каждый (красным) один из двенадцати объектов, которые образуют целостную структуру. Общая картина охватывает регион размером около 198 млн световых лет, а каждая из увеличенных областей - 2,2 млн Фото: NAOJ/Harikane

Отдаленная структура включает в себя двенадцать (предполагаемых) галактик, поэтому она больше похожа на небольшой галактический кластер, чем на сегодняшнее скопление галактик, охватывающее сотни объектов. Исследователи считают этот объект протокластером. Галактики здесь как минимум в 15 раз более сконцентрированы, чем в окружающих регионах раннего космоса.

В структуре доминирует объект Himiko, обнаруженный 12 лет назад и названный в честь японского правительницы II века. Он официально признан "блобом" (от blob, что означает "сгусток"). По всей вероятности, это галактика, содержащая большое количество ионизованного газообразного водорода. 11 объектов в окрестностях Химико также должны быть ранними и, следовательно, небольшими галактиками.

По словам команды Юичи Харикане (Национальная астрономическая обсерватория, Япония), величина Химико составляет около половины размера Млечного Пути. Это по сегодняшним меркам мало, тогда как в эпоху возникновения Химико была великаншей, доминировавшей в своем кластере.

Выбранное в 2007 году название оказалось особенно уместным: считается, что королева Химико вела уединенный образ жизни. Спустя 12 лет после открытия обнаружилось, что, несмотря на доминирующую массу блоба, он находится не в центре протокластера, а на краю. Как это возможно, до сих пор остается загадкой для исследователей.

Источник: derstandard.at

Поиски первых звезд в юной Вселенной

В arXiv-документе, который вскоре будет опубликован в Astrophysical Journal, команда доктора Николь Барри (Nichole Barry) из австралийского Университета Мельбурна сообщает о 10-кратном улучшении данных, собранных телескопом Murchison Widefield Array (MWA), состоящем из 4096 дипольных антенн, которые установлены в отдаленных внутренних районах Западной Австралии.

MWA, начавший работать в 2013 году, был построен специально для обнаружения электромагнитного излучения, который испускает нейтральный водород. Этот газ составлял большую часть младенческой Вселенной, когда она только начала остывать в порожденном Большим взрывом месиве из отдельных протонов и нейтронов. Наконец эти атомы водорода начали группироваться, образовав самые первые из существующих звезд и открыв важную фазу в эволюции Вселенной, известную как эпоха реионизации (EoR).

На этом изображении эпохи реионизации нейтральный водород (красный цвет) постепенно ионизируется первыми звездами (белый цвет) Фото: Университет Мельбурна, Пол Гейл, Саймон Муч

«Определение эволюции EoR чрезвычайно важно для нашего понимания астрофизики и космологии. До сих пор, однако, никто не мог ее наблюдать. Эти результаты приводят нас намного ближе к цели».
Доктор Николь Барри

Излучение нейтрального водорода, преобладавшего в пространстве / времени до и в ранний период EOR, происходит на длине волны приблизительно 21 см. Из-за расширения Вселенной сигнал растянулся теперь примерно на два метра и остается постоянным.

Обнаружение этого сигнала остается теоретически лучшим способом исследования условий в первые дни существования Космоса. Однако сделать это чрезвычайно трудно.

«Сигналу, который мы ищем, более 12 млрд лет. Он исключительно слабый, и между ним и нами много других галактик. Они препятствуют и очень затрудняют получение информации, которую мы ищем»
Соавтор работы адъюнкт-профессор Кэтрин Тротт (Cathryn Trott), Университет Кертина, Западная Австралия

Применяя 21 час необработанных данных, доктор Барри и ее коллеги исследовали новые методы, чтобы уточнить анализ и исключить постоянные источники, загрязняющие сигнал, в том числе ультра-слабые помехи, создаваемые радиовещанием на Земле. Результатом стал уровень точности, который значительно сократил диапазон, в котором могла начаться EoR, увеличивая ограничения почти на порядок.

«Мы не можем сказать, что эта статья приближает нас к точному датированию начала или конца EoR, но она исключает некоторые из наиболее экстремальных моделей. То, что это произошло очень быстро, теперь исключено. То, что условия были очень холодными, теперь также исключено».
Адъюнкт-профессор Кэтрин Тротт

Доктор Барри подчеркнула, что результаты представляют собой не только шаг вперед в глобальном стремлении представить младенческую вселенную, но и создают основу для дальнейших исследований.

Доктор Николь Барри в MWA Фото: Руби Бирн

«У нас есть около 3000 часов данных из MWA, и для наших целей некоторые из них более полезны, чем другие. Такой подход позволит нам определить, какие биты наиболее перспективны, и проанализировать их лучше, чем когда-либо прежде».
Доктор Николь Барри

Источник: phys.org

Как формируются диски вокруг юных протозвезд

Основные этапы формирования звезд и планет хорошо известны:

1. Плотное межзвездное облако разрушается под действием собственной гравитации.
2. Благодаря сохранению момента импульса образуются центральное ядро и протозвездный диск.
3. Примерно через 100 000 лет звезда становится достаточно плотной, чтобы зажечь в своем центре ядерный синтез и начать сиять, а в диске образовались планеты.

Но не все было ясно в деталях этого процесса, например, какова роль момента импульса в формировании диска или как околозвездный диск собирает большую часть своей массы?

Международная группа ученых под руководством Института внеземной физики им. Макса Планка обнаружила три самых молодых протозвездных источника в молекулярном облаке Персея. Эти источники расположены близко к краю плоскости неба, что позволяет изучать распределение скоростей плотного облака.

В молекулярном облаке Персея находится много молодых областей звездообразования Фото: Адам Блок и Сид Лич, Маунт-Леммон обсерватория

«Это первый случай, когда мы смогли проанализировать кинематику газа вокруг трех околозвездных дисков на ранних стадиях их формирования», - утверждает Хайме Пинеда, который руководил исследованием в MPE. Все системы соответствуют одной модели, что дало нам первое подтверждение того, что плотные облака вращаются не так, как твердое тело».
Хайме Пинеда (Jaime Pineda), руководитель исследования

Вращение твердого тела является простейшией гипотезой, описывающей газ в плотном облаке с фиксированной угловой скоростью при любом заданном радиусе. Модель, наилучшим образом описывающая все три системы, находится между теми, которые соответствуют вращению твердого тела и чистой турбулентности.

Кроме того, при сравнении этих наблюдений с предыдущими численными моделями становится ясно, что магнитные поля оказывать влияние на формировании этих дисков:

«Если включается магнитное поле, то обеспечивается не слишком быстрый коллапс и наблюдается совпадающее с ним вращение газа. Наши последние наблюдения дают нам верхний предел размеров дисков, которые полностью соответствуют предыдущим исследованиям».
Хайме Пинеда

В частности, удельный угловой момент падающего материала напрямую связан с возможным максимальным кеплеровским радиусом протозвездного диска. Предполагая, что звездная масса составляет около 5% массы нашего Солнца, ученые оценивают, что верхний предел кеплеровского диска составляет около 60 астрономических единиц или примерно в два раза больше нашей планетарной системы, что соответствует предыдущим оценкам. Поэтому большие диски (более 80 а. е.) не могут сформироваться в начале жизни звезды и стать причиной формирования планет.

В дальнейшем астрономы будут вести наблюдение за такими системами на разных этапах их развития и в разных средах, чтобы проверить, влияют ли они на конкретный профиль углового момента. Эти результаты могут затем включаться в численные модели или сравниваться с ними, чтобы лучше понять коэволюцию плотного ядра, образующего звезду, и планет, образующих околозвездный диск.

Источник: phys.org

«Вселенная Гёделя» и путешествия в прошлое

Теория относительности Эйнштейна была подтверждена 100 лет назад. Солнечное затмение позволило наблюдать возле нашего светила звезды. Они казались слегка смещенными относительно своего обычного местоположения, потому что световые лучи искривляются под воздействием гравитационного поля Солнца.

В 1946 году австриец Курт Гёдель, будучи логиком и математиком, доказал: теория относительности позволяет существование необычной вселенной, где путешествие во времени, по крайней мере математически, не является невозможным.

Эта «Вселенная Гёделя» обладает двумя особыми свойствами: во-первых, она вращается, что предотвращает ее коллапс под действием силы тяжести содержащейся в ней материи. Во-вторых, она позволяет путешествовать во времени в прошлое.

В модели Гёделя 1949 года есть так называемые мировые линии, которые соединяют две точки в четырехмерном пространстве-времени, являются автономными из-за вращения и ведут по окружности обратно к начальной точке. Следовательно, если космонавт во «Вселенной Гёделя» всегда летит прямо, он может вернуться при определенных обстоятельствах к точке, из которой стартовал, - но в более ранний момент времени.

Пока что нет никаких доказательств того, что наша вселенная вращается, как в предположении Гёделя. Тем не менее, модель показывает, что путешествия в прошлое в основном согласуются с уравнениями Эйнштейна. В релятивистской космологии этот излюбленный пример из учебников считается отправной точкой некоторых важных разработок в области теории относительности.

Источник: derstandard.at

Черная дыра - убийца галактики-медузы JO201

Гибель экзотической галактики и роль в этом возбужденной черной дыры показана 3 июля на Национальном астрономическом совещании Обсерватории Дистанционного Астрономического общества в Ланкастере в сообщении Каллума Беллхауса из Университета Бирмингема. В галактике-медузе JO201 сверхмассивная черная дыра, вытягивая газ, выбрасывает его в пространство, ускоряя подавление звездообразования, «убивая» при этом саму галактику.

Галактики-медузы - это удивительные объекты, которые претерпевают драматический процесс трансформации, когда они устремляются на сверхзвуковой скорости сквозь плотное ядро ​​галактического скопления. Наружные силы сопротивления вырывают газ галактики во время уменьшения встречного давления, оставляя несущиеся вслед вытянутые щупальца материи.

Галактика JO201 Фото: Callum Bellhouse и GASP collaboration

Судьба галактики JO201 была раскрыта международной группой исследователей во главе с доктором Бьянкой Поджанти. Астрономы исследовали структуру 114 галактик-медуз на интерактивных моделях в трехмерном виде, чтобы оценить сроки их трансформации и испытать в виртуальной реальности.

JO201, бывшая большая спиральная галактика, на протяжении миллиарда лет проносится на сверхзвуковой скорости сквозь массивное скопление под названием Abell 85. Когда галактика-медуза движется вдоль линии обзора, ее щупальца кажутся на модели укороченными, но, по оценкам команды, они на 94 килопарсека отстают от JO201 (это примерно втрое больше диаметра нашего Млечного пути).

«Галактика поддерживает себя, постоянно образуя из газа новые звезды, а потому понимание, как происходит поступление газа в галактику и выход из нее, помогает нам узнать, как она развивается. Пример JO201 показывает, как по мере погружения в галактическое скопление равновесие склоняется к образованию звезд и происходит все большее вытягивание ее газа».
Каллум Беллхаус (Callum Bellhouse)

Превращение JO201 в галактику-медузу привело к кратковременному росту звездообразования благодаря процессу уменьшения встречного давления. Сжатые газовые облака разрушились и создали в диске галактики звездное кольцо. Плотные узлы в щупальцах стали густыми, как дождевые облака, и образуют в кильватере галактики новые звезды.

По прошествии нескольких сотен миллионов лет вокруг центра диска JO201 черная дыра могла вырвать газ, создав там большие пустоты. Исследователи полагают, что уменьшение встречного давления могло направить газ в центральные части галактики. Это спровоцировало черную дыру испускать материю и создавать ударную волну, оставившую позади себя пустое пространство.

Составное изображение галактики-медузы JO201, сделанное из сочетания ультрафиолета (синего цвета), Hα (красного цвета) и кислорода (зеленого цвета) Фото: Callum Bellhouse и GASP collaboration

«До сих пор JO201 является уникальным примером сверхмассивной черной дыры и уменьшения встречного давления при возникновении звездообразования в галактике-медузе. Изучение таких необычных объектов дает нам представление об испытываемых галактиками сложных процессах».
Каллум Беллхаус.

Источник: phys.org

Магнитное поле делает Стрелец A * спокойным

Сверхмассивные черные дыры, как правило, есть в центрах большинства галактик. В те, которые активны, попадает много материи, испускающей высокоэнергетическое излучение. Однако центральная черная дыра нашего родного Млечного Пути относительно спокойная. Новые наблюдения стратосферной обсерватории SOFIA (НАСА), помогают ученым понять разницу между активными и тихими черными дырами.

Их результаты дают беспрецедентную информацию о сильном магнитном поле в центре Млечного пути. Для этих измерений ученые использовали новейший прибор SOFIA - широкополосную камеру HAWC +, имеющую высокое разрешение.

Магнитные поля - это невидимые силы, которые оказываясь на пути заряженных частиц, существенно влияют на движение и эволюцию вещества во всей вселенной. Но магнитные поля нельзя отобразить напрямую, поэтому их роль не совсем понятна. Прибор HAWC + обнаруживает поляризованный дальний инфракрасный свет, испускаемый крупинками небесной пыли и невидимый для человеческого глаза. Эти крупинки ориентированы перпендикулярно магнитным полям. Исходя из результатов SOFIA, астрономы могут наносить на карту форму и определять силу невидимого магнитного поля.

«Это один из первых случаев, когда мы действительно можем увидеть, как магнитные поля и межзвездная материя взаимодействуют друг с другом».
Джоан Шмельц, астрофизик, соавтор работы

Предыдущие наблюдения SOFIA показывают наклонное газопылевое кольцо вокруг Стрельца A *, черной дыры нашей Галактики. Но новые данные HAWC + обеспечивают уникальное представление о магнитном поле в этой области, которое, по-видимому, прослеживает историю региона за последние 100 000 лет.

Детали этих наблюдений магнитного поля SOFIA были представлены на встрече, которую Американское астрономическое общество проводило в июне 2019 года, и будут опубликованы в Astrophysical Journal.

Гравитация черной дыры доминирует в динамике центра Млечного Пути, но роль магнитного поля была загадкой. Новые наблюдения с HAWC + показывают, что магнитное поле достаточно сильное, чтобы сдерживать турбулентные движения газа. Если магнитное поле направляет его в саму черную дыру, то она активна, поскольку потребляет много газа. Однако, если магнитное поле направляетего по орбите вокруг черной дыры, то она тиха, потому что она не проглатывает газ, который в противном случае мог бы в конечном итоге образовать новые звезды.

Исследователи объединили средние и дальние инфракрасные изображения с камер SOFIA с новыми линиями, которые визуализируют направление магнитного поля. Синяя y-образная структура - это теплая материя, устремляющаяся к черной дыре, находящейся рядом с местом пересечения двух ветвей y-образной формы. Расслоение структуры магнитного поля над изображением показывает, что магнитное поле соответствует форме пыльной структуры. Каждое из синих плеч имеет свой собственный компонент, который полностью отличается от остальной части кольца и показан розовым. Но есть также места, где поле отклоняется от основных пылевых структур, таких как верхняя и нижняя конечные точки кольца.

«Спиральная форма магнитного поля направляет газ по орбите вокруг черной дыры. Это поможет понять, почему наша черная дыра тиха, в то время как другие активны»».
Даррен Доуэлл, ведущий автор исследования

Новые наблюдения SOFIA и HAWC + помогают определить, как взаимодействует со сверхмассивной черной дырой материя, оказавшаяся в экстремальной среде и объясняет почему в центральная черная дыра нашей Галактики относительно слаба, а в других - такие яркие.

Источник информации и фото: phys.org

Млечный путь: холодный диск вокруг Стрельца А *

Как сообщает журнал Nature, астрономы обнаружили с помощью телескопа ALMA новую структуру Млечного Пути, его центральной черной дыры. Это вращающийся диск относительно холодного газообразного водорода, который на расстоянии 1/100 светового года окружает горизонт событий.

В самом сердце Млечного Пути сидит гравитационный гигант: Стрелец A *, громадная сверхмассивная черная дыра с массой, равной четырем миллионам солнечных. От Земли Стрельц А * недалеко: всего в 26 тысячах световых лет. Однако у астрономов пока нет полной картины этой черной дыры: удалось обнаружить вблизи горизонта событий магнитные поля и горячие газы. По последним данным, там может быть реактивная струя .

Елена Мурчикова и ее коллеги по Принстонскому университету хотели выяснить, как распределяется относительно холодный водородный газ с температурой «только» 10 тысяч градусов. До этого астрономы предполагали, что газы с температурой свыше миллиона градусов находятся прямо в черной дыре.

Хотя горячий газ испускает много энергии в виде сильных рентгеновских лучей, это не относится к более холодному водороду. Его атомы сначала непрерывно ионизируются интенсивным излучением вблизи черной дыры, а затем присоединяются своими электронами к нейтральным. Эта рекомбинация генерирует характерную линию в водородном спектре, которую Мурчикова и ее команда наблюдали, используя  телескоп ALMA.

Млечный Путь: сверхмассивная черная дыра окружена не только очень горячим газом, но и диском относительно холодного водорода Иллюстрация: © NRAO / AUI / NSF; С. Дагнелло

Астрономы сумели визуализировать распределение холодного газообразного водорода вокруг центральной черной дыры.

«Мы первые, кто нанес на карту этот диск и определил его вращение».
Елена Мурчикова

Наблюдения показали, что газ образует вращающийся диск, который окружает черную дыру на расстоянии всего в 1/100 светового года, что соответствует тысячекратному удалению Земли от Солнца. Масса этого газового диска составляет приблизительно 1/10 массы Юпитера.

Как ни странно, газовый диск вращается в том же направлении, что и галактика, большинство соседних звезд и газовых облаков.

«Ориентация водородного кольца не соответствует ни одной из других структур в галактическом центре».
Елена Мурчикова

Газовый диск расположен поперек плоскости Млечного пути и наклонен на 90 градусов к орбите ближайшей звезды G2 .

До сих пор неясна структура диска из холодного газообразного водорода. Газ имеет среднюю плотность от 100 000 до одного миллиона частиц водорода на кубический сантиметр. Но пока неизвестно, равномерно ли распределен этот водород, или же диск состоит из скопления множества плотных комков газа.

Не выяснено и взаимодействие этого диска из более холодного газообразного водорода с горячим газом у горизонта событий Стрельца А *, а также другие факторы, влияющие на черную дыру.

«У нас до сих пор нет четкой картины того, как происходит наращивание в такой черной дыре».
Елена Мурчикова

Астрономы надеются, что больше информации дадут дальнейшие наблюдения с помощью ALMA, телескопа Event Horizon, а также будущих космических телескопов.

Источник: scinexx.de