Смерть звезды у края туманности Угольный мешок

Светящееся газовое облако в темной туманности возвещает о скором конце далекого солнца

Это довольно небольшое облако светящихся газов и ярких звезд лежит на краю обширной темного региона - туманности Угольный мешок. Она образует темное пятно в небе южного полушария, видимое невооруженным глазом под Южным Крестом, а светящееся голубоватое газовое облако появилось из оболочки звезды незадолго до ее кончины в виде белого карлика.

Туманность Угольный мешок люди наблюдали в южном полушарии тысячи лет назад. И сейчас хорошо видно, как пылевое облако, имеющее в поперечнике приблизительно 100 световых лет и находящееся от нас в 600 световых годах, заслоняет левую нижнюю область Южного Креста.

Для инков эта темная туманность была частью созвездия Юту, в котором они видели представителя тинаму, птиц, обитавших в их регионе. В туманности Угольный мешок австралийские аборигены видели голову эму, представлявшую в их культуре голову и плечи небесного хранителя закона, который следил за соблюдением традиционных правил. Согласно легенде, если люди от них отступят, он грозился уничтожить огненной звездой весь мир.

Предшественник планетарной туманности в "Угольном мешке" Фото: © НАСА/ЕКА, Р. Сахаи/ЛРД

На этом снимке Хаббла показан небольшой участок неба у края туманности Угольный мешок. В нем находится небольшое газовое облако светящегося водорода, нагретого умирающей звездой солнечного типа. Примерно за 7 млрд лет она израсходовала в процессе ядерного синтеза запасы водорода. Сейчас звезда начинает плавить, подобно нашему Солнцу, сначала гелий, а затем атомы углерода.

К концу этого развития ядро умирающей звезды становится все горячее и из нее происходят периодические извержения, при которых выбрасываются части ее газовой оболочки. На снимке они предстают в виде голубоватых светящихся полос. Звезда потеряет оболочку через несколько тысяч лет и станет белым карликом, а газовая оболочка образует светящуюся планетарную туманность.

Источник: scinexx.de

Следы слабого джета из центра Млечного Пути

Наша черная дыра, по-видимому, действительно испускает из центра Млечного Пути активный джет - слабый поток излучения и частиц, устремляющийся в космос. Недавно первые признаки этого были обнаружены к югу от плоскости Галактики, а теперь астрономы нашли следы такого джета и на севере. Эта струя всего несколько сотен лет назад могла быть в десять тысяч раз ярче, чем сегодня, сообщает команда в Astrophysical Journal.

В настоящее время сверхмассивная черная дыра спокойна и практически бездействует. Но огромные пузыри и "дымоходы" высокоэнергетического излучения и горячих газов свидетельствуют, что так было не всегда. Минуло всего около 2-3 млн лет с тех пор, как Стрелец А* выбросил огромную струю, которая могла даже осветить земное ночное небо и далекие внегалактические газовые потоки. Этот взрыв оставил после себя большую часть структур, которые сегодня можно обнаружить в центре Галактики.

Однако остается открытым вопрос о том, достаточно ли активна сегодня черная дыра, чтобы породить джет - конусы быстрых частиц и излучения, перпендикулярные плоскости галактики. В активных ядрах галактик эти джеты видны за миллионы световых лет, но в нашей черной дыре таких выбросов, похоже, не было - по крайней мере, так считалось до сих пор.

Однако в последние годы астрономы обнаружили вблизи галактического центра радио- и рентгеновское излучение, которое может исходить от джета черной дыры. Прежде всего следы слабого, короткого выброса могли быть к югу от плоскости Млечного Пути.

Джеральд Сесил и его коллеги из Университета Северной Каролины выяснили, что это такое и есть ли признаки джета к северу от центра Галактики. Они проанализировали данные обсерватории ALMA в Чили, космического телескопа Хаббл и нескольких рентгеновских телескопов. Анализ выявил некоторые аномалии.

"Изображения ALMA показывают уникальную линейную структуру, которая находится среди других сложных движений возбужденных молекулярных газов в галактическом центре".
Джеральд Сесил

Этот узкий газовый поток можно обнаружить на расстоянии около 6,5 световых лет от галактического центра. За ним следует зона, в которой рентгеновским телескопом XMM-Newton найдены заметные структуры.

Там есть облака газа, яркий светящийся край которых находится точно на продолжении газового потока, нанесенного на карту ALMA. Инфракрасные изображения, полученные с помощью Хаббла, в свою очередь, расширяют эту конусообразную зону интенсивно возбужденных газов по меньшей мере до 35 световых лет.

"Выбросы просачиваются из плотного диска газа Млечного Пути. Затем струя разделяется из тонкого как карандаш потока на усики, похожие на щупальца осьминога".
Алекс Вагнер, Университета Цукуба, Япония

Эти "щупальца" сливаются в серию расширяющихся пузырей, простирающихся на расстояние не менее 500 световых лет. Эти пузыри были обнаружены различными телескопами и раньше, но только сейчас обнаруживается их связь с потенциальными джетами.

По мнению астрономов, эти наблюдения свидетельствуют о том, что центральная черная дыра, возможно, все еще производит джеты - даже если они очень слабые. Некоторые из структур также указывают на гораздо большую активность всего несколько сотен лет назад.

"Сегодня Стрелец светится слабо, но всего несколько веков назад он был в десять тысяч раз ярче".
Джеральд Сесил

Более того, оттоку, который в настоящее время практически невидим, не потребуется больших усилий, чтобы снова стать заметным:

"Даже в сто раз большей яркости было бы достаточно, чтобы так наполнить струю, чтобы она светилась по всей своей длине".
Джеральд Сесил

Источник информации и фото: scinexx.de

Звезды-младенцы в центре Млечного Пути

Облако газа и пыли в центре Галактики, оказывается, состоит из трех чрезвычайно молодых звезд. Такой результат показало новое исследование ученых Института физики (Кельнский университет).

Данные были предоставлены VLT - телескопом ESO, диаметр зеркала которого 8,20 м, установленном в Чили на вершине Серро Паранал. Звезды образовались меньше миллиона лет назад и, по преставлениям астрофизиков, считаются очень юными. Для сравнения, нашему Солнцу чуть меньше 5 миллиардов лет.

В инфракрасных данных VLT 2011 года был обнаружен объект, обещавший объяснить беспримерный процесс, протекающий в центре Галактики. По результатам многоволнового анализа астрофизики определили, что объект должен быть облаком газа и пыли. Ему было дано название G2.

Столкновение черной дыры SgrA* и G2 должно было разорвать облако на части и вызвать настоящий фейерверк. Исследователи предположили, что это вызовет в черной дыре вспышку газа и пыли. Но фейерверк не состоялся.

Были и другие факторы, породившие в острые дискуссии, в которых ломали копья астрономы всего мира. Исследования выявили, что температура G2 почти в два раза выше, чем температура окружающих источников пыли. Одним из возможных объяснений этого является присутствие в центре Галактики огромного количества звезд, способных разогреть G2. Почему же все другие известные газо-пылевые источники в центре Галактики столь высокой температуры не имеют?

Черная дыра SgrA* тоже не могла быть источником тепла, поскольку в этом случае температура G2 должна была с приближением к черной дыре расти. Однако расстояние до черной дыры менялось, однако температура облака оставалась постоянной.

Новые результаты показали, что облако G2 оказалось тремя отдельными звездами

Наблюдения с помощью VLT и данные из архива Южной обсерватории охватывали период 2005-2019 гг. Помогла в поиске G2 и необычная структура данных, где каждый пиксель полученного изображения обладает соответствующим спектром с очень специфическим и детальным диапазоном волн. В результате ученые получили огромный уровень детализации.

"Сенсационным является сам факт того, что G2 - это три развивающиеся молодые звезды. Никогда ранее вокруг SgrA* не замечали звезд, моложе найденных".
Д-р Флориан Пайскер, ведущий автор исследования

Полученные результаты породили много новых интересных вопросов. Например, откуда берутся эти молодые звезды, поскольку радиационно-интенсивная среда вокруг черной дыры не всегда лучшее место для рождения молодых звезд?

По словам Пайскера, новые результаты дают единственное в своём роде представление, как работают черные дыры. Исходя из этого, среду SgrA* можно использовать для получения недостающих знаний об эволюционных процессах галактик в совершенно других уголках нашей Вселенной.

Источник: portal.uni-koeln.de

Нейронная сеть помогает при анализе сигналов

Исследователи натренировали нейронную сеть всего за несколько секунд точно оценивать свойства сливающихся черных дыр, используя испускаемые ими гравитационные волны. В будущем этот метод может также позволить при слиянии нейтронных звезд проводить с помощью телескопов быстрые наблюдения.

Черные дыры - это чрезвычайно компактные объекты. Радиус черной дыры с массой, равной солнечной, составляет всего три километра. Если они обращаются друг вокруг друга, то испускают гравитационные волны, являющиеся колебаниями пространства и времени, еще в 1916 г. предсказанными Альбертом Эйнштейном. В результате орбита становится все более тесной, а черные дыры ускоряются, пока, наконец, не сольются в последнем всплеске гравитационных волн.

Распространяющиеся со световой скоростью по Вселенной гравитационные волны, обнаруживаются детекторами в США (LIGO) и Италии (Virgo). На основе собранных ими данных и теоретических предсказаний ученые оценивают, например, насколько велики черные дыры и как быстро они вращаются. В настоящее время этот процесс занимает не менее нескольких часов, а то и месяцев.

Для ускорения этого процесса ученые двух немецких исследовательских институтов  - MPI-IS  (Тюбинген) и AEI (Потсдам) - разработали алгоритм, применяющий глубокую нейронную сеть, представляющий собой сложный компьютерный код, то есть последовательность простых операций, по образцу работы человеческого мозга. Буквально за считанные секунды система выводит все свойства пары соединяющихся черных дыр.

Художественное изображение гравитационных волн, исходящих от двух вращающихся вокруг друг друга черных дыр Фото: LIGO / T. Pyle

Исследовательская группа тренировала нейронную сеть на множестве моделей - предсказанных гравитационных волн для возможных бинарных систем черных дыр в комбинации с шумом детекторов. Так нейросеть изучает корреляции полученных данных гравитационных волн с параметрами, которые характеризуют систему черных дыр.

На обучение алгоритма под названием DINGO ушло десять дней. Затем всего за несколько секунд сеть вывела размер, собственный угловой момент и все остальные параметры черных дыр, из данных недавно наблюдавшихся гравитационных волн. Высокоточный анализ расшифровывает пульсации пространства-времени практически в реальном времени - никогда ранее это не делалось с такой скоростью и точностью.

"Преимущество DINGO в том, что после обучения он способен быстро делать анализ новых событий. Следует отметить, что он также дает подробные оценки погрешностей параметров, которые в прошлом было трудно определить методами машинного обучения".
Стивен Грин, отдел астрофизики и космологической относительности AEI

Источник: astronews.com

Черная дыра выбрасывает спиралевидную струю

Первая фотография черной дыры была получена из центра галактики Messier 87. Теперь исследователям удалось сделать еще одно детальное фото: трехмерное радиоизображение массивного джета.

В 2019 году галактика Messier 87 получила всемирную известность: исследователи представили фотографию находящейся в ее центре чрезвычайно массивной черной дыры. Это было первое в истории астрофизики изображение черной дыры с высоким разрешением.

Теперь исследовательская группа под руководством Алисы Пасетто из Института радиоастрономии и астрофизики в Мехико вновь сфотографировала черную дыру этой галактики, свет от которой идет до нас 55 миллионов лет. Точнее, они сделали радиофотографию струи газа и пыли, вертикально выбрасывающейся из черной дыры. Команда опубликовала свои результаты в Astrophysical Journal Letters.

Как и в 2019 году, за такими изображениями стоит гора данных, собранных радиотелескопами, из которых астрономы затем восстанавливают реальную фотографию. Пасетто и ее команда получили новое изображение с помощью группы радиотелескопов Very Large Array Национальной радиоастрономической обсерватории в штате Нью-Мексико, США.

Исследователи заметили несколько особенностей в джете черной дыры, прославившей галактику Мессье 87. Выброшенный из центра галактики материал распространяется очень далеко, почти на 3300 световых лет. Астрофизики сообщают, что им также впервые удалось составить карту трехмерной структуры струи, очевидно, закручивающейся в двойную спираль. Исследователи связывают форму с магнитным полем, которое окружает джет. Взаимодействие магнитного поля и неоднородного потока пыли и газа создаст двойную спираль.

До сих пор не выяснено до конца, как именно формируются джеты. Несомненно, активные галактики окружены аккреционным диском, вещество которого притягивается к черной дыре в центре. Недалеко от отверстия часть его попадает в магнитное поле и выбрасывается.

Источник: spektrum.de

Экзопланета-гигант вокруг пары звезд-тяжеловесов

Астрономы впервые обнаружили экзопланету вокруг двойной звезды b Centauri в 325 световых годах от нас. Газовый гигант почти в одиннадцать раз тяжелее Юпитера и имеет одну из самых удаленных от центральной звезды орбит, известных на сегодняшний день, сообщает команда в Nature.

Астрономами уже найдено несколько тысяч внесолнечных планет вокруг самых разных звезд - от пригодных для жизни земных двойников вокруг красных карликов до чрезвычайно горячих газовых гигантов, находящихся в опасной близости от своей звезды. Как правило, размер планет увеличивается с ростом массы центральной звезды и ее протопланетного диска: чем больше пыли и газа вращается вокруг звезды, тем больше материала, доступного для формирования больших планет.

До сих пор вокруг звезд, масса которых свыше трех солнечных, не было найдено ни одной экзопланеты. Сейчас астрономы команды Маркуса Янсона из Стокгольмского университета обнаружили экзопланету вокруг двух звездных тяжеловесов - двойной звезды b Centauri. Эта пара звезд, обладающая суммарной массой 6-10 солнечных, значительно тяжелее, горячее и ярче нашего светила. Обе звезды очень молоды, их возраст составляет около 15 млн лет.

Астрономы уже обнаружили заметную особенность в этой двойной системе в 2019 году: на снимках телескопа были видны три слабые точки света в непосредственной близости от звезд, происхождение которых точно определить не удавалось. Теперь Янсон и его команда направили на эту пару звезд прибор высокого разрешения SPHERE на телескопе VLT ESO в Чили.

Двойная звезда b Центавра (слева) и недавно обнаруженная экзопланета (стрелка) Фото:
© ESO / Janson и др.

Как выяснилось, две световых точки принадлежат фоновым звездам, а третья - экзопланете. Она вращается вокруг двух центральных звезд на расстоянии 560 а. е. - примерно в 100 раз дальше, чем Юпитер от Солнца. Однако удивительно, что планета b Центавра (AB)b вообще существует: ранее вокруг такой массивной и горячей звездной системы никогда не находили планет.

У астрономов возникло сомнение в возможности их формирования. Поскольку гигантские звезды такой массы излучают так много радиации сразу после своего возникновения, то рассеивают свой протопланетный диск быстрее, чем более мелкие звезды солнечного типа. Поэтому для роста планет за счет постепенного накопления пыли и газа у них остается гораздо меньше времени.

Газовый гигант b Центавра (AB) b Фото: © ESO / L. Calçada

Звезды "В" обычно считаются довольно разрушительной и опасной средой. По мнению астрономов, маловероятно, что b Центавра (AB)b образовалась путем классической аккреции - для этого было бы слишком мало времени даже в более плотной области диска вблизи звезды. Более того, нет никаких доказательств того, что планета была выброшена оттуда на свою чрезвычайно далекую орбиту.

"В таком случае мы ожидали бы сильно эксцентричную орбиту планеты и наличие других спутников, которые спровоцировали турбулентность".
Маркус Янсон

Однако ни того, ни другого нет. Газовый гигант мог образоваться непосредственно в результате гравитационного коллапса части его первозданного облака. Поскольку для этого нужно намного меньше миллиона лет, необходимых для аккреции, то этот механизм менее чувствителен к быстрому растворению дисков материи вокруг таких массивных звезд. Возможность подобного гравитационного коллапса обсуждается и для газовых гигантов, таких как Юпитер.

Неясно также, как экзопланета оказалась на своей нынешней, чрезвычайно далекой орбите. Хотя газовые гиганты могут формироваться на большом расстоянии от своих центральных звезд, по мере растворения первобытного облака, как правило, они перемещаются все дальше внутрь - так было и с Юпитером. Но в случае с b Центавра (AB)b сильный звездный ветер бинарной звезды, возможно, предотвратил этот внутренний дрейф.

Однако эти сценарии пока остаются лишь предположениями. Как такая планета могла образоваться вокруг двух таких горячих и тяжелых звезд, пока неясно. Очевидно одно: это открытие в очередной раз бросает вызов существующим моделям формирования планет.

Источник: scinexx.de

Физики впервые создали настоящий варп-пузырь

Мечта о межзвездных и межгалактических путешествиях ограничена скоростью света. Этот якобы недостижимый верхний предел передвижения и сейчас считается утопией.

Однако на самом деле варп-полет основан на теоретически возможных принципах. Американские физики впервые случайно создали пузырь искривления, который обладает необходимыми свойствами в очень малых масштабах.

"Во избежание недоразумений я хочу внести ясность: наше открытие не является аналоговой моделью идеи варп-пузыря. Это настоящий, хотя и чрезвычайно крошечный и очень слабый пузырь искривления".
Д-р Гарольд Г Уайт, Институт безграничного пространства (LSI)

В основе нынешней работы, результаты которой Уайт с коллегами уже опубликовали в European Physical Journal, лежит концепция физика Мигеля Алькубьерре (Мексика). Она предусматривает такое изменение области пространства-времени вокруг космического корабля, чтобы сокращалось расстояние между начальной и конечной точками. Пространство-время должно сжиматься в направлении движения и снова расширяться после прохождения звездолета. Это создаст так называемый варп-пузырь, внутри которого можно передвигаться со сверхсветовой скоростью. Сам корабль не будет двигаться, но вокруг него будет перемещаться пространство или пространство-время.

Графическое изображение концепции варп-корабля по Алькубьерре и Уайту Фото HG White и др./LSI

Для того, чтобы такой варп-корабль не противоречил законам физики, необходимо топливо с отрицательной плотностью энергии (так называемая экзотическая материя). Долгое время количество такой экзотической материи, необходимой для жизнеспособного варп-полета, считалось слишком большим, чтобы эту концепцию можно было использовать даже в отдаленной перспективе.

Однако в последние годы различные исследователи представили теоретические разработки, с помощью которых необходимое количество экзотической материи может быть уменьшено до практически осуществимой величины. Согласно концепции физика Сергея Красникова, которая предполагает уже искривленное пространство-время вместо ранее не искривленного, этого вещества потребуется всего от 10 килограммов до нескольких миллиграммов.

Изображение реального пузыря искривления в наномасштабе Фото HG White и др./LSI

Последнее открытие было сделано Уайтом и коллегами случайно во время экспериментов по изучению свойств так называемого эффекта Казимира, который приводит к тому, что в вакууме параллельные проводящие пластины прижимаются друг к другу. Эффект был в 1948 году предсказан Хендриком Казимиром и назван в его честь. Экспериментальное подтверждение было получено в 1956 и 1958 гг.

В августе 2021 Уайт сообщил в онлайн-докладе на Форуме по двигательной энергии AIAA, что во время этих экспериментов он обнаружил структуру в "микро/нано масштабе, которая напоминает распределение отрицательной плотности энергии, необходимое для принципа Алькубьерре". Уайт назвал эту структуру "реальным, хотя и небольшим и очень слабым, пузырем искривления".

Открытие подтверждает ранее предсказанную кольцеобразную структуру (тор) как необходимую и отрицательно-энергетические свойства пузыря искривления, а также показывает пути возможного изучения и исследования этой структуры. Возможно, это однажды позволит создать по принципу Алькубьерре достаточно большой пузырь искривления и затем использовать его для приведения в движение звездолета.

Уайт и его коллеги уже разработали концепцию дизайна наноразмерного варп-корабля, на котором путешествия в далекие солнечные системы и галактики невозможны. Его планируется использовать для дальнейших исследований и экспериментов. Эта "игрушечная модель" должна состоять из сферы диаметром 1 микрометр (миллионная часть метра), которая находится внутри цилиндра диаметром 4 микрометра. В первоначальных экспериментах этот принцип продемонстрировал "трехмерную плотность энергии Казимира, отвечающую требованиям модели Алькубьерре". Однако Уайт добавляет, что реальную модель еще только предстоит построить.

Чтобы больше узнать о свойствах наноразмерных пузырей искривления, в первую очередь необходимо провести всесторонние фундаментальные исследования с использованием моделей и экспериментов. Поэтому реальную дату запуска первого варп-полета человечества пока даже невозможно предсказать.

Источник: grewi.de