астрономия

«Джеймс Уэбб» увидел кристаллы кремнезема в облаках экзопланеты

В высоких облаках «раздутого» горячего юпитера ученые впервые засекли нанокристаллы кремнезема — одного из самых распространенных минералов на Земле.

Иллюстрация атмосферы горячего газового гиганта WASP-17b

Аэрозоли — будь то облака из жидких частиц или дымка из твердых частиц — один из фундаментальных компонентов атмосфер экзопланет. Эти частицы заглушают, отражают и рассеивают свет звезды и тем вносят большой вклад в весь энергетический баланс космического тела, а также химию и динамику его атмосферы.

Астрономы видят наличие облаков или дымки по изменениям света звезды, когда экзопланета пролетает на ее фоне. Но определить точный состав этих аэрозолей — более сложная задача. Вместе с тем она весьма интересна, потому что аэрозоли много говорят о самой планете: в аэрозолях земной атмосферы, к примеру, есть алюминий и литий, остающиеся от последствий пусков космической техники. Поэтому пока что каждое открытие нового соединения в атмосфере экзопланеты привлекает внимание.

Теперь впервые в атмосфере экзопланеты астрономы увидели нанокристаллы кремнезема. Все благодаря работе инструмента MIRI космической обсерватории «Джеймс Уэбб». Результаты исследования опубликованы в Astrophysical Journal Letters.

Объектом наблюдений стала экзопланета WASP-17b, горячий юпитер в 1300 световых годах от Земли. По массе WASP-17b в два раза меньше Юпитера, зато по объему примерно в семь раз больше. Это одна из крупнейших и «пухлых» экзопланет из числа известных нам. Ее орбитальный период — всего 3,7 земного дня, что значительно упрощяет исследования.

В этот раз наблюдения вели на протяжении 10 часов, пока объект пролетал на фоне своей звезды. Инструмент MIRI для наблюдений в средней части инфракрасного диапазона сделал более 1275 измерений яркости излучения в диапазоне волн от пяти до 12 микронов.

Когда ученые «вычли» из этих данных чистое излучение звезды, они увидели на графике «холмик» в районе 8,6 микрона, который лучше всего объясняется наличием кристаллов кремнезема. По размеру эти кристаллы очень маленькие — всего 10 нанометров. Диаметр человеческого волоса в 10 тысяч раз больше.

Состав частиц в «облаках» WASP-17b. Фиолетовый график — спектр, смоделированный по данным «Уэбба», «Хаббла» и «Спитцера». Желтый пунктирный график — состав «облаков», если бы в них не было кремнезема

«Данные "Хаббла" сыграли ключевую роль в определении размеров этих частиц. Для уверенности в наличии там кремнезема нам достаточно данных MIRI, инструмента "Уэбба". Но чтобы понять, насколько большие эти кристаллы, нам понадобились наблюдения "Хаббла" в видимом и близком инфракрасном диапазонах», — рассказала соавтор работы Николь Льюис, профессор астрономии и руководитель исследования по созданию трехмерной модели атмосферы горячего юпитера, которое проводится в рамках программы Webb Guaranteed Time Observations (GTO).

Силикаты — минералы, богатые кремнием и кислородом — составляют значительную массу Земли, Луны и других каменистых объектов Солнечной системы. Они уже встречались астрономам в атмосферах экзопланет и в составе коричневых карликов, но в форме богатых магнием минералов вроде оливина и пироксена, а не чистого кремнезема.

Причем если в облака Земли частицы минералов попадают с поверхности планеты благодаря ветру, то на горячем юпитере WASP-17b нанокристаллы кремнезема формируются в верхних слоях самой атмосферы, в условиях высокой температуры, примерно 1500 градусов Цельсия, и очень низкого давления — одной тысячной земного.

«В этих условиях твердые кристаллы могут формироваться напрямую из газа, минуя фазу жидкого состояния», — объяснил главный автор исследования Дэвид Грант из Бристольского университета (Великобритания).

По словам ученого, из данных «Хаббла» они знали, что в атмосфере WASP-17b должны быть аэрозоли, но не ожидали, что в составе будет кремнезем.

«Мы ожидали увидеть силикаты магния, а засекли, вероятно, их "кирпичики" — маленькие частицы, необходимые для формирования более сложных силикатов, которые мы видим на более прохладных экзопланетах и коричневых карликах», — объяснила соавтор Ханна Уэйкфорд из Бристольского университета.

Горячие юпитеры вроде WASP-17b состоят в основном из водорода и гелия с небольшими примесями водяного пара и углекислого газа. И если учитывать лишь эти примеси, общая оценка количества кислорода в планете окажется сильно заниженной. Впрочем, и сейчас оценить объем кремнезема в облаках WASP-17b не удастся, потому что в рамках этого исследования инструмент MIRI наблюдал лишь окрестности терминатора — линии между дневной и ночной стороной экзопланеты.

Статья спизжена отсюда

Быстрые радиовсплески оказались похожи на землетрясения — только на нейтронных звездах

В стремлении понять природу этих загадочных космических сигналов японские ученые сравнили данные тысяч быстрых радиовсплесков с афтершоками землетрясений и солнечными вспышками. И нашли сходства.

Иллюстрация образования быстрого радиовсплеска от магнетара

Быстрые радиовсплески (Fast Radio Bursts, FRB) — необычайно короткие и яркие радиоволны, разлетающиеся по космосу на миллиарды световых лет. Сам сигнал при этом длится долю секунды, а появление вспышки непредсказуемо. Впервые их заметили в 2007 году, и с тех пор они остаются одной из загадок современной астрономии.

Отчасти проблема их исследования в том, что не удается поймать точный источник этих радиоволн. Среди предположений — черные дыры, инопланетные цивилизации, гибнущие планеты и нейтронные звезды. В последних ученые почти уверены: наблюдения показывают, что по крайней мере некоторые из быстрых радиовсплесков прилетают от слияний нейтронных звезд и так называемых магнетаров — нейтронных звезд с мощнейшим магнитным полем.

«Выдвигались гипотезы, что на поверхностях магнетаров могут происходить звездотрясения — выделения энергии, схожие с земными землетрясениями. Последние достижения в сфере наблюдательной астрономии привели к обнаружению тысяч новых быстрых радиовсплесков. Мы воспользовались возможностью и сравнили огромные наборы статистических данных по быстрым радиовсплескам с данными землетрясений и солнечных вспышек. Искали возможные сходства», — рассказал профессор Томонори Тотани (Tomonori Totani) из департамента астрономии Токийского университета (Япония).

Предыдущие статистические исследования быстрых радиовсплесков фокусировались на промежутках времени между последовательными сигналами. Тотани и его соавтор Юйа Цудзуки (Yuya Tsuzuki) предположили, что такой анализ не дает полной картины о возможных корреляциях в параметрах сигналов, и решили сопоставить время между сигналами с количеством выплеснутой энергии.

Они исследовали почти 7000 быстрых радиовсплесков от трех самых активных источников — FRB 20121102A, 20201124A и 20220912A. Искали сходства в параметрах, универсальные для всех трех источников. Затем ученые тем же методом сопоставили время и энергию землетрясений, используя данные по Японии, и солнечных вспышек по данным спутника Hinode, изучающего Солнце. Результаты работы опубликованы в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Сопоставления времени и энергии у быстрых радиовсплесков (слева) и землетрясений (справа)

Анализ показал мало сходств между быстрыми радиовсплесками и солнечными вспышками, зато множество сходств между всплесками и землетрясениями.

«Во-первых, вероятность возникновения афтершоков от того же события составляет 10-50% (в комментарии для СМИ ученый указывает эти числа, а в статье — 10-60%. — Прим. ред.). Во-вторых, со временем частота афтершоков снижается, как функция степени от времени. В-третьих, частота афтершоков не меняется, даже если меняется активность „FRB-землетрясений“. В-четвертых, нет корреляции между энергией основного всплеска и его афтершока», — объяснил Тотани.

Корреляционный анализ данных FRB 20121102A L21

Корреляционный анализ данных землетрясения Нарита

Это дает надежные основания полагать, что у нейтронных звезд есть твердая оболочка, подверженная «звездотрясениям», во время которых выделяется огромное количество энергии. А наши телескопы видят эти события в виде быстрых радиовсплесков. Получается, эти загадочные сигналы — наша возможность изучить физические характеристики коры нейтронных звезд.

Статья спизжена отсюда

Телескоп «Хаббл» обнаружил загадочный взрыв там, где его не должно быть

Примерно один-два раза в год астрофизики регистрируют в разных частях неба мощные голубые вспышки — одно из самых ярких событий во Вселенной. Эти вспышки появляются на небе неожиданно и затем довольно быстро исчезают. За все время наблюдений их открывали только в галактиках. Но последнее событие, которое получило обозначение AT2023fhn, или «Зяблик», произошло там, где ученые не ожидали его увидеть.

LFBOT выглядит как-то так

В 2018 году наземный телескоп ATLAS-HKO, расположенный в обсерватории Халеакала на Гавайях (США), зарегистрировал в оптическом диапазоне яркую вспышку взрыва в галактике CGCG 137-068. Это событие назвали AT2018cow, или «Корова», расстояние до него составило 200 миллионов световых лет. Примечательно оно было по двум причинам. Во-первых, вспышка оказалась ярче обычной вспышки сверхновой в 10-100 раз, а во-вторых, «Корова» исчезла спустя несколько дней.

Такие явления исследователи прежде никогда не видели, поэтому точно не знали, что именно они обнаружили. Выдвигались предположения, что AT2018cow — редкий тип сверхновых. Но обычно сверхновые так себя не ведут: на небе они «светятся» на протяжении недель.

«Корова» (AT2018cow). Снимок телескопа ATLAS-HKO

После «Коровы» подобные вспышки взрывов ученые открывали один-два раза в год, некоторые были намного ярче предыдущих. С 2018-го по 2022-й специалисты обнаружили шесть таких событий. Их даже отнесли к отдельному классу астрономических объектов, которые назвали Luminous fast blue optical transients (LFBOT). Все эти явления объединяют два важных свойства:

— Они запредельно яркие, их яркость несопоставима со сверхновыми, что делает эти вспышки одними из самых ярких событий во Вселенной;

— Их наблюдают только в галактиках.

В октябре 2023 года группа астрофизиков из ESA и NASA опубликовала в электронном архиве препринтов arXiv статью, в которой рассказала, что с помощью совместной работы наземных телескопов и орбитальной обсерватории «Хаббл» удалось открыть и описать седьмое LFBOT-событие. Оно в корне отличается от шести предыдущих. Статья ученых готовится к выходу в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Новая вспышка взрыва получила обозначение AT2023fhn, или «Зяблик», ее открыли 10 апреля «Установкой для поиска транзиентов имени Цвикки» (Zwicky Transient Facility). Сперва наземные телескопы обсерватории Gemini, которые находятся в Чили, измерили спектр видимого излучения «Зяблика». Выяснилось, что температура вспышки составляет 20 тысяч градусов Цельсия — не такая высокая, как у некоторых массивных звезд, и, конечно, не такая, как у вспышек сверхновых. Затем телескопы помогли определить расстояние: свет от события шел до Земли три миллиарда лет — на огромном удалении, на котором его может «разглядеть» только космический телескоп. Для этой цели выбрали «Хаббл».

 «Зяблик» (AT2023fhn). Снимок телескопа «Хаббл»

Когда космическая обсерватория стала наблюдать за «Зябликом» в разных частях спектра, ученые поняли, что знают об LFBOT-событиях еще меньше, чем думали ранее. В отличие от шести других аналогичных вспышек, новая наблюдалась не в галактике, а в пустом межгалактическом пространстве — примерно в 50 тысячах световых лет от соседней спиральной галактики и примерно в 15 тысячах световых лет от галактики меньшего размера.

«Мы предполагали, что эти вспышки взрывов могут относиться к редкому типу сверхновых с коллапсирующим ядром — гигантским звездам, которые по астрономическим меркам недолговечны. Эти объекты, прежде чем превратиться в сверхновую, не успевают удалиться очень далеко от места своего рождения — скопления новорожденных звезд. Все предыдущие вспышки мы открывали в спиральных рукавах галактик с интенсивным звездообразованием. То есть объяснение этих вспышек редким типом сверхновых нам подходило. Но последнее событие показало, что мы ошибались», — объяснил ведущий автор исследования Эшли Краймс.

У астрофизиков есть два объяснения природы «Зяблика»:

1. Вспышка вызвана тем, что черная дыра массой от 100 до нескольких тысяч масс Солнца разорвала на части массивную звезду. Шаровое звездное скопление — наиболее вероятное место, где можно было бы обнаружить черную дыру средних размеров. Возможно, «Зяблик» вспыхнул внутри шарового звездного скопления во внешнем гало одной из двух соседних галактик;

2. «Зяблик» — результат столкновения двух нейтронных звезд, движущихся далеко за пределами своей родительской галактики. Эти звезды двигались по спирали навстречу друг другу в течение миллиардов лет, после чего столкнулись, что привело к килоновой — взрыву, излучаемая энергия которого может превосходить в тысячу раз энергию, излучаемую новыми. Согласно гипотезе, если одна из нейтронных звезд сильно «намагничена» (обладает исключительно сильным магнитным полем ) — речь идет о магнетаре, — это может значительно увеличить мощность взрыва. Тогда яркость вспышки может в 100 раз превысить яркость вспышки обычной сверхновой.

В любом случае ученые надеются, что разгадать тайну природы «Зяблика» им поможет космический телескоп «Джеймс Уэбб». По крайней мере, он прояснит, произошла вспышка внутри шарового звездного скопления во внешнем гало одной из двух соседних галактик или нет.

Статья спизжена отсюда

Юпитер в небе Германии сегодня

Я старался, но всё как всегда

Астрономы впервые увидели собственный свет «космической паутины»

Ученые уже делали снимки фрагментов «космической паутины», но раньше ее удавалось разглядеть лишь в свете ярких галактик, а теперь — саму по себе, в темных глубинах космоса.

Трехмерная карта нитей газообразного водорода в «космической паутине» построенная по данным инструмента KCWI обсерватории Кека

Когда в молодой Вселенной образовывались первые звезды и галактики, пространство между ними не становилось совсем пустым. Оставшаяся между объектами материя под действием сил гравитационного притяжения вытягивалась переплетающимися «нитями». Сегодня эта «космическая паутина» — основа структуры Вселенной. К сожалению, она настолько разреженная и тусклая, что разглядеть ее очень тяжело.

В 2014 году астрономам удалось сделать первый снимок «паутины», освещенной излучением далекого квазара. В 2019-м источником света стали молодые галактики, в которых рождались яркие новые звезды. Теперь ученые из Калифорнийского технологического института (США) разработали инструмент и метод наблюдений за «космической паутиной» в темных глубинах космоса, вдали от «космических фонарей».

Модели развития Вселенной показывают, что более 60% водорода, образованного после Большого взрыва, осталось в газообразной форме в нитях «космической паутины». В спектре одна из самых ярких линий водорода — линия Лайман-альфа. Именно ее разглядели авторы нового исследования, опубликованного в журнале Nature Astronomy.

Чтобы поймать излучение далекого и к тому же тусклого водорода в нитях «паутины», ученые разработали инструмент KCWI (Keck Cosmic Web Imager) для Обсерватории Кека, расположенной на горе Мауна-Кеа на Гавайях. KCMI чувствителен к «зелено-голубой» части видимого спектра, волнам длиной от 350 до 560 нанометров.

KCWI (Keck Cosmic Web Imager)

Из-за расширения Вселенной чем дальше находится от нас объект, тем сильнее его свет — в данном случае линия Лайман-альфа — смещается в красную сторону спектра. Поэтому по смещению линий водорода можно оценить расстояние.

С помощью инструмента KCWI авторы исследования сделали серию двухмерных снимков на разных длинах волны вглубь участка космоса, свет от которого шел к нам от 10 до 12 миллиардов лет. И по смещениям они смогли построить трехмерную карту «космической паутины» в этой области.

Сам инструмент — не единственное важное достижение в рамках этого исследования. Так как излучение нитей очень тусклое, его можно спутать с фоновым излучением от нашей атмосферы, от подсвеченной Солнцем межпланетной пыли и даже от Млечного Пути. Чтобы выявить и убрать этот шум, ученые сопоставляли снимки из разных областей неба с нитями на разных расстояниях от нас и «вычитали» один из другого — оставалось лишь излучение нитей.

По таким детализированным снимкам космической паутины астрономы смогут собрать недостающие данные о формировании и эволюции галактик. Также можно будет построить карты расположения темной материи — «невидимой» субстанции, которая, по расчетам, должна составлять примерно 85% всего вещества во Вселенной.

Анимация трехмерного среза сети нитей газообразного водорода, пересекающих пространство между галактиками. Область, охваченная этим наблюдением, находится на расстоянии около 10,5 миллиардов световых лет. Изображенный здесь объем занимает площадь 2,3 на 3,2 миллиона световых лет и простирается на глубину 600 миллионов световых лет (50 миллионов на сегмент)

Статья спизжена отсюда

Чтобы вы понимали насколько Астрономам скучно живётся. Узрите Барнард 252 или как назвал человек нашедший его "туманность Дельфин, находится в созвездии Скорпиона".

Некоторые могут подумать что я тупо сфоткал песок, но не будь все так просто..., это 500 миллионов звезд в центре галактики Андромеды.

Наша Галактика оказалась экстраординарно бедной

Космический телескоп «Гайя» позволил оценить скорость движения рекордного количества звезд в Млечном Пути, и новые данные оказались крайне неожиданными. Дело не только в том, что его масса упала во много раз: стало ясно, что сама структура Галактики не такая, как думали раньше.

Космический телескоп «Гайя» на фоне диска нашей Галактики

Примерно полвека назад астрономы обнаружили, что внешние части галактических дисков вне Млечного Пути вращаются значительно быстрее, чем должны бы. Скажем, в Солнечной системе планеты, близкие к Солнцу, вращаются быстро, а более далекие — медленно, и это кажется логичным следствием ослабевания действующего на них притяжения светила. А вот в иных галактиках внешние области вращаются без убывания скоростей вращения — как будто их раскручивает какая-то огромная, но невидимая масса (темная материя).

Это наблюдение совершило революцию в космологии и в итоге в физике. Но оценить, как обстоят дела со скоростями вращения в других галактиках, оказалось намного проще, чем сделать это «у себя дома».

Наблюдать за крупным объектом, находясь внутри него, сложно: например, с нашего места в Галактике видеть другие ее части мешают не только пыль и газ, но и центральная ее часть (что находится за ней — прямыми наблюдениями проверить очень сложно). Революцию в вопросе произвел лишь космический телескоп «Гайя», запущенный 10 лет назад и работающий в точке Лагранжа L2, в полутора миллионов километров от Земли. Он может наблюдать более миллиарда звезд — рекордный показатель в истории астрономии. Однако обработка такого объема данных занимает массу времени и очень сложна.

Поэтому только сейчас в журнале Astronomy and Astrophysics вышла статья, суммирующая данные «Гайи» о скоростях вращения звезд в диске Млечного Пути. Она во многом опирается на результаты наблюдений и работы, вышедшие по этой теме ранее. Авторы новой статьи составили кривые, показывающие скорости вращения звезд в различных частях нашей галактики. Поскольку эти скорости определяются действующей на эти звезды гравитацией, именно по ним можно узнать реальную массу Млечного Пути, которая до этого оставалась объектом ожесточенных дискуссий.

Работа принесла два больших сюрприза. Во-первых, оказалось, что Млечный Путь не показывает ускоренного вращения краев галактического диска, как почти все сколько-нибудь хорошо изученные спиральные галактики, кроме нашей. На расстоянии от 63 до 86 тысяч световых лет от центра Млечного Пути скорость вращения его звезд вокруг галактического центра падает в среднем на 30 километров в секунду. Это не так мало: например, Солнце вращается вокруг ядра Галактики со скоростью 230 километров в секунду. Фактически убывание скоростей вращения звезд в нашей Галактике выглядит как «кеплеровское замедление», сходное с тем, что видно для внешних планет Солнечной системы. И не наблюдаемое пока в других галактиках Вселенной, похожих на нашу.

Это не значит, что темной материи у нас нет: по расчетам авторов новой работы, ее здесь втрое больше, чем обычной. Проблема в том, что для других спиральных галактик это соотношение — шесть к одному, то есть вдвое больше.

Кривая изменения средней скорости звезд в диске Млечного Пути по мере удаления от его центра. Вначале скорость резко возрастает, однако после 15 тысяч парсек начинает снижаться. Такой картины нет в других спиральных галактиках сходной светимости

Второй большой сюрприз: масса Млечного Пути оказалась равна примерно 200 миллиардам масс Солнца. Это примерно в пять раз меньше прошлых общепринятых оценок (триллион солнечных масс) и заметно меньше, чем у других спиральных галактик тех же размеров, что наша, наблюдаемых астрономами. Из этого следует, что оценки масс галактик — спутников Млечного Пути (например, Большого Магелланова облака) нужно пересматривать «вниз», причем довольно сильно.

Авторы исследования отметили, что, согласно их результатам, Млечный Путь оказывается экстраординарно редкой и экстраординарной бедной материей Галактикой. Причины этого пока не ясны.

Среди возможных объяснений ученые приводят то, что после 8-10 миллиардов лет назад наша Галактика практически не испытывала крупных слияний и поглощений (то есть не присоединяла к себе другие галактики). В то же время большинство других наблюдаемых спиральных галактик испытывали крупные слияния не позднее шести миллиардов лет назад. Возможно, что и малое число поздних слияний и малое количестве темной материи у нас как-то связано с тем, что строение рукавов в нашей галактике несколько отличается от большинства наблюдаемых спиральных.

Другое объяснение: «Гайя» использует иные методы для учета скоростей движения галактик. Если с ней что-то не так, то новые результаты по массе и скоростям в Млечном Пути тоже некорректны. В каком-то смысле такой вариант не менее потрясающий, чем первый, поскольку на точности цифр «Гайя» основывается немало выводов астрономов за последние годы.

Отдельно отметим, что если цифры «Гайи» все же корректны, то гипотеза модифицированной ньютоновской динамики (МОНД) неверна. Модифицированная ньютоновская динамика — это теория, предполагающая, что гравитация имеет разную силу для разных расстояний. То есть это объяснение, полностью альтернативное современной физической картине мира, основанной на теории относительности, несовместимой с таким подходом.

МОНД долгие годы пользовалась определенной популярностью, поскольку позволяет и объяснить слишком быстрое вращение дисков других галактик, и не искать темную материю, которая объясняла бы такое вращение. Но, если в нашей Галактике никакого быстрого вращения периферических частей галактического диска нет, а есть кеплеровское замедление его звезд, то МОНД, очевидно, неверна: гравитация не может ослабевать с расстоянием везде, кроме Млечного Пути.

Зато другие подходы — конкретнее, темная материя — с новой работой получили серьезное подтверждение. Количество темной материи в разных галактиках может различаться в рамках самых разных гипотез о ее природе. Теперь осталось лишь выяснить, какая именно из них верна: та, что опирается на данные гравитационного телескопа LIGO, или какие-то иные.

Статья спизжена отсюда

Объект Хербига — Аро HH 211 на свежем снимке Джеймса Уэбба Такие объекты – это небольшие участки туманностей, связанные с молодыми звёздами. Они образуются, когда газ, выброшенный звёздами, вступает во взаимодействие с близлежащими облаками газа и пыли на скоростях в несколько сотен километров в секунду.

Северное сияние. 57°

Три дня назад от Солнца оторвался кусок плазмы. Да не просто оторвался, а как давай лететь в нашу сторону! И что вы таки думаете? Вчера вечером он как возьми да прилети!