астрономия

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!

На другой планете впервые нашли признаки вещества, которое на Земле вырабатывают водоросли

Наблюдения за экзопланетой в ста с лишним световых лет от нас позволили выявить в ее атмосфере газы, которые могут указывать на поверхностный водный океан. Еще там нашли признаки органического соединения, которое на Земле выделяют только живые организмы.

Экзопланета K2-18 b в представлении художника

В 2015 году на орбите звезды красного карлика K2-18 в созвездии Льва космический телескоп NASA «Кеплер» обнаружил экзопланету, которую обозначили как K2-18 b. Расстояние от нее до Земли — 120 световых лет, а само открытие было сделано с помощью транзитного метода. Он основан на обнаружении падения светимости звезды во время прохождения планеты перед диском родительского светила.

Дальнейшие наблюдения за K2-18 b, проведенные космическими телескопами «Спитцер» и «Хаббл», показали, что экзопланета в 8,6 раза массивнее Земли, а ее радиус в 2,6 раза больше земного. В ее атмосфере много водяного пара, есть водород и гелий.

Помимо этого, выяснилось, что K2-18 b вращается в так называемой зоне обитаемости — на таком расстоянии от родительской звезды, на котором планета получает необходимое количество тепла, чтобы вода на ее поверхности не превращалась в лед, а существовала в жидком состоянии.

Размер обитаемой зоны, уровень радиации, частота вспышек и продолжительность жизни звезд разного типа: красных (сверху), оранжевых (в центре) и желтых (снизу) карликов

Размер обитаемой зоны для разных типов звёзд

Иными словами, K2-18 b оказалась «суперземлей» — миром, масса которого превышает массу Земли, но меньше массы Нептуна, обладающим гелиево-водородной атмосферой с водными облаками и находящимся в «зоне обитаемости». В 2020 году ученые предположили, что на поверхности экзопланеты находится водный океан, кроме того, она может быть пригодна для поддержания жизни земного типа.

Чтобы оценить вероятность такого сценария, необходимо глубже исследовать состав атмосферы K2-18 b, ведь по наличию определенных газов можно понять, какие условия там существуют. Проблема в том, что подобные экзопланеты довольно сложно изучать, их буквально затмевает свет гораздо более крупных родительских звезд. Для детального анализа подходят лишь немногие методы исследования экзопланет, к тому же для полноты картины наблюдения важно проводить более чувствительными приборами с высокой разрешающей способностью.

К счастью, такие инструменты у людей имеются — самый большой и мощный космический телескоп в истории человечества «Джеймс Уэбб». Группа астрономов из Кембриджского университета (Великобритания) задействовала эту орбитальную обсерваторию, чтобы проанализировать свет родительского светила экзопланеты K2-18 b, проходящий через ее атмосферу, и определить наличие газов. Во время прохождения экзопланеты на фоне диска звезды свет последней проникает в верхние слои атмосферы экзопланеты, поэтому, изучая спектр этого света, можно выявить химические элементы, которые присутствуют в атмосфере космического тела. Результаты работы британские астрономы готовят к публикации в The Astrophysical Journal Letters, сейчас с ними можно ознакомиться на сайте ESA.

Данные, полученные телескопом «Уэбба», показали, что в атмосфере K2-18 b присутствуют углекислый газ (CO2), метан (CH4) и углерод (С). Наличие метана и углекислого газа в атмосфере экзопланеты, как предположили исследователи, подтверждает гипотезу о том, что под гелиево-водородной газовой оболочкой K2-18 b находится жидкий океан.

Метан легко разрушается под воздействием ультрафиолета, поэтому для поддержания его уровня в атмосфере необходимы постоянные источники. На Земле основные природные источники метана — озера, океаны, болота и живые организмы.

Спектры K2-18 b, полученные с помощью приборов «Уэбба» NIRISS (устройство формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевой спектрограф) и NIRSpec (спектрограф ближнего инфракрасного диапазона). В атмосфере экзопланеты выявлено наличие метана, углекислого газа, а также признаки молекул диметилсульфида

Также телескоп обнаружил в атмосфере K2-18 b признаки молекулы органического соединения диметилсульфида (CH3SCH3). На нашей планете это продукт жизнедеятельности бактерий, еще его выделяют микроскопические водоросли, то есть на Земле диметилсульфид в скольких-нибудь заметных количествах производят только живые организмы.

«Результаты нашего исследования стали возможны благодаря беспрецедентной чувствительности "Уэбба", телескоп помог обнаружить спектральные особенности K2-18 b всего за два прохождения экзопланеты на фоне диска родительской звезды. Для сравнения, одно наблюдение транзита с "Уэбба" обеспечило точность, сопоставимую с восемью наблюдениями транзита с "Хаббла", проведенными в течение нескольких лет и в относительно узком диапазоне длин волн», — объяснил один из авторов исследования Субхаджит Саркар.

Ученые пока не делают поспешных выводов о том, что K2-18 b может быть пригодна для жизни земного типа. Они подчеркнули, что для подтверждения этой гипотезы нужны дальнейшие наблюдения, которые позволят точнее определить концентрацию диметилсульфида в атмосфере экзопланеты.

В будущих исследованиях британские астрономы планируют использовать спектрометр «Джеймса Уэбба» MIRI (прибор среднего инфракрасного диапазона), который, как надеются ученые, подтвердит их выводы и поможет измерить концентрацию газов в атмосфере, что еще больше прояснит, какие условия существуют на K2-18 b.

Стоит отметить, что хотя экзопланета находится в «зоне обитаемости» и, как теперь стало известно, в ее атмосфере содержатся молекулы метана, углекислого газа и углерода, это не означает, что на K2-18 b может быть пригодная для жизни обстановка. Большой размер экзопланеты (радиус в 2,6 раза больше земного) говорит о том, что значимую часть ее «внутренностей» может занимать мантия изо льда, как на Нептуне. С другой стороны, если там на поверхности плещется жидкий океан, он может быть слишком горячим, чтобы поддерживать жизнь.

Статья спизжена отсюда