космос

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

NASA показали грунт с астероида

На специальной трансляции специалисты NASA продемонстрировали грунт с астероида Бенну который доставила спускаемая капсула зонда OSIRIS-REx. Забор грунта был произведён 20 октября 2020 года, а капсула с ним вернулась на Землю 24 сентября 2023 года. После сброса капсулы зонд OSIRIS-REx отправился на исследование астероида Апофис к которому прибудет в 2029 году.

Первичный анализ образцов грунта показал наличие как углерода, так и воды.

В состав астероидов могут входить неизвестные типы «сверхплотной» материи

Плотность некоторых крупных астероидов может в разы превышать плотность любых известных на Земле элементов. Это должно указывать на то, что «космические камни», по крайней мере частично, могут состоять из неизвестных типов очень плотной материи, которые нельзя изучить с помощью «стандартной модели физики». Авторы нового исследования попытались объяснить чрезвычайно высокую плотность одного из таких крупных астероидов.

Орбита астероида (33) Полигимния и его положение в Солнечной системе

В середине XX века советский физик-ядерщик Геогий Флеров со своими подопечными смог синтезировать в лаборатории ряд сверхтяжелых элементов, включая унунквадий с атомным номером (Z) 114, впоследствии его переименовали в флеровий в честь физика.

Под атомным номером (порядковый номер химического элемента в периодической системе элементов таблицы Менделеева) понимают количество положительных элементарных зарядов в атомном ядре. На сегодня в периодической таблице числятся 118 элементов, в природе встречается 92 из них, остальные 26 получены искусственно. Чем выше атомный номер элемента, тем он «тяжелее».

Советские ученые предположили, что все элементы, полученные в лаборатории, должны были когда-то существовать на Земле, но с течением времени они распались. Действительно, их следы, пусть и ничтожные, находят на нашей планете. Например, следы нептуния (Z=93) обнаружены в урановых рудах — это продукты ядерных реакций под действием нейтронов космического излучения и спонтанного деления урана.

Флеров выдвинул гипотезу, что в природе должен существовать «остров стабильности сверхтяжелых ядер» — группа сверхтяжелых элементов, находящаяся за пределами уже открытой части таблицы Менделеева.

Остров стабильности на карте изотопов

Сегодня физики разделяют сверхтяжелые элементы на две группы:

— С атомным номером от 105 до 118, которые были получены искусственно, но при этом радиоактивны и нестабильны, с очень коротким периодом полураспада, и, следовательно, они представляют только академический и исследовательский интерес;

— Элементы «острова стабильности» с атомным номером больше 118. Они пока не наблюдались в природе, но для некоторых из них были предсказаны свойства. В частности, расчеты показывают, что могут существовать элементы до Z=164, при этом они могут оставаться стабильными на протяжении долгого времени.

Поскольку плотность элементов, как правило, возрастает с увеличением их атомной массы, можно ожидать, что элементы «острова стабильности» будут чрезвычайно плотными.

На Земле самый плотный стабильный элемент — металл осмий (Z=76) — 22,59 г/см3, его плотность почти в два раза больше, чем внутреннего ядра Земли. Однако в космосе встречаются объекты с плотностью элементов намного выше, чем у осмия, — так называемые компактные сверхплотные тела (compact ultradense objects, CUDO).

Один из ярких примеров таких объектов — астероид Главного пояса (33) Полигимния: согласно расчетам, его плотность составляет около 75 г/см3. Группа американских физиков из Аризонского университета попыталась объяснить эту особенность астероида. Ученые задались целью рассчитать атомную структуру и свойства сверхтяжелых элементов Полигимнии (около значения Z=164), используя модель атома Томаса — Ферми. Результаты работы опубликованы в The European Physical Journal Plus (здесь можно ознакомиться с ее полным текстом).

«Мы выбрали эту модель, несмотря на ее неточность, за то, что она позволяет систематически изучать атомную структуру потенциальных сверхтяжелых химических элементов, которых нет в известной периодической таблице. Кроме того, с ее помощью можно исследовать множество атомов за короткое время», — объяснил ведущий автор исследования Ян Рафельски.

Плотности элементов с атомным номером от 1 до 100. Красными треугольниками отмечены тяжелые металлы. Красный треугольник в правом верхнем углу — осмий (Z=76), самый плотный стабильный элемент на Земле

Расчеты физиков показали, что элементы, которые имеют атомные номера близкие к 164, могут быть стабильными и при этом их плотность может составлять от 36,0 до 68,4 г/см3 — значение очень близкое к значению плотности, полученному при изучении Полигимнии (75 г/см3).

Авторы сделали вывод, что на астероиде могут находиться сверхтяжелые элементы «острова стабильности». Если оценки плотности верны, то, скорее всего, Полигимния состоит из неизвестных на сегодня сверхтяжелых ядер элементов, которые пока невозможно изучить на Земле — по крайней мере, при современном уровне возможностей в области получения атомных ядер.

Предсказанные границы массовой плотности сверхтяжелых элементов в областях атомных номеров Z = 114, 140 и 164 (зеленые точки), пунктиром линейная интерполяция

Стоит отметить, что на вопрос об «острове стабильности» есть и иная точка зрения. Ряд ученых считают, что такие элементы в любом случае не могут быть достаточно долгоживущими, а обнаружение астероидов с аномальной плотностью (типа Полигимнии) может объясняться ошибками в астрономических наблюдениях. Окончательно прояснить вопрос могли бы только исследовательские миссии к таким телам.

Статья спизжена отсюда

Moon in "Blender"

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

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

Лесон Ол комикс

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