Астрономы нашли у аналога Солнца TOI-7510 третью экзопланету и определили, что все три тела близки к конфигурации цепочки резонансов Лапласа. Они представляют собой экзогиганты, причем один из них — суперпухлый. Препринт работы доступен на сайте arXiv.org.
Параметры орбиты — это одни из ключевых показателей для понимания свойств, механизмов возникновения и хода эволюции экзопланет. В частности, приливный захват и планетарная миграция способны объяснить свойства многих горячих короткопериодных экзопланет, а орбитальные резонансы — формирование компактных мультипланетных систем.
Группа астрономов во главе с Хосе-Мануэлем Альменарой (Jose Manuel Almenara) из Женевской обсерватории сообщила об обнаружении нового примера цепочки орбитальных резонансов экзопланет. Ученые проанализировали данные наблюдений за системой звезды TOI-7510 космических телескопов TESS и CHEOPS, наземного спектрографа CORALIE, а также наземного телескопа ASTEP.
Звезда TOI-7510 — это аналог Солнца возрастом около трех миллиардов лет с массой 1,053 массы Солнца и радиусом 1,03 радиуса Солнца, который находится в 799 световых годах от Земли. Ранее у светила найдены две транзитные экзопланеты, однако для одной из них колебания времени транзита оказались аномально большими, что связали с наличием в системе еще одного тела. Оказалось, что дополнительный объект действительно в ней есть. Орбитальные периоды экзопланет TOI-7510b, TOI-7510c и TOI-7510d составляют 11,5, 22,6 и 48,9 дня соответственно, что близко к соотношению 4:2:1 и цепочке резонансов Лапласа. В нашей Солнечной системе резонанс Лапласа применим к спутникам Юпитера Ио, Европе и Ганимеду.
Измеренные радиусы TOI-7510b, TOI-7510c и TOI-7510d составляют 0,65, 0,96 и 0,94 радиуса Юпитера, а массы, рассчитанные путем моделирования, находятся на уровне 0,057, 0,41 и 0,6 массы Юпитера. При этом длины больших полуосей экзопланет не превышают 0,267 астрономической единицы, что делает всю систему компактной и содержащей трио экзогигантов с умеренными (от 540 до 880 кельвин) равновесными температурами. Особый интерес в этой троице представляет самая внутренняя экзопланета, которая вписывается в модель суперпухлого тела с обширной газовой оболочкой из водорода и гелия. В дальнейшем система станет целью наблюдений крупных телескопов, которые будут исследовать атмосферы экзопланет.
Рекордно длинная резонансная цепочка экзопланет включает в себя пять тел и находится в системе TOI-178.
Астрономы нашли у аналога Солнца TOI-7510 третью экзопланету и определили, что все три тела близки к конфигурации цепочки резонансов Лапласа. Они представляют собой экзогиганты, причем один из них — суперпухлый. Препринт работы доступен на сайте arXiv.org.
Параметры орбиты — это одни из ключевых показателей для понимания свойств, механизмов возникновения и хода эволюции экзопланет. В частности, приливный захват и планетарная миграция способны объяснить свойства многих горячих короткопериодных экзопланет, а орбитальные резонансы — формирование компактных мультипланетных систем.
Группа астрономов во главе с Хосе-Мануэлем Альменарой (Jose Manuel Almenara) из Женевской обсерватории сообщила об обнаружении нового примера цепочки орбитальных резонансов экзопланет. Ученые проанализировали данные наблюдений за системой звезды TOI-7510 космических телескопов TESS и CHEOPS, наземного спектрографа CORALIE, а также наземного телескопа ASTEP.
Звезда TOI-7510 — это аналог Солнца возрастом около трех миллиардов лет с массой 1,053 массы Солнца и радиусом 1,03 радиуса Солнца, который находится в 799 световых годах от Земли. Ранее у светила найдены две транзитные экзопланеты, однако для одной из них колебания времени транзита оказались аномально большими, что связали с наличием в системе еще одного тела. Оказалось, что дополнительный объект действительно в ней есть. Орбитальные периоды экзопланет TOI-7510b, TOI-7510c и TOI-7510d составляют 11,5, 22,6 и 48,9 дня соответственно, что близко к соотношению 4:2:1 и цепочке резонансов Лапласа. В нашей Солнечной системе резонанс Лапласа применим к спутникам Юпитера Ио, Европе и Ганимеду.
Измеренные радиусы TOI-7510b, TOI-7510c и TOI-7510d составляют 0,65, 0,96 и 0,94 радиуса Юпитера, а массы, рассчитанные путем моделирования, находятся на уровне 0,057, 0,41 и 0,6 массы Юпитера. При этом длины больших полуосей экзопланет не превышают 0,267 астрономической единицы, что делает всю систему компактной и содержащей трио экзогигантов с умеренными (от 540 до 880 кельвин) равновесными температурами. Особый интерес в этой троице представляет самая внутренняя экзопланета, которая вписывается в модель суперпухлого тела с обширной газовой оболочкой из водорода и гелия. В дальнейшем система станет целью наблюдений крупных телескопов, которые будут исследовать атмосферы экзопланет.
Рекордно длинная резонансная цепочка экзопланет включает в себя пять тел и находится в системе TOI-178.
Исследователи из Института внеземной физики Общества Макса Планка и Европейского космического агентства провели моделирование условий на спутниках экзопланет, покинувших свои системы. Астрономы показали, что такие луны могут сохранять тепло миллиарды лет благодаря плотным водородным атмосферам.
Как водородная атмосфера сохраняет тепло. Обычно молекула водорода (H2) почти не задерживает тепло, так как она симметрична и не взаимодействует с инфракрасным светом привычным образом. Но в условиях сверхвысокого давления молекулы сталкиваются так часто и сильно, что их электрические заряды на мгновение смещаются. В этот миг пара молекул начинает работать как единая сложная структура, способная поглощать тепловое излучение. Это превращает прозрачный газ в мощный «парник», спасающий спутник планеты от охлаждения.
Астрономы обнаружили сотни планет-сирот, покинувших родные системы и дрейфующих в межзвездном пространстве. Лишенные тепла родительских звезд, эти миры кажутся замерзшими пустынями, но их спутники могут скрывать оазисы жизни. В процессе выброса планеты из системы орбита ее луны часто становится сильно сильно вытянутой.
Мощные приливные силы со стороны планеты-хозяина заставляют недра спутника деформироваться, порождая колоссальное количество внутреннего тепла, подобно тому, как это происходит на спутнике Юпитера Европе или спутнике Сатурна Энцеладе в нашей Солнечной системе. Главным фактором выживания становится состав атмосферы: если она состоит из водорода и находится под высоким давлением, этот газ превращается в настоящее «одеяло», удерживающее энергию внутри.
При экстремальном давлении молекулы водорода начинают поглощать тепло. В моменты сближения они образуют временные комплексы, которые задерживают инфракрасное излучение не хуже углекислого газа или метана. Работа опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Это позволяет избежать конденсации газов и быстрого остывания поверхности. Соавтор работы Давид Дальббюдинг поясняет: «Такая луна могла бы иметь температуру поверхности, достаточную для поддержания воды в жидком состоянии без тепла звезды, что значительно расширяет возможности для возникновения жизни во Вселенной». Хотя обнаружить такие атмосферы в ближайшее время будет крайне сложно, математические модели подтверждают их стабильность.
Миллиарды лет тепла
Проведенное моделирование объединило расчеты температурных режимов с данными об эволюции орбит. Выяснилось, что при давлении, в сто раз превышающем земное, эффект поглощения инфракрасного излучения водородом создает условия для существования жидкой воды на протяжении 4,3 миллиарда лет. Это сопоставимо с возрастом Земли и дает достаточно времени для потенциального биологического развития. Водород выступает не только как парниковый газ, но и как стабильный фон для других соединений, таких как аммиак или водяной пар, которые тоже помогают удерживать тепло.
Ученые проводят параллели с ранней историей Земли. Считается, что до появления жизни атмосфера Земли была богаче водородом, а частые удары астероидов могли создавать кратковременные скачки давления. Подобная среда могла способствовать формированию молекул РНК. Изучение далеких блуждающих миров помогает лучше понять химические процессы, давшие старт земной эволюции, объединяя астрофизику и биологию в поисках ответа на вопрос о происхождении жизни.
Специалисты Исследовательского центра NASA имени Эймса разработали ExoMiner++ — открытое программное обеспечение на базе искусственного интеллекта для поиска экзопланет. Алгоритм, обученный на данных миссий Kepler и TESS, уже выявил 7000 новых кандидатов, значительно ускорив процесс обработки гигантских массивов накопленной информации.
На этом художественном изображении показана звезда TRAPPIST-1 с двумя планетами, проходящими перед ней. ExoMiner++, недавно обновленный пакет программного обеспечения с открытым исходным кодом, разработанный NASA, использует искусственный интеллект для поиска новых транзитных экзопланет в данных, собранных в ходе миссий NASA
Основная трудность при поиске экзопланеты методом транзита заключается в «шуме»: яркость звезды может меняться не только из-за планеты, которая проходит по ее диску, но и из-за пятен на поверхности звезды или присутствия другой звезды. Экзопланета-кандидат — это лишь потенциальный объект. Чтобы превратить его в «подтвержденную планету», нужно доказать, что сигнал не является инструментальной ошибкой или помехой от другого космического тела, что и делает ИИ, анализируя кривые блеска с высокой точностью. «Золотым стандартом» все равно остается подтверждение, полученное наземными телескопами, но они точно знают, куда смотреть и что искать.
На сегодняшний день астрономам известно более 6000 планет за пределами Солнечной системы, и большая часть этих открытий была сделана благодаря телескопам Kepler и TESS. Но объем накопленной информации настолько велик, что человеческих ресурсов и классических методов анализа не хватает для проверки всех сигналов.
Искусственный интеллект стал незаменимым инструментом в этой области, позволяя просеивать сотни тысяч сигналов в поисках характерных признаков транзита — момента, когда планета проходит перед диском звезды, слегка приглушая ее свет.
Художественное изображение спутника NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), запущенного в 2018 году и обнаружившего на данный момент почти 700 экзопланет. Программное обеспечение NASA ExoMiner++ работает над идентификацией дополнительных планет в данных TESS с помощью искусственного интеллекта.
Новая версия программы, ExoMiner++, обладает уникальной способностью работать с данными сразу двух разных миссий, несмотря на различия в их стратегии наблюдения. Пока алгоритм фокусируется на проверке уже выявленных сигналов, отделяя настоящие планеты от ложноположительных событий, таких как затменные двойные звезды. Работа опубликована в журнале Astronomical Journal.
Цифровое будущее астрономии
Масштабируемость технологии позволяет ученым надеяться на лавинообразный рост открытий в ближайшие годы. Важной особенностью проекта является его полная открытость: исходный код доступен на GitHub, что соответствует принципам «золотого стандарта» науки NASA.
Этот кадр показывает график потемнения, которое происходит, когда планета проходит перед своей звездой. Миссии NASA Kepler и TESS обнаруживают экзопланеты, ища эти транзиты. ExoMiner++ использует искусственный интеллект, чтобы помочь отделить реальные транзиты планет от других, похожих астрономических явлений.
Соавтор работы и один из разработчиков модели Мигель Мартиньо отмечает: «Когда у вас есть сотни тысяч сигналов, как в данном случае, это идеальное место для внедрения технологий глубокого обучения».
Благодаря автоматизации рутинных процессов, исследователи могут сосредоточиться на подтверждении наиболее перспективных кандидатов с помощью наземных телескопов. В будущем команда планирует научить ExoMiner++ самостоятельно находить сигналы в «сырых» данных, что станет критически важным для обработки информации от новейшего телескопа Nancy Grace Roman Space Telescope. Совместная работа человека и машины превращает NASA в глобальную открытую лабораторию, где каждый исследователь может внести вклад в изучение космоса.
Используя Очень большой телескоп (VLT) Европейской Южной обсерватории (ESO), астрономы обнаружили экзопланету, вращающуюся вокруг ближайшей к нам одиночной звезды – звезды Барнарда. Этот внесолнечный мир почти вдвое уступает по массе Венере, а год на нем длится чуть более трех земных суток. Об открытии сообщается в журнале Astronomy & Astrophysics.
«Расположенная всего в шести световых годах от нас, звезда Барнарда является одной из основных целей при поиске экзопланет, похожих на Землю. Несмотря на многообещающее обнаружение еще в 2018 году, до сих пор достоверно не было подтверждено существование планет в ее системе», – рассказывают авторы открытия.
Открытие экзопланеты, получившей обозначение Barnard b, стало результатом пятилетних наблюдений, в ходе которых астрономы искали сигналы от возможных миров в пределах обитаемой или умеренной зоны у звезды Барнарда – диапазона, где на поверхности планеты вода может находиться в жидком состоянии.
«Красные карлики, подобные звезде Барнарда, часто становятся объектом пристального внимания, поскольку каменистые миры малой массы легче обнаружить у них, чем вокруг более крупных солнцеподобных звезд», – отметили авторы открытия.
Согласно наблюдениям, экзопланета Barnard b расположена в двадцать раз ближе к своей звезде, чем Меркурий к Солнцу. Температура ее поверхности оценивается примерно в 125 градусов по Цельсию. Даже с учетом того, что звезда Барнарда примерно вдвое холоднее Солнца, на ней слишком жарко, чтобы она могла поддерживать известную нам форму жизни.
Помимо подтвержденной экзопланеты, астрономы обнаружили намеки на существование еще трех миров в системе звезды Барнарда, которые также являются каменистыми и лежат за внутренней границей обитаемой зоны. Однако для их подтверждения потребуются дополнительные наблюдения.
Международная команда исследователей открыла двойную звездную систему со сверхмалыми, сверхлегкими звездами и с чрезвычайно коротким периодом вращения вокруг общего центра масс. Хотя теоретические модели предсказывали наличие таких типов систем во Вселенной, напрямую астрономы их еще ни разу не наблюдали.
Двойная звездная система TMTS J0526 в представлении художника
Субкарлики — небольшие, очень тусклые и относительно старые звезды, которые впервые обнаружили американские астрономы Уолтер Адамс (Walter Adams) и Альфред Джой (Alfred Joy) в 1922 году. Тогда эти светила называли «промежуточными белыми карликами», поскольку они тусклее звезд главной последовательности, но ярче белых карликов. Термин «субкарлик» прижился позднее.
Со временем специалисты стали открывать все больше таких объектов. Выяснилось, что эти тела могут отличаться друг от друга размерами, температурными показателями, спектральным классом и даже источниками энергии. Поэтому ученые стали разделять эти объекты на холодные и горячие субкарлики.
Например, одно из главных отличий горячих субкарликов от холодных в том, что первые в своих ядрах сжигают гелий, а вторые — водород.
В предыдущих исследованиях китайские астрономы предположили, что горячие субкарлики могут быть самыми маленькими звездами Вселенной, а еще — частью двойных маломассивных звездных систем со сверхкоротким периодом вращения (в таких системах масса светил, предположительно, может варьироваться от 0,32 до 0,36 массы Солнца).
Гипотеза китайских астрономов противоречит устоявшемуся в научном сообществе мнению, что звание «самых маленьких звезд Вселенной» носят красные карлики.
Однако международная команда астрономов под руководством китайского Университета Цинхуа подтвердила догадки своих коллег. С помощью массива оптических телескопов Tsinghua University-Ma Huateng Telescope for Survey (TMTS) ученые отыскали бинарную звездную систему, один из компаньонов в которой — горячий субкарлик крошечных размеров. После детального анализа его параметров выяснилось, что это самая маленькая звезда из когда-либо наблюдавшихся. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Звездная система получила обозначение TMTS J052610.43+593445.1, она находится примерно в 2760 световых годах от Земли. Один из ее обитателей — J0526A, белый карлик с углеродно-кислородным ядром, который имеет массу около 74 процентов от массы Солнца (0,735 массы Солнца). Второй — горячий субкарлик J0526B, масса которого составляет 0,361 массы Солнца. Интересно, что радиус этого крошечного объекта всего лишь в семь раз больше радиуса Земли. Для сравнения: радиус Юпитера в 11,2 раза превышает земной, а Сатурна — в 9,5 раза. То есть субкарлик J0526B меньше двух газовых гигантов.
Белый карлик J0526A и горячий субкарлик J0526B обращаются вокруг общего центра масс с периодом 20,5 минуты — это рекорд для такого типа двойных систем, но не для бинарных звездных систем вообще. Например, белые карлики рентгеновской двойной звезды HM Рака вращаются друг вокруг друга с периодом 5,4 минуты.
Интересно, что в новой системе более тяжелый компаньон J0526A напрямую астрономами не наблюдался. То, что он там существует, удалось выяснить по гравитации. Поскольку белый карлик намного плотнее субкарлика, он подвергает «напарника» сильному гравитационному воздействию, из-за чего сферическая форма последнего деформируется, начинает вытягиваться.
Точный механизм образования горячих субкарликов пока остается загадкой. Однако известно, что такие тела точно не могут возникать как «классические» звезды. Авторы работы предположили, что для формирования субкарликов необходима звезда-компаньон, с которой происходят гравитационное взаимодействие и обмен веществом. Вероятно, взрыв белого карлика приводит к выбросу общей оболочки, что и превращает звезду-компаньона в субкарлика. Потом в дело вступает гравитация, ускоряющая взаимное сближение.
Дальнейшие исследования с помощью наземных и космических телескопов помогут подтвердить или опровергнуть эту гипотезу. В любом случае, чтобы понять, как именно появляются звезды меньше планет, нужно найти как можно больше таких объектов.
Астрономы, работающие с космическим телескопом Джеймса Уэбба, наткнулись на одну из самых загадочных находок в недавней истории изучения экзопланет. Питер Гао из Лаборатории изучения Земли и планет Карнеги в Вашингтоне, соавтор исследования, рассказал:
Помню, после получения данных наша коллективная реакция была "Что это, чёрт возьми, такое?" Это крайне отличается от того, что мы ожидали.
Команда обнаружила экзопланету PSR J2322-2650b, которая вращается вокруг небольшой плотной звезды, излучающей электромагнитную радиацию – пульсара. Подобные пары называют системами "чёрная вдова", где быстро вращающийся пульсар соседствует с меньшим астрономическим телом. Сама по себе система "чёрная вдова" не редкость, но эта пара вызвала вопросы о том, как экзопланета изначально сформировалась.
Близость экзопланеты к пульсару и его интенсивное гравитационное притяжение исказили её в продолговатую форму лимона. Ещё более необычно то, что PSR J2322-2650b обладает уникальной атмосферой, состоящей в основном из гелия и углерода.
Вместо того чтобы найти обычные молекулы, которые мы ожидаем увидеть на экзопланете – такие как вода, метан и углекислый газ – мы обнаружили молекулярный углерод.— Майкл Чжан из Чикагского университета
Учитывая странную атмосферу, команда не уверена, как сформировалась экзопланета.
Очень трудно представить, как можно получить такой чрезвычайно обогащённый углеродом состав. Это, кажется, исключает все известные механизмы формирования.
Пока что это открытие остаётся ещё одной загадкой Вселенной.
История астрономии знает немало интригующих загадок, и одна из них связана с орбитальным движением Меркурия, привлекшим пристальное внимание ученых XIX века.
Расчеты показывали, что перигелий орбиты Меркурия (ближайшая к Солнцу точка орбиты) смещается на 526,7 угловых секунды за столетие из-за гравитационного влияния других планет. Однако наблюдаемое смещение было чуть больше предсказанного ньютоновской механикой (примерно 570 угловых секунд). Эта небольшая разница, всего около 43 угловых секунд за столетие, не могла быть объяснена в рамках классической физики. Такое несоответствие породило гипотезу о существовании неизвестной планеты между Солнцем и Меркурием, получившей название Вулкан.
Фантазия о планете Вулкан
Астрономы того времени разделились на два лагеря. Большинство считало, что аномалию в движении Меркурия можно объяснить только гравитационным влиянием дополнительной планеты, наблюдать которую напрямую мешают чрезмерная яркость Солнца и ограниченные возможности телескопов. Однако некоторые ученые проявили научную смелость, предположив, что дело не в скрытой планете, а в неполноте наших знаний физических законов Вселенной.
Спор разрешился с появлением общей теории относительности Эйнштейна, которая смогла точно описать орбитальное движение Меркурия без привлечения гипотетических планет. Это стало триумфом научного метода и важным уроком: иногда нужно пересматривать базовые представления, а не прибегать к "заплаткам" в виде новых небесных тел.
Современные исследования
Но что же сегодня мы знаем о пространстве между Солнцем и Меркурием? Современные исследования показывают, что там находится около 200 астероидов, пересекающих орбиту ближайшей к светилу планеты. При этом они настолько малы, что не влияют на статус Меркурия как полноценной планеты — для этого потребовалось бы наличие объектов сопоставимой массы, как в случае с Плутоном.
Особый интерес представляют гипотетические вулканоиды — астероиды, которые могли бы стабильно вращаться между Меркурием и Солнцем. Космический аппарат NASA "Мессенджер" и обсерватория NASA STEREO участвовали в масштабных поисках таких объектов, но безрезультатно.
Ученые пришли к выводу, что если вулканоиды и существуют, то их размер не превышает шести километров, а количество не достигает и десяти штук.
Таким образом, современная наука может уверенно утверждать: между Солнцем и Меркурием нет никакой планеты. Эта история показывает, как развитие теоретической физики и технологий помогает нам лучше понимать устройство Солнечной системы и Вселенной в целом.
Радиоизображения RAD J131346.9+500320 (a, b), в том числе с наложением на оптическое изображение (с), а также схема устройства источника (d), где точки отмечают галактики
В рамках проекта гражданской науки RAD@home, в ходе которого добровольцы помогают ученым обнаруживать необычные радиоисточники, были найдены две крупные радиогалактики с необычными джетами и радиодолями, а также рекордно далекий и яркий «орк», состоящий из двух колец, окружающих активную галактику. Статья опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
«Орки» (Odd Radio Circles, ORCs) представляют собой малочисленный класс недавно открытых в радиодиапазоне космических структур, которые до сих пор не получили однозначного объяснения. Они выглядят как тусклые круглые кольца или сферы диаметром до 500 килопарсек, обнаруживаются в данных глубоких низкочастотных радиообзоров неба и часто окружают различные галактики. Их морфология и спектр плохо вписываются в уже известные классы источников (например, остатки погибших звезд или классические радиогалактики) — возможно, они являются результатом взаимодействия галактик с окружающей средой или слияния галактик.
Группа астрономов во главе с Анандой Хота (Ananda Hota) из Университета Мумбаи сообщила о новых результатах работы проекта гражданской науки RAD@home, запущенного в 2013 году, в рамках которого участники сопоставляют радиоизображения из глубоких обзоров неба (например, TGSS, LoTSS и VLASS) и мультиволновые (оптический, инфракрасный, ультрафиолетовый диапазоны) галактик, ища нестандартные или неизвестные объекты.
Радиоизображения RAD J122622.6+640622
Благодаря помощи добровольцев удалось найти три новых интересных объекта. Первый, RAD J122622.6640622, представляет собой гигантскую радиогалактику с активным ядром, обладающую парой хорошо коллимированных джетов, создающих на концах две крупные излучающие области (радиодоли) в ходе своего взаимодействия с окружающей средой. Галактика находится вблизи нити космической паутины, а общий размер структуры, видимой в радиодиапазоне, составляет 865 килопарсек. Галактика выделяется резким изгибом южного джета, могущим быть связанным с повышенной плотностью межгалактической среды, и кольцеобразной структурой, размером около ста килопарсек, расположенной в радиодоле, которую он питает.
Вторая обнаруженная система (RAD J142004.0+621715) представляет собой гигантскую эллиптическую радиогалактику в центре массивного скопления галактик, которая порождает два тонких джета. Один из джетов обладает на своем кольце крупной кольцеобразной структурой, в западной части которой находится дискообразная галактика. Проективный линейный размер всей системы составляет около 440 килопарсек.
Наконец, третья найденная система (RAD J131346.9+500320) представляет собой самого далекого на сегодня (красное смещение 0,94) «орка», который также обладает рекордной светимостью в радиодиапазоне. Ранее эта система классифицировалась как гигантская радиогалактика, однако теперь исследователи заметили две пересекающиеся кольцеобразные структуры вокруг компактного и яркого в радиодиапазоне активного ядра, которое является ядром тусклой в оптике галактики. Общая линейная протяженность системы составляет около 800 килопарсек, а диаметр каждого из колец — около 300 килопарсек. Предполагается, что такая структура достаточно старая и могла возникнуть в ходе взаимодействия старых радиодолей с ударными волнами или биполярными галактическими суперветрами.
Ученые также отмечают, что поиски интересных объектов в данных крупных обзоров неба все еще сильно зависят от людей, так как конвейеры машинного обучения, используемые для автоматического анализа данных, основываются на выборках с малым числом необычных или странных объектов, из-за чего часто упускают последние из виду. В частности, описанного выше двойного «орка» алгоритмы не опознали, хотя любой наблюдатель сразу бы заметил кольцевую геометрию источника излучения.
На сегодняшний день существует большое разнообразие проектов гражданской науки в области астрономии — можно помогать ученым искать экзопланеты, активные астероиды, вспышки килоновых и даже черные дыры.
Экзопланета TOI-2431 b, расположенная в 117 световых годах от Земли, побила все рекорды скорости вращения вокруг своей звезды. За время одного земного года эта экстремальная планета размером с Землю успевает совершить почти 1 600 оборотов!
Такая невероятная скорость возможна благодаря крайне близкому расположению к своему красному карлику. Один год на TOI-2431 b длится всего 5,5 земных часов. Представьте: вы просыпаетесь утром на этой планете, а к обеду уже наступает Новый год!
Из-за экстремально сильного влияния приливных сил со стороны родительской звезды планета имеет искаженную, вытянутую форму.
«Это подтверждает, что K2-18 b — наш лучший шанс изучить потенциальную пригодную для жизни среду за пределами Солнечной системы на данный момент».
На этой иллюстрации художника изображена планета K2-18 b, её звезда-хозяин и сопутствующая планета в этой системе. K2-18 b — единственная известная экзопланета класса «суперземля», на которой есть вода и температура, пригодная для жизни.(Изображение предоставлено: ESA/Hubble, M. Kornmesser)
Сага вокруг экзопланеты K2-18 b размером с Нептун, «суперземли», стала гораздо интереснее. Если коротко, то это планета, которую группа учёных недавно предположила как возможную среду для жизни, к большому разочарованию других учёных, которые посчитали, что это заявление не было продиктовано необходимыми мерами предосторожности.
«Это, безусловно, повысило вероятность наличия жизни на K2-18b », — рассказал Space.com Никку Мадхусудхан, учёный из Кембриджского университета, стоящий за открытием K2-18b и новым исследованием. «Это очень важное открытие, которое ещё больше повышает вероятность существования хейской среды на K2-18b. Оно подтверждает, что K2-18b — наш лучший шанс изучить потенциальную обитаемую среду за пределами Солнечной системы в настоящее время».
История с обитаемостью K2-18 b началась еще в апреле 2025 года, когда Мадхусудхан и его коллеги-исследователи из Кембриджского университета объявили, что нашли то, что они назвали «самым убедительным на сегодняшний день доказательством» существования жизни за пределами Солнечной системы вокруг этой далекой суперземли (она примерно в девять раз массивнее нашей планеты).
Доказательства были получены в результате предварительного обнаружения молекул, которые, будучи обнаруженными в атмосфере Земли, обычно являются результатом биологических процессов, происходящих в организме живых существ. Затем возникла необходимость подтвердить наличие этих потенциальных биосигнатур : диметилсульфида и диметилдисульфида.
Группа исследователей приступила к работе, наблюдая четыре отдельных случая пересечения (транзита) K2-18 b диска своего красного карлика, находящегося на расстоянии около 124 световых лет от нас, в течение его обращения по орбите примерно за 33 земных дня. Поскольку химические вещества поглощают и излучают свет на характерных длинах волн, когда свет от родительской звезды проходит через атмосферу планеты, молекулы в этой атмосфере оставляют свои характерные следы в спектре звёздного света.
«Благодаря четырём дополнительным наблюдениям транзитов с помощью JWST мы измерили спектр атмосферы K2-18b с беспрецедентной точностью», — рассказал Space.com Жэнью Ху, руководитель группы нового исследования и научный сотрудник Лаборатории реактивного движения НАСА. «Спектр позволил нам однозначно обнаружить наличие метана и углекислого газа в атмосфере планеты и определить их содержание. Эта информация указывает на наличие на планете богатых водой недр ».
Ху пояснил, что группа искала сигналы диметилсульфида и других органических молекул серы в спектре, используя несколько независимых моделей, но не нашла убедительных доказательств их присутствия.
«Это не обязательно разочаровало нас», — продолжил Ху. «Мы рады, что нам удалось установить, насколько богата вода на планете».
Является ли K2-18 океаническим миром?
Заявив, что теперь подтверждено, что K2-18b богата водой, Ху пояснил, что следующим шагом будет выяснение, есть ли на планете глобальный океан жидкой воды.
По иронии судьбы, одним из самых позитивных признаков наличия такого океана является тот факт, что в атмосфере этой суперземли, по-видимому, отсутствует водяной пар.
«Полученный нами спектр не показывает следов водяного пара. Если в атмосфере действительно нет воды, это говорит о её истощении — скорее всего, в результате конденсации», — сказал Ху. «На Земле этот процесс известен как „холодная ловушка“, и геологи считают его необходимым для удержания воды в течение миллиардов лет, предотвращая её утечку в космос».
«Наблюдение аналогичного процесса на экзопланете было бы очень увлекательным. Строгое подтверждение отсутствия воды само по себе может стать важной научной целью будущих наблюдений», — сказал Ху.
Однако Ху предупредил, что спектр, обнаруженный JWST , можно объяснить и альтернативной моделью, согласно которой атмосфера на самом деле содержит большое количество водяного пара.
Иллюстрация того, как мог бы выглядеть вид с K2-18 b, если бы это действительно был океанический мир.(Изображение предоставлено: ИИ, созданный Шан-Мин Цаем/UCR))
По словам Ху, для определения наличия на K2-18b и других подобных планетах умеренного климата, размером с Нептун , океанов жидкой воды потребуется также обнаружить присутствие более широкого спектра атмосферных газов, помимо метана и углекислого газа. Также потребуется убедиться в отсутствии таких молекул, как аммиак, угарный газ и диоксид серы, которые до сих пор не были обнаружены в атмосфере K2-18b.
«Этот вывод основан на теоретических работах моей группы и нескольких других учёных», — добавил Ху. «Благодаря новым наблюдениям, дающим ценный контекст, мы обобщили эти выводы в виде плана действий, который поможет нам в будущих наблюдениях и исследованиях».
Между тем, поиск биосигнатур — диметилсульфида и диметилдисульфида — далек от завершения; хотя это исследование и не достигло уровня значимости, необходимого для подтверждения, оно все же предоставило более сильный сигнал от этих молекул, чем предыдущие проверки.
«Данные, подтверждающие наличие диметилсульфида в настоящей работе, значительно превышают те, которые мы получили в ходе наших предыдущих наблюдений в том же ближнем инфракрасном диапазоне длин волн», — сказал Мадхусудхан. «Однако эти данные всё ещё недостаточно убедительны для окончательного подтверждения обнаружения».
«Нам также необходимо уметь отличать диметилсульфид от других возможных источников загрязнения, таких как метилмеркаптан, который также является биосигнатурой на Земле».
Похоже, K2-18 b будет по-прежнему привлекать внимание астрономов еще долгое время.
«Замечательно, что мы можем выявлять предварительные признаки потенциальных биосигнатур с помощью текущих наблюдений JWST, но для окончательного обнаружения требуется значительно больше времени. Ключевой вопрос заключается в том, содержит ли атмосфера одну или несколько биосигнатур», — сказал Мадхусудхан. «В то же время необходимы обширные теоретические и экспериментальные исследования для надёжного определения биологических и небиологических путей молекул-кандидатов на биосигнатуры».
Однако команда уверена в одном: достигнутый на сегодняшний день прогресс в изучении K2-18 b был бы невозможен без JWST. Этот космический телескоп стоимостью 10 миллиардов долларов призван сыграть ключевую роль в будущем изучении этой суперземли.
«Наши наблюдения и анализы пополняют растущий список захватывающих открытий, которые подчёркивают поистине революционные научные достижения JWST», — заключил Ху. «Мы обнаружили, что его спектрограф ближнего инфракрасного диапазона [NIRSpec] особенно хорошо подходит для достижения целей нашего исследования, однако другие инструменты JWST или режимы наблюдений могут предоставить дополнительную и чрезвычайно ценную информацию для дальнейшего углубления наших знаний об этой планете».
Исследование группы доступно в виде препринта в репозитории arXiv.
История астрономии знает немало интригующих загадок, и одна из них связана с орбитальным движением Меркурия, привлекшим пристальное внимание ученых XIX века.
Расчеты показывали, что перигелий орбиты Меркурия (ближайшая к Солнцу точка орбиты) смещается на 526,7 угловых секунды за столетие из-за гравитационного влияния других планет. Однако наблюдаемое смещение было чуть больше предсказанного ньютоновской механикой (примерно 570 угловых секунд). Эта небольшая разница, всего около 43 угловых секунд за столетие, не могла быть объяснена в рамках классической физики. Такое несоответствие породило гипотезу о существовании неизвестной планеты между Солнцем и Меркурием, получившей название Вулкан.
Фантазия о планете Вулкан
Астрономы того времени разделились на два лагеря. Большинство считало, что аномалию в движении Меркурия можно объяснить только гравитационным влиянием дополнительной планеты, наблюдать которую напрямую мешают чрезмерная яркость Солнца и ограниченные возможности телескопов. Однако некоторые ученые проявили научную смелость, предположив, что дело не в скрытой планете, а в неполноте наших знаний физических законов Вселенной.
Спор разрешился с появлением общей теории относительности Эйнштейна, которая смогла точно описать орбитальное движение Меркурия без привлечения гипотетических планет. Это стало триумфом научного метода и важным уроком: иногда нужно пересматривать базовые представления, а не прибегать к "заплаткам" в виде новых небесных тел.
Современные исследования
Но что же сегодня мы знаем о пространстве между Солнцем и Меркурием? Современные исследования показывают, что там находится около 200 астероидов, пересекающих орбиту ближайшей к светилу планеты. При этом они настолько малы, что не влияют на статус Меркурия как полноценной планеты — для этого потребовалось бы наличие объектов сопоставимой массы, как в случае с Плутоном.
Особый интерес представляют гипотетические вулканоиды — астероиды, которые могли бы стабильно вращаться между Меркурием и Солнцем. Космический аппарат NASA "Мессенджер" и обсерватория NASA STEREO участвовали в масштабных поисках таких объектов, но безрезультатно.
Ученые пришли к выводу, что если вулканоиды и существуют, то их размер не превышает шести километров, а количество не достигает и десяти штук.Таким образом, современная наука может уверенно утверждать: между Солнцем и Меркурием нет никакой планеты. Эта история показывает, как развитие теоретической физики и технологий помогает нам лучше понимать устройство Солнечной системы и Вселенной в целом.
В созвездии Льва, на расстоянии около 124 световых лет от нас, находится удивительный мир, способный перевернуть наши представления о жизни во Вселенной. Речь идет об экзопланете K2-18 b, масса которой в 8,6 раза превышает массу нашей планеты.
K2-18 b вращается вокруг красного карлика K2-18 и относится к классу суперземель — планет, которые по массе превосходят Землю, но уступают газовым гигантам. Однако главный интерес вызывает не ее размер, а состав атмосферы. Наблюдения, проведенные в 2023 году с помощью космического телескопа NASA "Джеймс Уэбб", позволили выявить удивительные детали. Планета окутана плотной водородно-гелиевой атмосферой, в которой были обнаружены следы метана, углекислого газа и водяного пара. Эти соединения сами по себе уже вызывают интерес, но настоящей сенсацией стало возможное обнаружение диметилсульфида (DMS) — соединения, которое на Земле производится исключительно живыми организмами, в частности некоторыми видами планктона. Это открытие заставило ученых задуматься: может ли K2-18 b быть обитаемой?
Диметилсульфид: ключ к разгадке жизни?
DMS — это органическое соединение, которое на Земле тесно связано с биологическими процессами. Его возможное присутствие в атмосфере K2-18 b пока не является однозначным доказательством обитаемости этой далекой экзопланеты, но делает ее одним из самых перспективных кандидатов для подробного изучения. Ученые, разумеется, проявляют обоснованную осторожность в своих выводах. Дело в том, что теоретически DMS может образовываться и в результате небиологических (абиогенных) процессов, таких как бурная вулканическая активность или сложные — пока неизвестные науке — химические реакции в атмосфере. Более того, наблюдения за столь удаленным объектом сопряжены со значительными техническими сложностями, и даже самые навороченные телескопы могут давать неоднозначные результаты.
K2-18 b выделяется среди тысяч известных экзопланет своими уникальными характеристиками. Планета находится в "зоне обитаемости" своей звезды, где условия могут быть подходящими для существования жидкой воды. И действительно, данные указывают на возможность существования целого океана под плотной атмосферой, что делает K2-18 b представителем редкого класса планет — океанических миров. А возможное обнаружение DMS и других органических соединений делает K2-18 b одной из самых перспективных целей для поиска следов внеземной жизни. Дальнейшие исследования K2-18 b с помощью "Джеймса Уэбба" и телескопов следующего поколения помогут ученым лучше понять состав ее атмосферы и изучить процессы, протекающие на поверхности. Если наличие DMS подтвердится, то это станет важным шагом в наших поисках жизни за пределами Земли. Но даже если K2-18 b окажется безжизненной, ее изучение поможет нам лучше понять, как формируются и эволюционируют планеты в других звездных системах.
(Основная) Иллюстрация блуждающей планеты, вызывающей гравитационное линзирование. (Вставка) Космический телескоп «Хаббл» на орбите Земли.(Изображение предоставлено: ESO/L. Calçada/T. Müller (MPIA/HdA) (CC BY 4.0))
Астрономы обнаружили признаки сложных органических молекул, предшественников строительных блоков известной нам жизни, в планетообразующем диске вокруг далёкой звезды. Результаты исследования предполагают, что химические семена жизни формируются в космосе, а затем распространяются на молодые или вновь формирующиеся планеты.
Используя Атакамскую большую миллиметровую/субмиллиметровую решетку (ALMA), систему радиотелескопов в Чили, группа обнаружила следы 17 сложных органических молекул в протопланетном диске V883 Orionis , молодой звезды, расположенной примерно в 1305 световых годах от нас в созвездии Ориона.
V883 Ориона — молодая звезда, или протозвезда , возраст которой оценивается всего в 500 000 лет, и она находится в активной фазе набора массы и формирования планет. Если возраст в 0,5 миллиона лет кажется слишком большим, учтите, что нашему Солнцу среднего возраста около 4,6 миллиарда лет.
Сложные органические молекулы – это молекулы, содержащие более пяти атомов, по крайней мере один из которых – углерод. Ранее их наблюдали в местах формирования звёзд и планет .
Однако среди соединений, обнаруженных вокруг V883 Ориона, впервые обнаружены этиленгликоль и гликолонитрил – соединения, считающиеся предшественниками строительных блоков жизни. Например, гликолонитрил является предшественником аминокислот глицина и аланина, а также азотистого основания аденина, одного из строительных блоков ДНК и РНК.
Таким образом, находка может предоставить недостающее звено в истории эволюции молекул вокруг молодых звезд , объясняя период между первоначальным образованием звезд и ростом планет в окружающих их протопланетных дисках.
Молекулярные облака — это области межзвездного пространства с высокой концентрацией газа и пыли. Температура внутри таких облаков очень низкая, около -260 градусов Цельсия, что способствует образованию молекул, в первую очередь водорода.
В определенный момент части облака начинают сжиматься под действием собственной гравитации. Этот процесс может запустить близкая вспышка сверхновой (взрыв массивной звезды) или прохождение облака через спиральный рукав галактики, где повышенная гравитация создает волны сжатия в межзвездном газе. При сжатии гигантское облако фрагментируется — разделяется на множество более мелких сгустков. Каждый такой сгусток продолжает сжиматься, постепенно превращаясь в протозвезду — зародыш будущей звезды. В результате из одного молекулярного облака формируется не одна звезда, а целое звездное скопление.
Именно в одном из таких скоплений и появилось наше Солнце. Ученые определили это, изучая химический состав Солнечной системы, в частности, наличие в ней определенных радиоактивных изотопов, таких как алюминий-26 и железо-60. Эти короткоживущие изотопы должны были попасть в протосолнечное облако извне, причем совсем незадолго — по астрономическим меркам — до формирования планет. Единственное убедительное объяснение их присутствия — рядом с будущим Солнцем взорвалась звезда, один из его массивных "родственников" в скоплении. Вспышка сверхновой не только обогатила нашу будущую планетную систему новыми элементами, но могла также послужить тем самым спусковым крючком, запустившим процесс рождения самого Солнца.
За миллиарды лет звезды из родного скопления Солнца разбрелись по разным частям Млечного Пути. Наша звезда вместе со своей формирующейся планетной системой тоже переместилась от места своего рождения. По расчетам астрономов, Солнце сделало уже более 20 оборотов вокруг центра Галактики, пройдя путь длиной около 100 000 световых лет. Сейчас астрономы пытаются найти "братские" светила, исследуя звезды схожего возраста и химического состава. Некоторые кандидаты уже обнаружены, например, звезда HD 162826, находящаяся в 110 световых годах от нас.
Изучение "семейной истории" Солнца важно не только для понимания его происхождения. Это помогает раскрыть тайны формирования планетных систем и даже происхождения жизни на Земле, ведь условия рождения звезды влияют на всю ее дальнейшую судьбу и судьбу объектов на ее орбите.
Перед вами солнечная фотосфера — видимая "поверхность" звезды, предстающая в виде плотной мозаики из светлых гранул и темных промежутков между ними. Именно так в сверхвысоком разрешении выглядит поверхность нашего светила, где раскаленная плазма непрерывно поднимается из глубин и переносит энергию наружу.
Светлые гранулы на изображении — это вершины гигантских конвективных ячеек. В центре таких структур находится наиболее горячая поднимающаяся плазма, а по краям — остывающее вещество, плотность которого возрастает, из-за чего оно вновь опускается в глубину. Поэтому границы между гранулами выглядят темнее: там плазма холоднее, плотнее и движется вниз. Все это — прямое проявление бурной солнечной конвекции, которая никогда не прекращается.
Особого внимания заслуживают крошечные яркие точки в темных межгранульных промежутках. Это не артефакты съемки, а области очень сильных локальных магнитных полей. Они выглядят ярче потому, что магнитное давление меняет структуру плазмы, позволяя нам увидеть более глубокие и горячие слои звезды, лежащие ниже фотосферы. Именно поэтому на снимке эти участки выделяются как маленькие сверкающие "искорки" среди более темной сетки.
Белая линия в нижней левой части кадра показывает масштаб: ее длина составляет 5 000 километров. На изображении ниже я добавил Землю в ее реальном размере относительно этого снимка, чтобы вы могли еще нагляднее оценить, насколько крошечные по меркам Солнца элементы на деле имеют колоссальные размеры в масштабах нашей планеты. Отдельные солнечные гранулы сопоставимы по размерам с территориями крупных государств.
Снимок был получен в сентябре 2007 года с помощью Шведского 1-метрового солнечного телескопа (англ. SST — Swedish 1-m Solar Telescope) на испанском острове Ла-Пальма. Этот инструмент, установленный в обсерватории Роке-де-лос-Мучачос, является одним из наиболее эффективных наземных солнечных телескопов в мире. Высочайшая детализация достигается не только благодаря современной адаптивной оптике, но и за счет сложной компьютерной обработки, которая позволяет компенсировать искажения, вызванные земной атмосферой.
Такие наблюдения позволяют ученым буквально видеть физику звезды в действии. Чем точнее наше понимание поведения плазмы и магнитных полей на Солнце, тем лучше мы можем разобраться в природе солнечных вспышек, корональных выбросов массы и других явлений космической погоды. В перспективе это помогает совершенствовать прогнозы событий, способных нарушить работу спутников, навигации, радиосвязи и даже вывести из строя наземную инфраструктуру.
Представьте планету, которая примерно на четверть больше Юпитера, но при этом находится так же близко к своей звезде, как Меркурий к Солнцу. А теперь добавьте невероятную деталь — эта планета поглощает 99% падающего на нее света, что делает ее чернее любого известного природного материала на Земле.
Экзопланета TrES-2b, находящаяся на расстоянии около 750 световых лет от Земли, стала настоящей диковинкой для астрономов. Этот мир, классифицируемый как "горячий юпитер", примерно в 1,2 раза массивнее Юпитера. При этом экзопланета поглощает свет эффективнее, чем уголь (поглощает 96% света) или даже свежий асфальт (поглощает 97% света).
Причина такой необычной черноты кроется в экстремальных условиях на планете:
Средняя температура составляет 1 600 градусов, что переводит некоторые нетипичные компоненты атмосферы (натрий и калий) в газообразное состояние.
В атмосфере присутствуют испаренные натрий и калий, а также оксид титана, создающие уникальную химическую среду.
При такой высокой температуре эти вещества взаимодействуют особым образом, что приводит к исключительному поглощению света.
Кроме того, в атмосфере TrES-2b, скорее всего, отсутствуют отражающие облака, подобные тем, что делают Юпитер таким ярким, несмотря на его удаленность от Солнца.
Экзопланета TrES-2b была открыта 21 августа 2006 года транзитным методом* с помощью наземного телескопа TrES, но ее уникальные свойства были выявлены позже благодаря совместным наблюдениям нескольких инструментов. Космический телескоп NASA "Кеплер" измерил невероятно низкое альбедо (отражательная способность) планеты, а телескоп NASA "Спитцер" помог исследовать ее тепловое излучение, подтвердив экстремальные условия, царящие в атмосфере. На полный оборот вокруг родительской звезды, представленной красным карликом, TrES-2b нужно менее чем 2,5 земных дня. Для сравнения, Меркурий совершает оборот вокруг Солнца за 88 земных дней.
*Метод транзита — один из основных способов обнаружения экзопланет, который заключается в наблюдении за уменьшением яркости звезды, когда перед ней проходит планета.
Эта загадочная экзопланета не просто расширила наши представления о возможных свойствах небесных тел — она показала, что даже базовые характеристики планет, такие как отражательная способность, могут выходить за пределы всего, что мы знали ранее. В то время как Земля отражает около 30% падающего на нее солнечного света, а Луна — 12%, существование планеты, поглощающей 99% излучения, заставляет задуматься: какие еще удивительные объекты скрываются в глубинах Вселенной, терпеливо дожидаясь своего момента открытия?
В сравнении с человеческой жизнью и даже с целыми цивилизациями Солнце кажется вечным и неизменным. Однако наше светило непрерывно теряет массу, и каждую секунду оно становится легче на миллионы тонн — и это медленно меняет орбиты всех объектов Солнечной системы, включая Землю.
В ядре Солнца протекают термоядерные реакции: водород превращается в гелий, выделяя колоссальную энергию. Часть массы при этом превращается в энергию по формуле Эйнштейна E=mc² — в среднем около четырех миллионов тонн в секунду. Эта масса не исчезает в никуда, а рассеивается по космическому пространству в виде тепла и света, часть из которых достигает Земли, делая ее пригодной для жизни.
Кроме того, наша звезда постоянно испускает солнечный ветер — поток заряженных частиц, который на огромной скорости разлетается по всей Солнечной системе. Этот процесс уносит еще примерно 1–2 миллиона тонн вещества в секунду. Таким образом, Солнце "худеет" примерно на 5–6 миллионов тонн в секунду, то есть порядка 430–520 миллиардов тонн в сутки.
Для нас, живущих на пылинке в бескрайней Вселенной, это может показаться каким-то невообразимым числом. Но на самом деле — это ничтожно мало. За миллиард лет Солнце лишится всего около 0,01% своей массы, так что для звезды такие потери — капля в море. Но даже эта "капля" имеет последствия.
Гравитация Солнца удерживает объекты Солнечной системы на орбитах. Чем меньше масса звезды, тем слабее притяжение — и орбиты начинают медленно, но необратимо расширяться. Земля, например, отдаляется от Солнца со скоростью около 1–2 сантиметра в год.
Спасет ли это планету?
Примерно через пять миллиардов лет, когда запасы водорода в солнечном ядре подойдут к концу, звезда начнет превращаться в красного гиганта, стремительно расширяясь и сбрасывая свои внешние оболочки. Может показаться, что миграция Земли должна обеспечить спасение от столь катастрофических изменений, но... к сожалению, это не поможет.
Раздувающееся Солнце поглотит Меркурий, Венеру и, вероятно, достигнет земной орбиты, которая к тому времени "уползет" всего на 50–100 тысяч километров от ее нынешнего положения.
Что будет с Землей?
Даже если Земля физически не будет поглощена умирающим Солнцем, условия на ней станут адскими задолго до финала.
Примерно через миллиард лет океаны начнут испаряться, атмосфера разрушится, поверхность раскалится. Практически вся жизнь — кроме каких-нибудь экстремофилов, живущих глубоко под поверхностью — исчезнет намного раньше, чем Солнце достигнет максимального размера.
"Ничто не вечно, немногое долговечно, конец у вещей различный, но все, что имеет начало, имеет и конец", — писал римский философ Луций Анней Сенека.
Это произошло 14 июня 2015 года. Международная сеть автоматических роботизированных телескопов ASAS-SN, предназначенная для непрерывного мониторинга всей видимой небесной сферы, зафиксировала в созвездии Индейца вспышку чудовищной яркости.
Нечто, получившее обозначение ASASSN-15lh, вспыхнуло так ярко, что с лихвой затмило свою родительскую галактику — целиком, с миллиардами звезд. При подсчете были получены невообразимые цифры: в пике светимость превосходила светимость нашего Солнца примерно в 570 миллиардов раз. Для сравнения: светимость Млечного Пути превосходит солнечную "всего" в 20 миллиардов раз.
В январе 2016 года команда ученых, которую возглавил профессор Субо Донг из Института астрономии и астрофизики имени Кавли при Пекинском университете, опубликовала в журнале Science исследование, в котором событие ASASSN-15lh было названо "самой яркой сверхновой в истории наблюдений". Однако вскоре начались сомнения, и уже через несколько месяцев было опубликовано несколько исследований, опровергающих вывод команды Донга.
Но обо всем по порядку.
Дешевая, но эффективная система
ASAS-SN — это сеть небольших роботизированных телескопов с диаметром зеркал всего 14 сантиметров, расположенных в разных точках Земли. Их задача проста и грандиозна одновременно: каждую ночь сканировать все доступное небо в поисках малейших изменений яркости. Сверхновые, вспышки в ядрах галактик, переменные звезды — любое событие, нарушающее привычный покой ночного неба.
Система работает автоматически. Камеры снимают один и тот же участок неба несколько раз за ночь, а алгоритмы сравнивают кадры в поисках новых ярких точек. Если изменения выявлены, то астрономы тут же получают уведомление и начинают наблюдения с помощью больших наземных и космических телескопов, доступных в тот момент. Именно так нашли ASASSN-15lh: на снимках участка неба появилась яркая точка там, где раньше была лишь едва заметная тусклая галактика, удаленная примерно на 3,8 миллиарда световых лет от нас.
Почему решили, что это сверхновая
Изначально все указывало на сверхяркую сверхновую типа SLSN-I — очень редкий класс взрывов массивных звезд, светимость которых в десятки раз ярче обычных сверхновых. Событие ASASSN-15lh демонстрировало запредельную светимость, спектр без водорода, плавный рост яркости, который достиг пика примерно через 30 дней, а затем начал медленно угасать. Все это в общем-то ничем не отличалось от поведения известных сверхярких сверхновых. Вот только мощность была несоизмеримо больше.
И эту аномалию команда Донга связала с тем, что в центре взрыва родился магнетар — быстро вращающаяся нейтронная звезда с невероятно сильным магнитным полем. Вращаясь, магнетар теряет энергию и подсвечивает выброшенную взрывом оболочку изнутри, подобно гигантской космической лампочке внутри расширяющегося газопылевого облака. Этот механизм объяснял и долгое свечение, и невероятную яркость. Но ученые признали, что это, по сути, костыль. Гипотеза звучала складно, однако реальные концы с концами в ней не сходились.
Фундамент гипотезы дал трещины
Сверхяркие сверхновые достигают пика и за несколько недель-месяцев стремительно тускнеют. Событие ASASSN-15lh падало в яркости гораздо медленнее и даже на какое-то время зависло на максимальном уровне светимости. Кроме того, спектр тоже был странным — линии оказались слишком широкими, а скорости выброса вещества казались аномально высокими. Проще говоря, при внимательном рассмотрении событие ASASSN-15lh не вписывалось в рамки сверхяркой сверхновой.
И еще одна любопытнейшая деталь, которая настораживала с самого начала: местоположение. Большинство сверхярких сверхновых взрываются в карликовых галактиках с низкой металличностью и активным звездообразованием — там рождаются очень массивные и горячие звезды, которые, проживая очень короткую — по астрономическим меркам — жизнь, становятся кандидатами на такой взрыв. Событие ASASSN-15lh было зафиксировано в крупной, старой галактике. И самое важное: объект располагался точно в центре галактики. Не на краю, не в спиральном рукаве, а в ядре — там, где обычно прячется сверхмассивная черная дыра.
Дубль два
В конце 2016 — начале 2017 года уже погасший было объект неожиданно вспыхнул снова. Яркость выросла примерно на 10%. Не секрет, что сверхновые так себя не ведут, ибо гибель звезды — одноразовое событие. Можно наблюдать, как оболочка сброшенного вещества расширяется и остывает, как взаимодействует с окружением, но взрыв происходит один раз. Так что данное событие стало весомым аргументом в руках тех, кто изначально сомневался в верности интерпретации данных команды Донга.
Несколько международных команд ученых независимо друг от друга предложили радикально иное объяснение: событие приливного разрушения (англ. Tidal Disruption Event, TDE). Это принципиально иной тип катастрофы, инициатором которого является не звезда, а черная дыра.
Представьте звезду, которая однажды подлетела слишком близко к сверхмассивной черной дыре массой в миллионы или даже миллиарды солнечных. Пересекая так называемый радиус приливного разрушения, светило сталкивается с настолько сильным гравитационным градиентом, что ее буквально разрывает на части. Та сторона звезды, что находится ближе к черной дыре, испытывает притяжение во много раз сильнее, чем противоположная — и звезда начинает растягиваться.
Часть вещества, что падает в черную дыру, попадает сначала в аккреционный диск, раскручивается и разогревается до миллионов градусов, излучая в рентгеновском, ультрафиолетовом и видимом диапазонах. Это может продолжаться месяцы и годы, постепенно затухая по мере того, как вещество поглощается черной дырой.
TDE — редкое явление. В типичной галактике такая "гравитационная мясорубка" разрывает звезду в клочья примерно раз в 10–100 тысяч лет. В наблюдаемой Вселенной около двух триллионов галактик, а астрономы наблюдали лишь несколько десятков событий такого рода, и большинство из них были относительно тусклыми. Так что если ASASSN-15lh действительно является TDE, то перед нами несравненный рекордсмен.
Весомые аргументы
Команды астрофизиков во главе с Йоргосом Лелудасом и Питером Брауном провели детальный анализ спектра, кривой блеска и положения объекта. Локация в самом центре галактики, где находится сверхмассивная черная дыра массой примерно 100 миллионов масс Солнца, перестала быть просто совпадением. Изменения в спектре выдали характерные признаки именно аккреционного диска, а не остывающей оболочки сверхновой.
Все, абсолютно все указывало на то, что перед нами TDE — но только при одном условии: черная дыра должна вращаться очень быстро. Вращение черной дыры напрямую определяет, сколько энергии высвободится при поглощении материи. И чтобы объяснить колоссальную светимость события ASASSN-15lh, сверхмассивная черная дыра, разорвавшая звезду, должна вращаться практически с максимально возможной скоростью.
Кстати, повторная вспышка тоже вписывается в эту картину: вещество падает в черную дыру неравномерно, образуя в аккреционном диске сгустки, которые время от времени приводят к всплескам излучения. Это нормальное поведение в случае с TDE, но нетипичное для сверхновой.
Спор не закончен
Дебаты продолжаются до сих пор. Некоторые астрономы по-прежнему считают, что ASASSN-15lh — экзотическая сверхновая. Спектр на ранних стадиях, по их мнению, больше похож на взрыв звезды, чем на приливное разрушение. Эволюция цвета объекта сначала была типичной для сверхярких сверхновых — от синего к красному, хотя позже появились аномалии. А повторная вспышка, что была зафиксирована в конце 2016 — начале 2017 года, может быть связана со спецификой взаимодействия сброшенной оболочки с окружающим веществом.
Есть и еще один аргумент: даже для TDE ASASSN-15lh — слишком яркое событие. Чтобы получить такую светимость, нужны крайне специфические условия: экстремальная скорость вращения черной дыры, очень массивная исходная звезда и, вероятно, узкий релятивистский джет, направленный почти точно на нас в момент наблюдения с помощью системы ASAS-SN. Все это делает сценарий маловероятным, но не невозможным.
Если ASASSN-15lh однажды вновь вспыхнет, это станет железобетонным аргументом в пользу TDE-гипотезы. А пока остается лишь ждать и наблюдать.
Солнце - наш космический маяк, источник жизни и центр Солнечной системы. Каждый день мы видим его на небе, но часто ли мы задумываемся о том, что ждет нашу звезду в далеком будущем? Как ученые могут предсказать судьбу светила, которое будет сиять еще миллиарды лет? Давайте отправимся в увлекательное путешествие по времени и узнаем, какое будущее уготовано нашему Солнцу.
Астрономы изучают жизненные циклы звезд уже много десятилетий. Наблюдая за звездами разных возрастов и масс, ученые составили детальную картину звездной эволюции.
Большинство звезд, включая наше Солнце, проводят большую часть своей жизни на так называемой "главной последовательности". Это стабильный период в жизни звезды, когда она сжигает водород в своем ядре, превращая его в гелий. На диаграмме Герцшпрунга — Рассела, которая показывает соотношение между яркостью и температурой звезд, главная последовательность выглядит как диагональная полоса.
Солнце - типичный представитель звезд главной последовательности средней массы. Изучая звезды, похожие на Солнце, но находящиеся на разных этапах эволюции, астрономы могут предсказать, что произойдет с нашим светилом в будущем. Это похоже на то, как мы можем предсказать будущее развитие ребенка, наблюдая за людьми разного возраста.
Возраст и состав Солнца: космические часы
Определение и уточнение возраста Солнца — одна из важнейших задач астрофизики. Ученые используют несколько методов, чтобы точно установить, сколько лет нашему светилу:
Анализ химического состава
Исследуя спектр солнечного света, астрофизики могут определить, какие элементы присутствуют в Солнце и в каких пропорциях. С течением времени состав звезды меняется, поэтому это дает ключ к определению ее возраста.
Гелиосейсмология
Изучение колебаний поверхности Солнца позволяет заглянуть в его недра и получить информацию о внутренней структуре, которая меняется с возрастом.
Большинство астероидов сформировалось одновременно с Солнечной системой. Измеряя соотношение различных изотопов в образцах астероидного вещества (включая метеориты, которые являются фрагментами астероидов, достигшими Земли), ученые могут определить возраст Солнечной системы и, следовательно, Солнца.
Сравнение с другими звездами
Наблюдая за звездами, похожими на Солнце, но находящимися на разных этапах эволюции, астрономы могут уточнить оценку возраста нашего светила.
Комбинируя эти методы, ученые пришли к выводу, что Солнцу около 4,6 миллиарда лет. Это действительно середина жизненного пути для звезды такой массы, как наше Солнце.
Солнцеподобные звезды обычно проводят на главной последовательности около десяти миллиардов лет. Это означает, что у нашего светила в запасе примерно пять миллиардов лет стабильной жизни, прежде чем начнутся драматические изменения.
Интересно отметить, что состав Солнца также дает нам информацию о формировании всей Солнечной системы. Например, наличие определенных тяжелых элементов указывает на то, что наше Солнце является звездой второго поколения, или звездой населения I, сформировавшейся из остатков предыдущих звезд. Следовательно, вся Солнечная система — продукт "переработки" древних звезд.
Компьютерное моделирование: виртуальное путешествие в будущее
Современные суперкомпьютеры позволяют создавать сложные модели звездной эволюции. Ученые "запускают" виртуальное Солнце и наблюдают за его изменениями на протяжении миллиардов лет, учитывая все известные физические процессы.
Эти модели учитывают множество факторов:
Ядерные реакции в центре Солнца;
Перенос энергии от ядра к поверхности;
Изменения в химическом составе;
Гравитационное сжатие и расширение;
Потеря массы через солнечный ветер.
Компьютерные симуляции позволяют ученым "увидеть" будущее Солнца во всех деталях, от постепенного увеличения яркости до драматических изменений в конце жизни звезды.
Ближайшие пять миллиардов лет: медленное нагревание
Солнце будет постепенно становиться ярче и горячее. Его светимость будет увеличиваться примерно на 10% каждый миллиард лет. Это приведет к серьезным изменениям на Земле задолго до финальных стадий эволюции звезды. Уже через миллиард лет океаны могут начать испаряться, а атмосфера - улетучиваться в космос.
Красный гигант: грандиозное расширение
Примерно через 5-7 миллиардов лет Солнце исчерпает запасы водорода в ядре и начнет расширяться, превращаясь в красный гигант. Его размер увеличится в сотни раз, а внешние слои охладятся и покраснеют. На этой стадии Солнце может поглотить ближайшие планеты, включая Меркурий, Венеру и, возможно, Землю.
Планетарная туманность: космический фейерверк
В конце жизни Солнце сбросит внешние слои, образуя красивую планетарную туманность. Это будет похоже на гигантский космический фейерверк, видимый на огромных расстояниях. Сброшенное вещество обогатит межзвездную среду элементами, которые могут стать строительным материалом для новых звезд и планет.
Финальная стадия - Солнце станет плотным белым карликом размером примерно с Землю. Этот небольшой, но очень горячий объект будет медленно остывать в течение триллионов лет, постепенно угасая и превращаясь в черный карлик - холодный, темный остаток некогда яркой звезды.
Заключение: наше место во Вселенной
Хотя будущее Солнца может казаться далеким, понимание его эволюции критически важно для науки. Это знание помогает нам лучше понять нашу планету, Солнечную систему и место человечества во Вселенной.
Изучение судьбы Солнца - яркий пример того, как наблюдения, теоретическая физика и компьютерное моделирование объединяются, чтобы заглянуть в будущее, отстоящее от нас на миллиарды лет. Оно напоминает нам о грандиозных масштабах космоса и времени, в которых существует наша цивилизация.
Пока Солнце продолжает свой неспешный танец в космосе, мы, его дети, продолжаем исследовать и восхищаться чудесами Вселенной, частью которой являемся.
Это не просто газопылевое облако в космосе, а то, что осталось от звезды, которая когда-то была похожа на Солнце: на исходе жизни она сбросила внешние слои, обнажив свое раскаленное ядро, которое начало "дожигать" окружающий материал своим мощным излучением.
Обнаженное ядро, расположенное в центре туманности, представляет собой белый карлик — самый горячий из известных с температурой поверхности около 200 000 градусов Цельсия. Для сравнения: температура поверхности Солнца около 5 500 градусов.
Этот раскаленный остаток, чья светимость в 1 100 раз превосходит солнечную, и делает туманность видимой: ультрафиолетовое излучение ионизирует выброшенный газ, из-за чего он начинает светиться.
Форма NGC 2440 не похожа на аккуратный "пузырь". Туманность сложная, асимметричная, местами словно "рваная", встречаются узлы и неравномерные струи. Связано это с тем, что звезда сбросила свои оболочки не за один заход: выбросы происходили импульсами и каждый раз в разных направлениях — поэтому туманность выглядит хаотично.
Исследование таких объектов имеет огромную ценность для прогнозирования будущего Солнечной системы. Дело в том, что мы не можем проследить эволюцию одной и той же звезды от ее рождения до гибели — жизненный цикл занимает миллиарды лет. Но солнцеподобные звезды во Вселенной представлены на разных этапах жизни: где-то они только начали "разгораться", где-то пребывают в стабильном состоянии, где-то уже раздуваются в красные гиганты, а где-то, как здесь, завершили свой эволюционный путь и оставили после себя планетарную туманность с белым карликом.
И вот, объединяя такие "кадры", полученные из разных уголков Млечного Пути, мы фактически воссоздаем хронологию событий и понимаем, какое будущее ждет наше Солнце. Пока оно находится на главной последовательности, каждый миллиард лет его светимость будет увеличиваться примерно на 10%. Уже при таком росте Земля со временем станет непригодной для жизни*, хотя простейшие организмы, скрывающиеся глубоко под поверхностью, будут продолжать существовать еще несколько миллиардов лет.
*Эволюция Солнца приведет к сильному повышению температуры на Земле, испарению всех водоемов, включая Мировой океан, и последующему росту температуры из-за усиления парникового эффекта. Земля станет подобием Венеры.
Затем, когда запасы водорода в светиле начнут заканчиваться, ядро сожмется и разогреется еще сильнее, а внешние слои звезды начнут раздуваться — Солнце перейдет в фазу красного гиганта примерно через 5–6 миллиардов лет. Это приведет к поглощению Меркурия и Венеры, хотя Земля в физическом плане может уцелеть. Затем Солнце сбросит оставшиеся оболочки, а излучение со стороны ядра ионизирует выброшенный газ, заставив его ярко светиться. Примерно через 10–50 тысяч лет окружающее облако газа станет слишком разреженным и перестанет быть видимым. И тогда на месте Солнца останется лишь медленно остывающий белый карлик.
Хотите больше науки в вашей жизни? Тогда приглашаю вас в мой Telegram-канал — здесь каждые четыре часа выходит новый материал: https://t.me/thespaceway
Комментарии