Астрономы впервые наблюдали рождение магнитара – сверхнамагниченной вращающейся нейтронной звезды, и подтвердили, что именно он служит источником энергии для одних из самых ярких звёздных взрывов в космосе.
Открытие, опубликованное в журнале Nature, подтверждает теорию, предложенную физиком из Калифорнийского университета в Беркли Дэном Кэйсеном ещё в 2010 году, и описывает совершенно новое явление – сверхновые с характерным "щебетанием" на кривой блеска, вызванным эффектами общей теории относительности.
Сверхяркие сверхновые – вспышки в 10 и более раз ярче обычных, озадачивали учёных с начала 2000-х, ведь их свечение сохранялось значительно дольше ожидаемого. Кэйсен первым предположил, что за затянувшимся свечением стоит магнитар – нейтронная звезда диаметром около 16 километров с магнитным полем в 100–1 000 раз мощнее, чем у обычных пульсаров.
Вращаясь более 1 000 раз в секунду, магнитар ускоряет заряженные частицы, которые врезаются в обломки сверхновой и увеличивают её яркость. Но прямых доказательств формирования магнитара внутри сверхновой до сих пор не существовало.
Связь подтвердил аспирант Джозеф Фара из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, проанализировав данные сверхновой SN 2024afav, обнаруженной в декабре 2024 года примерно в миллиарде световых лет от Земли. Обсерватория Лас-Кумбрес отслеживала вспышку более 200 дней, и Фара заметил, что после пика яркости свечение не угасало плавно, а медленно колебалось с ускоряющейся частотой, образуя серию из четырёх всплесков – словно птичье щебетание.
Согласно модели Фары, часть материала от взрыва упала обратно к магнитару и сформировала смещённый аккреционный диск. Вращающийся магнитар вызывал прецессию Лензе–Тирринга – эффект общей теории относительности, при котором вращающаяся масса увлекает за собой пространство-время.
Раскачивающийся диск периодически блокировал и отражал свет магнитара, а по мере приближения к нейтронной звезде колебания ускорялись, создавая наблюдаемое "щебетание". Фара отметил:
Это первый случай, когда общая теория относительности потребовалась для описания механики сверхновой.
На основе данных астрономы оценили период вращения нейтронной звезды – 4,2 миллисекунды – и её магнитное поле, превышающее земное в 300 триллионов раз. Оба показателя характерны именно для магнитара.
Энди Хауэлл из обсерватории Лас-Кумбрес сказал:
Думаю, Джозеф нашёл неопровержимое доказательство. Он связал всплески с моделью магнитара и объяснил всё с помощью наиболее проверенной теории в астрофизике – общей теории относительности. Это невероятно элегантно.
Алекс Филиппенко, соавтор статьи и заслуженный профессор астрономии Калифорнийского университета в Беркли, уточнил, что открытие не означает, будто все сверхъяркие сверхновые питаются магнитарами – альтернативные механизмы по-прежнему возможны. Фара тем временем ожидает, что обсерватория имени Веры Рубин, готовящаяся к запуску, позволит обнаружить десятки новых "щебечущих" сверхновых.
Это самое захватывающее, в чём мне когда-либо выпала честь участвовать. Вселенная говорит нам прямо в лицо, что мы ещё не до конца её понимаем, и бросает нам вызов – объяснить увиденное.
23 февраля 1987 года. В карликовой галактике Большое Магелланово Облако, расположенной на расстоянии около 160 000 световых лет от нас, вспыхнула сверхновая SN 1987A.
Остаток сверхновой SN 1987A "глазами" космического телескопа NASA "Джеймс Уэбб" / NASA, ESA, CSA
Но за три часа до первого света, донесшего информацию о взрыве массивной звезды, на Землю прибыли нейтрино*.
*Нейтрино — класс нейтральных фундаментальных частиц, участвующих только в слабом и гравитационном взаимодействиях.
Нейтрино долетели до нас быстрее света? Да. И это не ошибка. Дело в том, что в момент коллапса звезды ядро испускает нейтрино, которые проходят через внешние слои, как сквозь пустоту. Свет же задерживается, потому что ему нужно время, чтобы "пробиться" через взрывающуюся оболочку. Вот и получается, что нейтрино, наделенные возможностью миновать препятствия, опережают свет, но не превышают скорость света.
В тот день земные детекторы поймали 24 нейтрино. Это подтвердило, что наше понимание механизма звездных взрывов абсолютно верно.
Сегодня нейтрино продолжают выступать в роли наших информаторов, способных доносить вести о космических катастрофах раньше, чем свет.
Астрономы получили уникальные снимки, запечатлевшие момент взрыва двух разных звёзд. Изображения, сделанные несколькими телескопами массива CHARA в Университете штата Джорджия, фиксируют звёздную катастрофу, известную как новая звезда (nova) – явление, при котором плотный остаток звезды, похожей на Солнце, называемый белым карликом, высасывает материал у близко вращающейся звезды-компаньона, что в итоге вызывает термоядерный взрыв, который белый карлик переживает.
Детонация происходит, когда материал (в основном водород) накапливается на поверхности белого карлика и достигает критической массы. Новые звёзды, по сути, представляют собой естественные водородные бомбы, высвобождающие за считанные мгновения энергию, которую наша звезда излучает примерно за 100 000 лет. Несмотря на то что они освещают ночное небо, астрономы могли лишь предполагать, что происходит на ранних стадиях этих мощных взрывов, так как прямые наблюдения оказывались сложными – взорвавшийся материал казался единой точкой света, недоступной для детального изучения.
Элиас Айди, ведущий автор нового исследования, опубликованного в журнале Nature Astronomy и профессор физики и астрономии в Техасском технологическом университете, заявил:
Эти наблюдения позволяют нам наблюдать звёздный взрыв в реальном времени, что очень сложно и долгое время считалось чрезвычайно трудным. Вместо того чтобы видеть просто вспышку света, мы теперь раскрываем истинную сложность того, как разворачиваются эти взрывы.
Снимки получены с использованием техники интерферометрии, при которой несколько источников света объединяются для создания интерференционной картины, которую астрономы могут анализировать. Это стало возможным благодаря сбору данных с помощью телескопных массивов вроде CHARA, состоящего из десятков антенн, распределённых на большой площади, которые при наведении на одну точку неба работают как один массивный телескоп. Данные CHARA были дополнены снимками других телескопов, таких как космический телескоп Fermi, который отслеживает высокоэнергетические излучения, известные как гамма-лучи, и обсерватория Gemini на Гавайях.
Работа показала, что новые звёзды гораздо сложнее, чем мы думали, и не сводятся к одному разрушительному взрыву. Одна из запечатлённых новых, V1674 Herculis, оказалась одной из самых быстрых новых в истории наблюдений, достигнув пиковой яркости и погаснув всего за несколько дней. Она показала два отдельных потока газа, предполагая, что взрыв включал множественные мощные выбросы материала, взаимодействовавшие друг с другом. Эти выбросы испускали гамма-лучи, зафиксированные телескопом Fermi, демонстрируя, что взрывы способны производить одни из самых энергетических излучений в космосе, обычно связанные со сверхновыми, формирующими чёрные дыры.
Другая новая, V1405 Cassiopeiae, развивалась в эффектном замедленном режиме, потратив более пятидесяти дней, прежде чем наконец выбросила весь взорвавшийся материал. В течение этого почти двухмесячного периода белый карлик окутал себя сферой газа, которая в итоге поглотила обе звезды, сформировав чрезвычайно редкую структуру, называемую общей оболочкой. Когда эта оболочка наконец рассеялась, выброс произвёл собственную вспышку гамма-лучей.
То, что оба события произвели обнаруживаемые гамма-лучи, показывает, что новые звёзды – это то, что называют "лабораториями экстремальной физики", которые могут помочь "соединить точки между ядерными реакциями на поверхности звезды, геометрией выброшенного материала и высокоэнергетическим излучением, которое мы обнаруживаем из космоса".
Астрономы зафиксировали космическое событие, которое может оказаться первым в истории наблюдений примером так называемой «суперкилоновы». Это двойной взрыв, сочетающий признаки сверхновой и килоновы.
Речь идет о событии AT2025ulz, которое сначала выглядело как классическое слияние компактных объектов. Затем явление неожиданно проявило черты взрыва массивной звезды. Если интерпретация подтвердится, это станет важным звеном между двумя типами катастрофических процессов.
Их давно обсуждали в теории, но никогда ранее не фиксировали в реальности.
Астрономы зафиксировали двойной взрыв звезды
Большинство массивных звезд завершают свою эволюцию взрывом сверхновой, рассеивая по Вселенной элементы вроде углерода и железа.
Килоновы же возникают при столкновении нейтронных звезд и ответственны за образование еще более тяжелых элементов — включая золото и платину.
AT2025ulz, по мнению исследователей, объединяет оба сценария.
Сигнал был впервые зафиксирован 18 августа 2025 года детекторами гравитационных волн LIGO и Virgo. Он соответствовал слиянию двух компактных объектов.
Вскоре после этого телескоп Zwicky Transient Facility в Калифорнии обнаружил быстро тускнеющий красный источник света — типичный признак килоновы.
Однако поведение объекта оказалось необычным.
Вместо ожидаемого затухания он становился ярче, а спектральные наблюдения — с участием, в частности, обсерватории Кек на Гавайях — выявили присутствие водорода и гелия. Это характерная «подпись» сверхновых.
Авторы исследования, включая астрофизиков из Технологического института Калифорнии в США, предлагают следующую модель: быстро вращающаяся массивная звезда взорвалась как сверхновая, но ее ядро не сформировало один компактный объект, а распалось на две легкие нейтронные звезды.
В течение нескольких часов они сблизились и столкнулись, вызвав килонову внутри расширяющихся оболочек сверхновой.
Это и объясняет сложную, «двухэтапную» световую кривую события.
Дополнительную поддержку гипотезе дают данные гравитационных волн: с вероятностью 99% хотя бы один из объектов имел массу меньше солнечной, что противоречит стандартным представлениям о формировании нейтронных звезд, но укладывается в сценарий коллапса быстро вращающегося ядра.
Ученые подчеркивают: полностью исключить совпадение независимых событий пока нельзя.
Проверить существование суперкилонов удастся лишь с помощью будущих наблюдений, включая проекты обсерватории имени Веры Рубин и телескопа Нэнси Грейс Роман.
Периодически на просторах интернета встречается утверждение, что Юпитеру "чуть-чуть не хватило массы" для превращения в звезду. На деле же это серьезное искажение реальности: разница между массой Юпитера и минимальной звездной массой колоссальна.
В настоящее время Юпитер генерирует значительное количество энергии за счет гравитационного сжатия. Планета ежегодно сокращается примерно на два сантиметра, преобразуя гравитационную потенциальную энергию в тепловую. Этот процесс приводит к общему излучению в 335 триллионов ватт – примерно на 67% больше энергии, чем газовый гигант получает от Солнца.
При всей мощи этих процессов, температура в ядре Юпитера достигает лишь 24 000 градусов Цельсия, тогда как для начала термоядерных реакций необходима температура около семи миллионов градусов. Достижение такой температуры требует значительно большего гравитационного давления.
Предел Кумара
Для запуска термоядерных реакций масса объекта должна превышать так называемый предел Кумара – около 80 масс Юпитера (или примерно 0,08 массы Солнца). Это минимальная масса, необходимая для создания достаточного давления и температуры в ядре для начала термоядерных реакций.
Текущие параметры
Масса Юпитера составляет 1,9 × 10^27 килограммов. Для достижения звездного статуса требуется масса около 1,6 × 10^29 килограммов. При такой массе гравитационное сжатие создало бы необходимые условия для самоподдерживающихся термоядерных реакций, превратив планету в красный карлик — самый маломассивный тип звезд.
Существующая масса Юпитера оптимальна для текущей конфигурации Солнечной системы. Его гравитационное влияние играет ключевую роль в поддержании стабильности орбит других планет (особенно Марса) и защите внутренней Солнечной системы от крупных астероидов и комет. Достаточно вспомнить драматическое столкновение кометы Шумейкеров — Леви 9 с Юпитером в 1994 году – планета-гигант приняла удар на себя.
Гравитационное поле Юпитера отклоняет или захватывает большинство крупных комет и астероидов, которые могли бы достичь внутренних планет (включая Землю). Кроме того, его влияние структурирует пояс астероидов.
Помимо гравитационного влияния, Юпитер обладает мощнейшей в Солнечной системе (после Солнца) магнитосферой. Его магнитное поле в 14 раз сильнее земного, что обеспечивает дополнительную защиту как собственным спутникам, так и внутренней части Солнечной системы.
Ученые из Университета Цинхуа в Пекине с помощью Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории впервые в истории зафиксировали форму взрыва сверхновой в самый ранний момент — когда ударная волна только прорывалась сквозь поверхность массивной звезды.
На художественном изображении показана звезда, превратившаяся в сверхновую. Сверхновая SN 2024ggi взорвалась в галактике NGC 3621, расположенной на расстоянии около 22 миллионов световых лет. С помощью Очень большого телескопа ESO астрономы смогли запечатлеть самую раннюю стадию сверхновой, когда взрыв прорвался через поверхность звезды. ESO/L. Calçada
На протяжении миллионов лет массивная звезда находится в равновесии между гравитацией, тянущей вещество внутрь, и давлением от термоядерного синтеза, толкающим вовне. Когда топливо в ядре заканчивается, это равновесие нарушается. Центр звезды коллапсирует под собственным весом, окружающие слои обрушиваются внутрь, отскакивают и порождают мощную ударную волну, несущуюся наружу. Когда эта волна достигает поверхности, высвобождается колоссальная энергия — звезда резко вспыхивает и становится видимой как сверхновая. Этот краткий момент прорыва звездной поверхности длится всего несколько часов.
Сверхновая SN 2024ggi была обнаружена 10 апреля 2024 года в галактике NGC 3621 на расстоянии около 22 миллионов световых лет от Земли в созвездии Гидры. Руководитель исследования И Ян из Университета Цинхуа понял всю важность события и сразу подал заявку на наблюдение. Уже через 26 часов после открытия телескоп был направлен на взорвавшуюся звезду.
Это изображение, полученное с помощью Очень большого телескопа (VLT) ESO, показывает галактику NGC 3621.
Используя метод спектрополяриметрии с помощью инструмента FORS2, астрономы впервые смогли определить геометрию взрыва на этой очень краткой стадии, которая занимает несколько часов. Данные показали, что первоначальный выброс материи имел форму, напоминающую маслину, с четко выраженной осевой симметрией. По мере расширения взрыва и столкновения с окружающим веществом форма становилась более плоской, но центральная ось симметрии оставалась неизменной. Результаты опубликованы в журнале Science Advances.
Разрыв оболочки
Взорвавшаяся звезда была красным сверхгигантом массой примерно в 12-15 раз больше Солнца и радиусом в 500 раз больше солнечного. «Геометрия взрыва сверхновой предоставляет нам фундаментальную информацию об эволюции звезд и физических процессах, приводящих к этим космическим фейерверкам», — объясняет Ян.
На этом изображении показано местоположение сверхновой SN 2024ggi в галактике NGC 3621. Оно было сделано 11 апреля 2024 года, всего через 26 часов после первоначального обнаружения сверхновой.
Соавтор исследования, астроном Европейской южной обсерватории Дитрих Бааде отмечает: «Первые наблюдения Очень большого телескопа зафиксировали фазу, когда вещество, ускоренное взрывом вблизи ядра звезды, прорывалось через ее поверхность. В течение нескольких часов мы наблюдали и звезду и геометрию ее взрыва».
Открытие позволяет исключить некоторые существующие модели рождения сверхновых и поможет отыскать общий физический механизм, управляющий взрывами массивных звезд.
На расстоянии около 190 световых лет от Земли находится звезда HD 140283, получившая неофициальное библейское прозвище — Мафусаил. Это имя было выбрано не случайно: по ранним оценкам астрономов, возраст HD 140283 составлял около 14,5 миллиарда лет. Вот только проблема в том, что возраст самой Вселенной оценивается примерно в 13,8 миллиарда лет.
Астрономам эта звезда известна уже давно: она была включена в каталог Генри Дрейпера еще в первой половине XX века. Но по-настоящему знаменитой HD 140283 стала лишь тогда, когда ученые попытались определить ее возраст.
Итак, как же звезда может быть старше мира, в котором существует?
Сразу предупреждаю: это не мистическая история и не фантазия об объекте из других измерений, как любят выдумывать журналисты. Это пример того, как наука ошибается, уточняет данные и постепенно приходит к правильному ответу.
Звезда-ископаемое
Мафусаил относится к числу очень древних малометалличных звезд. В астрономии "металлами" называют все элементы тяжелее водорода и гелия. Так, железа в HD 140283 примерно в 250 раз меньше, чем в Солнце, а кислорода — примерно в 50 раз.
Это типично для очень старых звезд, сформировавшихся в раннюю эпоху истории Вселенной, когда тяжелых элементов было еще крайне мало. Мафусаил появился спустя сравнительно небольшое время после Большого взрыва, когда космическое пространство было заполнено преимущественно водородом и гелием.
Мафусаил — сравнительно небольшая звезда: ее масса составляет около 0,8 массы Солнца, а радиус — примерно в 2,2 раза больше солнечного. Сейчас она находится на стадии субгиганта — переходного этапа между обычной звездой и красным гигантом. По космическим меркам эта фаза продолжается недолго, поэтому подобные объекты особенно ценны для астрономов: они помогают лучше понять эволюционный путь солнцеподобных звезд и предсказать будущее Солнечной системы.
Еще одна любопытная деталь: Мафусаил движется через окрестности Солнца с очень высокой скоростью — около 300 км/с. Такие скорости характерны для древних звезд гало Млечного Пути. По сути, это гость из самых старых областей нашей Галактики, случайно оказавшийся рядом с Солнечной системой.
Мафусаил — настоящее звездное ископаемое, свидетель ранней Вселенной.
Парадокс, который раздули до сенсации
Когда ранние измерения показали, что возраст звезды составляет примерно 14,5 миллиарда лет, тут же посыпались громкие заголовки об "аномалии", "крахе физики", "параллельных мирах", "отмене Большого взрыва" и прочих бессмыслицах.
Но ученые смотрели на ситуацию спокойнее. Они понимали, что проблема, скорее всего, не в устройстве Вселенной, а в точности измерений и несовершенстве существующих звездных моделей.
Уточнение данных
В 2013 году было опубликовано исследование, основанное на наблюдениях космического телескопа NASA/ESA "Хаббл". С его помощью астрономы очень точно измерили параллакс HD 140283, а значит — и расстояние до звезды. Зная расстояние и видимую яркость, ученые смогли вычислить ее истинную светимость, а затем уточнить возраст.
Результат оказался впечатляющим: 14,46 ± 0,8 миллиарда лет. Именно погрешность здесь играет ключевую роль. Она означала, что реальный возраст Мафусаила мог составлять как 15,26, так и 13,66 миллиарда лет. Иными словами, даже после первичного уточнения данных звезда вовсе не обязательно оказывалась старше Вселенной — все упиралось в пределы точности измерений и моделей.
После этого ученые занялись уточнением наблюдательных данных и улучшением теоретических расчетов. Они понимали, что для точного определения возраста важно не только знать светимость, но и точнее определить химический состав звезды, а также доработать модели звездной эволюции. Достаточно изменить некоторые параметры — и итоговая оценка заметно сдвинется.
Спустя восемь лет появилась новая модель эволюции HD 140283, созданная с использованием более совершенных методов астрофизического моделирования и данных о миллионах других звезд. Она учитывала целый набор физических процессов внутри звезды — термоядерные реакции, перенос энергии и изменения химического состава. Согласно этой работе, возраст Мафусаила составляет 12,01 ± 0,05 миллиарда лет, то есть звезда уже уверенно укладывается в современную оценку возраста Вселенной.
Сегодня Мафусаил по-прежнему считается одной из древнейших известных звезд, но уже не выглядит невозможным объектом, который ломает всю современную физику. Теперь мы знаем и другие крайне древние звезды — например, HE 1523-0901, 2MASS J18082002-5104378 B и SMSS J031300.36-670839.3, возраст которых оценивается примерно в 13,2, 13,5 и 13,6 миллиарда лет соответственно. Но именно история Мафусаила стала важной вехой в оттачивании методов оценки звездных возрастов и наглядно показала, как наука превращает мнимую аномалию в решаемую задачу.
Заканчивая эту историю, хочу сказать самое важное: кажущиеся противоречия в науке далеко не всегда означают крах теории. Чаще всего они говорят о том, что нужны новые данные, более точные измерения и доработанные модели. Прямо сейчас астрономия переживает похожий момент: космический телескоп NASA "Джеймс Уэбб" обнаружил в ранней Вселенной немало галактик, которые выглядят слишком массивными, яркими и зрелыми для своего возраста. Но это не означает, что Большого взрыва не было или что возраст Вселенной рассчитан неверно. Это показывает, что наше понимание формирования и роста первых галактик все еще далеко от совершенства.
Она представляет собой результат выброса вещества звезды-гипергиганта Эта Киля A, масса которой превышает массу Солнца примерно в 100-120 раз. Диаметр этой звезды в 200 раз больше солнечного, а светимость — в пять миллионов раз.
Породившая туманность звезда Эта Киля A является частью двойной системы. Эта Киля B — более "скромный" компаньон с массой около 30-80 масс Солнца и диаметром в 20-24 раза больше солнечного. Его светимость в 500 000 раз превышает аналогичный параметр нашей звезды.
В 1843 году Эта Киля A пережила так называемую Великую вспышку — событие, которое на короткое время сделало ее второй по яркости звездой на земном небе после Сириуса, удаленного "всего" на 8,6 световых года от нас.
Примечательно, что Эта Киля A начала аномально увеличивать свою яркость еще в 1837 году, а пик был достигнут через шесть лет. К 1856 году она перестала быть видимой невооруженным глазом.
В ходе Великой вспышки Эта Киля A выбросила в окружающее пространство колоссальное количество материи — по разным оценкам, от 10 до 20 солнечных масс. Это вещество разлеталось со скоростью около 650 километров в секунду, формируя характерную двухлопастную (биполярную) структуру, напоминающую гантель или песочные часы.
Сегодня туманность продолжает расширяться, а ее полярный диаметр составляет около 0,7 световых года. Газ и пыль, выброшенные почти два века назад, до сих пор светятся под воздействием излучения центральной звезды.
Туманность Гомункул состоит из двух массивных "лопастей", направленных в противоположные стороны вдоль оси вращения звезды. Эта форма объясняется тем, что выброс происходил неравномерно: вещество двигалось быстрее вдоль полюсов звезды и медленнее в экваториальной области.
В центре туманности, где сталкиваются потоки газа, температура достигает миллионов градусов. Эти ударные волны порождают жесткое рентгеновское излучение, которое можно зафиксировать с помощью таких инструментов, как космическая рентгеновская обсерватория NASA "Чандра".
Эта Киля A — одна из самых массивных и нестабильных звезд в нашей Галактике, которая находится на поздней стадии эволюции и считается кандидатом в сверхновые.
По астрономическим меркам, Эта Киля может взорваться в любой момент — завтра вечером, через век или через несколько тысяч лет. Когда это произойдет, взрыв будет настолько мощным, что его можно будет наблюдать с Земли невооруженным глазом даже днем. Однако, учитывая удаленность двойной системы, это событие будет безопасным для нашей планеты и ее обитателей.
Объект обнаружен именно в том месте, где теория предсказывала влияние формирующейся планеты на структуру диска.
Совместное изображение диска вокруг звезды HD 135344B, полученное с помощью VLT и ALMA.
Используя Очень Большой Телескоп (VLT) Европейской южной обсерватории (ESO), астрономы обнаружили объект, который может оказаться формирующейся планетой внутри спиральной структуры протопланетного диска. Он находится в системе HD 135344B – молодой звезды на расстоянии около 440 световых лет от Земли. Объект заметили у начала одной из спиральных структур, именно в том месте, где, согласно теоретическим моделям, могла бы находиться планета, создающая отличительные узоры в газе и пыли. Об открытии сообщается в журнале Astronomy & Astrophysics.
Главной интригой открытия стало то, что планета не просто обнаружена, а запечатлена буквально «в процессе формирования». Это подтверждает одну из ключевых гипотез современной астрономии: спирали и щели в газопылевых дисках вокруг молодых звезд – это следы, оставленные новыми планетами, которые прорезают материю, из которой сами же и рождаются.
Планета-кандидат, по оценкам исследователей, примерно в два раза массивнее Юпитера и вращается вокруг своей звезды на расстоянии, сравнимом с орбитой Нептуна. Но самое важное – ее удалось обнаружить на основании собственного свечения, что крайне редко удается сделать с зарождающимися планетами.
«Мы, возможно, стали свидетелями рождения новой планеты в реальном времени. Мы никогда не увидим, как формировалась Земля, но теперь можем наблюдать подобный процесс в другой звездной системе», – отметили авторы открытия.
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.
Глядя на захватывающие дух изображения дальнего космоса, многим из нас трудно представить, что у Вселенной могут быть границы. Кажется естественным полагать, что космическое пространство простирается бесконечно во всех направлениях. Однако некоторые современные космологические модели рассматривают возможность того, что наша Вселенная — пусть и невообразимо огромная — все же может быть конечной.
Согласнотеории Большого взрыва, примерно 13,8 миллиарда лет назад наша Вселенная начала расширяться из сингулярного состояния, достигнув того, что мы можем лицезреть сегодня. Но что находится за пределами этого расширения? Есть ли у Вселенной границы?
Безграничная конечность
Представьте себе муравья, ползущего по поверхности апельсина. Для него эта поверхность конечна, так как она имеет определенную площадь, но при этом у нее нет границ. Муравей может бесконечно долго двигаться в одном направлении, каждый раз возвращаясь в исходную точку. Похожим образом может быть устроена и наша Вселенная — конечная, но без границ.
Современная наука предполагает несколько возможных форм Вселенной:
Сферическая Вселенная
Если Вселенная имеет форму сферы, то она конечна, но безгранична. Это означает, что, двигаясь в одном направлении, вы в конечном итоге вернетесь туда, откуда начали (пример с муравьем и апельсином).
Тороидальная Вселенная
Другой вариант — Вселенная в форме тора (бублика). В этом случае пространство также будет конечным, но без границ.
Согласно данным космологических наблюдений, Вселенная, скорее всего, плоская. Однако даже в этом случае она может быть конечной, но с особой топологией, как в старых видеоиграх, где, выходя за один край экрана, персонаж появляется с противоположной стороны.
В поисках формы Вселенной
Как же ученые пытаются определить истинную форму Вселенной? Главным инструментом в этих исследованиях служит реликтовое излучение – древнейшее электромагнитное излучение во Вселенной, возникшее примерно через 380 000 лет после Большого взрыва, когда пространство достаточно остыло, чтобы свет мог свободно распространяться. Изучая характеристики этого излучения, заполняющего все космическое пространство, ученые получают важнейшие данные о крупномасштабной структуре Вселенной и ее геометрических свойствах.
Не менее важную роль играет и наблюдение за галактиками и галактическими скоплениями. Анализируя их распределение в пространстве и характер движения, космологи составляют все более точную картину геометрии Вселенной. Современные наблюдения указывают на то, что наше пространство удивительно близко к плоскому. Однако это не исключает возможности его конечности (о чем сказано выше) — просто масштабы настолько велики, что любое искривление становится заметным только на колоссальных расстояниях.
Важный прорыв в исследовании структуры Вселенной произошел в 2015 году с первой регистрацией гравитационных волн – колебаний самой ткани пространства-времени. Эти волны, предсказанные Эйнштейном за 100 лет до их открытия, стали новым инструментом в руках ученых, позволяющим исследовать геометрию космоса на самых больших масштабах.
Между наукой и философией
Рассуждая о конечной Вселенной, мы неизбежно приходим к вопросу: что находится за ее пределами? Однако этот вопрос может оказаться таким же бессмысленным, как поиск точки севернее Северного полюса. Само понятие "за пределами" подразумевает наличие некоего внешнего пространства, в которое эти пределы можно было бы вместить. Но наша Вселенная, даже если она конечная, может быть всем и сразу, и никакого "снаружи" просто не существует.
Конечность Вселенной могла бы существенно повлиять на наше понимание фундаментальных законов природы. Например, в конечном пространстве количество материи и энергии тоже не может быть бесконечным, что важно для многих космологических моделей.
Сегодня вопрос о том, конечна ли наша Вселенная или бесконечна, остается одной из самых волнующих и глубоких загадок, стоящих перед космологией. Каждое новое наблюдение далеких галактик, каждый технологический прорыв приближают нас — пусть и на крошечный шаг — к пониманию истинной природы пространства, в котором разворачивается удивительная история человечества.
Возможно, путь к разгадке этой тайны будет долгим и полным неожиданных открытий. Но пока ученые неустанно трудятся над раскрытием секретов Вселенной, мы можем каждую ночь поднимать глаза к звездному небу, наполняя свою жизнь трепетом, восхищением и неутолимой жаждой познания. Ведь стремление понять мироздание делает нас теми, кто мы есть — мыслящими и вечно ищущими существами в необъятном океане космоса.
Протон — одна из самых стабильных частиц во Вселенной. Эти фундаментальные кирпичики мироздания настолько долговечны, что их теоретическое время жизни превышает возраст самой Вселенной.
Все видимое вещество, от кончика вашего носа до самых далеких галактик, построено из протонов, которые вместе с нейтронами образуют ядра атомов, окруженные электронами. За всю историю наблюдений ученые ни разу не зафиксировали самопроизвольный распад протона — настолько он стабилен.
Но действительно ли он вечен?
Сомнения в абсолютной стабильности протона породили одну из самых интригующих гипотез современной физики — идею о его возможном самопроизвольном распаде. Если этот краеугольный камень мироздания способен спонтанно распадаться, пусть даже через умопомрачительные 10^35 лет (единица и 35 нулей!), то это перевернет наши представления о фундаментальных законах природы. Ведь согласно Стандартной модели физики элементарных частиц — нашей лучшей на сегодня теории устройства микромира — протон считается абсолютно стабильной частицей, поскольку в этой теории строго выполняется закон сохранения барионного числа. Самопроизвольный распад* отдельного протона как раз и означал бы нарушение барионного числа.
*Распады протона во взаимодействиях, где рождаются другие барионы (семейство элементарных частиц), не нарушают этот закон сохранения.
Но как зафиксировать столь редкое событие?
Ученые строят гигантские подземные детекторы, заполненные тысячами тонн сверхчистой воды. В этих резервуарах триллионы триллионов протонов терпеливо ждут своего звездного часа. Сверхчувствительные датчики непрерывно следят за водой в надежде заметить вспышку света — потенциальные следы распада протона. Пока безуспешно, но поиски продолжаются с неослабевающим упорством.
Теории Великого объединения, стремящиеся объединить все фундаментальные взаимодействия в единую силу, предсказывают неизбежность распада протона. Более того, обнаружение распада протона могло бы пролить свет на одну из главных загадок космологии — почему во Вселенной так много вещества и так мало антивещества (барионная асимметрия Вселенной). Возможно, эта асимметрия возникла на заре существования космоса именно из-за разницы в распадах протонов и антипротонов.
Поэтому физики с таким упорством продолжают искать следы распада протона, несмотря на исчезающе малую вероятность этого события. Цена такого открытия неизмерима — оно откроет новую главу в понимании фундаментальных законов природы и прольет свет на тайны происхождения самой Вселенной.
Протон может оказаться не таким вечным, как мы думали, но разгадка его секретов сулит бессмертие для человеческого знания о Вселенной.
Любопытнейшее исследование, опубликованное в рецензируемых научных журналах Nature Astronomy и The Astrophysical Journal Letters, предполагает, что миллиарды лет назад нашу Солнечную систему посетила звезда-странница.
Это древнее событие могло кардинально изменить облик нашей космической окрестности, превратив ее в то, что мы наблюдаем сегодня.
Согласно расчетам, безымянная звезда, немного уступающая Солнцу по массе и размеру, прошла на расстоянии около 110 астрономических единиц (а.е.*) от нашего светила. Для сравнения: среднее расстояние между Солнцем и Плутоном составляет "всего" 39,5 а.е.
*Одна а.е. равна среднему расстоянию между Землей и Солнцем и составляет примерно 150 миллионов километров.
Гравитационное воздействие этой незваной космической гостьи могло серьезно повлиять на расположение и орбиты многих объектов в ранней Солнечной системе.
"Это сближение было настолько тесным, что оно могло повлиять на судьбы целых миров", — говорит Сюзанна Пфальцнер, ведущий автор исследования и астрофизик из немецкого Исследовательского центра Юлиха (FZJ).
Рождение гипотезы
Гипотеза о "свидании" наше планетной системы с солнцеподобной звездой появилась в процессе изучения необычных траекторий объектов, расположенных далеко за орбитой Нептуна. Их орбиты наклонены и сильно вытянуты, что трудно связать с естественными эволюционными процессами Солнечной системы.
"Эти объекты могут быть свидетелями давно минувшего преступления", — поясняет астрофизик Амит Говинд, соавтор исследования.
Для проверки своей гипотезы ученые прибегли к компьютерному моделированию, проведя серию из более чем 3 000 симуляций. Результаты оказались поразительными.
Модель с участием звезды-странницы, посетившей Солнечную систему на заре ее существования, не только объяснила странные орбиты транснептуновых объектов, но и пролила свет на загадку карликовой планеты Седны. Этот далекий ледяной мир движется по крайне вытянутой орбите, удаляясь от нашего светила более чем на 937 а.е.!
Более того, гравитационное влияние звезды-странницы могло способствовать появлению необычных спутников у планет-гигантов. По словам Симона Портегиса Цварта, одного из авторов исследования, некоторые транснептуновые объекты могли быть перемещены во внутренние области Солнечной системы, где их захватили гравитационные поля крупных планет. Например, Феба — самый массивный из нерегулярных удаленных спутников Сатурна — скорее всего, был сформирован где-то за орбитой Нептуна.
"Космос хранит свои секреты, но он также оставляет подсказки, — заключает Пфальцнер. — Подобно археологам, мы по крупицам собираем свидетельства давно минувших космических событий, и каждая необычная орбита может быть ключом к разгадке тайн прошлого".
Белые карлики, ядра которых кристаллизуются в гигантские алмазы, долгое время считались лишь умозрительной гипотезой, но теперь их существование доказано.
Эти удивительные объекты — остатки звезд, подобных Солнцу, — формируются, когда белый карлик охлаждается в течение миллиардов лет. Под огромным давлением углерод в ядре кристаллизуется, превращаясь в структуру, напоминающую алмаз, диаметром до 10 000 километров — чуть меньше диаметра Земли.
В 2004 году астрономы изучили белый карлик BPM 37093, неофициально прозванный "Люси" в честь песни The Beatles "Lucy in the Sky with Diamonds". С помощью астросейсмологии они выяснили, что около 90% его массы кристаллизовалось, образуя "алмаз" массой около 10^31 килограммов, что эквивалентно 1,5 миллиона масс Земли.
Этот космический алмаз не только поражает воображение, но и влияет на эволюцию звезды: кристаллизация высвобождает скрытую тепловую энергию, замедляя охлаждение белого карлика на миллиарды лет.
Квазары — ярчайшие объекты из всех, что доводилось наблюдать человечеству. Яркость одного такого объекта может превосходить яркость Солнца в триллион раз — он светит ярче целой галактики с миллиардами звезд. Эти космические маяки, находящиеся на расстоянии в миллиарды световых лет от Земли, позволяют астрономам заглянуть в очень далекое прошлое Вселенной.
Но что представляют собой квазары и какие силы обеспечивают им столь невероятную яркость? Давайте разбираться.
Что такое квазар?
Слово "квазар" — сокращение от "квазизвездный радиоисточник". Первый объект такого рода, выглядевший как точечный источник света, похожий на яркую звезду, был обнаружен в 1960 году астрономами Алланом Сэндиджем и Томасом Мэтьюзом. Однако от типичного светила его отличало огромное количество энергии, излучаемой в радиодиапазоне. Несмотря на это, находка, получившая обозначение 3C 48, долгое время рассматривалась как "нетипичная звезда".
Сегодня мы знаем, что 3C 48 и подобные ему объекты — это квазары, представляющие собой активные ядра галактик, в центре которых находятся сверхмассивные черные дыры массой от нескольких миллионов до миллиардов солнечных масс. Такая черная дыра с лютой жадностью пожирает огромное количество материи, которая ее окружает — газ, пыль, целые звезды — и в ходе этого процесса генерирует колоссальное количество энергии.
Не секрет, что сама черная дыра не способна быть источником света — все, что падает за горизонт событий, не способно вырваться наружу. Но материя, устремляющаяся к черной дыре, разогревается до миллионов градусов, образуя вокруг нее светящийся аккреционный диск. Именно этот диск и джеты (струи вещества, выбрасываемые вдоль оси вращения черной дыры со скоростью, близкой к скорости света) обеспечивают запредельную яркость квазара.
Для сравнения, светимость Солнца около 3,8 × 10^26 ватт. По земным меркам это, конечно, впечатляющий показатель, но в масштабах космоса — капля в море.
Типичный квазар излучает энергию на уровне 10^40–10^41 ватт и светит ярче, чем вся наша галактика Млечный Путь, в которой может быть более 400 миллиардов звезд.
Просто представьте: объект размером с Солнечную систему (аккреционный диск квазара имеет диаметр в несколько световых дней или недель) светит ярче, чем галактика диаметром в 100 000 световых лет с сотнями миллиардов звезд.
Как работает квазар
Сверхмассивная черная дыра, по сути являющаяся сердцем квазара, поглощает материю с невероятной скоростью — в среднем несколько солнечных масс в год. Падающее вещество закручивается в аккреционный диск, где частицы сталкиваются, трутся друг о друга, разгоняются до релятивистских (околосветовых) скоростей.
Трение и сжатие разогревают диск до 10-100 миллионов градусов, из-за чего материя начинает излучать в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах, то есть в одних из самых энергетичных форм света.
Примечательно, что не вся материя попадает в черную дыру — часть выбрасывается вдоль ее магнитных полюсов в виде релятивистских джетов — узких струй плазмы, способных двигаться со скоростью 99,999<...>% скорости света. При этом протяженность джетов может составлять миллионы световых лет, что позволяет наблюдать их далеко за пределами родительской галактики.
Если джет направлен в сторону наблюдателя, квазар кажется еще ярче из-за релятивистского усиления — эффекта, при котором излучение от объекта, движущегося почти со скоростью света, фокусируется в узкий конус.
Рекордсмен среди квазаров
Самый яркий из известных квазаров — QSO J0529−4351, идентифицированный* в 2024 году. Его светимость превышает светимость Солнца в 500 триллионов раз!
*На самом деле объект оказался в данных наблюдений еще в 1980 году. Однако его десятилетиями считали просто звездой.
QSO J0529−4351 находится на расстоянии около 12 миллиардов световых лет от нас, а значит свет от него, который мы видим сегодня, был испущен, когда возраст Вселенной составлял примерно 1,8 миллиарда лет — она была еще совсем юной.
В центре этого квазара находится сверхмассивная черная дыра массой около 17–20 миллиардов масс Солнца. И эта черная дыра — одна из наиболее быстрорастущих в известной Вселенной. Каждый день она поглощает около одной солнечной массы.
Есть ли квазары рядом с нами?
Абсолютно все известные квазары удалены на миллиарды световых лет от нас. В близлежащих галактиках их нет. Почему?
Потому что квазары существовали исключительно в молодой Вселенной, когда галактики были переполнены газом и пылью — топливом для сверхмассивных черных дыр. В те времена черные дыры активно питались, стабилизируя свои галактики и интенсивно светясь.
Со временем сверхмассивные черные дыры расчистили свои окрестности — поглотили все до чего позволяло "дотянуться" гравитационное поле — и перешли в "спящий режим". То есть сверхмассивные черные дыры никуда не делись, они продолжают пребывать в центрах всех крупных галактик, включая Млечный Путь, — но они больше не светятся** как квазары, потому что нет для этого ресурсов.
**И все же в центрах некоторых галактик есть активные черные дыры. Однако в сравнении с квазарами они светятся крайне тускло, потому что вокруг уже нет такого количества "свободной" материи.
Квазары и судьба галактик
Энергия, выделяемая квазаром, настолько велика, что способна остановить звездообразование в родительской галактике.
Связано это с тем, что джеты и мощное излучение нагревают окружающий газ и часть его выбрасывают из галактики, лишая ее ключевого материала для формирования новых звезд. Это подтверждают наблюдения: в наиболее массивных галактиках практически прекратилось звездообразование.
Интересное наблюдение: в нашей Галактике каждый год рождается всего около 2-3 новых звезд, что является очень низким показателем. Можно предположить, что Стрелец А*, сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути, в свое время питала квазар, который "выжег" львиную долю газа.
Квазары — это одновременно разрушители и созидатели. Они отвечали за рост галактик и распределение материи в ранней Вселенной, формируя ее структуру.
Эра квазаров закончилась миллиарды лет назад. Однако свет, испущенный ими, все еще продолжает свое путешествие по просторам Вселенной, рассказывая о том, каким было это таинственное мироздание в самом начале своей истории.
Когда астрономы из Техасского университета в Остине приглядывались к далеким системам, они заметили в данных телескопа нечто пугающее. Жуткий красный «глаз» смотрел на них с той стороны. Эта «клякса» оказалась галактикой AzTECC71, которая образовалась примерно через 900 миллионов лет после Большого взрыва.
Как говорит Джед Маккини научный сотрудник Техасского университета в Остине: "Несмотря на то, что она выглядит как маленькая капля, на самом деле она формирует сотни новых звезд каждый год и тот факт, что даже что-то настолько экстремальное едва видно на самых чувствительных изображениях нашего новейшего телескопа, меня очень волнует. Это потенциально говорит, как от нас пряталась целая популяция галактик."
Это
открытие может изменить представление ученых о ранней Вселенной,
поскольку ранее они считали, что массивные звездные питомники были
редкостью, но AzTECC71 дает основания полагать, что они могут быть раз в
десять более распространенными.
Обнаружение
AzTECC71 важно еще и тем, что обычно запечатлеть пылевые галактики
довольно сложно, поскольку большую часть света их звезд поглощает завеса
пыли, либо он переизлучается в более длинных волнах.
Также «Джеймс Уэбб», который не так давно снял галактику Водоворот,
открыл астрономам глаза на то, что их понимание истории эволюции
галактик было предвзятым, потому что они видели только незатененные и
менее пыльные галактики.
Сначала
призрачный объект появился как светящаяся капля на снимках наземных
телескопов. Затем оказалось, что его совсем не видно на изображениях
телескопа Хаббл. Теперь же он снова появился как слабая, но отчетливо
видная галактика на изображении, полученном космической обсерваторией
Джеймс Уэбб.
Астрономы коллаборации COSMOS-Web идентифицировали
объект AzTECC71 как пыльную звездообразующую галактику. Другими словами,
это галактика, которая занята формированием множества новых звезд, но
окутана пыльной завесой, сквозь которую трудно увидеть. Когда-то
считалось, что подобные объекты чрезвычайно редки в ранней Вселенной, но
это открытие, а также более дюжины дополнительных кандидатов,
обнаруженных в первой половине данных COSMOS-Web, которые еще не описаны
в научной литературе, позволяют предположить, что они могут встречаться
в 3—10 раз чаще, чем ожидалось.
Фантазия художника на тему кликбейтного заголовка
Пыльную
звездообразующую галактику трудно увидеть обычной оптикой, потому что
большая часть света ее звезд поглощается завесой пыли, а затем повторно
излучается в более красных длинах волн. До введения в эксплуатацию
Джеймса Уэбба астрономы иногда называли их "темными галактиками Хаббла",
имея в виду самый чувствительный на тот момент космический телескоп.
"До
сих пор единственный способ увидеть галактики в ранней Вселенной — это
оптическая перспектива с помощью Хаббла, — сказал МакКинни. — Это
означает, что наше понимание истории эволюции этих объектов является
искаженным, потому что мы видим только незатененные, менее пыльные из
них".
Эта галактика, AzTECC71, была впервые обнаружена как
нечеткая капля пыли с помощью камеры телескопа Джеймса Клерка Максвелла
на Гавайях, которая видит в длинах волн между дальним инфракрасным и
микроволновым диапазоном. Затем команда COSMOS-Web выявила объект в
данных, собранных другими учеными с помощью телескопа ALMA в Чили,
который имеет более высокое пространственное разрешение и может видеть в
инфракрасном диапазоне. Это позволило им сузить местоположение
источника. Когда они просмотрели данные Джеймса Уэбба в инфракрасном
диапазоне на длине волны 4,44 микрона, они обнаружили едва различимую
галактику точно в том же месте. В более коротких длинах волн света, ниже
2,7 микрон, она была невидима.
Сейчас команда работает над обнаружением большего количества этих едва заметных космических объектов.
"С
помощью Уэбба мы впервые можем изучать оптические и инфракрасные
свойства этой скрытой популяции галактик, сильно замаскированной пылью, —
говорит МакКинни. — Телескоп настолько чувствителен, что может не
только смотреть в самые дальние уголки вселенной, но и проникнуть сквозь
толстую пылевую завесу".
По оценкам команды, галактика
наблюдается с красным смещением около 6, что соответствует примерно 900
миллионам лет после Большого взрыва.
Проект
COSMOS-Web — крупнейшая первоначальная исследовательская инициатива,
работающая с Уэббом, возглавляемая Кейтлин Кейси, доцентом
Калифорнийского университета в Остине. Задача организации — изучить
фрагмент неба размером с три полных луны, нанести на карту до 1 миллиона
галактик. Частично цель состоит и в том, чтобы понять самые ранние
структуры Вселенной. Команда из более чем 50 исследователей получила 250
часов наблюдения в первый год работы космического телескопа и собрала
первый массив данных в декабре 2022 года. Новый набор наблюдений
поступит до января 2024 года.
В 1963 году, когда черные дыры считались лишь математической абстракцией, 29-летний математик из Новой Зеландии Рой Патрик Керр совершил прорыв, который поразил научное сообщество. Он нашел точное решение уравнений Эйнштейна для вращающейся черной дыры, решив задачу, над которой безуспешно бились лучшие умы физики почти полвека.
Седовласые ученые были ошеломлены элегантностью его решения. Они проверяли и перепроверяли расчеты молодого математика, но не могли найти в них ошибки.
Выводы, следующие из этих расчетов, казались фантастикой.
Вихрь пространства-времени
Керр доказал математически, что при коллапсе массивной вращающейся звезды возникает структура, принципиально отличная от статической черной дыры. Вместо точечной сингулярности в центре образуется сингулярность в форме кольца.
Вращение черной дыры закручивает само пространство-время вокруг себя, как гигантский космический водоворот. Вблизи такого объекта ничто не может оставаться неподвижным – сама ткань реальности увлекается в это вращение.
Но самым удивительным оказалось то, что кольцеобразная сингулярность теоретически может быть... тоннелем в другую вселенную.
Портал между мирами?
По расчетам Керра, если гипотетический космический путешественник сумеет пролететь через центр этого кольца на достаточно высокой скорости, то он сможет избежать разрушительного воздействия чудовищных приливных сил.
И вместо неминуемой гибели, ожидающей в центре обычной черной дыры, смельчак мог бы вынырнуть где-то в совершенно другой области космоса – или даже в другой вселенной.
Как к таким выводам отнеслись коллеги Керра? Они были, мягко говоря, раздражены. Ученые годами "потрошили" решения новозеландского гения, надеясь найти ошибки и избавиться от того, что не укладывалось в их головах. Однако последующие проверки лишь подтверждали математическую безупречность модели.
От теории к реальности
Сегодня мы знаем, что черные дыры действительно существуют. Астрономы изучают их по косвенным признакам: аккреционные диски (те самые "кольца", которые описывал Керр), интенсивное излучение от падающей материи, гравитационные волны от их слияний и влияние на орбитальное поведение и даже форму близлежащих звезд.
В 2019 году проект Event Horizon Telescope получил первое в истории изображение тени сверхмассивной черной дыры в центре галактики M 87, а годом позже ученые получили Нобелевскую премию за исследования этих загадочных объектов.
Но вопрос "работают" ли черные дыры как порталы в другие вселенные, остается открытым. Математика допускает такую возможность, но проверить теорию экспериментально пока невозможно.
Космический тоннель, ведущий в один конец
Даже если Керр был прав, путешествие через черную дыру было бы предприятием с крайне низкими шансами на успех. Представьте: вы разгоняетесь почти до скорости света, пересекаете горизонт событий, где пространство и время искажаются до неузнаваемости, выдерживаете колоссальные приливные силы, способные растянуть ваше тело в атомную нить и... если вам каким-то чудом удастся пролететь через кольцеобразную сингулярность, то где вы окажетесь? В другой части нашей Вселенной? В параллельном мире с иными физическими законами? Куда бы вы ни попали, это будет путешествие в один конец.
Современная квантовая механика предполагает, что реальные черные дыры могут быть даже сложнее, чем предсказывает модель Керра. Квантовые эффекты, вероятно, трансформируют сингулярность во что-то еще более экзотическое.
Так что пока путешествия через черные дыры остаются уделом научной фантастики, но эта идея является научно обоснованной! Так что, возможно, через миллионы лет наши очень далекие потомки не только смогут "обуздать" черные дыры, но и составят целую карту мироздания, зная, куда какой "тоннель Керра" ведет.
После сложного статистического анализа около миллиона галактик группа исследователей из нескольких китайских университетов и Университета Кордовы смогла опубликовать результаты исследования в журнале Nature Astronomy. Более двух лет они работали над проектом, который позволит определять космологические расстояния с новой, большей степенью точности.
В ходе исследования был разработан новый метод обнаружения так называемых барионных акустических колебаний (baryon acoustic oscillations, BAO). Эти волны, существование которых было впервые продемонстрировано в 2005 году, являются одними из немногих следов Большого взрыва, которые все еще можно обнаружить в космосе.
Они распространялись в течение первых 380 000 лет существования Вселенной, распространяясь, как звуковые волны, сквозь материю, настолько горячую, что она вела себя как жидкость, что-то похожее на то, что происходит, когда камень бросают в пруд. Впоследствии Вселенная расширилась и остыла до такой степени, что эти волны застыли во времени.
Самое интересное в этих колебаниях, свидетельствующих о почти всей истории космоса, то, что их точная продолжительность известна, поэтому в настоящее время они очень полезны для измерения космологических расстояний, основанных на расстоянии между галактиками. Поэтому возможность обнаружить их и определить их размер имеет первостепенное значение для правильного отображения Вселенной до очень удаленных точек.
«Результаты этого исследования теперь позволяют нам обнаруживать эти волны с помощью нового и независимого метода. Объединив эти два метода, мы можем определять космические расстояния с большей точностью», — объяснил Антонио Х. Куэста (Antonio J. Cuesta), научный сотрудник физического факультета Университета Кордовы и единственный испанский автор исследования.
В этом новом исследовании с использованием статистических методов была проанализирована база данных, содержащая примерно один миллион галактик. При этом уделялось особое внимание двум совершенно разным факторам: эллиптичности галактик и плотности вокруг них.
Что касается ориентации, галактики обычно растягиваются туда, где находится большее количество других галактик, из-за притяжения гравитации, но во Вселенной есть определенные места, где этот эффект не столь интенсивен. «Именно в тех точках, где галактики не указывают туда, куда им следует, статистика говорит нам, что расположены барионные акустические колебания, поскольку эти волны также действуют как точки гравитационного притяжения», — объяснил Антонио Дж. Куэста.
«Первое практическое применение, которое может иметь это исследование, — это более точно установить, где расположены галактики и расстояние между ними и Землей, но, в некотором смысле, мы также заглядываем в прошлое», — пояснил исследователь.
Этот новый подход к барионным акустическим колебаниям, ключ к ответу на некоторые важные вопросы о Вселенной, который открывает новые двери в мир астрономии. Установление космологических расстояний, в свою очередь, дает новые сведения об истории расширения Вселенной и помогает нам понять ее состав с точки зрения темной материи и энергии, двух самых неуловимых и загадочных компонентов космоса.
Астрономы впервые подтвердили существование тонкой атмосферы у транснептунового объекта, не считая самого Плутона. Ранее считалось, что среди подобных тел только карликовая планета способна удерживать заметную газовую оболочку.
Транснептуновые объекты (ТНО) – это небольшие ледяные тела, вращающиеся вокруг Солнца за орбитой Нептуна. В статье в Nature Astronomy, исследователи под руководством Ко Ариматсу из Национальной астрономической обсерватории Японии описывают (612533) 2002 XV93 – ТНО с очень разреженной атмосферой.
Ариматсу пояснил, что транснептуновые объекты настолько холодные и удалённые, что учёные долгое время считали их в значительной мере неизменными и неактивными, из-за чего Плутон выделялся на их фоне.
Наш результат показывает, что даже гораздо меньший объект, всего около 500 километров в поперечнике, может иметь атмосферу, по крайней мере временно. Подобные открытия демонстрируют, что внешняя Солнечная система может быть более динамичной, чем мы ожидали.
Объект 2002 XV93 относится к классу плутино и вращается на расстоянии около 38 астрономических единиц от Земли – примерно 5,6 миллиарда километров. Это ставит его на дистанцию, сопоставимую с орбитой Плутона.
Команда не получала прямых снимков атмосферы 2002 XV93. Открытие стало результатом наземных наблюдательных кампаний с участием как профессиональных, так и астрономов-любителей на четырёх обсерваториях в Японии. Учёные зафиксировали звёздное покрытие – явление, при котором объект Солнечной системы проходит перед фоновой звездой.
Если у объекта нет атмосферы, свет звезды должен исчезнуть и появиться резко. Если атмосфера есть, свет звезды может преломляться за счёт рефракции и меняется более плавно.
Когда команда заметила признаки именно второго сценария, исследователи приступили к анализу полученных кривых блеска. Они проверили три упрощённые модели атмосферного состава, сопоставив их с результатами предыдущих исследований. В итоге учёные пришли к выводу, что атмосферная рефракция лучше всего объясняет наблюдаемые данные.
Результаты бросают вызов устоявшимся представлениям о транснептуновых объектах (ТНО). Считалось, что они слишком малы, чтобы "удерживать наблюдаемую атмосферу" в течение продолжительного времени. Согласно научной статье, "несмотря на целенаправленные поиски с помощью звёздных покрытий", ни один крупный ТНО, кроме Плутона, не демонстрировал измеримой атмосферы.
Планетологи заинтересованы в обнаружении таких атмосфер, ведь они "контролируют, как переносится тепло, как поверхностные льды испаряются или замерзают, как вещество улетучивается в космос и как поверхность эволюционирует со временем", отметил Ариматсу. Даже если атмосфера ТНО далека от земной, понимание её наличия позволяет учёным лучше разобраться в том, как летучие вещества вроде метана, азота или угарного газа перемещаются внутри и за пределы космического тела.
Пока остаётся неясным, носит атмосфера объекта временный или постоянный характер. Это может стать предметом дальнейших исследований происхождения газовой оболочки. Возможно, она возникла в результате криовулканической активности внутри ТНО. Другой вариант – столкновение с небольшим ледяным телом.
Если атмосфера была создана ударом, она может рассеяться в течение нескольких ближайших лет. Если же она сохраняется или меняется сезонно, это будет свидетельствовать в пользу постоянного внутреннего источника газа.
Ариматсу добавил, что поразительно, как небольшие изменения в свете звёзд способны раскрыть столь значимые особенности крошечных далёких миров. В дальнейшем команда планирует проводить аналогичные многоточечные кампании по наблюдению покрытий, чтобы выяснить, есть ли у Плутона ещё больше "родственников".
Группа астрономов под руководством Дэвида Ли из Университета Торонто подтвердила открытие десяти потенциальных "тёмных галактик" – объектов со столь слабым звёздным свечением, что традиционные обсерватории практически не способны их зафиксировать. Среди них особое место занимает Кандидат Тёмной Галактики-2 (CDG-2) – структура, которая предположительно на 99% состоит из тёмной материи и лишь на 1% из обычного вещества.
Открытие стало возможным благодаря объединению данных сразу трёх обсерваторий: космического телескопа Хаббла, космической обсерватории Euclid и наземного телескопа Subaru на Гавайях. Ключом к обнаружению галактики стали шаровые скопления – компактные сферические скопления звёзд, удерживаемых вместе гравитацией. Именно они сыграли роль своеобразных маяков в почти абсолютной темноте.
С помощью камер Хаббла исследователям удалось выявить четыре шаровых скопления в скоплении галактик Персей, расположенном в 300 миллионах световых лет от Земли. Дополнительные наблюдения с помощью Euclid и Subaru позволили зафиксировать слабое свечение вокруг этих скоплений – отблески галактики с едва различимыми следами звёздного света. Суммарная светимость CDG-2 эквивалентна излучению одного миллиона звёзд, подобных Солнцу, а сами четыре шаровых скопления составляют 16% от всего видимого содержимого объекта.
Расширенный статистический анализ показал, что 99% массы CDG-2 приходится на тёмную материю. Обычное вещество – в том числе водород, необходимый для звёздообразования, – по всей видимости, было "выметено" из галактики гравитационными взаимодействиями с соседними галактиками в скоплении Персей.
Авторы исследования характеризуют свидетельства галактической природы CDG-2 как "исключительно убедительные" – это первая галактика, обнаруженная исключительно по наличию соседних шаровых скоплений, и один из наиболее богатых тёмной материей объектов из когда-либо зафиксированных.
Шаровые скопления оказались надёжным инструментом поиска подобных объектов – их высокая плотность звёзд защищает их от гравитационного приливного разрушения, что позволяет им сохраняться даже в галактиках, практически лишённых обычного вещества.
Этот метод, по мнению учёных, может открыть путь к систематическому поиску других "галактик-призраков" во Вселенной – объектов, которые при стандартных подходах просто остаются невидимыми.
До возможного первого полёта обновлённой ракеты Starship остаётся около недели, однако испытания на площадке SpaceX в Техасе пошли совсем не по плану. В воскресенье на объекте Starbase произошёл сильный взрыв в ходе тестирования системы водяного орошения, и всё это попало в прямую трансляцию NASA Spaceflight.
На видео видно, как в районе фермы орошения огромные потоки воды бьют вверх, а некий неопознанный объект – предположительно газовый сгоратель – оказывается выброшен за пределы испытательной зоны. Через несколько секунд система, судя по всему, автоматически отключилась.
Система водяного орошения предназначена для поглощения тепла и кинетической энергии при запуске ракеты. Ещё на прошлой неделе SpaceX сообщала о проблемах с ней – незадолго до этого компания опубликовала мини-документальный сериал "Test Like You Fly", посвящённый сложностям разработки полностью многоразовой ракеты.
В первом эпизоде сериала раскрывалась конкретная проблема: во время двух попыток статического огневого испытания ускорителя B19 наземное вспомогательное оборудование системы орошения дважды уходило в автоматическое аварийное отключение. Речь идёт о массивной стальной плите, установленной под орбитальной стартовой платформой – она выбрасывает потоки воды под давлением в момент зажигания двигателей.
Насколько воскресный инцидент повлияет на сроки предстоящего тестового полёта – пока неизвестно. Starship версии 3 запланирован к запуску 12 мая, запасная дата – 13 мая.
История взаимоотношений SpaceX с системой орошения началась после катастрофического первого полёта Starship 20 апреля 2023 года. Тогда ракета стартовала вовсе без этой системы, что привело к серьёзным разрушениям стартового стола: взрывная волна и обломки разлетелись далеко за пределы площадки. После этого инженеры SpaceX в сжатые сроки спроектировали и построили мощную систему орошения, первые испытания которой прошли в июле 2023 года. По проекту, она способна подавать до 1.3 миллиона литров воды во время зажигания и старта, причём большая часть воды испаряется под воздействием температуры двигателей.
Starship V3 – более крупная и мощная версия мегаракеты – уже неоднократно переносил дату дебютного полёта. Глава SpaceX Илон Маск в начале года называл вторую неделю марта, затем старт сдвинулся на апрель, а теперь целевой датой стало 12 мая. Параллельно в апреле на испытательном полигоне в Макгрегоре во время теста двигателей Raptor произошёл ещё один крупный взрыв: предположительная аномалия двигателя привела к мощному столбу дыма и последующему взрыву на испытательном стенде.
Взрывы, аварийные отключения и нештатные ситуации давно стали неотъемлемой частью философии SpaceX – "падай быстро, учись быстро". Вопрос лишь в том, успеет ли команда устранить все проблемы до намеченной даты старта.
Комментарии