Большая часть космических снимков, которые мы видим сегодня, поступает от телескопа "Джеймс Уэбб", однако сейчас речь пойдёт о другом инструменте. Новый эпичный кадр представляет собой фрагмент более крупного снимка, полученного телескопом Euclid Европейского космического агентства.
Euclid в основном занимается изучением тёмной Вселенной, но в данном случае его перенаправили на так называемый галактический балдж. Так астрономы называют выпуклый, плотно заполненный звёздами центр Млечного Пути.
Снимок имеет не только эстетическую ценность. Он послужит отправной точкой для следующей миссии NASA, старт которой запланирован на конец лета, когда космический телескоп "Нэнси Грейс Роман" приступит к пятилетней программе по отслеживанию изменений звёзд и других небесных объектов в небольшой части балджа.
Наличие дополнительного контекста об этой области от Euclid ещё до того, как "Роман" начнёт собирать собственные данные, даст исследователям больше информации, чем мог бы предоставить каждый телескоп по отдельности.
Джейсон Роудс, старший научный сотрудник Лаборатории реактивного движения NASA в Южной Калифорнии и участник американских команд проектов Euclid и "Роман" сказал:
Добавление снимка Euclid к будущему обзору "Роман" поможет нам лучше составить карту нашей галактики и проще обнаруживать труднонаходимые космические сокровища, такие как одиночные чёрные дыры и блуждающие планеты.
Помимо научной пользы, снимок Euclid также напоминает, насколько огромное количество звёзд содержится в этом плотно упакованном центре галактики.
Международная группа астрономов обнаружила следы древней карликовой галактики, поглощённой Млечным Путём на ранних этапах его формирования. Исследование опубликовано в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, а саму потерянную систему учёные назвали Локи в честь скандинавского бога.
Открытие основано на анализе 20 древних звёзд в окрестностях Солнца. Все они движутся по необычным орбитам, проходящим близко к плоскости галактики, хотя подобные металлобедные объекты обычно встречаются в галактическом гало – сферической области, окружающей спиральный диск. Именно расположение и стало первой странностью.
Звёзды относятся к категории металлобедных, то есть содержат крайне малое количество тяжёлых элементов вроде железа. Такие они формировались на заре Вселенной, когда первые поколения звёзд состояли почти полностью из водорода и гелия. Концентрация металлов в звезде помогает астрономам оценить её относительный возраст.
Химический "почерк" 20 объектов оказался почти идентичным. Разброс содержания магния, кальция и титана у этих звёзд значительно меньше, чем в галактическом гало, и сравним с показателями внутри одной карликовой галактики.
Авторы работы отмечают, что подобный химический разброс характерен именно для замкнутой системы.
Анализ выявил следы мощных космических катаклизмов в истории звёзд:
взрывы высокоэнергетических сверхновых и гиперновых
слияния нейтронных звёзд
участие быстро вращающихся массивных звёзд
При этом следов взрывов белых карликов учёные не нашли совсем. Так как формирование белого карлика занимает миллиарды лет, отсутствие таких сигнатур говорит о том, что родительская карликовая галактика просуществовала недолго и не успела породить подобные объекты.
Странности добавляет и направление движения звёзд. Одиннадцать из них движутся по прямому орбитальному направлению, совпадающему с вращением Млечного Пути, а девять – по обратному. Объяснение, предложенное исследователями, сводится к "ранней аккреции".
Локи слилась с Млечным Путём более 10 миллиардов лет назад, когда орбитальная структура нашей галактики ещё была хаотичной, и звёзды поглощённой системы оказались перемешаны.
Чтобы проверить, происходили ли все 20 звёзд из одной системы или из двух разных, команда обратилась к космологическим симуляциям высокого разрешения NIHAO-UHD. Карликовые галактики делятся на ультратусклые с ограниченным химическим обогащением и классические, более крупные и способные удерживать продукты звёздных взрывов.
Авторы работы признают, что Локи может объяснять только часть загадки. Часть металлобедных звёзд вблизи диска могла сформироваться внутри ранней галактики, а не прийти извне, и стандартные химические инструменты для разделения этих популяций на столь древних металличностях работают плохо. Прояснить картину должны будущие крупные спектроскопические обзоры WEAVE и 4MOST.
Новое исследование предполагает, что Млечный Путь и вся Местная группа галактик расположены в обширном "листе" темной материи, окруженном космическими пустотами с обеих сторон. Открытие может объяснить загадочное движение близлежащих галактик, которое противоречит гравитационному влиянию соседних областей.
Работа, опубликованная в Nature Astronomy, связана с открытием американского астронома Эдвина Хаббла почти столетие назад о том, что вселенная расширяется. Хаббл заметил, что практически каждая наблюдаемая галактика удаляется от Земли со скоростью, пропорциональной расстоянию.
Однако существовало заметное исключение – Андромеда, ближайшая крупная галактика к нашей, которая движется в нашу сторону. Это озадачивало астрономов, так как Андромеда, Млечный Путь и десятки других близлежащих галактик гравитационно связаны друг с другом, формируя Местную группу. Огромная гравитация группы должна притягивать все составляющие её галактики друг к другу, а не только Андромеду.
Чтобы решить давнюю астрономическую загадку, исследователи создали "виртуального двойника" Местной группы и десятков других галактик за её пределами. Команда симулировала эволюцию с нуля на основе наблюдений космического микроволнового фона – остаточного света от Большого взрыва, что позволило определить начальные условия. Затем движения симулированных галактик сравнили с реальными аналогами и обнаружили совпадение.
Виртуальный двойник оказался точным. Исследователи выяснили, что симуляция имеет смысл только в том случае, если вся Местная группа находится в огромном "листе" темной материи миллионы световых лет в поперечнике. Темная материя – невидимое и всё ещё гипотетическое вещество, которое, как считается, составляет около 85% всей массы во вселенной.
Астрономы впервые выдвинули гипотезу о существовании темной материи, наблюдая, что вся видимая материя в галактиках недостаточна для удержания их вместе. Темная материя обеспечивает гравитационный каркас, необходимый для поддержания всего на месте, оставаясь невидимой и не взаимодействуя с обычной материей. Стандартная модель космологии утверждает, что целые галактики "подвешены" в огромных сгустках темной материи, называемых гало, с массой, возможно, в триллионы раз превышающей массу Солнца.
Традиционно считается, что эти гало представляют собой гигантские комковатые сферы, а не огромный "лист", как предполагают исследователи. Однако команда утверждает, что плоская геометрия даёт аккуратное объяснение поведению близлежащих галактик.
В листоподобной геометрии соотношение скорости и расстояния зависит не только от заключенной массы, как в сферическом случае, но также от массы на больших расстояниях.
Масса на дальних краях листа темной материи слегка тянет всё внутри наружу, тогда как за границами плоскости находится пустота без галактик.
Ведущий автор исследования Эвауд Вемпе из Института Каптейна в Гронингене, Нидерланды, называет работу первой оценкой распределения и скорости темной материи в Местной группе.
Мы исследуем все возможные локальные конфигурации ранней вселенной, которые в конечном итоге могли привести к Местной группе. Замечательно, что теперь у нас есть модель, согласующаяся с текущей космологической моделью с одной стороны и с динамикой нашего локального окружения с другой.
Открытие требует дальнейшего подтверждения независимыми наблюдениями других галактических групп. Исследователи планируют использовать данные космических телескопов для проверки листоподобной структуры темной материи за пределами Местной группы.
Она порождает периодические изменения миллиметрового излучения от диска
Схема модели аккреционного диска вокруг Стрельца А*, содержащего горячую точку
Астрономы обнаружили горячую точку, вращающуюся внутри аккреционного диска вокруг сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики. На объект указала синусоидальная периодическая модуляция излучения от диска, обнаруженная в данных наземного радиотелескопа ALMA. Препринт работы доступен на сайте arXiv.org.
Стрелец A* — компактный радиоисточник, связанный со сверхмассивной черной дырой в центре Млечного Пути, обладающей массой 4,29 миллиона масс Солнца. На ее существование сначала указали параметры движения звезд, а окончательно наличие черной дыры подтвердило изображение ее тени, полученное проектом EHT (Event Horizon Telescope).
Наблюдения за этой черной дырой, окруженной аккреционным диском, и ее окрестностями позволяют проверять предсказания Общей теории относительности и изучать физику аккреции вещества на черную дыру и механизмы ускорения частиц вблизи нее. Важную роль в исследованиях играет мониторинг переменности излучения от Стрельца А* на разных длинах волн, который позволяет определять геометрию внутренней части аккреционного диска и выявлять всплески темпа аккреции.
Группа астрономов во главе с Кадзуки Янагисавой (Kazuki Yanagisawa) из Университета Кэйо проанализировала данные наблюдений наземной системы радиотелескопов ALMA в миллиметровом диапазоне за Стрельцом А*, полученные в период с 2015 по 2022 год. Ученые искали в данных случаи периодической переменности излучения, которые указали бы на особенности структуры аккреционного диска вокруг черной дыры.
Кривые блеска Стрельца А* по данным ALMA
В ходе анализа данных ALMA за июль 2021 года обнаружилась редкая, но однозначная и когерентная синусоидальная модуляция потока излучения с периодом 52,28 минуты. Лучше всего такую переменность излучения объясняет модель горячей точки (локализованных пузырей очень горячей плазмы) внутри аккреционного диска, которая движется по орбите с радиусом в 4 гравитационных радиуса от черной дыры, при этом земной наблюдатель смотрит на диск под небольшим наклоном. Расчеты также показали, что на полученный результат мало влияют неопределенности, связанные с эффектами Общей теории относительности (например, искривление траекторий фотонов) и истинными размерами горячей точки.
Орбита горячей точки располагается за пределами самой внутренней устойчивой круговой орбиты и сопоставима с диаметром излучающего кольца на изображении тени черной дыры от EHT, а также согласуется с данными наблюдений телескопа VLT за Стрельцом А*. По мнению исследователей, это говорит о том, что возникающие в почти плоском аккреционном диске горячие точки могут играть ключевую роль в переменности излучения Стрельца А*.
Еще одним интересным открытием, сделанным в ходе наблюдений за переменностью излучения Стрельца А*, стало обнаружение вблизи черной дыры намагниченного облака плазмы.
В 2020 году австралийский радиотелескоп ASKAP зафиксировал странный сигнал ASKAP J173608.2-321635, источник которого скрывался в направлении центра Млечного Пути. Сначала казалось, что это рядовое явление, так как космос полон радиоисточников: пульсары, квазары, остатки сверхновых.
Однако чем больше данных накапливалось, тем очевиднее становилось, что "нечто", породившее сигнал ASKAP J173608.2-321635, не похоже ни на что известное науке.
Космический хаос
Космические источники излучения обычно предсказуемы. У каждого типа объектов есть свой "почерк". Например:
Пульсары вращаются вокруг своей оси с точностью атомных часов — от одного оборота за несколько секунд до нескольких сотен оборотов в секунду.
Звезды в двойных системах регулярно затмевают друг друга, создавая периодические провалы в яркости. Цикл повторяется раз за разом.
Пульсирующие переменные звезды меняют светимость из-за поочередного расширения и сжатия внешних слоев и изменения их температуры. Этот процесс подчиняется законам звездной физики и полностью предсказуем.
Даже квазары, питаемые сверхмассивными черными дырами и демонстрирующие на первый взгляд хаотичное поведение, подчиняются статистическим закономерностям.
ASKAP J173608.2-321635 игнорирует все правила.
Объект может молчать три недели, а потом внезапно вспыхнуть на пять дней. Затем полугодавая тишина, которая сменится вспышкой, длящейся всего несколько часов. И вновь тишина. За пять лет наблюдений астрономы зарегистрировали десятки активных фаз — ни одна не повторила предыдущую ни по длительности, ни по мощности.
Это не просто нерегулярность. Это полное отсутствие какой-либо систематичности.
Примечательно, что между периодами активности объект не тускнеет постепенно. Он "выключается" мгновенно и полностью.
Представьте радиоисточник как лампочку. Обычные переменные объекты ведут себя как лампы с диммером — плавно становятся ярче или тусклее. А вот ASKAP J173608.2-321635 работает как обычная лампа накаливания: щелк — горит, щелк — не горит. Никаких промежуточных состояний.
Такое поведение противоречит физике большинства известных астрономических процессов, которые имеют инерцию и не могут "выключаться" мгновенно.
Призрак в радиодиапазоне
Одна из самых загадочных особенностей объекта — его избирательность по длинам волн. ASKAP J173608.2-321635 излучает исключительно в узком радиодиапазоне около 1 гигагерца. Астрономы, в попытках понять природу аномалии, наводили на эту область:
Рентгеновские телескопы — ничего;
Инфракрасные обсерватории — пусто;
Оптические телескопы — тишина;
Ультрафиолетовые детекторы — ноль.
Объект буквально неуловим во всех диапазонах, кроме радио.
Следовательно, это исключает практически все кандидатов:
Пульсары светятся постоянно во всем спектре — от радио до гамма-лучей. Они не могут "спрятаться".
Магнетары (сверхнамагниченные нейтронные звезды) производят мощнейшие рентгеновские вспышки, которые невозможно не заметить.
Переменные звезды видны в оптическом (видимом) диапазоне по определению — это же звезды.
Черные дыры и нейтронные звезды с аккреционными дисками разогревают падающее вещество до миллионов градусов. Такой объект сияет в рентгене ярче прожектора.
Что может излучать только в радио и быть абсолютно невидимым во всех остальных диапазонах? Астрономы не знают.
Первое предположение — необычный пульсар с нестабильным вращением. Возможно, его магнитное поле устроено так, что луч излучения "мигает" непредсказуемо.
Проблема: пульсары не "выключаются" полностью. Их сигнал может ослабевать, но полностью исчезать на недели, а то и месяцы — это за гранью известной физики нейтронных звезд.
Версия 2: магнетар в спящем режиме
Магнетары периодически "просыпаются", производя всплески активности в виде радиоволн. Может быть, перед нами такой случай?
Проблема: магнетары обязательно излучают в рентгеновском и гамма-диапазонах. Даже в спокойной фазе их рентгеновское свечение регистрируется. Здесь его нет вообще.
Версия 3: двойная система с затмениями
Возможно, это пара объектов, где один периодически заслоняет излучение другого?
Проблема: Затмения в двойных системах происходят регулярно, с четким периодом обращения. Здесь никакой периодичности нет.
Версия 4: белый карлик с аномальным магнитным полем
Некоторые белые карлики обладают чрезвычайно сильными магнитными полями и могут производить радиовспышки.
Проблема: белые карлики горячие — их можно наблюдать в ультрафиолетовом и видимом диапазонах. Объект ASKAP J173608.2-321635 невидим в этих спектрах.
Версия 5: коричневый карлик с радиовспышками
Коричневые карлики — "неудавшиеся звезды" — иногда производят мощные радиовсплески из-за магнитной активности.
Проблема: коричневые карлики излучают преимущественно в инфракрасном диапазоне. Они недостаточно горячи для того, чтобы наблюдать их в оптические телескопы, но по ИК-излучению их легко найти. Здесь инфракрасного излучения нет.
В настоящее время научное сообщество склоняется к радикальной гипотезе: мы нашли нечто, для чего у нас нет теоретической модели. Вероятно, мы столкнулись с новым классом космических объектов, который выходит за рамки наших стандартных классификаций.
История науки знает такие примеры. Например, когда в 1967 году открыли первый пульсар, то астрономы были так поражены, что устроили масштабную проверку данных — сигнал был настолько регулярным, что его даже в шутку назвали LGM-1 (Little Green Men — "маленькие зеленые человечки"). Потребовалось время, чтобы понять: это быстровращающаяся нейтронная звезда.
А когда в 1960-х годах обнаружили первые квазары, то их яркость казалась невозможной, а удаленность от Земли — просто запредельной. Потребовались десятилетия исследований, чтобы ученые осознали, что имеют дело со сверхмассивными черными дырами, активно пожирающими окружающую материю.
Возможно, ASKAP J173608.2-321635 — начало новой главы в астрономии.
