За более чем 7 лет работы наземной обсерватории HAWC для слежения за космическими лучами учёные обнаружили 98 мощнейших гамма-лучей за всю историю наблюдения за нашей галактикой. Частицы предположительно пришли от одного источника, происхождение которого остаётся неизвестным. В месте ожидаемого рождения частиц с рекордно высокой энергией нет видимых источников, способных придать частицам зарегистрированное ускорение.

Центр Млечного Пути в инфракрасном и радиодиапазоне. Источник изображения: Judy Schmidt/Flickr, CC BY 2.0

В 2015 году в Мексике вступил в строй весь массив детекторов обсерватории HAWC (High Altitude Water Cherenkov experiment или, по-русски, Высокогорный эксперимент по поиску эффекта Черенкова). Это массив из трёх сотен чанов с почти двумя сотнями тонн воды с высочайшей степенью очистки. Почти сто лет назад — в 1934 году — советские физики Павел Черенков и Сергей Вавилов открыли эффект слабого свечения в жидкости при взаимодействии с гамма-излучением. Гамма-лучи выбивали электроны и разгоняли их до скоростей, превышающих скорость света в воде, что вызывало свечение.

Детекторы HAWC используют этот принцип для регистрации космических лучей на Земле. Сами гамма-частицы не долетают до поверхности планеты. Детекторы регистрируют продукты их распада (взаимодействия) с частицами атмосферы. По следам разлёта можно вычислить энергию исходных гамма-частиц и примерную область неба, откуда они прилетели.

Часто высокоэнергетические частицы связывают с понятием природного ускорителя — певатрона. Это сочетание понятий петаэлектронвольт и ускорение. Это тот уровень энергий, выше которого регистрируемые частицы могут иметь внегалактическое происхождение (они способны преодолевать галактические магнитные поля и покидать галактику). В то же время в нашей галактике есть источники частиц с энергией, близкой к ПэВ, а значит, и наши родные певатроны. Например, таковым считается Крабовидная туманность — останки взорвавшейся тысячу лет назад сверхновой.

В общем случае певатроном — сверхускорителем частиц — могут быть нейтронные звёзды, чёрные дыры, вспышки сверхновых и другие объекты и явления с мощными магнитными полями. Сложность их обнаружения заключается в том, что магнитные поля искривляют траектории частиц. Но это также служит источником данных о мощных физических явлениях во Вселенной, чего невозможно достичь в лабораторных условиях на Земле.

Неизвестный источник мощнейших гамма-лучей в центре нашей галактики получил название HAWC J1746-2856. Все 98 случаев регистрации его излучений превысили энергию 100 ТэВ. «Эти результаты позволяют заглянуть в центр Млечного Пути с энергией на порядок выше, чем когда-либо наблюдалось ранее», — поясняют физики.

Квазары — это активные ядра галактик, представляющие собой сверхмассивные чёрные дыры, которые непрерывно поглощают падающее на них вещество. Как же удивились учёные, когда в ранней Вселенной космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил квазары без регистрируемого окружения из вещества. Такое просто невозможно, чтобы сияние квазаров через миллиарды лет наблюдалось и возникло в полной пустоте.

Художественное представление квазара. Источник изображения: NASA/JPL–Caltech

«Вопреки предыдущему мнению, мы обнаруживаем, что в среднем эти квазары не обязательно находятся в областях ранней Вселенной с наибольшей плотностью. Некоторые из них, кажется, находятся неизвестно где, — поделилась в заявлении доцент физики Массачусетского технологического института Анна-Кристина Эйлерс (Anna-Christina Eilers). — Трудно объяснить, как эти квазары могли вырасти такими большими, если кажется, что им нечем питаться».

Современная космология предполагает, что космическая паутина из нитей тёмной материи и её сгустков в узлах способствовала концентрации обычного вещества и его превращению в звёзды, галактики и всё остальное. Сделанные с помощью обсерватории им. Джеймса Уэбба открытия вносят неопределённость в эти гипотезы и теории. «Уэбб» смог заглянуть на глубину до 13 и более миллиардов лет назад, когда материя во Вселенной образовала первые галактики, а эти галактики, а также сверхмассивные чёрные дыры в их центрах, оказались неожиданно большими. Согласно стандартной модели, они просто не успели бы эволюционировать до регистрируемых размеров.

Мало было этих проблем, как вскрылись новые. Учёные изучили пять самых ранних из открытых квазаров на этапе 600–700 млн лет после Большого взрыва. Исследователей волновал вопрос — чем они питаются, если стали такими большими уже на ранних этапах своей эволюции? Оказалось, что некоторые квазары вообще не имеют регистрируемого вещества в пределах своего «ареала обитания». Их яркость и аккрецию вещества вообще ничем нельзя объяснить. На целом ряде длин волн учёные не обнаружили признаков материи.

Логично было бы ожидать, что квазары в ранней Вселенной обнаруживаются в областях узлов тёмной материи, где много, например, видимых галактик. Но рядом с некоторыми из наблюдаемых квазаров было всего 2 галактики, а рядом с другими — 50 и более. Это говорит о том, что супермассивные чёрные дыры (квазары) выросли на неизвестном науке механизме эволюции, который ещё предстоит открыть. Не исключено, что новые наблюдения помогут зарегистрировать рядом с квазарами холодные скопления газа и пыли, но это всё равно плохо укладывается в современные космологические представления.

Земная космонавтика служит источником мощных направленных радиосигналов, которые вполне способны достичь иных миров и стать доказательством существования разумной жизни на нашей планете, если кого-то там это интересует. Таким же образом можно попытаться найти признаки разумной жизни в иных мирах, если поискать следы инопланетных космических программ. Лучшим кандидатом для поиска стала близлежащая система TRAPPIST-1, которую внимательно прослушали.

Источник изображения: Zayna Sheikh / newatlas.com

В системе TRAPPIST-1 обнаружены признаки не менее семи экзопланет, часть которых находится в зоне обитания местной звезды. Она удалена от Земли на 40 световых лет и удобна для наблюдения. Если в этой системе существует развитая цивилизация и она уже доросла до космических полётов, то это должно сопровождаться интенсивным радиообменом между материнской планетой и станциями по изучению других миров в системе.

И хотя 40 световых лет — это приличное расстояние, чтобы искусственный радиосигнал затух или потерялся в шумах, направленное и усиленное для космоса сообщение вполне может долететь до Земли. В этой ситуации главное — это оказаться на прямой линии между материнской планетой в системе TRAPPIST-1, местной для этой системы изучаемой планетой и Землёй. Такие события достаточно часты, чтобы за ними можно было проследить. Учёные из проекта SETI в сотрудничестве с коллегами из Университета Пенсильвании вычислили такие окна и провели 28-часовое прослушивание объекта.

Сканирование пространства в направлении системы TRAPPIST-1 дало миллионы радиосигналов. Фильтры оставили наиболее перспективные из них, которых оказалось 11 127. Из этого числа 2264 сигнала пришлись на время «противостояния» Земли и двух планет в инопланетной системе. Детальный разбор оставшихся радиосигналов не нашёл в них признаков искусственного происхождения.

«Методы и алгоритмы, которые мы разработали для этого проекта, в конечном итоге могут быть применены к другим звёздным системам и увеличить наши шансы найти регулярную связь между планетами за пределами нашей Солнечной системы, если они существуют», — сказал Ник Тусей (Nick Tusay), первый автор исследования. Одна неудача не означает провала. Наконец, никто не обещал, что в системе TRAPPIST-1 непременно есть разумная жизнь на уровне космической цивилизации.

Расположенный всего в 100 световых годах от Земли мир GJ 9827 d удивил учёных. Его атмосфера более чем на 30 % состоит из водяного пара. Учёным ещё не попадались подобные экзопланеты, атмосфера которых была бы насыщена «тяжёлыми» молекулами. Что огорчает, известная нам по Земле биологическая жизнь не сможет выжить в таких условиях — для этого там слишком горячо.

Источник изображения: Robert Lea / Canva / space.com

Экзопланета GJ 9827 d была обнаружена в 2017 году космическим телескопом «Кеплер». Она размещается всего в 8,4 млн км от своей звезды — это 6 % расстояния от Земли до Солнца. Экзопланета в два раза больше Земли и в три раза массивнее её. Такие экзопланеты называют субнептунами. В данном случае — это тёплый субнептун. Год на GJ 9827 d длится чуть больше шести земных суток. В системе обнаружены ещё две экзопланеты, но эта оказалась самой перспективной для пристального внимания учёных.

Последующие наблюдения за GJ 9827 d в 2023 году с помощью телескопа «Хаббл» выявили первые намёки на присутствие в атмосфере водяного пара, что сразу повысило интерес к объекту. Использование спектральных приборов «Джеймса Уэбба» позволило более детально изучить состав окружающей её газовой оболочки. Это стало возможным в процессе прохождения экзопланеты по лику родной звезды, когда свет последней на определённых длинах волн поглощался в атмосфере GJ 9827 d. Открытием стало обнаружение не просто молекул воды в атмосфере экзопланеты — она буквально тонула в водяном паре, процентное содержимое которого учёные оценили более чем 31 %.

«Мы впервые видим нечто подобное, — сказал один из авторов работы, Эшан Рауль (Eshan Raul ). — Планета [её атмосфера], по-видимому, состоит в основном из горячего водяного пара, что делает её тем, что мы называем "паровым миром". Для ясности, эта планета не гостеприимна, по крайней мере, для тех видов жизни, с которыми мы знакомы на Земле».

Команда считает, что предстоит открыть ещё много миров, подобных GJ 9827 d, предполагая, что паровые планеты и водные миры могут оказаться очень распространёнными.

На сегодняшний день нет ни одного подтверждённого обнаружения экзолуны — есть лишь несколько кандидатов на роль спутников далёких экзопланет. Тем ценнее сделанное астрономами открытие, которое может стать первым обнаружением экзолуны, похожей на вулканический спутник Юпитера Ио. Этот спутник может вращаться вокруг экзопланеты WASP-49b, удалённой от Земли на 635 световых лет. Однако необходимы новые наблюдения, чтобы твёрдо доказать этот факт.

Художественное представление экзопланеты, экзолуны и звезды. Источник изображения: NASA

Нечто необычное в поведении планеты WASP-49b — газового гиганта размерами с Сатурн — учёные NASA обнаружили ещё в 2017 году. Недавно, уже будучи сотрудником Калифорнийского технологического института, бывший учёный NASA Апурва Оза (Apurva Oza) вместе с коллегами из Южной европейской обсерватории и другими исследователями заново изучил поведение далёкой системы. Планета WASP-49b совершает один оборот вокруг своей звезды за 2,8 суток. Время от времени рядом с планетой и звездой фиксировалось достаточно большое облако натрия, которое можно было начать изучать как самостоятельный объект.

Длительные наблюдения не позволили привязать облако натрия к какому-либо региону экзопланеты. Оно также не ассоциировалось со звездой и не имело объяснимых механизмов выброса со стороны звезды или самой экзопланеты, в атмосферах которых преобладают водород и гелий. Более того, динамика движения облака указывала на то, что оно перемещается над планетой на расстоянии, в 1000 раз превышающем её радиус. Измерения также показали, что для поддержания облака натрия детектируемой плотности его необходимо выбрасывать со скоростью 100 тонн в секунду.

Моделирование и анализ данных показали, что нечто подобное уже происходит в нашей Солнечной системе. Спутник Юпитера Ио, раздираемый гравитацией планеты и других её спутников, демонстрирует так называемый приливной вулканизм, создавая вокруг Юпитера облако вулканических газов из своих недр. Вокруг WASP-49b также может вращаться свой "Ио", считают учёные. Расчёты показывают, что экзолуна, если это она, совершает полный оборот вокруг WASP-49b за 8 часов. Более того, расчёты говорят, что в таких условиях экзолуна обречена разорваться в гравитационных объятиях планеты и звезды. И всё же, это перспективный кандидат в экзолуны, но без дополнительных наблюдений она останется в статусе кандидата.

Новая работа астрономов на базе наблюдений европейского астрометрического спутника «Гайя» (Gaia) вскрыла недооценку влияния на эволюцию Вселенной блуждающих звёзд. Исследование было направлено на оценку возможностей «Гайи» создавать 3D-карту не только Млечного Пути, но также соседних карликовых галактик за её пределами. Изучение звёзд в Большом Магеллановом Облаке обнаружило 55 «беглянок» и их существенный вклад в ионизацию окружающего газа.

Художественное представление убегающих звёзд. Источник изображения: Danielle Futselaar, James Webb Space Telescope

Исследователи наблюдали за одной из самых больших соседних зон звездообразования — туманностью Тарантул и, конкретно, изучали звёзды в относительно молодом скоплении R136. Это скопление интересно тем, что в нём обнаружена самая массивная из известных на сегодня звёзд (R136a1), масса которой превышает 200 масс Солнца. Самому скоплению примерно 2 млн лет. От Земли оно удалено на 158 тыс. световых лет. Собранные «Гайей» данные говорят, что из этого скопления прочь улетают как минимум 55 звёзд-гигантов.

Астрономы выделили две волны беглянок. Первая начинает отсчёт примерно через 200 тыс. лет после начала массового рождения звёзд в скоплении, а вторая — через 1,8 млн лет. Первая волна звёзд направлена во все стороны от центра скопления, что говорит об одном механизме запуска, тогда как вторая сформировала чётко направленный вектор в одном (северном) направлении. Учёные полагают, что первая волна звёзд получила ускорение, выбросившее их из родного скопления, в первые тысячи лет после рождения, когда в их орбитах был хаос. Вторую волну мог запустить эффект от слияния скопления R136 с другим скоплением, что произошло уже на этапе зрелости.

Данные по убегающим из скопления звёздам за 3 млн лет. Источник изображения: Mitchel Stoop / Nature 2024

По факту переоценки оказалось, что родное скопление покинули до трети самых массивных звёзд — это больше, чем предсказывают модели. Беглянки внесли измеряемый вклад в ионизацию газа как в туманности, так и за её пределами (уж на сколько успели отлететь): от 10 % внутри от числа самых ярких звёзд и до 20 % снаружи. До сих пор при прогнозировании эволюции Вселенной вклад звёзд-беглянок в реионизацию газа в первый миллиард лет после Большого взрыва никак не учитывался. Между тем этот фактор мог оказать существенное влияние на скорость развития звёзд, галактик и самой Вселенной.

Учёные впервые наблюдали серию квазипериодических вспышек в мягком рентгеновском диапазоне от сверхмассивной чёрной дыры вскоре после обнаруженного там же события приливного разрушения звезды чёрной дырой. Ранее столь однозначной связи между этими двумя явлениями не было, что оставляло пространство для научных споров.

Художественное представление приливного разрушения звезды чёрной дырой. Источник изображения: NASA

«Представьте себе пловца, который постоянно ныряет в бассейн и создаёт всплеск каждый раз, когда входит в воду, — пояснил суть проблемы Мэтт Николл (Matt Nicholl) из Королевского университета в Белфасте, Великобритания, ведущий автор исследования, опубликованного в текущем номере журнала Nature. — Звезда в этом сравнении похожа на ныряльщика, а диск [аккреции] — на бассейн, и каждый раз, когда звезда ударяется о поверхность, она создает огромный "всплеск" газа и рентгеновских лучей. Вращаясь вокруг чёрной дыры, звезда повторяет это снова и снова».

Разрушившее звезду приливное явление, известное как AT2019qiz, было впервые обнаружено в 2019 году широкоугольным оптическим телескопом Паломарской обсерватории. В 2023 году астрономы использовали рентгеновский телескоп «Чандра» и телескоп «Хаббл» для изучения последствий разрушения — следов упавшей на чёрную дыру материи в виде активности её аккреционного диска.

Данные «Чандры» были получены в ходе трёх наблюдений, каждое из которых продолжалось 4–5 часов. Общая экспозиция, составившая примерно 14 часов, показала слабый сигнал в начале и в конце наблюдений и очень сильный сигнал в середине цикла. Наблюдения с помощью приборов NICER, обсерватории Swift и индийского телескопа AstroSat позволили установить, что после разрушения звезды в приливном событии AT2019qiz из области чёрной дыры примерно каждые 48 часов исходили слабые вспышки в мягком рентгеновском диапазоне.

Рентгеновские изображения AT2019qiz, полученные 9 и 10 декабря 2023 года. Источник изображения: Matt Nicholl / Nature 2024

Данные обсерватории «Хаббл» в ультрафиолетовом диапазоне помогли понять, насколько увеличился аккреционный диск чёрной дыры за счёт новой порции материи. Учёные предполагают, что диск аккреции увеличился настолько, что в него стал нырять компактный объект — звезда или чёрная дыра, которая вращается по орбите вокруг чёрной дыры, разорвавшей звезду. Помимо того, что учёные могут прояснить один из механизмов возникновения квазипериодических вспышек в рентгеновском диапазоне у чёрных дыр, проделанная работа может помочь получить более чёткое представление о размерах и динамике изменения аккреционного диска у конкретных чёрных дыр.

В августе этого года Китай отправил в космос первые телекоммуникационные спутники Qianfan («Тысяча парусов»), которые будут использоваться для предоставления услуг широкополосного доступа в интернет в составе орбитальной группировки из 14 тыс. аппаратов. Астрономы, наблюдавшие за китайскими спутниками, сообщили, что они гораздо ярче по сравнению с аппаратами, которые запускают западные страны. Это негативно повлияет на работу наземных космических обсерваторий.

Источник изображения: Ourspace

Исследование показало, что яркость китайских спутников колеблется от 8 абсолютных звёздных величин, когда они находятся в ближайшей к Земле точке, до 4 звёздных величин на максимальном удалении от нашей планеты. Это делает космические аппараты достаточно яркими для того, чтобы их можно было увидеть с поверхности Земли невооружённым глазом. Указанное максимальное значение также существенно выше рекомендованных профессиональными астрономами 7 звёздных величин, при которых спутники создают не так много трудностей для наблюдения за космическими объектами из наземных обсерваторий.

«Спутники Qianfan ярче шестой величины, за исключением случаев, когда они наблюдаются на небольших высотах в небе. Таким образом, они будут негативно влиять на профессиональную и любительскую астрономическую деятельность, если операторы не снизят их яркость», — говорится в исследовании.

Исследователи проанализировали изменение яркости спутников в зависимости от высоты их нахождения и выяснили, что оно хорошо согласуется с моделью, когда большая плоская антенна космического аппарата направлена к Земле, тогда как солнечные панели смотрят в противоположную сторону. О китайских телекоммуникационных спутниках известно не так много, и нет никакой информации касательно возможного использования в их конструкции зеркал для отражения света от Земли, подобно тому, что уже применяет SpaceX для снижения яркости своих спутников Starlink.

Авторы исследования надеются привлечь к проблеме внимание общественности, чтобы побудить китайскую сторону внести соответствующие изменения в конструкцию своих спутников для снижения яркости. Пока неясно, отреагирует ли на это исследование компания Shanghai Spacecom Satellite Technology, являющаяся разработчиком аппаратов Qianfan.

Наблюдение за космосом с поверхности Земли осложняют не только китайские спутники. Ранее на этой неделе компания AST SpaceMobile сообщила о завершении процесса развёртывания большой фазированной антенной решётки на первом из пяти спутников BlueBird, доставленных на орбиту 12 сентября. Антенна площадью около 65 м² является одной из крупнейших коммерческих антенн на низкой околоземной орбите, а её яркость в ночном небе также вызывает опасения астрономов. В это же время радиоастрономы заявили, что спутники Starlink создают помехи на низких частотах, поскольку они генерируют значительно более сильные сигналы, чем наблюдаемые учёными объекты.

«Человечество приближается к переломному моменту, когда нам необходимо принять меры, чтобы сохранить наше небо как окно для исследования Вселенной с Земли. Спутниковые компании не заинтересованы в выработке этого непреднамеренного излучения, поэтому его минимизация также должна стать приоритетом в их политике. Starlink — не единственный крупный игрок на низкой околоземной орбите, но у компании есть шанс установить здесь стандарты», — считает представитель обсерватории Square Kilometer Array Федерико Ди Вруно (Federico Di Vruno).

Новая работа астрономов проливает свет на загадку массового образования сверхмассивных чёрных дыр в ранней Вселенной. В нормальных условиях их скорость поглощения вещества не позволила бы им вырасти до наблюдаемых размеров. Альтернативные гипотезы также не объясняют это явление. По крайней мере, новая перепись сверхмассивных чёрных дыр в ранней Вселенной показала гораздо больше таких объектов, чем считалось ранее.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

В новом исследовании с помощью наблюдений «Хаббла» (в отдельной работе это подтвердили наблюдения «Уэбба») астрономы искали сверхмассивные дыры (СЧД) и признаки их существования в первый миллиард лет после Большого взрыва. Так далеко (или так рано) сверхмассивные дыры обнаруживают себя лишь в виде квазаров — активных ядер галактик или, по сути, активно питающихся сверхмассивных чёрных дыр в их центрах.

Проблема в том, что так можно обнаружить далеко не все СЧД. Чёрные дыры могут питаться падающим на них веществом порциями и долгое время оставаться невидимыми на таких расстояниях, ведь в отсутствии аккреции они ничего не излучают. Именно это и обнаружили учёные, о чём они сообщили в статье в Astrophysical Journal Letters. Оказалось, что в ранней Вселенной было намного больше гораздо менее ярких чёрных дыр, чем предполагали предыдущие оценки. Важно, что это может помочь понять, как они образовались, и почему многие из них кажутся более массивными, чем ожидалось.

В новой работе учёные пришли к выводу, что в ранней Вселенной во много раз больше чёрных дыр большой массы, чем считалось ранее. Стандартная космологическая модель не допускает образования такого количества массивных зародышей чёрных дыр из коллапса облаков вещества. На это просто не хватило бы скоплений тёмной материи, которая обеспечила бы схлопывание вещества до рождения наблюдаемого количества массивных чёрных дыр или их зародышей. Тем самым учёные приходят к выводу, что механизм множественного образования сверхмассивных чёрных дыр в ранней Вселенной мог быть также другим.

Альтернативный или добавочный механизм появления зародышей сверхмассивных чёрных дыр учёные предлагают искать в некоторых первичных звёздах. Обычно звезда определённой массы после превращения в сверхновую схлопнула бы своё ядро до превращения в чёрную дыру. Но если в ядро первичной звезды попала бы тёмная материя, то это задержало бы возникновение ядерного синтеза на обычном этапе и позволило бы звезде набрать в тысячи раз большую массу. В итоге её ядро всё равно бы сжалось под действием гравитации и стало чёрной дырой. Но это была бы уже изначально массивная чёрная дыра, динамика питания которой уже хорошо ложится на известную нам эволюцию этих объектов.

В теории астрономы могут обнаружить подобные «тёмные» звёзды и даже застать их в процессе взрыва сверхновых, но это потребует усилий и скоординированных действий многих учёных.

К Земле приблизилась комета C/2023 A3 (Цучиншань-ATLAS), впервые замеченная в январе 2023 года Цучиншаньской обсерваторией в Китае. До этого комета была видна в Южном полушарии, а в ближайшую неделю её могут наблюдать и жители Северного полушария, хотя для этого придётся воспользоваться биноклем или телескопом.

Источник изображения: «Роскомос»

Как сообщили ранее в телеграм-канале «Роскомоса», сейчас самое подходящее время для жителей Северного полушария для наблюдения за кометой. В свою очередь, ресурс BBC утверждает, что с середины октября она будет видна невооружённым глазом. Комета, скорее всего, единственный раз проходит Солнечную систему, — на минимальном расстоянии от Земли ее ждут 12 октября, и она в эти дни будет наиболее яркой.

В отличие от астероидов, как правило, полностью состоящих из камня и минералов, кометы состоят из льда, камня, пыли и газа. По мере приближения к Солнцу тепло превращает лёд в газы, которые вместе с частицами пыли образуют хвост кометы.

«Яркие кометы встречаются довольно редко, поэтому, если у вас появится шанс увидеть одну из них, посмотрите, даже если придётся использовать бинокль, чтобы разглядеть хвост и её особенности. Они абсолютно прекрасны», — советует Роберт Мэсси (Robert Massey), заместитель исполнительного директора Королевского астрономического общества Великобритании. По его словам, самое подходящее время для наблюдений за кометой — примерно с 12 октября, после захода солнца в западном секторе неба.

Мэсси также выразил сомнение по поводу сообщений, что это будет самая яркая комета за последнее столетие. «Будет ли она самой яркой кометой за 100 лет? Я в этом очень сомневаюсь», — сказал он. «Кометы непредсказуемы, и мы не знаем, когда появится следующая, так что не упустите этот шанс», — добавил астроном. Однако в центре погоды «ФОБОС» считают, что «Цзыцзиньшань» станет самой яркой кометой как минимум за последние 27 лет.

Примерно через 4,5 млрд лет Солнце превратится в красного гиганта и сбросит оболочку. В этом катаклизме будут уничтожены все планеты до Марса, включая Землю. Если это кого-то утешит, известная нам жизнь на Земле станет невозможной задолго до этого события. Сброс внешних слоёв Солнца поставит в судьбе нашей планеты последнюю точку, уничтожив её как физический объект. Но шанс уцелеть у Земли есть — как выяснилось, подобное уже было в нашей галактике.

На удалении примерно 4200 световых лет астрономы обнаружили систему белого карлика, у которого обнаружился кандидат в подобные Земле планеты. Белый карлик — это ядро звезды наподобие Солнца. На закате своей жизни звезда превратилась в красного гиганта и сбросила внешнюю оболочку, а ядро сжалось и стало остывать, став белым карликом на миллиарды и миллиарды лет. У этой погибшей звезды нашлась предположительно скалистая планета в 1,9 раз массивнее Земли. Причём планета находится всего в 2 а.е. от своей звезды. Это означает, что разросшийся гигант и удар слетевшей с него оболочки не стёр планету с карты местной системы. Планета пережила гибель центральной звезды, что даёт шанс Земле тоже уцелеть в далёком будущем.

Художественное представление системы белого карлика. Источник изображения: Adam Makarenko / W.M. Keck Observatory

Но это не самое удивительное. Поражает метод, с помощью которого была обнаружена система белого карлика. Ей повезло пройти над очень яркой далёкой звездой (удалённой от Земли на 26 100 световых лет) и оказаться на одной линии, соединяющей Землю и звезду. Тем самым возник эффект микролинзирования. Далёкая звезда вдруг стала ярче в 1000 раз, что засекли астрономы и стали наблюдать за ней.

Наблюдение за небом до, во время и после события микролинзирования. Источник изображения: Keming Zhang et al. / Nature Astronomy, 2024

Проводя измерения в течение нескольких лет, учёные собрали достаточно данных для моделирования состава и параметров системы белого карлика. Лучше всего подошла модель, согласно которой у белого карлика находилась бы землеподобная скалистая планета и коричневый карлик массой около 30 масс Юпитера. Планета должна была обращаться вокруг звезды на удалении 2 а.е., а коричневый карлик — на удалении 20 а.е.

Два варианта организации системы белого карлика и два варианта развития событий поле гибели звезды

До превращения звезды в красного гиганта такая землеподобная планета должна была вращаться вокруг звезды примерно в два раза тяжелее Солнца на удалении около 1 а.е. Но сброс оболочки во время гибели звезды отбросил её. Этот сценарий возможен и для Земли и Солнца. Поэтому он вдвойне интересен земной науке.

Учёные Южной европейской обсерватории представили самую подробную из когда-либо созданных инфракрасных карт нашей галактики Млечный Путь. Карта содержит примерно в 10 раз больше объектов, чем ранее. Новый атлас будет десятилетиями служить учёным источником бесценных данных о нашем ближнем звёздном окружении, что приведёт к множеству удивительных открытий.

Примеры изображения из нового атласа. Источник изображения: ESO

Работа по картированию объектов Млечного Пути велась в два этапа с 2010 года по первую половину 2023 года. Международная команда учёных под руководством сотрудников Южной Европейской обсерватории использовала для наблюдений телескоп VISTA в Чили, в пустыне Атакама. Данные собирались в инфракрасном диапазоне с помощью камеры VIRCAM, что позволяло видеть сквозь пыль и газ, обнаруживать относительно холодные объекты — бурые карлики и блуждающие планеты, а также новорождённые звёзды в коконах из газопылевых облаков.

Собранные учёными изображения охватывают область неба, эквивалентную 8600 полным лунам. Объём собранных данных превысил 500 Тбайт, что стало самым крупным наблюдательным проектом, когда-либо осуществлённым с помощью телескопа ESO. Учёные сделали более 200 тысяч снимков Млечного Пути, на которых запечатлено более 1,5 миллиарда объектов.

«Мы сделали так много открытий, что навсегда изменили представление о нашей галактике», — сообщил Данте Миннити (Dante Minniti), астрофизик из Университета Андреса Белло в Чили, который руководил проектом.

Проделанная работа тем более ценна, что наблюдения в течение 420 ночей, включая повторные съёмки одних и тех же участков, позволили проследить за движением звёзд в пространстве и, таким образом, создать частично трёхмерную карту звёзд в нашей галактике. Учёные также смогли обнаружить больше переменных звёзд, которые являются своеобразной шкалой времени во Вселенной, позволяя точно определять расстояния до объектов. Наконец, инфракрасный диапазон помог заглянуть вглубь Вселенной, в ту область, которую закрывает яркая и насыщенная объектами и пылью центральная часть Млечного Пути.

Подготовка проекта уже привела к появлению 300 научных работ. Использование материалов нового атласа обещает ещё больше исследований и открытий, которые будут удивлять нас в ближайшие годы и в будущем. Самое приятное, что картирование Млечного Пути продолжится на новом уровне. Телескопы ESO вскоре получат новые и ещё более чувствительные приборы для ещё более детального изучения нашего ближайшего звёздного окружения.

Новая работа международной группы астрономов привела к сенсационному выводу: наука до сих пор имела в корне неправильное представление о природе тёмной материи. Большинство моделей тёмной материи предполагает, что она взаимодействует с обычным веществом лишь в пределах гравитации. Наблюдение за шестью сверхкомпактными карликовыми галактиками недалеко от нас показало, что тёмная материя ещё как-то воздействует на вещество.

Симуляция распределения тёмной и обычной материи. Источник изображения: Коллаборация TNG

Невидимой в космосе может быть и обычная материя. Особенность тёмной материи в том, что она никак не взаимодействует с электромагнитным излучением: не поглощает, не отражает и не рассеивает его. Поэтому тёмную материю нельзя обнаружить ни в одном диапазоне, доступном земной науке. Только гравитация больших облаков тёмной материи помогает заподозрить её присутствие в пространстве — она преломляет проходящий рядом свет, как линза.

Но для эволюции Вселенной, галактик и всего остального материального мира тёмная материя необходима, как воздух человеку. Во времена младенчества Вселенной она инициировала концентрацию вещества и способствовала рождению сначала звёзд, а затем галактик. Тёмная материя присутствует повсеместно, но это не делает её легко обнаруживаемой. Однако теперь появился шанс поискать внимательнее. Новое наблюдение заставляет предположить, что тёмная материя взаимодействует с обычным веществом каким-то иным способом, помимо гравитации.

Учёные провели детальный обзор шести сверхкомпактных карликовых галактик, соседствующих с Млечным Путём. Поскольку масса этих галактик была явно больше, чем масса обнаруживаемых в них звёзд, это указывало на присутствие в них тёмной материи. Идея заключалась в том, что расположение звёзд в галактиках будет различаться в зависимости от того, взаимодействуют они с тёмной материей только через гравитацию или также каким-то другим, неизвестным нам способом.

Разница в распределении звёзд по галактике в случае наблюдения (обозначено синим) и если бы тёмная материя никак кроме гравитации не воздействовала на вещество (оранжевым)

Если бы тёмная материя воздействовала на звёзды исключительно посредством гравитации, часть звёзд собралась бы в центре галактик плотной группой, а на периферии наблюдалось бы значительное разрежение. Однако, если бы тёмная материя и обычное вещество испытывали дополнительное воздействие друг на друга, звёзды распределились бы более равномерно по всему диску галактики. В этом случае что-то могло бы препятствовать их скапливанию ближе к центру. Наблюдения за реальными галактиками как раз и показали, что звёзды распределились по галактикам равномерно. Иначе говоря, тёмная материя воздействует на обычное вещество не только посредством гравитационного притяжения.

Это открытие даёт основание для разработки экспериментов по обнаружению других видов взаимодействия тёмной и обычной материи, помимо гравитации. Не исключено, что ранее эта возможность не рассматривалась всерьёз большинством учёных, и в этом направлении работали лишь энтузиасты. Теперь появилась интрига, которая способна разжечь интерес научного сообщества к поиску ответов на загадки тёмной материи в новом направлении.

Удивительно обнаружить атмосферу у планеты за сотни световых лет от нас, но ещё удивительнее засечь разницу между характеристиками атмосферы её полушарий: западного и восточного. Благодаря космической обсерватории им. Джеймса Уэбба это стало возможным.

Экзопланета с асимметричной атмосферой в представлении художника. Источник изображения: University of Arizona

Открытие выглядит ещё более интересным, если учесть относительно низкую температуру экзопланеты WASP-107b. Она холоднее обычно более горячих сородичей класса «горячие юпитеры», но намного горячее планет-гигантов Солнечной системы. Средняя температура поверхности экзопланеты WASP-107b едва достигает 480 °C. Для наблюдений с помощью инфракрасных приборов «Уэбба» это означает, что температура планеты недостаточна для спектрального анализа её атмосферы через излучение самой экзопланеты. «Уэбб» может изучить атмосферу планеты только во время прохождения планеты по диску своей звезды, когда она подсвечена её излучением.

В целом экзопланета WASP-107b странная донельзя. Она была открыта в 2017 году на удалении 200 световых лет от Земли в созвездии Девы. Размеры WASP-107b примерно соответствуют размерам Юпитера, но её масса составляет всего 12 % от массы этого газового гиганта или даже меньше. Это делает экзопланету такой же «пухлой», как хлопок. Среди более чем 5000 открытых учёными экзопланет подобных «пухлых» планет меньше десятка. Планета вращается очень близко к своей звезде (в разы ближе, чем Меркурий по отношению к Солнцу) и находится в её приливном захвате — всегда обращена одной стороной к звезде. При этом мощности излучения звезды не хватает, чтобы разогреть планету до состояния потери атмосферы.

Одной из особенностей таких планет является очень сильно раздутая атмосфера. В новом исследовании под руководством учёного из Университета Аризоны впервые было обнаружено, что экзопланета WASP-107b обладает асимметричной атмосферой, разделённой по полушариям на восток и запад, что предопределяет её климат и климатическое поведение. Это открытие позволяет уточнить модели строения и поведения подобных прохладных планет и даёт данные, которые ранее никогда не были получены учёными.

«Мы не можем наблюдать прямо почти за всеми экзопланетами, не говоря уже о том, чтобы знать, что происходит на одной её стороне по сравнению с другой, — говорят авторы работы. — Впервые мы можем получить гораздо более определённое представление о том, что происходит в атмосфере экзопланеты».

Многолетняя адаптация для моделирования самых больших вселенских структур — так называемой космической паутины — алгоритма развития слизевика привела к несомненному успеху. Слизевики оказались настолько близки в развитии колоний к космической паутине, что это буквально открыло учёным глаза, обещая помочь разобраться с эволюцией Вселенной на всех этапах её развития.

Визуализация космической паутины. Источник изображения: Astrophysics

О своей работе учёные рассказали в свежем выпуске журнала Astrophysics. Они задались целью найти более точный алгоритм для моделирования космической паутины. Космическая паутина соткана из вещества и тёмной материи. Она формировалась и развивала свои структуры с самого начала зарождения Вселенной и продолжает делать это сейчас. Наиболее зрелые её части — это нити из тёмной материи, обычно вещества, галактик и скоплений галактик, соединяющие узлы из гигантских галактических скоплений, вещества и тёмной материи. Нити и узлы окружены огромными пустотами — войдами, где практически отсутствует как обычная, так и тёмная материя.

Группа учёных из Института астрофизики им. Макса Планка обратила внимание, что рост такого живого организма, как слизевик очень сильно напоминает структуру космической паутины. Это сложная колония бактерий, которая отчасти ведёт себя как гриб или плесень. Она питается, создаёт структуру и растёт, по сути, эволюционируя. Учёные адаптировали алгоритм роста слизевика для моделирования эволюции космической паутины и поразились, насколько точно он повторяет результаты наблюдений. Точность оказалась намного выше, чем в случае обычных для такого случая методов моделирования в физике.

Один из подвидов слизевиков. Источник изображения: Wikipedia

Уже с учётом новых моделей стало возможным сделать вывод, что в прошлом эволюция галактик сильнее зависела от близости к крупным образованиям во Вселенной — галактики при этом активнее росли. В ближней Вселенной или на недавних по шкале времени отрезках всё происходило с точностью до наоборот: чем ближе крупные структуры были к растущим галактикам, тем медленнее последние росли.

Новый инструмент на основе алгоритма роста колоний слизевиков обещает с большей точностью изучить этапы эволюции Вселенной и космической паутины в ней, опираясь на точные измерения количества газа и пыли в пространстве, которыми могли бы питаться слизевики нити космической паутины.