В серии наблюдений «Хаббла» астрономы увидели явную помеху — светлый росчерк, который сочли попаданием в датчик космической частицы. Но детальное изучение снимка принесло нечто ранее невиданное. Оказалось, что на снимке чёрная дыра во всю прыть убегала из двойной системы чёрных дыр и на ходу теряла зарождающиеся звёзды. Такое-то придумать сложно, а увидеть — так просто чудо.

«Космический бильярд» глазами художника. Источник изображения: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)

Согласно проделанным расчётам, сверхмассивная чёрная дыра с массой около 20 млн масс Солнца быстро удаляется от двойной системы чёрных дыр. Беглянка оставила за собой невиданный ранее шлейф из новорожденных звёзд длиной 200 000 световых лет. Длина шлейфа в два раза превышает диаметр нашей галактики Млечный Путь — это колоссальное и абсолютно необычное образование.

«Мы думаем, что видим за чёрной дырой след, в котором газ охлаждается и способен образовывать звезды. Таким образом, мы наблюдаем звездообразование за чёрной дырой, — сказал ведущий автор исследования. — То, что мы видим, это последствия. Как след за кораблем, мы видим след за чёрной дырой». Учитывая, что шлейф за чёрной дырой почти в два раза ярче связанной с ним галактики, в следе должно быть много новых звёзд, полагают учёные.

Чёрная дыра не успевает поглотить вещество позади себя, поскольку движется очень быстро. Но и летящий впереди неё газ тоже падает на дыру не весь. Это ионизированный кислород, ярко светящийся на снимке либо от аккреции вещества на дыру, либо от ударных процессов. Что там происходит точно, учёные не берутся пока судить. Для этого будут проведены дополнительные исследования, включая наблюдения с помощью «Джеймса Уэбба».

То же событие на датчиках «Хаббла». Источник изображения: NASA, ESA

Условным началом этого необычного космического бильярда можно считать вероятное образование 50 млн лет назад двойной системы из чёрных дыр — она родилась из двух сошедшихся галактик. Затем появилась третья галактика со своей сверхмассивной чёрной дырой в центре и в системе началась гравитационная разбалансировка. Одна из трёх чёрных дыр получила импульс и была выброшена из галактики-хозяина. Она полетела в одну сторону, а пара других дыр — в другую. Похоже, что двойная система чёрных дыр тоже покидает галактику-хозяина, поскольку в её центре чёрные дыры не определяются, а на границе замечена активность.

Ждём новых данных от телескопов «Джеймс Уэбб» и «Чандра». Обнаруженное астрономами событие настолько необычное, что оно ещё сможет удивить.

Наблюдения космической обсерватории «Хаббл» поставили точку в вопросе существования двойных квазаров в ранней Вселенной. Орбитальный телескоп однозначно перевёл объект SDSS J0749 + 2255 из кандидата во впервые подтверждённую двойную систему квазаров на этапе примерно 3 млрд лет после Большого взрыва. Открытие позволит обнаружить больше подобных объектов, а это путь к пониманию эволюции сверхмассивных чёрных дыр, о которой наука знает мало.

Двойной квазар в представлении художника. Источник изображения: NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI)

Объект SDSS J0749 + 2255 был обнаружен космической обзорной астрометрической обсерваторией Gaia. «Гайя» не смотрит так далеко. Точнее, основная её задача — астрометрия или определение трёхмерных координат и радиальных скоростей ближайших к нам звёзд, прежде всего в нашей галактике. Однако датчики «Гайи» улавливают также свет далёких и особенно таких ярких объектов, как квазары (активных галактических ядер и, по совместительству, сверхмассивных чёрных дыр в их центрах).

В данных «Гайи» объект SDSS J0749 + 2255 выглядел скачущим по небу подобно далёкому перемигиванию сигнализации на железнодорожном переезде. Детальное изучение объекта с помощью других астрономических приборов и другими обсерваториями показало, что это пара активных ядер двух сходящихся галактик или квазаров. Поскольку квазары вспыхивали ярче, когда чёрные дыры в их центрах захватывали ближайшее к ним вещество, и это происходило случайным и далеко не синхронным образом, со стороны это выглядело, как прыжки яркого объекта с одного места в небе на чуть-чуть другое.

Двойной квазар на датчиках «Хаббла». Источник изображения: NASA, ESA

Разобраться с объектом и определить до него расстояние помогли наблюдения в целом спектре диапазонов земными обсерваториями им. Кека, «Джемини», VLA и космическими телескопами «Чандра» и «Хаббл». Подвёл черту под исследованиями «Хаббл», который чётко показал, что мы имеем дело с двойным квазаром — двумя активными ядрами галактик, начавших слияние. Расстояние между квазарами оказалось сравнимо с размерами галактики и они начали гравитационное взаимодействие. Согласно расчётам, через 220 млн лет после этого чёрные дыры в их центрах образуют двойную систему и со временем сольются, образуя сверхмассивную чёрную дыру и старую сверхмассивную галактику.

«Мы начинаем открывать вершину айсберга ранней популяции двойных квазаров, — сказал один из ведущих авторов работы, опубликованной в Nature. — В этом уникальность данного исследования. Оно фактически говорит нам, что эта популяция существует, и теперь у нас есть метод идентификации двойных квазаров, которые разделены менее чем размером одной галактики».

Во вторник в журнале Nature Astronomy вышла прошедшая рецензию статья, которая утвердила статус самой древней из наблюдаемых галактик. Объект JADES-GS-z13-0 образовался через 320 млн лет после Большого взрыва. На нынешнем отрезке жизни Вселенной это всего 2 % от её существования. Открытие бросает вызов нашему чёткому пониманию эволюции звёзд, галактик и даже самой Вселенной.

Источник изображения: Robertson et al., Nature Astronomy, 2023

Галактика JADES-GS-z13-0 и три других подобных объекта в ранней Вселенной были обнаружены летом прошлого года в первых обзорах космической обсерватории «Джеймс Уэбб». Это были фотометрические обзоры, которые не позволяют оценить истинное расстояние или, если угодно, возраст галактик. Об удалённости светящихся объектов во времени говорит их спектр. Точнее, анализ линий спектра молекулярного водорода и поиск так называемого предела Лаймана (длина волны 91,15 нм). Спектр обрывается на этой границе, и это служит точкой отсчёта для вычисления величины красного смещения объекта и его удалённости от нас.

Учёные из международной группы астрономов использовали инфракрасные спектрографы «Джеймса Уэбба» для вычисления красного смещения четырёх галактик в ранней Вселенной: JADES-GS-z10-0, JADES-GS-z11-0 и JADES-GS-z12-0 и JADES-GS-z13-0. И если до этого все четыре галактики были кандидатами в своей категории, то после спектрального анализа и публикации статьи они стали тем, чем являются — первые три галактики находятся на отрезке менее 450 млн лет после Большого взрыва и их красные смещения, соответственно, равны 10,38, 11,58 и 12,63, а четвёртая и вовсе рекордсмен!

Самой далёкой от нас стала галактика JADES-GS-z13-0 со смещением 13,2 или обнаруженная через 320 млн лет после Большого взрыва. Прежний рекорд был установлен в наблюдениях «Хаббла» — галактика GN-z11 со смещением 10,95 или на этапе 400 млн лет после Большого взрыва.

Также изучение всех четырёх объектов показало, что они имеют массы примерно 100 млн солнечных масс, что для первых галактик нормально. Наш Млечный Путь, например, имеет массу 1,5 трлн солнечных масс. При этом в юных галактиках происходит активное звездообразование (относительно их масс) — каждый год там рождается примерно по три звезды массы Солнца. Кроме того, как положено юным галактикам, они бедны на металлы или на химические вещества тяжелее гелия.

В принципе, открытие галактик в такой ранний период эволюции Вселенной крайне познавателен, но не столь необычен. Необычность, которая бросает вызов нашим знаниям о Вселенной, в том, что таких объектов много больше и они более активны, чем считалось ранее. Тот же «Джеймс Уэбб» обнаружил чуть позже шесть очень массивных галактик в ранней Вселенной, где им быть в теории не положено, но они там есть.

С 2018 года появился новый подкласс сверхновых — «коровы» (cow). Объект был открыт орбитальным рентгеновским телескопом NuSTAR и получил порядковый номер AT2018cow. Так случайно совпало, что на момент его открытия пришлась очередь вполне человеческой аббревиатуры cow, а сам объект оказался настолько уникальным, что все последующие открытия таких же сверхновых стали называть «коровами». И первая «корова» смогла удивить ещё раз!

Взрыв сверхновой AT2018cow в представлении художника. Источник изображения: Phil Drury/University of Sheffield)

Группа астрофизиков из Университета Шеффилда в Великобритании изучила данные по сверхновой AT2018cow, полученные в разных диапазонах длин волн с упором на оценку их поляризации. Работа опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Оказалось, что взрыв и разброс вещества звезды в процессе рождения сверхновой AT2018cow был не сферическим, как утверждает общепринятая теория эволюции звёзд, а плоским.

Это оказалось настолько невероятным явлением, что его невозможно толком объяснить, особенно в сочетании с тем, что вспышка AT2018cow и сопровождающие её процессы (яркость, температура и длительное послесвечение) были на порядок мощнее всех ранее увиденных взрывов сверхновых.

На первый взгляд существует два объяснения «плоского» взрыва сверхновой AT2018cow: либо звезда сформировала колоссальный диск вещества ещё до взрыва, либо родившаяся после взрыва нейтронная звезда или чёрная дыра оказались настолько массивными, что не отпустили от себя сброшенную оболочку и сформировали диск аккреции — падающего на ядро или в дыру вещества. Удивительно, но такого не наблюдалось в случае последующего обнаружения четырёх новых «коров». Все новые «коровы» взрывались «шариками».

«О взрывах FBOT [«коров»] известно очень мало — они просто не ведут себя так, как должны вести себя взрывающиеся звезды, они слишком яркие и слишком быстро эволюционируют. Проще говоря, они странные, а новое наблюдение делает их ещё более странными», — сказал ведущий автор работы астрофизик Джастин Маунд (Justyn Maund).

Открытие подобной аномалии — это вызов земной науке и возможность сделать шаг в новом направлении. В следующем году, как ожидается, начнёт работать Обсерватория им. Веры Рубин с огромнейшей матрицей. Этот обзорный телескоп среди прочих наблюдений будет способен фиксировать множество переходных событий, включая поиск сверхновых и «коров» в частности. Поток новых данных поможет разобраться с явлениями, которые сегодня ставят учёных в тупик, и это время не за горами.

Всего час наблюдений «Джеймса Уэбба» за галактикой в ранней Вселенной помог сделать открытие, которое может стать мостиком к раскрытию одной из загадок в эволюции Вселенной — как и каким образом образовались первые сверхмассивные чёрные дыры, если во время их роста не было необходимых для этого условий. Эволюция чёрных дыр изобилует пробелами, и все новые данные о них имеют особую ценность.

Источник изображения: Pixabay

Открытие сделано при наблюдении за галактикой EGSY8p7 (позже переименована в CEERS_1019), обнаруженной ещё в данных «Хаббла» в 2015 году. Это галактика из ранней Вселенной, примерно в 570 млн лет от Большого взрыва. Удалённость объекта и эффект расширения Вселенной сместили свет от неё далеко в инфракрасную область — это как раз специализация «Джеймса Уэбба».

Первоначально объект EGSY8p7 был интересен учёным по причине ярчайшего проявления эффекта звездообразования. Чувствительные спектрометры «Уэбба» увидели в спектре галактики влияние иных явлений, кроме звездообразования. Оказалось, у EGSY8p7 (CEERS_1019) активное галактическое ядро, что означает наличие там активно растущей сверхмассивной чёрной дыры. Увидеть одновременно оба явления — это оказалось удивительным.

Расчёты показали, что масса чёрной дыры у EGSY8p7 в 10 млн раз превышает массу Солнца. Это относит её к нижнему уровню сверхмассивных чёрных дыр. Это не первый подобный объект в ранней Вселенной. Ранее там были открыты гораздо более крупные чёрные дыры: галактика-квазар J1342+0928, обнаруженная в 690 млн лет после Большого взрыва, имеет сверхмассивную чёрную дыру массой в 800 миллионов Солнц, а чёрная дыра в J0313-1806, обнаруженная в 670 млн лет после Большого взрыва, имеет массу 1,6 млрд Солнц.

В то же время в обоих галактиках-квазарах в спектре доминирует активное ядро, чего нет в случае галактики EGSY8p7. Поэтому она может быть промежуточным этапом в эволюции сверхмассивных чёрных дыр. А ведь «Уэббу» дали только час на совершение этого интересного открытия! Учёные уверены, что вскоре «Джеймс Уэбб» начнёт выдавать такой огромный поток новых данных по этим и другим объектам в ранней Вселенной, что наше понимание об эволюции звёзд и устройства мира перейдёт на новый качественный уровень.

Используя архивные данные и наблюдения телескопа «Хаббл» астроном-ветеран сделал интересное открытие, которое 40 лет было на виду и не привлекло к себе внимания. В своей работе он показал, что кольца Сатурна заставляют атмосферу планеты нагреваться. Такое явление никогда ранее не наблюдалось в Солнечной системе, и оно даёт в руки учёных инструмент для поиска колец у экзопланет в иных звёздных системах.

Источник изображения: NASA, ESA, Lotfi Ben-Jaffel (IAP & LPL)

О влиянии частиц колец на верхние слои атмосферы Сатурна в своё время сообщили данные с зонда «Кассини». В конце свей миссии в 2017 году зонд погрузился в атмосферу Сатурна и измерил её составляющие. Данные подтвердили, что многие частицы падают внутрь планеты из колец, но их влияние оставалось неизвестным. Забавно, но воздействие частиц колец на атмосферу Сатурна зафиксировала ещё пара зондов «Вояджер» 40 лет назад, когда пролетала мимо этой планеты. Но тогда учёные сочли сигналы на детекторах помехой и не придали им значение.

Разобраться в вопросе помогли свежие наблюдения за Сатурном с помощью спектрографа телескопа «Хаббл». Целью наблюдений были спектральные линии горячего атомарного водорода в атмосфере планеты. По яркости этих линий можно судить об интенсивности нагрева атмосферы и она явно превышала уровень нагрева от Солнца. Что-то ещё разогревало атмосферу и с явным избытком энергии.

Данные с «Хаббла» помогли откалибровать «шум» в измерениях «Вояджеров», информацию с «Кассини» и данные со старого орбитального телескопа International Ultraviolet Explorer, запущенного ещё в 1978 году и давно выведенного из эксплуатации. Обнаружилось, что избыток ультрафиолета в излучении атмосферы Сатурна присутствовал во всех данных независимо от времени года, орбитального положения Сатурна и активности Солнца. Логичным объяснением этому может быть только одно — частички колец падают в атмосферу и нагревают её, уверен сделавший открытие астрофизик Лотфи Бен-Джаффель (Lotfi Ben-Jaffel) из Института астрофизики в Париже и Лунной и планетарной лаборатории Аризонского университета, автор статьи, опубликованной 30 марта в журнале Planetary Science.

«Мы находимся только в самом начале изучения этого влияния характеристик колец на верхнюю атмосферу планеты. В конечном итоге мы хотим получить глобальный подход, который позволит получить реальные данные об атмосферах далеких миров, — говорит автор. — Одна из целей этого исследования — посмотреть, как мы можем применить его к планетам, вращающимся вокруг других звезд. Назовем это поиском "экзо-колец"».

9 октября 2022 года произошло небывалое ранее событие. Практически все гамма-телескопы в космосе и на Земле оказались ослеплены мощнейшей за всю историю наблюдения гамма-вспышкой. По грубым оценкам, это событие в 1000 раз превзошло интенсивность типичных гамма-всплесков. Датчики приборов не были рассчитаны на такую мощность и не смогли определить силу сигнала. Впрочем, это по чистой случайности удалось сделать китайскому телескопу.

Китайские телескопы, которые смогли. Источник изображения: IHEP

Как отметили в пресс-релизе NASA, данные о событии GRB 221009A, которое также окрестили BOAT — The brightest of all time или, по-русски, «ярчайшим за всё время», — восстанавливали всем миром, включая Россию и Китай. На основе собранной информации сделан вывод, что гамма-всплеск GRB 221009A был в 70 раз мощнее самого яркого предыдущего такого события. Также изучение статистики за всё время наблюдения гамма-вспышек, а их зафиксировано 12 тыс., позволяет сделать вывод, что подобные ярчайшие вспышки могут случаться один раз в 10 тыс. лет.

Данные по событию. Реконструкция для телескопа «Ферми». Источник изображения: NASA's Goddard Space Flight Center and Adam Goldstein (USRA)

По словам китайских астрономов, данные по вспышке GRB 221009A получены в основном благодаря небольшому китайскому орбитальному гамма-телескопу GECAM-C. Чисто случайно почти все датчики аппарата были отключены, когда он вошёл в зону наблюдения за вспышкой GRB 221009A. «Это как прищуриться, когда вы решили взглянуть на Солнце», — пояснили специалисты. Тем самым приборы измерения на борту GECAM-C не были перегружены и смогли получить наиболее полные данные по событию, которые также были дополнены данными с китайского рентгеновского телескопа Insight-HXMT.

По оценкам китайских учёных, интенсивность GRB 221009A была ниже — лишь в 50 раз мощнее самого яркого из прежде зафиксированных всплесков. Обнаружена другая странность. Луч выброса был очень и очень узким — всего 0,7 °, тогда как раскрытие ранее фиксируемых джетов обычно было порядка 5 °. Эти данные могут дать новую пищу для уточнения моделей поведения сверхновых, схлопывающихся в чёрную дыру — именно в эти моменты происходят гамма-всплески, как считают учёные. По их мнению, гамма-всплеск — это первый вздох только что родившейся чёрной дыры.

В то же время, ярчайший гамма-всплеск GRB 221009A не был самым мощным по выбросу энергии. Ярким он стал только по одной причине — он был направлен точно на Землю. Вернее, Земля оказалась на его пути, ведь само событие произошло 2 млрд лет назад и луч преодолел это расстояние за соответствующее количество лет. Очень хорошо, что такое происходит не так часто, не с такой точностью и не так близко. Если подобный выброс даже краешком затронет Землю после возникновения в нашей галактике, наша планета может стать стерильной от любой биологической жизни.

В Nature вышла серия статей, в которой учёные из разных стран предупреждают о «беспрецедентной глобальной угрозе» природе и науке со стороны растущего числа спутников на низких орбитах. Световое загрязнение будет иметь материальные и культурные последствия, многие из которых тяжело прогнозировать, но следует ожидать.

Источник изображения: ESA

По самым скромным подсчётам, с 2019 года благодаря, прежде всего, созвездию Starlink компании SpaceX, количество спутников на высоте до 2 тыс. км удвоилось. Если все анонсированные планы будут реализованы, в ближайшее время к ним добавятся ещё тысячи спутников. Каждый новый спутник увеличивает риск того, что он врежется в другой объект на орбите Земли и создаст множество обломков. Это увеличит и без того впечатляющее облако мусора на орбите и, следовательно, умножит потоки отражённого на Землю света.

Вероятно, первыми от светового загрязнения пострадают астрономы и все, кто обслуживает эту отрасль. Специально проведённое моделирование показало, что для строящейся в Чили обсерватории им. Веры Рубин с беспрецедентной по разрешению матрицей самая тёмная часть неба до конца следующего десятилетия посветлеет на 7,5 %. Примерно столько звёзд обсерватория не увидит, а также пропустит ряд явлений, которые могут нести ценность для земной науки. Будет особенно обидно, если широчайшая матрица обсерватории пропустит опасный для Земли астероид. В таком свете заявление о глобальной угрозе со стороны спутников перестаёт быть пустым кликушеством.

В более простом материальном плане засветка заставит увеличить время наблюдения и приведёт к прямому перерасходу средств. Для обсерватории им. Веры Рубин это выльется в дополнительный год наблюдения и лишних $21,8 млн из бюджета. Но ситуация может быть хуже, говорят авторы другой статьи. По их мнению, вред от засветки ночного неба и последствия этого очень и очень недооценены. Всё будет намного хуже и до конца непонятно насколько.

А ведь есть ещё культурный слой. Астроном Апарна Венкатесан (Aparna Venkatesan) из Университета Сан-Франциско, сказала, что это также угрожает «нашим древним отношениям с ночным небом». «Космос — наше общее наследие и предок, связывающий нас через науку, рассказы, искусство, истории происхождения и культурные традиции, и теперь он находится под угрозой», — написала она в комментарии к статье в Nature.

Учёные отлично понимают, что «наивно надеяться на то, что стремительно растущая космическая экономика сама себя ограничит, если её не принудить к этому», учитывая поставленные на карту экономические интересы. Они и не требуют «взять и запретить», но просят отнестись к проблеме со всем вниманием, пока не стало сильно поздно. Это не первое обращение такого рода и, очевидно, не последнее. Другое дело, будет ли оно услышано?

Аэрокосмическое агентство NASA и Министерство энергетики США обсуждают проект по созданию обсерватории на обратной стороне Луны. Она сможет фиксировать радиоволны, образовавшиеся всего через 380 тыс. лет после Большого взрыва, то есть во времена практически сразу после образования нашей Вселенной.

Источник изображения: JB / pixabay.com

Изучать происхождение Вселенной очень сложно — данных не так много, и учёным приходится строить гипотезы, собирая воедино фрагменты данных, полученных в ходе астрономических наблюдений. Одним из наиболее весомых доказательств в пользу теории Большого взрыва, описывающего возникновение и быстрое расширение Вселенной 13,8 млрд лет назад, является реликтовое излучение. До образования первых звёзд Вселенная находилась на этапе так называемых Тёмных веков, когда атомы лишь начинали формироваться, и фотоны стали свободно перемещаться в пространстве, образуя тем самым излучение, названное реликтовым.

Проект NASA и Министерства энергетики США под названием LuSEE-Night (Lunar Surface Electromagnetics Experiment-Night) направлен на обнаружение этого древнего сигнала, сформировавшегося вскоре после Большого взрыва. Обсерваторию для поиска данного сигнала среди шума и помех от других радиоисточников необходимо разместить в изолированном месте, например, на обратной стороне Луны. Земля и Луна связаны приливным захватом — Луна вращается вокруг собственной оси и вокруг Земли с одинаковой скоростью, поэтому мы всегда видим лишь одну её сторону. Другая же сторона защищена от многих источников радиопомех собственной массой спутника.

Обратная сторона Луны представляет собой сложную среду — телескоп LuSEE-Night должен вырабатывать достаточно мощности, чтобы сохранять работоспособность при температурах, которые меняются в очень широком диапазоне. Здесь затруднён отвод тепла и присутствует значительный радиационный фон. На Луну будет отправлен роботизированный посадочный модуль, который развернёт четыре трёхметровые антенны, и с их помощью обсерватория будет фиксировать реликтовое излучение. Предполагается, что миссия стартует в 2025 году в рамках программы Commercial Lunar Payload Services, предусматривающей сотрудничество NASA и частных компаний.

Хотя только в 2021 году NASA запустило сверхсовременный космический телескоп «Джеймс Уэбб», инженеры работают над новой космической обсерваторией, в некоторых отношениях имеющей ещё больше возможностей. Уже в 2027 году будет запущен телескоп «Нэнси Грейс Роман» (он же WFIRST), способный чрезвычайно быстро осматривать обширные районы космического пространства.

Источник изображения: NASA's Goddard Space Flight Center

В космических исследованиях важна не только детализация снимков, но и их масштабность. Телескопы вроде «Хаббла» или «Джеймса Уэбба» имеют чрезвычайную чувствительность, что позволяет подробно рассматривать очень отдалённые объекты. «Роман», как его кратко называют участники проекта, позволит одновременно рассматривать масштабное панорамное «полотно» на небосводе. На изображении видно, как по масштабу съёмки будут отличаться возможности «Роман» и «Хаббла».

По словам подведомственного NASA Центра космических полётов Годдарда, телескопы «Хаббл» и «Джеймс Уэбб» оптимизированы для наблюдения за объектами крупным планом, процесс напоминает «наблюдение за Вселенной сквозь игольное ушко». Для решения загадок космоса большего масштаба понадобится телескоп с намного большим полем обзора, каким и будет новый «Роман».

Телескоп будет применяться для решения задач вроде подсчёта числа экзопланет в отдельно взятой галактике, наблюдений за распределением галактик для изучения тёмной материи. Одним из преимуществ «Роман» будет то, что, помимо большого поля обзора, он может делать снимки очень быстро. По данным портала DigitalTrends — в 1000 раз быстрее, чем «Хаббл».

По данным Центра Годдарда, «Роман» будет делать порядка 100 тыс. снимков в год. Как сообщают в центре, с учётом его большого поля обзора, на то, чтобы даже мощные телескопы вроде «Хаббла» или «Джеймса Уэбба» отсняли бы аналогичную часть небосвода, ушло бы времени больше, чем, например, человеческая жизнь.

Вселенная полна парадоксов. Один из них заключается в том, что мы можем видеть далёкие космические объекты одновременно на разных отрезках их жизненного пути. Происходит это тогда, когда свет от них проходит по нескольким маршрутам разной протяжённости, как это случилось при наблюдении за сверхновой AT 2022riv, расположенной далеко за галактическим скоплением RX J2129.

Одна и та же сверхновая на разных стадиях активности и её галактика-хозяйка. Источник изображения: ESA, NASA и CSA

Галактическое скопление RX J2129 находится от нас на удалении 3,2 млрд световых лет. Оно включает минимум 15 галактик, общая масса которых настолько велика и неравномерно распределена в пространстве, что искажает свет от всех объектов у него за спиной. За счёт неравномерного распределения массы скопления свет от фоновых объектов приходит к нам с разной задержкой, что особенно ценно, если это объекты переменной светимости.

Учёным повезло, что ранее в поле зрения «Хаббла» при наблюдении эффекта гравитационного линзирования, вызванного скоплением RX J2129, попала галактика с недавно вспыхнувшей сверхновой. Изучение этого объекта с помощью инфракрасных инструментов более мощного телескопа «Джеймс Уэбб» позволило получить более детальные изображения объекта. На снимке «Уэбба» сверхновая позирует три раза с интервалами 320 и 1000 дней после «оригинального» события. Это как если кого-то на одном кадре запечатлели сегодня, через год и через два с половиной года.

Принцип работы эффекта гравитационного линзирования

Везение с изображением сверхновой в подобной ситуации позволяет уточнить космологические теории, связанные со скоростью расширения Вселенной. Нам известна светимость объекта и характер её изменения со временем, а это вносит в расчёт большую точность. Шаг за шагом учёные уточняют модели, а это ведёт к более глубокому пониманию явлений и мироустройства в целом.

Знаменитый телескоп «Хаббл» очень помог учёным после реализации миссии зонда DART, организованной NASA. Аппарат, врезавшийся в Диморф, выбил из последнего огромное количество обломков и пыли, а телескоп помог отследить странную эволюцию пылевого хвоста.

Источник изображения: NASA

Миссия Double Asteroid Redirection Test (DART), предусматривавшая таран астероида, была успешно реализована осенью 2022 года, позволив протестировать возможности земной техники по изменению орбиты небесных тел в случае реальной угрозы Земле. Результаты эксперимента превзошли ожидания, а съёмки телескопом «Хаббл» помогают вести дальнейшие исследования.

Судя по опубликованным материалам, после тарана земным зондом обломки и пыль на большой скорости покидают систему из Диморфа и его более крупного спутника — Дидима. Считается, что удар выбил в космос порядка 1000 тонн древней материи небесного тела.

Снимки и результаты предварительных исследований опубликованы в журнале Nature — описывается как сам таран, так и то, что произошло с астероидом после него. Судя по информации, основанной на материалах «Хаббла», обломки Диморфа миновали три «ступени эволюции». После удара сформировался конус выброса, после он превратился в спиралеобразный след по ходу движения Диморфа вокруг Дидима. Наконец, под давлением т.н. солнечного ветра — потока заряженных частиц от нашего светила, появился длинный кометообразный хвост.

В самом престижном астрономическом журнале The Astronomical Journal вышла статья с сообщением об открытии экзопланеты, которая своим существованием опровергает все современные теории. Экзопланета TOI-5205b — это газовый гигант размером с Юпитер. Но тонкость в том, что TOI-5205b вращается вокруг красного карлика массой и размерами намного меньше нашего Солнца. Экзогигант просто не мог образоваться там, где он находится!

Источник изображений: Katherine Cain, Institution for Science

Красный карлик спектрального типа M4 или звезда TOI-5205, вокруг которой вращается экзоюпитер TOI-5205b, обладает массой 0,392 массы Солнца и радиусом 0,394 радиуса Солнца. Размеры экзопланеты TOI-5205b близки к размерам Юпитера. Масса TOI-5205b равна 1,08 массы Юпитера, а радиус составляет 1,03 радиуса Юпитера. Вокруг своей звезды экзогигант вращается с орбитальным периодом 1,63 земных дня, что делает его удобным для наблюдения.

В грубом сравнении TOI-5205b против своей звезды — как горошина рядом с лимоном, тогда как рядом с Солнцем — как горошина против грейпфрута, что примерно отражено художником на картинке ниже. Но наша звезда как большая по массе вполне могла собрать вокруг себя протопланетный диск достаточного объёма, чтобы в нём сформировались как обычные планеты, так и газовые гиганты. Звезда TOI-5205, как гласят все современные теории, не способна была на достаточную концентрацию массы в протопланетном облаке для образования в нём газового гиганта. Тем не менее, он там есть и раз в 1,63 дня для земного наблюдателя на целых 7 % «роняет» яркость своей звезды.

Открытие TOI-5205b было сделано космической обсерваторией TESS астрономами из Института Карнеги. Экзопланета была обнаружена в процессе прохождения по диску звезды. Позже наблюдения с помощью других инструментов позволили уточнить параметры планеты. Это очень перспективный объект для наблюдения «Джеймсом Уэббом». Планета достаточно большая и находится всего в 280 световых годах от нас, чтобы «Уэбб» мог наблюдать и изучить химический состав её атмосферы. Ждём интересных новостей.

Новое исследование, проведённое с помощью рентгеновского телескопа «Чандра» агентства NASA, позволило установить, что две пары сверхмассивных чёрных дыр в центрах карликовых галактик находятся на пути столкновения друг с другом. Это первое запечатлённое свидетельство такого масштабного явления обеспечит учёных важной информацией о процессах формирования галактик на ранних этапах существования Вселенной.

Космическая обсерватория «Чандра». Источник изображения: Гарвардский университет

Карликовые галактики обычно состоят из звёзд общей массой менее 3 млрд от солнечной, то есть — они примерно в 20 раз менее массивны, чем Млечный путь. Астрономы давно считали, что вскоре после Большого взрыва карликовые галактики сливались, превращаясь в структуры, существующие сегодня. Тем не менее, существующие технологии не позволяют наблюдать за слиянием первого поколения карликовых галактик, поскольку они чрезвычайно малозаметны на огромных расстояниях. Тактика наблюдений за близкорасположенными галактиками пока не принесла результатов.

Новое исследование с применением «Чандры» и сравнением результатов с данными инфракрасного телескопа Wide Infrared Survey Explorer (WISE) и оптических данных Телескопа Канада — Франция — Гавайи (CFHT) позволила составить подробную картину. «Чандра» оказался особенно полезным, поскольку материя, окружающая чёрные дыры, может нагреваться до миллионов градусов, генерируя интенсивное рентгеновское излучение. Команда учёных начала специально искать пары ярких источников рентгеновского излучения в сталкивающихся карликовых галактиках и вскоре нашла свидетельства присутствия двух пар, предположительно чёрных дыр на пересекающихся курсах.

Источник изображения: NASA

Одна пара, расположенная в галактическом скоплении Abell 133, находится в 760 млн световых годах от Земли (левый снимок). Данные «Чандры» — розового цвета, а оптические от CFHT — синего. Пара галактик пребывает в ранней стадии слияния, длинный видимый хвост создан приливными эффектами, проявившимися в результате столкновения. Учёные прозвали данное событие Mirabilis в честь вымирающего вида колибри, известного чрезвычайно длинными хвостами. Слияние галактик практически завершилось.

Вторая пара открыта в галактическом скоплении Abell 1758S в 3,2 млрд миллиардах световых лет от Земли. Сталкивающиеся галактики на снимке справа получили «прозвища» Эльстир (Elstir) и Вентейль (Vinteuil), в честь персонажей «В поисках утраченного времени» Марселя Пруста. Галактики расположены снизу и сверху соответственно. Учёные считают, что эта пара обнаружена на ранних стадиях слияния, в результате чего между галактиками образовался мост из звёзд и газа благодаря гравитационному взаимодействию.

Детали наблюдений могут обеспечить учёных информацией о далёком прошлом Млечного пути. По мнению учёных, путь слияний прошли все крупные галактики, росшие миллиарды лет. Описание результатов наблюдений опубликовано в последнем выпуске журнала The Astrophysical Journal.

Космическая обсерватория «Джеймс Уэбб» продолжает делать открытия, которые ставят под сомнение основы современных космологических теорий. Чувствительности инфракрасных приборов телескопа хватает на то, чтобы различать объекты на ранних этапах эволюции Вселенной. Вопреки ожиданиям, там оказалось много звёзд и галактик, которым нет места в научных теориях. Новое открытие ещё сильнее озадачило учёных.

Шесть галактик-кандидатов на звание самых массивных из самых ранних во Вселенной. Источник изображения: NASA / ESA / CSA / I. Labbe

Первые наблюдения «Уэбба» в прошлом году позволили обнаружить множество кандидатов в первые звёзды и галактики в те времена, когда Вселенной было от 300 до 800 млн лет (сейчас Вселенной 13,8 млрд лет). На этом этапе развития Вселенной в пространстве было ещё мало вещества, чтобы звёзды формировались в больших количествах и галактики были бы большими, например, сравнимыми с нашей. Поэтому сам факт обнаружения так рано появившихся звёзд и галактик не очень удивляет. Удивляет то, насколько их оказалось много. Очень много!

Новая работа позволила определить шесть галактик-кандидатов не просто в самые молодые галактики, а в молодые массивные галактики, появившиеся в период от 500 до 800 млн лет после Большого взрыва. По количеству звёзд обнаруженные объекты оказались сравнимы с Млечным Путём — в них до 100 млрд звёзд. Это астрономы определили косвенно по яркости объектов. Чтобы такие галактики могли образоваться на столь раннем этапе развития Вселенной там каждый год должны были рождаться по сотне звёзд, тогда как в галактиках нашего типа (в спиральных) рождается примерно по три звезды в год.

Все кандидаты ещё пройдут спектроскопическое наблюдение, которое точно определит величину красного смещения в спектрах этих объектов и даст окончательное заключение насколько далеко они находятся от нас и как рано возникли во Вселенной. Учёные продолжат собирать информацию по этим и другим объектам на заре рождения нашего Космоса, хотя уже понятно, что «Джеймс Уэбб» удивил и продолжит удивлять нас новыми открытиями.