Не всем звёздам везёт обзавестись собственным выводком планет. Во Вселенной могут сложиться условия, при которых протопланетные диски рассеиваются быстрее, чем появляется возможность сформироваться планетам. Это хорошо иллюстрирует звёздная ассоциация Лебедь OB2 (Cygnus OB2), за которой наблюдала группа астрономов. В зависимости от окружения протопланетные диски сохранились у 1–40 % молодых звёзд, хотя все они одного возраста.

Область Лебедь OB2, где фиолетовым показано свечение в рентгене, а остальное в инфракрасном свете. Источник изображения: NASA

Звёздная ассоциация Лебедь OB2 находится примерно в 4600 световых годах от Земли. Это не звёздное скопление, поскольку большинство звёзд не связаны гравитацией и со временем разлетятся по галактике (в скоплениях звёзды удерживаются гравитацией вместе). Население ассоциации представлено в основном молодыми и горячими звёздами, вокруг каждой из которых должен иметься протопланетный диск. Звёзды сами образовались из такого диска, и что-то, а зачастую очень много, всегда остаётся лишним.

В то же время насыщенность пространства в области Лебедь OB2 молодыми звёздами создаёт некомфортные условия для планетообразующих дисков. Интенсивное излучение в ультрафиолете и рентгеновском диапазоне заставляет вещество дисков испаряться и уноситься прочь. Это явление называется фотоиспарением: газ в протопланетном диске нагревается и ионизируется, а внутреннее давление излучения от звезды выталкивает его из диска.

В обычных условиях звёзды типа нашего Солнца могут развеять протопланетный диск за 5–10 млн лет. Горячие и яркие звёзды классов O и B делают это за более короткий промежуток времени, не оставляя, как показывает новое исследование, шансов для образования планет.

Учёные создали составное изображение области Лебедь OB2 из снимков космической рентгеновской обсерватории «Чандра» (Chandra) и инфракрасной «Спитцер» (Spitzer). «Чандра» показывает области с интенсивным рентгеновским излучением, а «Спитцер» выявляет пыль (диски) и звёзды.

Анализ изображения показал, что менее массивные звёзды в ассоциации, находящиеся в менее плотном окружении соседей, имеют протопланетные диски, которые были обнаружены у 40 % звёзд. Они не такие горячие, чтобы развеять пыль и газ вокруг себя. В более плотных звёздных группах протопланетные диски имелись только у 18 % звёзд. В самом экстремальном и плотном окружении протопланетные диски сохранились только у 1 % звёзд. Когда звёзд много, они яркие, горячие и расположены достаточно близко друг к другу, это не способствует образованию планет и зарождению жизни. Ещё одна монета в копилку знаний о том, где искать жизнь во Вселенной. Звёзд в ней так много, что наблюдательный ресурс нужно расходовать только после очень вдумчивого выбора.

В последние годы в ранней Вселенной открыто много сверхмассивных чёрных дыр (СЧД), которые не должны были успеть стать настолько большими ко времени наблюдения. Для них существует чисто физический предел по скорости поглощения массы, который они обычно не могут превзойти. Тем удивительнее было найти чёрную дыру, которая по скорости поглощения вещества превысила теоретический предел в 40 раз.

Художественное представление неумеренно питающейся чёрной дыры. Источник изображения: NSF NOIRLab

Открытие сделала группа астрономов из США (из обсерваторий Gemini и NSF NOIRLab). Используя для своих целей космическую обсерваторию им. Джеймса Уэбба они наблюдали некоторое количество галактик в ранней Вселенной по следам наблюдений рентгеновской обсерватории «Чандра». Эти галактики были тусклыми в оптике, но яркими в рентгене, что свидетельствует об активности чёрных дыр в их центрах.

Внимание учёных привлекла галактика LID-568. Точное расположение этого объекта помог установить спектрометр «Уэбба». Галактика LID-568 оказалась на расстоянии 1,5 млрд лет после Большого взрыва. Проведенные оценки показали, что в центре галактики находится активная сверхмассивная чёрная дыра массой 7,2 млн солнечных масс. Это сравнительно небольшая масса для СЧД. Удивило другое. Так называемый предел Эддингтона для этой чёрной дыры был превышен в 40 раз!

Когда на СЧД падает вещество, оно закручивается вокруг неё по спирали. Все чёрные дыры во Вселенной вращаются, поскольку возникли из вращающихся объектов. Чёрная дыра создаёт при этом вокруг себя вращение пространства-времени, заставляя всё падающее на неё также вращаться по сжимающейся спирали (сила гравитации действует в этой области также вбок, а не только в сторону центра).

Сила гравитации и трение, наиболее сильные ближе к чёрной дыре, разогревают вещество в диске аккреции до свечения во всех диапазонах электромагнитного излучения. Это излучение создаёт изнутри давление на падающее на СЧД вещество и не даёт ему падать на чёрную дыру сверх определённой скорости. Этот порог и есть предел Эддингтона (в общем случае он введён для звёзд, удерживающих свои внешние оболочки от падения на ядро), хотя этот порог на относительно короткое время может превышаться и тогда проявляется сверхэддингтоновский эффект, когда темп аккреции значительно превышает эддингтоновский предел.

Похоже, учёные наткнулись на СЧД LID-568 в тот редкий момент, когда она потребляла вещество в режиме сверхэддингтоновского предела. Поэтому дальнейшие наблюдения за этим объектом могут принести массу открытий в эволюции чёрных дыр. Для учёных стало загадкой, как СЧД в ранней Вселенной смогли отъесться до настолько больших регистрируемых масс. К такому могла привести ситуация, когда первые чёрные дыры возникали непосредственно из коллапса облаков материи либо из невероятно огромных первых звёзд (ни одно, ни другое не наблюдалось).

Превышение эддингтоновского предела также может дать ответ на невероятную скорость откорма СЧД. Открытие галактики LID-568 в этом плане стало настоящей находкой.

Фильм «Контакт» 1997 года с Джоди Фостер в главной роли оказался пророческим. В системе Вега — одной из ярких звёзд в небе Земли — на первый взгляд никаких планет не обнаружено. Углублённый обзор системы Веги с помощью телескопов «Хаббл» и «Уэбб» показал равномерное распределение газа и пыли на ширину 160 млрд км без видимых следов планет, хотя вокруг аналогичной звезды Фомальгаут в абсолютно схожих условиях видны признаки трёх экзопланет.

Изображение газопылевого диска системы Веги по данным «Хаббла» (слева) и «Уэбба» (справа). Источник изображения: NASA

Учёные находятся в недоумении — одна и та же физика привела к абсолютно противоположному результату. Обоим звёздам по 450 млн лет. Обе имеют классические газопылевые протопланетные диски. В системе Фомальгаута в сплошном газопылевом диске обнаружены три чётко выраженных кольца, свидетельствующих о существовании там планет, которые буквально пропахали борозды в дисках.

Газопылевой диск Веги остался ровным и гладким. Впрочем, один небольшой зазор фиксируется на расстоянии 60 а.е. от звезды, что соответствует двум расстояниям Нептуна от Солнца. Но где «веганские» Юпитер и Сатурн? Их нет! Уж планеты гиганты с расстояния 25 световых лет обнаружить проблем не составило бы.

«С помощью телескопов "Хаббл" и "Уэбб" вы получаете очень чёткое изображение Веги. Это загадочная система, потому что она не похожа на другие околозвёздные диски, которые мы рассматривали, — сказал Андраш Гашпар (Andras Gáspár) из Университета Аризоны, член исследовательской группы. — Диск Веги гладкий, смехотворно гладкий».

В допустимом диапазоне наблюдений «Хаббл» способен распознать свечение газопылевого диска Веги в ультрафиолете. На изображении выше оно слева. «Хаббл» показывает распределение буквально пыли — частичек, свойственных дыму. На правом изображении с «Уэбба» видно свечение более крупных частичек — как песок, излучающий тепло. В любом случае нет никаких следов объектов планетарного масштаба, что стало для исследователей настоящим сюрпризом, который заставит переосмыслить эволюцию планетарных дисков. Некоторые из них могут быть пустынями, а это снижает вероятность зарождения жизни в некоторых уголках Вселенной.

Компания AST SpaceMobile показала кадры завершающего этапа раскрытия гигантских панелей всех пяти спутников связи BlueBird, запущенных месяцем ранее на низкую околоземную орбиту. Площадь каждой панели составляет 65 м², что заставляет их сиять в ночном небе как звёзды первой величины. Первые впечатления учёных от появления искусственных «звёзд» на небе сродни шоку — это может погубить наблюдательную астрономию на Земле.

Источник изображения: AST SpaceMobile

Полное раскрытие панелей на всех первых пяти спутниках BlueBird компании завершено в минувшую пятницу — 1 ноября 2024 года. Фактически это позволяет AST SpaceMobile начать бета-тестирование предоставления услуг мобильной связи из космоса. Такая связь не потребует использования специальных спутниковых телефонов и будет работать с обычными смартфонами. Удобство для обычных людей обернётся проблемами для учёных, которым сотни и тысячи спутников на низкой орбите будут создавать помехи в процессе наблюдений за небом в оптическом и радиодиапазоне.

В частности, один из учёных сообщил источнику: «Мы также наблюдали за спутниками BlueBird с момента их появления. Для точной характеристики потребуется больше данных, но мы обнаружили, что они могут быть такими же яркими, как [звёзды] первой величины. Это делает их одними из самых ярких объектов на небе».

Заявка AST SpaceMobile в Федеральную комиссию связи (FCC) на получение лицензии для тестирования услуг мобильной связи из космоса пока не удовлетворена. Ожидается, что лицензия будет выдана в ближайшие недели, что позволит компании начать этап бета-тестирвоания услуг в декабре текущего года. Всего AST SpaceMobile планирует вывести в космос до 200 спутников связи. Учёных особенно должно насторожить то, что спутники BlueBird второго поколения будут иметь антенны площадью уже 223 м². Ярче их на небе ночью будет только Луна.

Компания заявляет, что сотрудничает с астрономами и NASA по смягчению светового загрязнения спутников связи. Например, используя для этого антибликовые покрытия. Но пока для астрономов это служит слабым утешением. Искусственных звёзд на небе становится всё больше и больше. А ведь ещё есть сеть Starlink компании SpaceX, группировка которой уже насчитывает 6000 активных аппаратов в космосе, а таких будут десятки тысяч.

Также есть опасения о вредном влиянии тысяч спутников и запусков на атмосферу Земли. Некоторое время назад около 120 учёных направили открытое письмо в FCC, призывая регулятора остановить запуски интернет-спутников, уничтожающих экологию планеты.

Астрономы из Дании в ходе наблюдения за двойной рентгеновской системой обнаружили признаки рекордной характеристики у центрального партнёра — нейтронной звезды, вокруг которой вращается белый карлик. Одна из зарегистрированных термоядерных вспышек на объекте сопровождалась колебанием интенсивности на частоте 716 Гц. Это означает, что нейтронная звезда вращается вокруг своей оси с частотой 716 оборотов в секунду, что на сегодня является абсолютным рекордом.

NICER на МКС. Источник изображения: NASA

Двойная система 4U 1820-30 является одним из самых привлекательных кандидатов для наблюдения. Она удалена от Земли на 26 тыс. световых лет в направлении центра Млечного Пути и расположена в созвездии Стрельца. Белый карлик находится очень близко к нейтронной звезде и совершает один оборот вокруг неё за 11 минут. Диаметр нейтронной звезды составляет примерно 12 км, а её масса — в 1,4 раза больше солнечной. Такая система называется барстером. Нейтронная звезда перетягивает массу компаньона, а когда та накапливается до критического уровня, происходит термоядерный взрыв, сопровождающийся рентгеновской вспышкой.

За системой велось наблюдение рентгеновским телескопом NASA NICER, установленным на МКС. Группа DTU Space из Технического университета Дании создавала систему наведения для этого инструмента. Из 15 зарегистрированных термоядерных взрывов один указал на возможную скорость вращения нейтронной звезды — 716 оборотов в секунду. Ранее была обнаружена только одна нейтронная звезда с такой же скоростью вращения — радиопульсар PSR J1748−2446ad. Впрочем, рекордную скорость вращения 4U 1820-30 ещё предстоит подтвердить в будущих наблюдениях. Тем не менее полученные данные вносят ещё больше ясности в природу нейтронных звёзд.

Коричневые карлики или несостоявшиеся звёзды, как их прозвали за неспособность запустить термоядерное горение, во многом остаются малоизученными объектами. Появление в космосе инфракрасного телескопа «Джеймс Уэбб» стало введением в строй наиболее подходящего инструмента для изучения этих относительно холодных и поэтому невидимых в оптическом диапазоне недозвёзд. «Уэбб» готов раскрывать их секреты, включая возможность появления у них планет и жизни.

Источник изображения: NASA/ESA/CSA

Ещё в первые годы наблюдений телескопом «Хаббл» в одной из близких к Земле зон звездообразования в туманности Ориона были обнаружены объекты, напоминающие протопланетные диски (проплиды). Однако только с появлением «Уэбба» в центре проплидов были выявлены объекты, которые могут считаться коричневыми карликами. Инфракрасная спектроскопия, проведённая с помощью приборов «Уэбба», позволила измерить их температуру и оценить массу, что стало подсказкой к вопросу, могут ли коричневые карлики иметь собственные планетные системы. Скорее всего, могут.

В наблюдаемой области туманности Ориона, удалённой от Земли на 1500 световых лет, «Уэбб» обнаружил более двух десятков кандидатов в коричневые карлики. Набор статистики по этим объектам многое откроет для науки. Пока считается, что масса коричневых (иначе — бурых) карликов лежит в диапазоне 0,015–0,075 солнечных масс. «Уэбб» способен засекать такие объекты и, что немаловажно, позволяет оценить их температуру, по которой можно отличить коричневого карлика от звезды.

Например, один из обнаруженных «Уэббом» кандидатов имеет массу 0,05 солнечных масс — это примерно как пять Юпитеров. И таких примеров достаточно, чтобы учёные смогли лучше понять природу коричневых карликов и, в частности, их способность к формированию собственных планетных систем.

«Новые наблюдения JWST лишь коснулись вопроса коричневых карликов в Орионе, — говорят учёные. — Туманность содержит несколько сотен слабых объектов, которые могут быть коричневыми карликами, готовыми для спектроскопии с помощью JWST. Будущие наблюдения Ориона с помощью JWST потенциально могут обнаружить гораздо больше примеров проплидов вокруг коричневых карликов и определить наименьшую массу, при которой существуют коричневые карлики. Эта информация поможет нам заполнить пробелы в наших знаниях о том, как формируются коричневые карлики и их связь со звёздами и планетами».

Поскольку первое изображение чёрной дыры в центре Млечного Пути было сделано после обработки данных, полученных одновременно с восьми радиотелескопов, оно даёт несколько условное представление о реальном облике такого объекта. В зависимости от использованного алгоритма для обработки данных, чёрная дыра каждый раз будет выглядеть иначе, заявили японские учёные и представили собственный взгляд на чёрную дыру в центре нашей галактики.

Фотография чёрной дыры Стрельца А* (Sgr A*). Источник изображения: EHT

«Фотографии» чёрной дыры M87* (первой в истории) и чёрной дыры Стрельца А* (Sgr A*) в центре нашей родной галактики были сделаны так называемым Телескопом горизонта событий (Event Horizon Telescope, EHT). Это восемь разбросанных по всей Земле радиотелескопов, которые благодаря огромной базе могли получить данные в очень высоком разрешении. Затем все они направили собранную информацию, записанную на жёстких дисках, в центр обработки, где их свели воедино. С оптическими наблюдениями такого сделать нельзя, а с радиоданными в цифре — это решаемый вопрос.

После нескольких лет обработки учёные в мае 2022 года представили изображение чёрной дыры Стрельца А* в центре Млечного Пути. В целом её вид ближе к кругу. Саму чёрную дыру увидеть нельзя, фотоны не могут покинуть её за горизонтом событий, но диск аккреции, откуда вещество падает на чёрную дыру, благодаря трению и гравитации сияет во всех диапазонах наблюдений. Собственно, именно диск аккреции представлен на всех изображениях чёрных дыр.

Исследователи из Национальной астрономической обсерватории Японии (NAOJ) посчитали, что учёные коллаборации EHT допустили неточности при обработке данных. Использованный ими алгоритм ошибочно представляет отсутствующие данные. Для более точной интерпретации следовало выбрать другой метод обработки.

«Мы предполагаем, что изображение кольца было результатом ошибок во время анализа изображений EHT, и что часть его была артефактом, а не реальной астрономической структурой», — рассказали японские астрономы.

«Настоящее» изображение Стрельца А*. Источник изображения: NAOJ

Обработка данных с помощью альтернативного алгоритма представила чёрную дыру Стрельца А* вытянутым с востока на запад объектом. Восточная часть выглядит ярче, что учёные объяснили эффектом Доплера — диск аккреции летит нам навстречу. Сам диск наклонён по отношению к лучу зрения с Земли на 40–45 °, а скорость его вращения достигает 60 % от скорости света. Правильная интерпретация данных дала больше информации, чем получено после представления официальной фотографии.

В то же время необходимо признать, что сегодня можно лишь с осторожностью говорить о точности той или иной интерпретации данных, с помощью которых восстанавливают облик чёрных дыр. Помимо сложностей с их получением необходимо помнить, что пространство-время в значительной степени искривлено вблизи таких объектов, и что там можно понять — это большой вопрос.

Нашумевшая «Задача трёх тел» китайского писателя-фантаста Лю Цысиня наглядно показала, насколько неустойчивым и поэтому редким явлением во Вселенной может быть звёздная система из трёх объектов звёздной массы (звёзд или чёрной дыры). Тем удивительнее стало открытие такой системы, в центре которой впервые была обнаружена чёрная дыра.

Художественное представление системы V404 Лебедя (чёрная дыра разрывает ближайшую звезду и удерживает далёкую). Источник изображения: Jorge Lugo

Источником информации для открытия стали собранные европейским астрометрическим спутником «Гайя» (Gaia) данные. Этот аппарат создаёт динамический трёхмерный каталог звёзд в Млечном Пути и немного за его пределами. «Гайя» определяет вектор и скорость движения звёзд, что позволяет определить гравитационно-связанные объекты и выявить двойные и даже тройные системы.

Согласно данным измерений «Гайи», изначально считавшаяся двойной системой V404 Лебедя (Cygni) включает в себя третью звезду. Система удалена от Земли на 7800 световых лет. Недалеко от компактного центра в виде чёрной дыры звёздной массы и разрываемой ею близкой звезды с орбитальным периодом в 6,5 суток находится третья звезда, по-видимому, гравитационно связанная с системой. Нюанс в том, что эта звезда находится на удалении 3500 а.е. от чёрной дыры и делает полный оборот вокруг неё за 70 тыс. лет. Эта звезда была видна и раньше, но только измерения «Гайи» смогли показать её связь с двумя центральными объектами.

Собственно, в такой конфигурации пресловутая задача трёх тел решается положительным образом — такая система будет гравитационно устойчивой условно бесконечно долгое время. Суть открытия в другом — гравитационная привязка третьей далёкой звезды к центральной паре настолько слабая, что в данной ситуации кажется невозможной.

Слева изображение центральной пары и далёкой звезды в оптике, справа — в инфракрасном диапазоне. Источник изображения: Nature 2024

Дело в том, что центральная чёрная дыра должна была образоваться в результате взрыва сверхновой, сбросить внешнюю оболочку и коллапсировать ядром. Все эти бурные проявления должны были бы разорвать слабую гравитационную связь с третьей звездой. Этого не произошло бы только в том случае, если бы коллапс произошёл без взрыва сверхновой. Такое явление теоретически возможно, но его сложно обнаружить и подтвердить наблюдениями (сверхновую будет видно в любом случае).

Моделирование ситуации с системой Лебедя V404 показало, что коллапс центральной звезды внутрь — это наиболее вероятный сценарий для описания того, что астрономы увидели в данных «Гайи» и последующих наблюдениях за системой. Сразу же возник вопрос — это так повезло, или тройные системы с чёрными дырами — это непременный или часто случающийся этап эволюции чёрных дыр? Ответ на него могут дать только последующие наблюдения.

Учёные получили новые доказательства, что базовые органические молекулы, необходимые для зарождения биологической жизни на Земле, пришли из космоса. В окаменелостях на планете признаки клеточной органики находят в слоях возрастом 3,7 млрд лет — почти сразу после её остывания до безопасного уровня. В таком случае клеточная жизнь не успела бы развиться из обычных химических элементов. Нужны были простые органические молекулы, очевидно — из космоса.

Фрагмент молекулярного облака тельца в инфракрасном диапазоне. Источник изображения: ESA

Учёные давно фиксируют присутствие сложных органических молекул в межзвёздном пространстве (соединения углерода и водорода). В общем случае — это класс так называемых полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), кольцеобразных соединений из десятков атомов. Интересно, что ранее теория не предполагала существования в межзвёздном пространстве молекул, более сложных, чем соединения из двух атомов. Наука считала, что ионизирующее излучение, особенно сильное в областях звездообразования, стабильно разрушает сложные молекулы. С появлением радиоастрономии молекулы ПАУ стали фиксироваться повсеместно, хотя одна проблема оставалась.

В инфракрасном и радиодиапазоне земная наука научилась различать крупные молекулы ПАУ. Между тем для процессов зарождения биологической жизни требовались более простые молекулы. В частности, было бы желательно обнаружить, например, пирен — одну из самых маленьких молекул ПАУ, состоящую всего из 26 атомов. Пирену было бы трудно выжить в плотном ионизирующем излучении молодых звёзд в зонах звездообразования, однако его также невозможно обнаружить в диапазоне радиоволн. Тогда учёные пошли другим путём.

Известно, что в соединении с цианидом пирен образует цианопирен (1-cyanopyrene, C₁₇H₉N). Цианопирен отлично регистрируется радиотелескопами, а зная распределение и соотношение цианида можно рассчитать ожидаемое количество пирена в изучаемой области пространства.

Молекула пирена (чёрные атомы — углерод, белые — водород). Источник изображения: Wikimedia

Учёные изучили ближайшую к Земле область звездообразования — удалённое на 450 световых лет молекулярное облако Тельца. Объём пирена, рассчитанный для этого облака холодного межзвёздного газа и пыли, превзошёл все мыслимые ожидания. Хотя в этой области множество новорождённых звёзд и процесс их формирования не прекращается, пирена — одного из базовых «кирпичиков» для зарождения биологической жизни — здесь в избытке. Это означает, что он в значительном количестве осядет на будущие планеты и, вероятно, в избытке присутствовал в облаке пыли и газа, которое впоследствии стало Солнечной системой.

Кстати, пирен обнаружен в образцах с астероида Рюгу, что стало ещё одним доказательством его существования в холодных межзвёздных облаках материи. Новое открытие ещё немного укрепило гипотезу внеземного происхождения жизни хотя бы на уровне базовых органических молекул.

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.