Группа астрономов впервые дала оценку потенциальной угрозы биологической жизни во Вселенной со стороны килоновых — относительно нового класса космических событий, сопровождаемых направленными выбросами колоссальной энергии. Может ли килоновая убить? В статье даётся ответ на этот вопрос.

Источник изображения: Pixabay

В отличие от сверхновых, которые также способны создать угрозу для жизни выбросом энергии и вещества, килоновые возникают в процессе слияния компактных объектов в двойных системах — нейтронных звёзд, нейтронной звезды и чёрной дыры и, пока теоретически, пары чёрных дыр. При этом килоновые рождают в 1000 раз больший выброс энергии, правда, довольно направленный, в отличие от взрыва сверхновой. Килоновые начали классифицировать с 2010 года и данных по ним пока не очень много и, соответственно, до сих пор не были очерчены границы смертоносности этих явлений.

Более того, учёные проанализировали смертоностность килоновой в том случае, если мишень располагается вне оси выброса (попасть в джет — редкая «удача»). Данные получены при наблюдении события GW 170817/GRB 170817A, а также из теоретических выкладок. Расчёты и данные наблюдений показали, что для типичной килоновой угроза жизни со стороны рентгеновского излучения, образованного послесвечением, распространяется на дальность до 5 парсек (примерно 16 световых лет). Для внеосевого гамма-излучения от события смертельная угроза снижается до дальности до 4 парсек.

Наибольшая угроза для жизни от килоновой — космические лучи, ускоренные её взрывом, которые сохраняют смертоносность на удалении до 11 парсек спустя годы после взрыва. Это примерно 35 световых лет. Поскольку килоновые случаются достаточно редко, это явление практически не угрожает жизни на Земле, но может стать опорой для поиска жизни во Вселенной с учётом наблюдаемых событий. Гораздо больше опасности несёт за собой взрыв сверхновой, что происходит намного чаще и имеет сходный с килоновой поражающий потенциал. Но это если на нас не будет направлен джет. Тогда все сравнения окажутся неуместными.

Международная группа исследователей обнаружила быстрый радиовсплеск, который не может быть объяснён современными теориями. Впервые подобные сигналы зарегистрированы в 2007 году и всё ещё ждут своего объяснения. Некоторые даже считали их сигналами инопланетян, но эта теория не возобладала. Новый и необычный по силе и удалённости радиовсплеск задаёт новую загадку, и разгадать её означает продвинуться в познании тайн Вселенной.

Источник изображения: Pixabay

Событие FRB 20220610A было зарегистрировано в июне 2022 года с помощью расположенного в Австралии массива радиоантенн ASKAP (Australian Square Kilometer Array Pathfinder). Поиск в оптическом диапазоне с помощью телескопа VLT определил источник радиовсплеска — безымянную галактику, расположенную на удалении почти 8 млрд световых лет. Это стало сенсацией по целому ряду причин.

Ещё никто не регистрировал FRB (fast radio burst) так далеко. Мощность сигнала также оказалась рекордной и в 3,5 раза превысила ранее зафиксированный максимум. За несколько миллисекунд события в космос была отправлена энергия, эквивалентная сумме всех энергетических выбросов с нашего Солнца за 30 лет.

Согласно одной из теорий, быстрые радиовсплески возникают в процессе «звездотрясений». Испускающая сигнал нейтронная звезда производит его из-за смещений в своей коре, которая испытывает колоссальное давление и оттого наделяет импульс невообразимой энергией. Однако подобные процессы накладывают ограничения на яркость события, а FRB 20220610A многократно превысил все расчётные значения.

Другая теория гласит, что быстрые радиовсплески возникают в процессе столкновения высокоскоростных частиц, выброшенных нейтронными звёздами, с окружающим их веществом в звёздном ветре. Но данные по FRB 20220610A также выходят за рамки этой модели, и учёным есть над чем поломать голову.

Но и это ещё не всё. Быстрый радиовсплеск FRB 20220610A может оказать неоценимую помощь для поиска невидимого обычного вещества во Вселенной — холодных межзвёздных газа и пыли, которые не видны в оптическом диапазоне и плохо фиксируются в других, особенно на огромном от нас удалении.

Разница в спектре свободно летящего сигнала и сигнала, пробивающегося сквозь облака барионного вещества. Источник изображения: ICRAR

Дело в том, что в процессе распространения по Вселенной по мере прохождения облаков пыли и газа, радиосигнал, скажем так, расщепляется. Это похоже на появление радуги в небе, когда свет Солнца преломляется в каплях дождя. Разные длины волн отклоняются на разную величину в процессе прохождения облаков пыли и газа, которые имеют собственный электромагнитный фон и естественным образом воздействуют на электромагнитные волны в быстром радиовсплеске. Для FRB 20220610A разброс оказался нетипичным, хотя ранее подобное уже один раз фиксировалось.

Это означает, что учёным придётся учесть новый фактор при детектировании холодного межзвёздного вещества с помощью FRB. Эта «линейка» оказалась не так проста, как считалось ранее. Но тем важнее учесть все нюансы. Чем точнее будет наша математика, тем больше мы узнаем о мире, в котором живём.

Несмотря на бесконечность космических расстояний, разбросанные по Вселенной галактики не являются изолированными островками вещества. С самого рождения Вселенной между скоплениями материи тянутся нити из тёмного и обычного вещества, соединяя всё и вся единой сетью космической паутины. До сих пор такие нити наблюдались только вблизи «вселенских фонарей» — квазаров. Но теперь у учёных появился инструмент для обнаружения нитей в любом месте Вселенной.

Реконструкция космической паутины в объёме пространства. Источник изображения: Caltech/R. Hurt/IPAC

Астрофизик Кристофер Мартин (Christopher Martin) из Калифорнийского технологического института разработал методику и инструмент для непосредственного получения изображений космической паутины даже в неосвещённых уголках Вселенной, например, на ранних этапах её эволюции, когда звёзд и галактик было мало и, следовательно, было мало излучения, которое могло бы подсветить нити космической паутины. Между тем, эти нити тянутся из прошлого и трансформируются, являясь проводником вещества во Вселенной и инструментом её эволюции.

Считается, что около 60 % первичного водорода, рождённого после Большого взрыва, сосредоточено в нитях космической паутины. Они абсорбируют водород из межгалактической среды и переносят его в галактики для стимулирования в них звёздообразования. Картографирование этих маршрутов много расскажет об эволюции Вселенной в прошлом и позволит моделировать её будущее развитие. Но для этого пришлось решить одну проблему: холодные атомы водорода в межгалактической среде — это крайне слабый источник излучения, который практически невозможно было регистрировать приборами на Земле.

Последовательное детектирование космической паутины. Источник изображения: Nature Astronomy

Исследователь из Калтеха в 2019 году провёл моделирование и понял, каким образом он может обнаруживать космическую паутину даже в самых тёмных уголках Вселенной. Регистрация излучения водорода велась по линии Лайман-альфа, а фоновое излучение, которое не позволяло детектировать полезный сигнал, вычиталось в процессе сравнения сигналов с разных участков неба. Фактически сумматор выступал фильтром полезного сигнала. Так у телескопа им. Кека на Гавайях появился прибор Keck Cosmic Web Imager (KCWI).

Прибор учитывает смещение света в красный диапазон спектра, что позволяет следить за изменениями космической паутины во времени, а не только в пространстве. На основе проделанных наблюдений учёный построил реальную 3D-модель эволюции космической паутины в той области пространства, где она никогда ничем не была подсвечена — в период от 12 до 10 млрд лет назад. И это правильное решение — начинать распутывать клубок эволюции Вселенной с того момента, когда нитей было сравнительно мало.

«Мы очень рады, — сказал один из коллег астрофизика по институту, — что этот новый инструмент поможет нам узнать о более отдалённых нитях и об эпохе формирования первых звёзд и чёрных дыр».

Эксперимент на установке ALPHA-g в ЦЕРН позволил ответить на вопрос, как гравитация воздействует на антиматерию. Более ста лет назад на этот вопрос теоретически ответил Эйнштейн, но экспериментально подтвердить его слова учёные смогли только сейчас.

Источник изображения: Pixabay

К сожалению или к счастью, чуда не случилось. Эйнштейн оказался прав. Гравитация примерно одинаково воздействует как на материю, так и на её физически зеркального двойника с противоположным зарядом — антиматерию. Почему примерно? Поставленный эксперимент не дал достаточно точных измерений. Следующая модернизация установки ALPHA-g позволит на два порядка повысить точность измерений, и тогда можно будет говорить о значимых для расчётов значениях.

Точное знание о том, как гравитация воздействует на антиматерию, может стать толчком к развитию тех или иных гипотез об эволюции вещества во Вселенной. Пока в этом есть великая тайна. Примерно 13,4 млрд лет назад произошёл Большой взрыв, в ходе которого в пространстве-времени возникло поровну материи и антиматерии. В теории вещество и антивещество должно было аннигилировать при столкновении друг с другом и это привело бы к исчезновению зародыша Вселенной вскоре после его рождения. Но всё, что мы видим вокруг опровергает такой сценарий, иначе нас не было бы тоже.

Из сказанного выше следует, что вещество и антивещество могут в чём-то неуловимо для нас отличаться по ряду физических свойств, а не только по знаку заряда. Например, это могло бы быть в отношениях с гравитацией. Если бы она по-разному воздействовала на материю и антиматерию, то это могло бы объяснить, почему после рождения вещества и антивещества не произошло их взаимного уничтожения — гравитация просто развела бы их по разным углам ринга.

Воздействие гравитации на вещество на уровне системных экспериментов провёл Галилей, роняя предметы с вершины Пизанской башни. С антивеществом такое провернуть нельзя. Его можно получать на ускорителях, но на уровне сотен атомов. И всё же, даже такого мизерного количества антиматерии оказалось достаточно для оценки воздействия на него земной гравитации.

В эксперименте на установке ALPHA-g учёные собирали в вертикально расположенной ловушке атомы антиводорода. Система магнитов компенсировала электромагнитные поля, на фоне которых воздействие гравитации вообще не было бы заметно. После накопления в ловушке около сотни атомов антиводорода ловушка открывалась, и атомы покидали её вверх и вниз. Подсчёт упавших вниз атомов и оценка их характеристик, включая скорость падения (всё это — по косвенным измерениям в процессе аннигиляции материи и антиматерии), позволили определить постоянную свободного падения антиводорода. Она оказалась равна 9,8 м/с² — как и у обычного вещества.

Чтобы окончательно убедиться в одинаковом воздействии гравитации на вещество и антивещество точность измерения будет постепенно увеличиваться, что позволит отбросить массу альтернативных теорий взаимодействия гравитации и антиматерии.

До начала работы обсерватории «Джеймс Уэбб» считалось, что в той части Вселенной, возраст которой меньше 6 млрд лет, очень мало дисковых галактик, о чём говорили наблюдения с помощью телескопа «Хаббл». «Уэбб» изменил это мнение, обнаружив дисковые галактики едва ли не до времён зарождения Вселенной, что заставит учёных переписать теории эволюции звёзд, галактик и мироздания в целом.

Источник изображения: Pixabay

Первый год наблюдений с помощью «Уэбба» открыл существование на порядок большего числа дисковых галактик, примером которых может служить наш Млечный Путь, чем это было сделано с помощью «Хаббла». Дисковые галактики во всём их многообразии считаются устоявшимися образованиями, тогда как в ранней Вселенной теснота и частые столкновения галактик должны были сеять хаос и порождать причудливые галактические массивы. «Уэбб» же вместо повсеместного хаоса обнаружил в ранней Вселенной неожиданно много дисковых галактик вплоть до самых ранних этапов её развития.

Примеры дисковых галактик, обнаруженных «Уэббом» в ранней Вселенной. Источник изображения: University of Manchester

Кристофер Конселис (Christopher Conselice), профессор внегалактической астрономии Манчестерского университета, сказал: «Используя космический телескоп "Хаббл", мы считали, что дисковые галактики практически не существуют до тех пор, пока возраст Вселенной не достигнет шести миллиардов лет. Новые результаты JWST отодвигают время формирования этих галактик, подобных Млечному Пути, практически к началу существования Вселенной».

Сравнение изображений с «Хаббла» и «Уэбба»

Данных по ранним галактиками становится всё больше и новая работа, опубликованная на днях в Astrophysical Journal, добавляет к ним серию наблюдений по дисковым галактикам с возрастом от 3 до 6 млрд лет после Большого взрыва. По мнению исследователей, это еще один признак того, что галактические структуры во Вселенной формировались гораздо быстрее, чем кто-либо предполагал. Это же наблюдение заставляет по-новому взглянуть на роль и свойства тёмной материи, которая считается цементом для удержания звёзд и вещества в галактических структурах. Настало время переписать теории эволюции Вселенной, резюмируют авторы исследования.

Астрономы подтвердили, что Вселенная на 69 % состоит из тёмной энергии и на 31 % из материи, большая часть которой тёмная. Команда учёных под руководством Мохамеда Абдуллы (Mohamed Abdullah) из Национального исследовательского института астрономии и геофизики Египта (NRIAG) и Университета Чиба (Япония) применила новый метод, основанный на анализе массы и количества галактик в скоплениях, для оценки распределения материи в космосе. Эти данные совпали с результатами, полученными ранее с помощью спутника «Планк» (Planck).

Источник изображения: Hubble

Вопрос о том, из чего состоит Вселенная, давно волнует учёных. Современные космологи разделяют всё содержимое Вселенной на тёмную и видимую составляющие. Материя, включающая звёзды, галактики, атомы и другие элементы, а также загадочную тёмную материю, составляет всего 31 % от общей массы Вселенной. Оставшиеся 69 % приходятся на тёмную энергию, природа которой до сих пор остаётся загадкой.

Стоит отметить, что наиболее точные данные об устройстве космоса до сих пор поступали от спутника «Планк» Европейского космического агентства (ESA), который картографировал Вселенную, изучая космическое микроволновое излучение — остаточное излучение от Большого взрыва, произошедшего около 13,8 млрд лет назад. Именно благодаря спутнику «Планк» астрономы смогли установить «золотой стандарт» измерений общего количества материи во Вселенной.

Скопление галактик SDSSJ0146-0929 достаточно массивно для того, чтобы сильно исказить окружающее пространство. Видна масса звезд и газа в каждой галактике, однако тёмная материя увеличивает массу этого скопления. Источник изображения: NASA

«Космологи считают, что только около 20 % всей материи представлены обычной или „барионной“ материей. Около 80 % [всей материи] составляет тёмная материя, природа которой пока неизвестна, но, возможно, она состоит из ещё не открытых субатомных частиц», — отметил Абдулла. Тем не менее, учёные постоянно стремятся проверять и дополнять данные спутника «Планк», используя различные методы, что и стало основной задачей нового исследования.

Для подтверждения этих данных команда учёных применила метод определения соотношения массы и плотности скопления (Cluster Mass-Richness Relation, MRR). Реализация этого метода оказалась непростой задачей из-за сложности точного измерения массы галактических скоплений, большая часть которых представлена тёмной материей. То, что астрономы видят в скоплении, не всегда отражает реальную картину.

Космический микроволновый фон. Его сравнили с современным распределением галактик, чтобы отследить тёмную материю. Источник изображения: ЕКА

Однако команда нашла способ обойти эту проблему, используя количество галактик в каждом скоплении как индикатор его общей массы. «Мы осознали, что более массивные скопления содержат больше галактик. Таким образом, анализируя количество галактик, можно сделать выводы о массе самого скопления», — объяснил один из учёных. Так, команда проанализировала количество галактик в каждом скоплении из своей выборки, что позволило им оценить общую массу каждого из них.

Исследователи сравнили количество и массу галактик на единицу объёма с прогнозами, полученными на основе численного моделирования. Команда активно использовала данные проекта «Слоановский цифровой небесный обзор» (Sloan Digital Sky Survey), создав каталог галактических скоплений под названием GalWeight. Сравнивая данные каталога с результатами моделирования, учёные смогли оценить общее количество материи во Вселенной. Для определения расстояний до скоплений и выявления принадлежности галактик к конкретным скоплениям, команда использовала спектроскопические исследования, что позволило им получить более точные данные.

Работа учёных показала, что новый метод измерения массы Вселенной является достаточно надёжным и может быть использован при анализе новых астрономических данных. Джиллиан Уилсон (Gillian Wilson) подчеркнула, что метод MRR имеет большой потенциал и может быть применён к новым данным, которые становятся доступными благодаря крупномасштабным астрономическим обзорам галактик с использованием таких инструментов, как телескопы Dark Energy Survey, Dark Energy Spectroscopic Instrument, Euclid, eROSITA и орбитальной обсерватории «Джеймс Уэбб» (James Webb Space Telescope).

Учёные провели измерение скорости расширения Вселенной при помощи космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), и полученные результаты подтвердили, что космология все ещё находится в состоянии кризиса, потому что прежние результаты измерений космического телескопа «Хаббл» (Hubble) оказались верными.

Источник изображения: webbtelescope.org

Вселенная может казаться неизменной, но в реальности все наблюдаемые нами объекты разлетаются с огромной скоростью, которая описывается постоянной Хаббла или H₀. Точное значение этой величины установить не удаётся, потому что разные способы её измерения дают разные результаты — разногласия между методами измерения обозначаются как «напряжённость Хаббла».

Первый способ измерить скорость расширения Вселенной — изучение параметров реликтового излучения, возникшего на ранних этапах её существования. Второй — измерение расстояний до объектов с известной собственной светимостью, например, сверхновых или пульсирующих звёзд цефеид. Проблема в том, что первый метод показывает, что скорость расширения Вселенной составляет около 67 километров в секунду на мегапарсек (км/с)/Мпк, а второй даёт около 73 (км/с)/Мпк.

Эти измерения проводились неоднократно, что значительно снижает вероятность ошибки при каждой из оценок. По одной из версий, несоответствие могло быть вызвано тем, что наиболее точные на сегодняшний день данные о цефеидах были получены от одного источника — «Хаббла». Он демонстрирует точность, недоступную земным телескопам, показания которых искажает атмосфера. Но ещё более точными должны быть данные «Джеймса Уэбба», который работает в инфракрасном диапазоне — ему не страшны помехи, вносимые космической пылью.

Показания «Джеймса Уэбба» имеют меньший разброс, чем измерения «Хаббла», но их данные согласуются

Группа учёных решила определить постоянную Хаббла при помощи «Джеймса Уэбба». На начальном этапе они направили телескоп на галактику, расстояние до которой известно, чтобы откалибровать телескоп по светимости известных цефеид. После этого учёные провели наблюдение цефеид в других галактиках — в общей сложности 320 объектов. И, несмотря на естественную погрешность измерений «Хаббла», его данные всё-таки согласовывались с показаниями «Джеймса Уэбба». Значение H₀ так и осталось равно 73 (км/с)/Мпк, а значит, естественные недостатки конструкции или человеческий фактор не объясняют напряжённость Хаббла.

Учёные до сих пор не знают, что вызывает расхождение. Одним из главным «подозреваемых» остаётся тёмная энергия — эта неизученная, но, кажется, фундаментальная сила, вероятно, ускоряет расширение Вселенной.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) представил поразительное изображение спиральной галактики M51, известной как «Водоворот» (Whirlpool). Этот космический портрет, созданный на основе данных инфракрасных камер телескопа (MIRI и NIRCam), в том числе с использованием данных Европейского космического агентства (ESA), демонстрирует величественные спиральные рукава галактики, которая находится на расстоянии 27 млн световых лет от Земли.

Источник изображений: A. Adamo (Stockholm University) / ESA, Webb, NASA, CSA, FEAST JWST team

Галактика M51, также известная как NGC 5194 или галактика «Водоворот», отличается от других спиральных галактик своими чётко выраженными и хорошо развитыми спиральными рукавами. На представленном изображении тёмно-красные области отображают тёплую пыль, пронизывающую галактику. Красные участки демонстрируют свет, преобразованный сложными молекулами, образующимися на пылинках, в то время как оранжевые и жёлтые оттенки выявляют области ионизированного газа, созданные недавно образовавшимися звёздными скоплениями.

M51 — объединённый снимок с MIRI и NIRCam

Галактика M51 находится в созвездии «Гончие Псы» (Canes Venatici) и взаимодействует со своим соседом — карликовой галактикой NGC 5195. Это взаимодействие делает их одной из наиболее изученных пар галактик на ночном небе. Считается, что гравитационное воздействие меньшего соседа M51 отчасти ответственно за формирование её выразительных спиральных рукавов.

Наблюдение M51 телескопом «Джеймс Уэбб» является частью серии исследований под названием «Обратная связь в возникающих экстрагалактических звёздных скоплениях» (FEAST). Цель FEAST — изучить взаимодействие между звёздным обратным связыванием и формированием звёзд в условиях, отличных от нашей галактики — Млечного Пути. Понимание этого процесса критически важно для создания точных универсальных моделей формирования звёзд.

До запуска телескопа «Джеймс Уэбб» другие обсерватории, такие как радиотелескоп «ALMA» в Чили и «Хаббл», дали представление о формировании звёзд либо на начальном этапе (отслеживая плотные газовые и пылевые облака, где будут формироваться звёзды), либо после того, как звёзды уничтожили свою родную газовую и пылевую среду своей энергией. Телескоп «Джеймс Уэбб» открывает новое окно в ранние стадии формирования звёзд, позволяя учёным наблюдать звёздные скопления, выходящие из своего родного облака в галактиках за пределами группы галактик, к которой принадлежит Млечный Путь.

Эти наблюдения помогут учёным лучше понять циклы формирования звёзд и механизмы, регулирующие обогащение галактик металлами, а также узнать временные рамки формирования планет и коричневых карликов. Ведь после того как из новообразованных звёзд удаляются пыль и газ, материал, необходимый для создания планет, полностью исчезает. Этот факт делает изучаемые процессы ещё более уникальными и интересными, подчёркивая их особую ценность для учёных.

Космический телескоп «Хаббл» (Hubble) прислал изображение космического скопления галактик Абель 3322 (Abel 3322), которое было увеличено благодаря уникальному явлению гравитационного линзирования.

Источник изображения: ESA, Hubble, NASA

Гравитация этого скопления, основная часть которого, как полагают учёные, происходит от тёмной материи, действует как космическая увеличительная линза. Она искажает и усиливает свет от далёких галактик, находящихся за ней. Благодаря способности телескопа «Хаббл» регистрировать эффект гравитационного линзирования, у астрономов появляется уникальная возможность исследовать далёкий космос.

Пример использования гравитационного линзирования телескопом «Хаббл». Источник изображения: D. Player (STScI) / ESA, Hubble, NASA

NASA утверждает, что наблюдение за такими скоплениями галактик, как Абель 3322, расположенным в созвездии Живописца (Pictor constellation) на расстоянии примерно 2,6 млрд световых лет от Земли, сможет расширить наше понимание взаимодействия тёмной и обычной материи. Это также поможет лучше использовать мощные гравитационные «телескопы» для увеличения объектов в глубоком космосе.

Для получения этого изображения на борту телескопа «Хаббл» использовались два инструмента: Wide Field Camera 3 (WFC3) и Advanced Camera for Surveys (ACS). Первый способен регистрировать электромагнитное излучение от ультрафиолетового до видимого света. Второй был спроектирован для обследования больших участков неба на различных длинах волн с эффективностью, в 10 раз превосходящей его предшественника.

Знание местоположения таких гравитационных линз, как Абель 3322, в будущем поможет в наблюдениях не только с помощью телескопа «Хаббл», но и телескопа «Джеймс Уэбб» (James Webb Space Telescope). Эти открытия подчёркивают неоценимую роль космических телескопов в расширении наших горизонтов и понимании вселенной.

Космический зонд NASA New Horizons покидает Солнечную систему и это даёт ему возможность делать снимки Вселенной без засветки со стороны Солнца и отражения его лучей от рассеянной в системе пыли. Первые снимки неба с окраины Солнечной системы озадачили учёных — оно оказалось не таким уж тёмным, как говорят расчёты. Камеры New Horizons зафиксировали в два раза более яркий свет, чем ожидалось. Теперь это предстоит подтвердить в серии новых экспериментов.

Зонд «Новые горизонты» в представлении художника. Источник изображения: NASA/APL/SwRI and NASA/JPL-Caltech

До края Солнечной системы и за её пределы ранее выходили космические аппараты NASA Pioneer 10 и 11 и Voyager 1 и 2. С «Пионерами» связь давно потеряна, а у «Вояджеров» нет оптических инструментов. Увидеть Вселенную с окраин системы впервые помогает нам зонд «Новые горизонты». Учёные не упустили возможность измерить интенсивность фонового света Вселенной без помех со стороны Солнца или его рассеянных в пыли лучей. Удивлению не было предела, когда выяснилось, что Вселенная не настолько темна, как ожидалось. Уловленный фотодетекторами зонда свет оказался в два раза интенсивнее, чем можно было ожидать, суммируя свет от галактик в направлении съёмки.

Добавим, зонд производил замеры в самой тёмной точке неба в стороне от Млечного Пути, чтобы максимально снизить фоновое свечение, поэтому вероятность ошибки очень и очень мала. Для подтверждения этого результата или его опровержения команда зонда запланировала измерение фонового света Вселенной ещё в 15 точках, чем они займутся в течение следующего месяца. Они надеются разгадать эту загадку — что там светится в вечной ночи.

Одним из первых объектов для наблюдений космической обсерватории «Джеймс Уэбб» стала звезда Earendel («Эарендиль»). В марте 2022 года она была открыта телескопом «Хаббл» и представлена как кандидат в самые далёкие звезды во Вселенной. «Уэбб» должен был подтвердить это звание и дать звезде развёрнутую характеристику. И он это сделал!

Нажмите для увеличения. Источник изображения: NASA, ESA, CSA, D. Coe

Учёным сильно повезло, что на пути света звезды «Эарендиль» к Земле оказалась гигантская складка пространства-времени — гравитационного возмущения, вызванного галактическим скоплением WHL0137-08. «Эарендиль» настолько идеально вписалась в эту складку, что свет от неё усилился на порядки — более чем в 4000 раз. Когда к этой природной линзе добавились возможности «Уэбба» в виде инфракрасной чувствительности и спектральных анализаторов, получилось определить тип звезды и подтвердить её удалённость от нас.

Точное расстояние до «Утренней звезды» пока анализируется, как и удалённость и состав галактики Sunrise Arc («Рассветная арка»), в которой она расположена. Но определённо можно сказать, что это первая звезда, обнаруженная в пределах одного миллиарда лет после Большого взрыва. Это открытие даёт надежду таким же образом обнаружить первые звёзды во Вселенной, состоящие исключительно из водорода и гелия. Пока их поиск не увенчался успехом.

Спектральный анализ света от «Эарендили» показал, что это звезда B-типа. Она тяготеет к синему свечению и в два раза горячее Солнца, а также в миллион раз ярче его. Масса звезды в десятки раз превышает массу Солнца, и такие звёзды обычно имеют компаньонов. В свете «Эарендили» обнаружены признаки более холодной и красной звезды, что намекает на то, что у неё действительно есть компаньон.

Образованная скоплением WHL0137-08 гравитационная линза не исчерпывает свои возможности наблюдением далёкой звезды. В область увеличения попали также ранние шаровые скопления и области звездообразования — как молодые, так и более старые. Эти данные помогут нам разобраться, как выглядели шаровые скопления в нашей галактике, когда они образовались миллиарды лет назад.

До обнаружения «Эарендили» самой древней обнаруженной звездой во Вселенной считалась звезда LS1 или «Икар», существование которой подтверждено для Вселенной в возрасте 4,4 млрд лет. Недавно астрономы с помощью «Уэбба» обнаружили ещё одну древнюю звезду — Quyllur («Квиллур»), — красного гиганта, наблюдающегося через 3 млрд лет после Большого взрыва. Но это не отняло пальму первенства у «Эарендили». Она пока самая древняя или самая юная из обнаруженных, если считать от момента Большого взрыва.

Около 30 лет назад была обнаружена звёздная система MACHO 80.7443.1718, которой суждено стать родоначальником нового типа двойных звёздных систем. Её необычное поведение — сверхсильные пульсации яркости — недавно получили исчерпывающие объяснения. Моделирование показало, что на главной звезде из этой пары регулярно возникают приливные волны высотой свыше 4 млн км и долго прокатываются по её поверхности, создавая рябь циклопических масштабов.

Малая звезда в паре вызывает гигантскую волну на поверхности большой (рисунок художника). Источник изображения: Melissa Weiss, CfA

Систему MACHO 80.7443.1718 учёные прозвали heartbreak или «волнующейся» в данном контексте за её экстремально пульсирующий характер свечения. Обычно изменение яркости светил в двойных системах не превышает 0,1 %. Пульсации возникают при гравитационном взаимодействии пары звёзд, когда они проходят рядом на расстояниях, достаточных для обмена веществом (плазмой). Однако в случае с системой MACHO 80.7443.1718, где одна звезда в 35 раз массивнее Солнца, а вторая намного меньше её, изменение в яркости достигает 20 %, что не помещается ни в какие известные теории.

Долгие годы учёные строили модели системы MACHO, пока, наконец, новое моделирование не дало результат, совпадающий с наблюдениями. Оказалось, что приближение малой звезды к большой вызывает на крупном партнёре настолько гигантские приливные волны, что они продолжают ходить по поверхности даже после удаления малого партнёра на большое расстояние. Высота цунами из плазмы и звёздного вещества может превышать 4,3 млн км, что в три раза выше диаметра Солнца. Подобной «волнующейся» звезды астрономы ещё не наблюдали в двойных звёздных системах, но жаждут найти их больше, а MACHO 80.7443.1718 стала первой в их списке.

Учёный из Южной Кореи получил убедительные доказательства, что теории гравитации Ньютона и Эйнштейна могут быть ошибочными. На примере двойных звёздных систем он показал, что при слабых ускорениях звёзды движутся до 40 % быстрее, чем предсказывают теории Ньютона и Эйнштейна. Такое «экстремальное» поведение гравитации делает ненужными поиски тёмной материи и энергии — эти понятия становятся лишними. Похоже, мы на пороге революции в астрофизике и физике.

Источник изображения: Pixabay

Астрофизик Кю-Хюн Чае (Kyu-Hyun Chae) из Университета Седжонг в Сеуле проанализировал 26 500 «широких» двойных звёздных систем в пределах 650 световых лет от Земли. Это звёздные системы, в которых две звезды вращаются вокруг общего центра масс на довольно большой удалённости одна от другой — от нескольких сотен до нескольких тысяч астрономических единиц. При этом профессор учёл возможность «вложения» — существования скрытой тесной двойной системы звёзд на орбите с третьей сильно удалённой звездой (данные расчётов были откалиброваны с учётом такого варианта событий).

Все данные для расчётов были получены из одного из обзоров астрометрического европейского спутника «Гайя» (Gaia). «Гайя» определяет точные расстояния до звёзд в нашей галактике и их скорость, а также вектор движения, позволяя создавать динамическую трёхмерную карту ближней Вселенной. В данных Gaia никто не сомневается, а проделанные корейским учёным расчёты настолько достоверны, что это буквально вышибает опору под ногами многих поколений учёных. Выходит, что они ошибочно считали теории гравитации Ньютона (для медленных и относительно небольших масс) и Эйнштейна (для околосветовых скоростей и больших масс) истиной в последней инстанции, а это, как оказалось, определённо не так.

Слева двойная звёздная система с «вложением» в виде тесной пары звёзд, справа — график измерения ускорения звёзд и график расчёта ускорения согласно уравнениям Ньютона и Эйнштейна с поправкой (калибровкой) на третьи «вложенные» звёзды (с определённого момента графики наблюдений и теория расходятся). Источник изображения: Kyu-Hyun Chae

Проделанные южнокорейским исследователем расчёты показывают, что при ускорении менее 1 нм/с² ускорение, с которым пары двойных звёзд реально вращаются вокруг общего центра масс, перестаёт удовлетворять расчётам, сделанным на основе уравнений Ньютона/Эйнштейна. Эти выводы получены для 20 тыс. двойных звёздных систем. Вероятность ошибок исключается, а достоверность данных попадает в отклонение на 5 сигма — это тот результат, который необходим для заявления о научном открытии.

При ускорении менее 0,1 нм/с² наблюдаемое в широких двойных звёздных системах ускорение превышает «классическое» значение уже на 30–40 %. Нечто подобное мы наблюдаем при измерении кривой вращения галактик. Для объяснения непонятного ускорения звёзд по мере удаления от центра галактик была придумана тёмная материя, которую мы не видим, но которая якобы участвует в гравитационном взаимодействии галактических объектов и заставляет их вращаться синхронно. Для сравнительно небольших двойных звёздных систем этот механизм не может служить объяснением (на таком масштабе тёмная материя не работает) и это, тем самым, может вычеркнуть необходимость тёмной материи для объяснения ускорения в масштабе галактики. По крайней мере, теперь для этого нужно меньше тёмной материи, а часть лишнего ускорения может взять на себя обнаруженная в законах Ньютона/Эйнштейна аномалия.

Самое интересное, что альтернативу законам Ньютона/Эйнштейна о тяготении в виде модернизированной теории гравитации MOND более 40 лет назад предложил израильский астрофизик Мордехаем Милгром (Mordehai Milgrom). В эту теорию почти никто не верил, но другой учёный — Якоб Бекенштейн (Jacob Bekenstein) — представил численные методы подтверждения MOND в виде теории AQUAL. Согласно расчётам Бекенштейна, при малых ускорениях наблюдаемое ускорение будет отличаться от теории Ньютона/Эйнштейна в 1,4 раза, что теперь независимо показали расчёты южнокорейского учёного по широким двойным звёздным системам в Млечном Пути.

Результаты данного исследования опубликованы в журнале The Astrophysical Journal. Рецензенты высоко оценили работу и предрекли, что астрофизика на пороге новой революции. Наш мир оказался не такой, как его себе представляли Ньютон и, позже, Эйнштейн — два незыблемых авторитета в мире всемирного тяготения на малом и вселенском уровнях.

Космический телескоп «Хаббл» (Hubble) прислал снимок величественного космического левиафана — гигантского скопления галактик 2MASX J05101744-4519179. Этот далёкий космический объект поражает своей яркостью в рентгеновском спектре и может стать ключом к пониманию взаимодействия тёмной и обычной материи во Вселенной.

Источник изображений: H. Ebeling / ESA, Hubble, NASA

В центре изображения, сделанного телескопом, расположено галактическое скопление 2MASX J05101744-4519179, которое находится в созвездии Живописца (Pictor constellation), на расстоянии около 2,6 млрд световых лет от Земли. Изучение таких объектов позволяет глубже понять эволюцию и взаимодействие тёмной материи и обычной (барионной) материи в галактических скоплениях. Тёмная материя — это невидимая часть Вселенной, которая не излучает свет, но оказывает гравитационное воздействие на видимые объекты. Обычная материя — это всё, что мы можем наблюдать: звёзды, планеты, галактики.

Подобные галактические скопления действуют как мощные гравитационные «телескопы», усиливающие изображение далёких объектов благодаря гравитационному линзированию. Знание местоположения таких «линз» важно для будущих наблюдений не только с помощью телескопа «Хаббл», но и телескопа «Джеймс Уэбб» (James Webb Space Telescope).

Для создания этого изображения были использованы два инструмента телескопа «Хаббл»: Wide Field Camera 3 (WFC3) и Advanced Camera for Surveys (ACS). Оба они являются инструментами третьего поколения, предоставляя высокое качество изображения. Они позволяют получать изображения больших участков ночного неба, но работают в немного разных диапазонах электромагнитного спектра. WFC3 охватывает спектр от ультрафиолетового до видимого света и ближнего инфракрасного, в то время как ACS оптимизирован для наблюдений в видимом свете.

Открытие галактического скопления 2MASX J05101744-4519179 — это не просто очередное космическое открытие. Это шаг вперёд в понимании структуры Вселенной, взаимодействия её объектов и роли гравитации в формировании космического ландшафта. Такие исследования подтверждают важность продолжения космических миссий и развития технологий наблюдения за далёким космосом.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» получил наиболее полное изображение одного из интереснейших для наблюдения в любительские телескопы объектов — планетарной туманности Кольцо (M57). Это разлетевшаяся оболочка звезды крупнее нашего Солнца, которая завершила свой жизненный путь — очень яркий, красочный и привлекательный объект для наблюдений. А для профессиональных астрономов туманность Кольцо это лаборатория для изучения финала эволюции звёзд.

Нажмите, чтобы увеличить. Источник изображения: NASA / ESA / CSA / JWST Ring Nebula Team / Roger Wesson

Новое изображение туманности Кольцо получено с помощью камеры ближнего инфракрасного диапазона NIRCam и набора узкополосных фильтров. В центре картинки обнаружился белый карлик — это всё, что осталось после сброса внешней оболочки звезды на последних стадиях её эволюции. Когда-нибудь подобное произойдёт с нашим Солнцем. Оно превратится в красного гиганта с чрезмерно раздутой оболочкой и в один из моментов сбросит её. Газ и вещество разлетятся по Солнечной системе, сметая на своём пути всё, включая и атмосферу Земли.

Но со стороны всё выглядит красиво, особенно в таких подробностях, как представил «Уэбб» — с завихрениями и сгустками в областях, где оболочка звезды сталкивалась с холодным газом в пространстве. По этой картине учёные могут восстановить динамику разлёта оболочки, однако и это не всё. Приборы «Уэбба» позволяют проводить спектральный анализ вещества, тем более что туманность Кольцо находится почти рядом с нами (по меркам Вселенной) — до неё примерно 2,5 тысячи световых лет. Учёные получили раскладку по химическому составу вещества оболочки и, например, удивились обилию молекул с соединением углерода.

«С научной точки зрения мне очень интересно узнать, как звезда превращает свою газообразную оболочку в эту смесь простых и сложных молекул и пылевых сгустков, и эти новые наблюдения помогут нам это выяснить», — поделился один из авторов исследования.