Экзопланеты слишком маленькие и очень далеки, чтобы мы могли увидеть эти миры прямо в оптические телескопы. Поэтому почти все из обнаруженных на сегодня 5300 экзопланет выявлены тем или иным косвенным способом. Тем удивительнее было сделать открытие инопланетного мира с использованием редкого астрономического наблюдения и затем подтвердить его существование прямым наблюдением. Но самое ценное в этом — создание новой методики поиска экзопланет.

Одно из изображений экзопланеты HIP-99770b с телескопа Субару. Источник изображения: T. Currie/Subaru Telescope/UTSA

В астрономии для косвенного поиска экзопланет используется два основных метода: транзитный и доплеровский. В первом случае астрономы ищут повторяющиеся провалы в блеске звёзд, когда экзопланета перекрывает её свет при проходе по диску в орбитальном движении, а во втором случае фиксируются повторяющиеся изменения в длине волны света звёзд — так называемое доплеровское смещение. Пара звезда-планета вращается вокруг общего центра масс и звезда то приближается в нашу сторону, то движется от нас, что находит отражение в её спектре. В обоих случаях становится возможным обнаружить очень близкие к звёздам экзопланеты, что мешает разглядеть их в оптические телескопы на фоне яркого света материнских звёзд.

Но заметить «танец» звезды на небе можно и другим способом — астрометрическим. Измеряя точное положение звёзд в небе и их радиальную скорость, можно обнаружить характерное кружение звёзд вокруг линии, по которой она должна двигаться при вращении вокруг центра галактики.

Источник изображения: ЕКА

Если в системе звезды есть достаточная по массе экзопланета или несколько экзопланет, то звезда будет двигаться характерной «змейкой». Такие данные обнаружились в наблюдениях европейской космической станции Gaia «Гайя». «Гайя» точнейшим образом измеряет координаты звёзд и их скорости движения относительно Земли. Фактически она строит трёхмерную карту звёзд в Млечном Пути в динамике, что даёт массу информации для самых разнообразных открытий.

Ряд звёзд уже привлёк внимание астрономов и одна из них — HIP-99770 — была изучена на предмет наличия экзопланеты. Из данных «Гайи» стало понятно, в какую точку Вселенной надо смотреть и с помощью оптических телескопов Субару и обсерватории Кека на Гавайях в указанной области пространства у звезды HIP-99770 была визуально обнаружена экзопланета, получившая название HIP-99770b.

Таким образом, астрометрический метод дал звезду-кандидата на систему с экзопланетой, и проведённое после этого прямое наблюдение обнаружило там инопланетный мир. Из данных «Гайи» и базы более старой европейской астрометрической орбитальной обсерватории Hipparcos выделены ещё около 50 звёзд-кандидатов, «петляющих» по небу в своём галактическом движении, где также будут проводиться оптические поиски экзопланет. Эти исследования помогут отработать новую методику поиска инопланетных миров.

Испытанный учёными метод позволяет открывать экзопланеты на удалённых орбитах, что ценно само по себе. Экзопланета HIP-99770b имеет 14–16 масс Юпитера и в 1,05 раза больше радиуса Юпитера. Она вращается вокруг звезды массой в две солнечные массы, поэтому находясь от неё в три раза дальше Юпитера (на удалении 15 а. е.) получает примерно столько же энергии, как Юпитер.

Прямое наблюдение экзопланеты в телескоп вместе с астрометрическим методом позволило не только получить данные о размере, плотности и диаметре экзопланеты, но и дало увидеть облака в её атмосфере и даже что-то типа пояса Койпера вокруг местной звезды. Без сомнения, учёные ещё не раз будут изучать такой интересный объект, пытаясь получить о нём и его атмосфере больше данных. В конце концов, когда-нибудь будет обнаружен и близнец Земли. И чем больше у нас будет способов поиска таких экзопланет, тем быстрее это произойдёт.

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.

Наблюдения и расчёты показывают, что Вселенная расширяется, и в каждый момент времени это происходит с одинаковой скоростью в наблюдаемой области и далеко за её пределами. Точнее, так должно быть в теории, но на практике нужный для расчёта скорости коэффициент — постоянная Хаббла — имеет два разных значения в зависимости от метода его вычисления. Это парадокс, и учёные сделали его ещё острее.

Цефеида RS Puppis, сфотографированная «Хабблом». Источник изображения: NASA, ESA

Постоянная Хаббла рассчитывается либо с опорой на реликтовое излучение, либо по данным наблюдений с использованием «космической линейки» — разного рода галактических и внегалактических естественных маяков. Разница в данных получается примерно чуть больше 5,6 (км/с)/Мпк (километра в секунду на мегапарсек или примерно на 3,26 млн световых лет). Казалось бы, мелочь. Но из-за этой «мелочи» математически точную модель многих процессов эволюции Вселенной нельзя построить, включая расстановку точек в поисках тёмной материи и энергии.

Используя данные реликтового излучения — оставшегося после Большого взрыва микроволнового излучения в ранней Вселенной — учёные с помощью наблюдения со спутника «Планк» вычислили, что постоянная Хаббла должна быть 67,4 ± 0,5 (км/с)/Мпк. Наблюдения за звёздами дали иной результат — 73,0 ± 1,0 (км/с)/Мпк, за что в своё время была выдана Нобелевская премия. Возник парадокс, названный «напряжённостью Хаббла». Либо учёные ошибаются в наблюдениях, либо строят ошибочные модели эволюции Вселенной.

Группа астрономов с факультета физики Федеральной политехнической школы Лозанны провела углублённый анализ таких переменных звёзд, как цефеиды. Это звёзды переменной светимости, характеристики которых настолько хорошо поняты, что они играют роль ближних маяков во Вселенной. Это основа «лестницы расстояний» — методики оценки удалённости астрофизических объектов. Эта основа служит для поддержки другой ступеньки — сверхновых в далёких галактиках. Вспышки сверхновых и ряд других данных как раз дают базу для расчёта постоянной Хаббла в наблюдаемой Вселенной. Но начинается всё с цефеид.

Свежий релиз данных астрометрического спутника Gaia позволил учёным заново откалибровать цефеиды в нашей галактике. Это означает, что «космическая линейка» повысила точность до рекордных значений — до погрешности менее ±0,9 %. Это до предела укрепило постоянную Хаббла на отметке 73,0 ± 1,0 (км/с)/Мпк. Вероятность ошибки ничтожна. Если такая же точность будет достигнута в результате измерения постоянной Хаббла по реликтовому излучению, то наше представление о механизме развития и жизни Вселенной придётся менять.

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.

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.

На удалении около 730 световых лет от нас учёные обнаружили экзопланету размерами с Юпитер, но с поражающей воображение плотностью. Замеры и расчёты показали, что инопланетный мир TOI-4603b имеет массу около 13 масс юпитеров, то есть планета состоит из материала, ощутимо более плотного, чем свинец.

Рождение планеты из протопланетного диска по мнению художника. Источник изображения: ESO/L. Calçada

Экзопланета TOI-4603b относится к небольшой, однако важной категории открытий, которое не укладывается в наши знания о Вселенной и её развитии. Именно подобные вещи движут вперёд земную науку. По своим характеристикам TOI-4603b вышла на границы массы и размера между планетой и коричневым карликом, что открывает возможность лучше понять эволюцию этих звёзд.

«Это одна из самых массивных и плотных транзитных планет-гигантов, известных на сегодняшний день, — пишет группа астрономов под руководством Аканши Кханделвал (Akanksha Khandelwal) из Лаборатории физических исследований в Индии, — и ценное дополнение к популяции из менее чем пяти массивных близких планет-гигантов в области перекрытия планет с высокой массой и коричневых карликов с низкой массой, что необходимо для понимания процессов, ответственных за их формирование».

Экзопланета TOI-4603b, как уже ясно, расположена довольно близко к своей звезде и вращается вокруг неё с периодом 7,25 суток. Её плотность в три раза больше плотности Земли и в 9 раз больше плотности Юпитера. Об открытии астрономы подготовили статью для журнала Astronomy & Astrophysics Letters и разместили препринт на сайте arXiv.

Учёным давно понятно, какую предельную массу может иметь планета. Если масса превысит этот показатель, давление и температура в её ядре запустят реакцию ядерного синтеза и планета превратится в звезду. Минимально необходимая для этого масса звезды должна быть около 85 масс Юпитера. С этого момента водород начнёт превращаться в гелий.

Считается, что для планеты верхний предел массы составляет от 10 до 13 юпитеров. От этой границы до запуска ядерного синтеза лежит промежуток образования коричневых карликов — звёзд, в которых ядерный синтез не запускается, но может плавиться тяжёлый изотоп водорода — дейтерий. В принципе, коричневые карлики образуются так же, как звёзды из протозвёздного диска. Но одно из главных замеченных отличий в эволюции коричневых карликов и звёзд в том, что они почти всегда находятся на удалённых орбитах. Существует необъяснимый провал в отсутствии пар из звезд и коричневых карликов на дистанции ближе 5 а.е. (или ближе, чем пять расстояний от Земли до Солнца).

Открытие TOI-4603b в тесной паре со своей звездой и массой близкой к массе, за которой начинается классификация в сторону коричневого карлика — это ценное открытие в малоизученной области, которое может много дать науке об эволюции звёзд и Вселенной.

Экзопланета TOI-4603b была открыта транзитным методом по провалу в блеске звезды — она с заданным периодом проходила по её диску и на это время снижала светимость, что дало данные о радиусе экзопланеты. Наблюдение за «колебаниями» звезды в этой паре — определение её радиальной скорости в процессе движения вокруг общего центра масс — позволили вычислить массу экзопланеты и её плотность.

Расчёты показали, что масса TOI-4603b в 12,89 раз превышает массу Юпитера, а её радиус в 1,042 раза больше радиуса Юпитера. Тем самым средняя плотность экзопланеты составила 14,1 г/см³. Для сравнения, плотность Земли составляет 5,51 г/см³. Плотность Юпитера равна 1,33 г/см³, а плотность свинца — 11,3 г/см³.

Пограничное состояние экзопланеты, её близость и короткий орбитальный период вокруг звезды подталкивают к раскрытию механизмов эволюции и миграции коричневых карликов — в область знаний, где пробелов больше, чем знаний.

Команда астрономов под руководством Ананды Хота (Ananda Hota) из Университета Мумбаи в Индии изучила пару уникальных по взаимодействию галактик RAD12 (A и B). Меньшая по размерам галактика RAD12-A выстрелила в сторону большей соседки огромную струю плазмы. Выглядит это как эпизод из Звёздных войн, но имеет под собой объяснимую, хотя и не до конца понятную природу.

Плазменный залп галактических масштабов по соседке. Источник изображения: Ananda Hota, GMRT, CFHT, MeerKAT

«Тёплые» отношения в паре галактик RAD12 в целом не уникальны. Это шестая открытая астрономами пара галактик, где одна из них выстреливает плазменным джетом в сторону другой. Уникальность пары RAD12 в другом. Во-первых, залп дала меньшая из двух галактик. Во-вторых, струя выглядит монолитным выбросом плазмы, тогда как раньше фиксировались пары исходящих струй. Тем самым наблюдение RAD12 дало нечто не похожее на все предыдущие случаи, а такое в науке ценится на вес золота.

С большой степенью достоверности струя плазмы или молекулярного газа от одной галактики в сторону другой образуется благодаря массивной чёрной дыре в центре галактики. Чёрная дыра в процессе аккреции поглощает окружающее вещество и выбрасывает струи газа, которые отлично видны в радиодиапазоне. Обычно такое происходит нерегулярно и не ведёт к массивным выбросам, но иногда масштабы процессов могут удивить, как в случае пары RAD12.

Джеты дают ключ к пониманию многих процессов во Вселенной. Они позволяют измерять энергии процессов и давать им количественную оценку. Например, объяснять связанные с ними явления звездообразования. Обычно джеты наблюдаются в старых эллиптических галактиках, что лишний раз подтвердила пара RAD12. Галактика-хозяин джета выбрасывает вещество и снижает интенсивность образования звёзд у себя, тогда как галактика в паре, получившая порцию молекулярного газа, наоборот запускает процессы образования новых звёзд.

Совмещение данных в оптическом диапазоне с контурами джета, полученного в радиодиапазоне

Система RAD12 может помочь астрономам понять эти процессы, поскольку джеты накладывают ограничения на то, что могут и чего не могут определенные классы объектов. Кроме того, редкие системы галактик, в которых струя одной из них врезается в другую, могут продемонстрировать положительную обратную связь, при которой галактика, подвергающаяся бомбардировке, проявляет признаки положительной обратной связи, или повышенной активности звездообразования.

Индийские астрономы пристально изучили пару RAD12 в прошлом году. Эта работа оказалась настолько перспективной, что её отобрали для публикации в очередном годовом сборнике статей Международного астрономического союза. Подобная честь означает также, что исследования пары RAD12 будут продолжены другими учёными и с помощью других инструментов.

Международная группа учёных впервые обнаружила свидетельства того, что через «космическую паутину», массивную сеть переплетающихся галактических нитей, проходят ударные волны. Это значит, что по самой большой структуре во Вселенной, состоящей из газа, пыли и тёмной материи, связывающей галактики, пролегают магнитные поля.

Источник изображения: icrar.org

В шестидесятых годах прошлого века учёные начали склоняться к мысли, что при взгляде на Вселенную в самых больших масштабах есть некий порядок, напоминающий паутину с нитями. Они пересекают войды (большие пустоты) и заставляют галактики образовывать скопления. Два десятилетия спустя при помощи компьютерного моделирования удалось определить, как может выглядеть такая вселенская сеть.

С тех пор астрономы, основываясь на реальных наблюдениях, составили карту галактической паутины в попытке ответить на вопрос о её структуре. И только один элемент не поддавался наблюдениям — магнитные поля, распространяющиеся по всей этой космической структуре. Когда материя во Вселенной сливается, создаются ударные волны, которые ускоряют частицы и тем самым усиливают межгалактические магнитные поля. Галактические нити стягиваются при помощи гравитационных сил, и усиливающиеся из-за этого магнитные поля должны порождать радиоволны, которые поддаются наблюдению с Земли. До настоящего момента такое «свечение» галактических нитей в радиочастотном диапазоне зафиксировать не удавалось из-за слабости сигналов.

Их обнаружили, сопоставив данные проектов GMIMS (Global Magneto-Ionic Medium Survey), Planck Legacy Archive, Owens Valley Long Wavelength Array и Murchison Widefield Array по известным скоплениям и галактическим нитям. Успеха добилась международная группа учёных под руководством доктора Тессы Вернстрём (Tessa Vernstrom) из Университета Западной Австралии. Поиск сигналов исследователи начали в 2020 году, но, впервые зафиксировав их, не смогли отличить их от «фонового шума», создаваемого галактиками и другими объектами. Поэтому они стали искать сигналы другого типа — поляризованное радиоизлучение, менее подверженное искажениям, которые вызывает шум других объектов. Выявив их, учёные смогли предоставить убедительные доказательства наблюдения сигналов от ударных волн в крупнейших структурах Вселенной и подтвердить, что их модели соответствуют реальности.

Сопоставив эти данные, учёные прицельно усилили радиоволны и сравнили получившуюся картину с современными космологическими симуляциями, построенными на основе гидродинамических астрофизических расчётов проекта Enzo. В результате удалось построить первую модель космологической сети, которая предсказывает поляризованное радиоизлучение, порождённое ударными волнами галактических нитей.

Открытие поможет в расширении и уточнении современных теорий о механизмах расширения Вселенной, а также в разгадке происхождения космического магнетизма.

Сегодня учёные разбили сердца поклонникам вселенной «Стартрек». Легендарной планеты Вулкан у звезды 40 Эридана в природе не оказалось, как показало новое исследование. Полученные ранее данные о существовании экзопланеты 40 Eridani b у звезды 40 Эридана A были неправильно поняты. Зато в дальнейшем эта ошибка позволит улучшить методики поиска экзопланет и приведёт к новым открытиям.

Источник изображения: Pixabay

Одним из методов обнаружения экзопланет является способ определения радиальной скорости звезды. Пара из звезды и экзопланеты будет двигаться вокруг общего центра масс. Это означает, что звезда со строгой периодичностью будет двигаться по направлению к нам и от нас, что отразится в её спектре. Спектр по очереди будет уходить в синюю и красную стороны. Из этих данных можно вычислить массу, плотность и орбитальный период экзопланеты. Из предыдущих наблюдений за 40 Eridani b был сделан вывод, что была открыта скалистая суперземля с периодом обращения около 42 суток.

Стройную картинку омрачает тот факт, что на звезде происходят явления, которые могут внести путаницу в интерпретацию данных. Собственное вращение звезды с пятнами на её поверхности выдаёт похожие периодические изменения в спектре, как и изменения, связанные с переменами в радиальной скорости. Дополнительное изучение спектра звезды 40 Эридана A говорит о том, что с большой вероятностью мы имеем дело с активностью звезды, а не с влиянием экзопланеты.

Проверка других звёзд с потенциально открытыми экзопланетами также показала наличие ложных срабатываний при использовании старой и новой методики. В то же время уточнённая методика помогла открыть несколько новых экзопланет. Это тем более важно, что иных методов обнаружения экзопланет земной массы у современной науки практически нет. Одно дело найти экзоюпиттер, и совсем другое скалистую экзоземлю. Её не разглядишь ни в какой телескоп, а метод определения радиальной скорости звезды даёт достаточно данных, чтобы найти невидимые землеподобные экзопланеты.

Гипотетические порталы во Вселенной, червоточины или тоннели в пространстве-времени — всё это, так или иначе, можно вывести из теории относительности Эйнштейна. Было бы заманчиво прокалывать пространство и время и моментально перемещаться из одного края Вселенной в другой. Вот только червоточины как были, так и остаются смелой и ничем не подтверждённой гипотезой. Но если они есть, учёные придумали, как их найти, хотя это будет непросто.

Источник изображения: Pixabay

Группа учёных из Китая опубликовала в журнале Physical Review D статью, в которой объяснила возможные физические явления, связанные с поведением гипотетической червоточины. Компьютерное моделирование позволяет втиснуть в современные представления учёных о Вселенной и физических явлениях, происходящих в ней, некоторые несуществующие элементы и хотя бы грубо понять, возможны они в принципе или нет.

Учёные представили червоточину как электрически заряженную сферу, и попытались оценить её прямое воздействие на окружающий материальный мир. В реальном мире, например, мы не можем видеть чёрные дыры, но доказательств их существования столько, что учёные уже не сомневаются в природе таких объектов. Точно также учёные надеялись по каким-то косвенным признакам научиться обнаруживать проколы пространства-времени во Вселенной.

Моделирование показало, что если червоточины существуют, то они могут быть достаточно массивными, чтобы проявлять один из аспектов теории относительности Эйнштейна, а именно преломлять свет фоновых объектов. Иначе говоря, «кротовые норы» как и чёрные дыры или галактические скопления будут вызывать эффект микролинзирования, увеличивая и искажая далёкие звёзды и галактики за ними.

Нюанс в том, что все эти объекты в силу своей природы искажают свет по-разному. Например, чёрные дыры вызывают появление четырёх примерно одинаковых по яркости увеличенных изображений фоновых объектов. Моделирование показало, что эффект от микролинзирования червоточинами будет другой — объект предстанет в трёх увеличенных копиях, одна из которых будет намного ярче двух других. Тем самым можно будет отличить червоточину от чёрной дыры.

В то же время найти по этим признакам червоточину среди других массивных объектов — звёзд, галактик, скоплений звёзд и галактик и чёрных дыр, создающих эффект микролинзирования во Вселенной, будет также «легко», как попытаться услышать шёпот человека посреди рок-концерта, делятся мнением специалисты. Очевидно, что нужны другие подсказки, как искать тоннели пространства-времени во Вселенной, а пока мечта остаётся мечтой.

На прошедшем недавно в Вашингтоне ежегодном собрании Американской ассоциации содействия развитию науки (AAAS) учёные из нескольких ведущих мировых институтов объявили о запуске новой инициативы, в рамках которой пройдёт исследование происхождения жизни на Земле и поиск аналогичных процессов в других местах Вселенной.

Отдалённая галактика Sparkler. Источник изображения: James Josephides / Swinburne University

В проекте примут участие представители Кембриджского университета в Великобритании, Гарвардского и Чикагского университетов в США, а также Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zürich).

«Я считаю, что жизнь заложена в законы физики Вселенной», — сказал Дидье Кело (Didier Queloz), швейцарский астроном и лауреат Нобелевской премии по физике, возглавивший новую инициативу. В 1995 году Кело стал одним из астрономов, открывших первую экзопланету, которая обращается вокруг звезды, похожей на Солнце.

Согласно имеющимся данным, участники новой инициативы будут искать признаки существования внеземной жизни, анализируя данные новых межпланетных миссий на Марс и спутники Юпитера, а также используя космические обсерватории, такие как «Джеймс Уэбб». Конечная цель учёных заключается в обнаружении на других планетах любых форм жизни — от простейших микробов до развитых цивилизаций. Дополнительные исследования будут направлены на изучение процесса зарождения жизни на Земле.

«Мы живём в необычный исторический момент. Открытие множества разных планет меняет правила игры. Мы обнаружили огромное разнообразие планетных систем, многие из которых сильно отличаются от Солнечной системы», — сказал Кело во время своего выступления. Отмечается, что с момента открытия первой экзопланеты в середине 1990-х годов учёным удалось обнаружить более 5 тыс. экзопланет. Более того, они считают, что только в Млечном Пути могут существовать миллиарды экзопланет.

Центр Млечного Пути — самая враждебная среда нашей галактики, где любому веществу суждено быть съеденным сверхмассивной чёрной дырой в зоне её досягаемости. В каком-то смысле — это Дикий Запад Млечного Пути, пограничье. Тем удивительнее открытие зарождающейся звезды в зоне активности чёрной дыры. Там не должно быть условий для образования звёзд, но она там родилась и продолжает расти.

Центр нашей галактики в инфракрасном диапазоне. Источник изображения: NASA/SOFIA/JPL-Caltech/ESA/Herschel

Некоторое время назад астрономы обнаружили сгусток межзвёздного газа и пыли в виде кометного хвоста недалеко от чёрной дыры Стрелец А* (Sgr A*), который получил название X3. Каково же было их удивление, когда внутри был выявлен объект, оказавшийся молодой звездой. Звезду X3a внутри облака X3 помогли обнаружить множественные наблюдения в инфракрасном и инфракрасном ближнем диапазоне. Только эти излучения пробивали толстую газопылевую оболочку вокруг молодой звезды.

Анализ излучения показал, что физико-химический состав и строение объекта X3a характерны для молодой звезды. Причём родилась она по астрономическим меркам за мгновение до обнаружения — всего несколько десятков тысяч лет назад. В зоне нахождения звезды-младенца условий для её рождения не было — слишком близко чёрная дыра и слишком велико её влияние на окружающую среду, а рождаться звёзды могут только в холодном межзвёздном газе без интенсивного света в ультрафиолетовом диапазоне.

Учёные предположили, что звезда была рождена в другом месте и постепенно мигрировала туда, где её обнаружили. В принципе, у астрономов есть на примете место, где эта звезда могла родиться, и где могли также родиться другие звёзды, хотя центр галактики — не самый лучший дом для проживания звёздного населения.

Более того, младенческая звезда по мере движения в сторону чёрной дыры подъедала всё на своём пути и разрослась до гигантских размеров, если сравнивать с нашим Солнцем. Её радиус в 10 раз больше радиуса Солнца, а масса больше в 15 раз. Светимость же X3a превышает светимость Солнца в 24 тыс. раз. Впрочем, для звёзд-гигантов динамика роста выглядит обычной для столь юного возраста.

В целом объект X3a будут изучать более пристально, поскольку его существование и расположение так близко к сверхмассивной чёрной дыре бросает вызов нашему пониманию не только звездообразования, но и функционирования чёрных дыр.

Водород и гелий — первые элементы, возникшие сразу после Большого взрыва. Вся остальная «таблица Менделеева» появилась много позже и была рождена в звёздах в процессе термоядерных реакций. Астрофизики в целом представляют эволюцию химических элементов во Вселенной, но самое лучшее — убедиться в работе теории на практических наблюдениях. «Джеймс Уэбб» даёт такую возможность на новом уровне.

Источник изображения: The Astrophysical Journal Letters

За неполный год наблюдений космическая обсерватория «Джеймс Уэбб» собрала достаточно данных для анализа множества явлений во Вселенной. Это тем более важно, что самые интересные открытия происходят случайно. Поле зрения телескопов очень маленькое и смотреть сразу во всех направлениях не получается. Приходится едва ли не тыкать пальцем в небо. Совершенно случайно при наблюдении за галактикой NGC 1566 астрономы увидели в одном из её рукавов сверхновую SN 2021aefx типа 1a (углеродно-кислородного белого карлика).

Инфракрасные приборы и спектрометры «Джеймса Уэбба» оказали неоценимую услугу при наблюдении этого объекта. Сверхновая наблюдалась через 200 дней после взрыва, и её слабое послесвечение никогда не могло быть уловлено с Земли. В данном конкретном наблюдении учёные проследили за механизмом превращения изотопа кобальта в изотоп железа. Эти элементы возникают и эволюционируют в процессе жизненного цикла звёзд, и без них не было бы ничего во Вселенной, включая нас с вами. Все атомы, из которых состоит каждый человек на Земле, когда-то были рождены в звёздах и «Джеймс Уэбб» на практике помог подтвердить эту теорию.

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.

Одной из загадок астрофизики остаётся малое число массивных звёзд во Вселенной — таких около 1 %, тогда как в основном рождаются звёзды меньшей массы, чем Солнце. Раскрыть секрет может помочь наблюдение процессов звездообразования массивных звёзд, но такие события очень и очень редки. Астрономам повезло — удалось обнаружить массивную протозвезду в процессе раннего формирования, и происходящее сильно озадачило учёных.

Источник изображения: RA Burns et al/Nature Astronomy

Используемые в астрофизике модели показывают, что по мере роста массы звезды вещество вокруг неё, благодаря которому растёт её масса, на определённом этапе начинает отталкиваться под давлением звёздного вещества, излучаемого звездой. Это останавливает рост звезды, поэтому большинство звёзд во Вселенной рождаются карликами. Из этого возникла теория, что звёзды больших масс рождаются по-иному, хотя множественные наблюдения не нашли этому доказательств.

«Основное различие между звездообразованием с большой и малой массой заключается в том, что звезды с большой массой производят гораздо больше излучения, они намного горячее, поэтому они обычно препятствуют аккреции», — говорят авторы новой работы.

Что-то должно противодействовать такому давлению, чтобы вещество продолжало падать на звезду и увеличивать его массу. В конце концов, во Вселенной мы наблюдаем звёзды даже в сотни раз превышающие массу Солнца, что-то же позволило веществу собраться в одном компактном объекте?

Чтобы вещество падало на звезду, необходимо чтобы уменьшался угловой момент аккреционного диска вокруг него. Подобное происходит, когда вещество в диске собирается в спирально закрученные рукава. Нюанс в том, что рукава из газа и пыли изредка наблюдались вокруг протозвёзд небольшой массы, но никогда не фиксировались у звёзд большой массы. Во многом отсутствие таких наблюдений можно объяснить тем, что вокруг массивных протозвёзд — в зонах с наиболее активным звездообразованием — очень и очень много пыли и газа, которые банально скрывают все происходящие там процессы.

«Мы всегда предполагали, что спиральные рукава существуют, но до сих пор не было наблюдательного подхода, способного их обнаружить», — делятся исследователи.

Новый подход был применён к протозвезде G358.93-0.03-MM1 в области звездообразования в Млечном Пути на расстоянии около 22 тыс. световых лет от Земли. Масса молодой звезды примерно в восемь раз больше массы Солнца и она продолжает расти. На примере этой звезды впервые внутри диска вещества вокруг неё были замечены спиральные рукава из газа и пыли, вещество из которых нерегулярно падает на звезду и увеличивает её массу.

Сделать открытие помогло многолетнее наблюдение с помощью сети из 25 земных радиотелескопов. Радиотелескопы фиксировали возникающие в протодиске радиовсплески — естественные мазеры. Аккреция вещества на звезду вызывала всплески энергии, которая распространялась по диску и возбуждала в его веществе молекулярные процессы в виде микроволнового излучения. Составив карту такого излучения за много лет наблюдений, астрономы увидели, как располагается вещество в диске, и это расположение оказалось в виде закрученных в спираль рукавов.

Такая же методика может быть применена к наблюдению других массивных звёзд на этапе зарождения. В конечном итоге учёные могут собрать достаточно данных, чтобы прояснить эволюцию массивных звёзд. Более того, это позволит больше узнать об эволюции Вселенной. В частности, первые наблюдения «Джеймса Уэбба» показали, что на заре Вселенной в первых галактиках в среднем были более массивные звёзды, чем сейчас. Отчего к настоящему времени звёзды измельчали при рождении — остаётся загадкой, которую ещё предстоит отгадать.