Телескоп JWST поможет наблюдать спутники планет внешней части Солнечной системы

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (James Webb Space Telescope, JWST), часто рассматриваемый в качестве преемника телескопа «Хаббл», будет запущен в 2018 г. для изучения каждого из этапов истории космоса, главным образом для наблюдений самых далеких объектов Вселенной. Этот телескоп также будет полезен при исследовании внесолнечных планетных систем, а также планет нашей собственной Солнечной системы. Сегодня команда исследователей под руководством Ласзло Кестаем, директора Астрогеологического научного центра Геологического обзора США, предложила свой план использования возможностей этого телескопа, предполагающий глубокое изучение космических окрестностей нашей планеты, в особенности спутников планет внешней части Солнечной системы и их геологию.

Команда предлагает две основные научные цели для телескопа JWST, связанные с наблюдениями этих спутников. Первая задача состоит в проведении инфракрасного обзора крупных спутников планет. Вторая цель связана с геологией и описывается как «отслеживание изменений поверхности активных спутников планет».

Телескоп JWST будет оснащен четырьмя научными инструментами: камерой Near InfraRed Camera (NIRCam), спектрографом Near InfraRed Spectrograph (NIRSpec), инструментом Mid-Infrared Instrument (MIRI) и комбинированным устройством Fine Guidance Sensor/Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph (FGS/NIRISS).

Эти инструменты предоставляют уникальную возможность получать инфракрасные спектры высокого разрешения спутников планет в тех областях спектра, наблюдения в которых невозможно произвести с Земли. Результаты, полученные при помощи телескопа JWST, смогут дополнить наблюдения спутников Солнечной системы, проведенные при помощи миссий «Кассини» и «Вояджер».

Ученые анализируют сверхстабильные материалы для космических аппаратов

В космосе находится огромное число загадочных объектов, которые мы можем исследовать, лишь наблюдая их излучение – причем, излучение не только оптического диапазона. Для космических телескопов, таких как инфракрасная обсерватория «Гершель» Европейского космического агентства, миссия которой состоит в наблюдениях излучения в дальнем инфракрасном диапазоне, охлаждение инструментов имеет большое значение, так как эти инструменты не должны испускать мешающее наблюдениям собственное инфракрасное излучение. Зеркала таких телескопов, которые используются при температурах ниже -190 градусов Цельсия, изготовляются из специальной, сверхстабильной керамики, такой как карбид кремния. Для того чтобы точно спроектировать размеры элементов оборудования, даже при таких низких температурах, ученым требуется знать температурные коэффициенты расширения материалов.

В рамках недавно завершенного проекта, курируемого ЕКА, ученые из Национального института метрологии Германии во главе с Томасом Миддельманом измерили тепловое расширение этих керамических материалов, а также тепловое расширение монокристалла кремния в температурном интервале от -266 до 20 градусов Цельсия с высокой точностью. В значительных частях исследованного температурного интервала достигнутая измерениями ученых точность соответствовала относительному изменению длины примерно на одну миллиардную долю в расчете на каждый градус Цельсия. Эти исследования также продемонстрировали, что значения теплового расширения монокристалла кремния, ранее использовавшиеся исследователями в качестве опорных значений, должны быть скорректированы.

Результаты этого проекта представляют большую ценность для будущих космических миссий, которые уже спланированы в настоящее время, например, таких как космический телескоп «Джеймс Уэбб», который будет работать при температурах ниже -220 градусов Цельсия, или Космический инфракрасный телескоп для космологических и астрофизических исследований (Space Infrared Telescope for Cosmology and Astrophysics, SPICA), для которого планируются даже ещё более низкие температуры.

Обнаружен самый горячий белый карлик в нашей галактике

Астрономы из Тюбингенского и Потсдамского университетов, оба научных учреждения Германия, идентифицировали самого раскаленного белого карлика, когда-либо открытого в нашей галактике. Эта умирающая звезда, температура которой достигает 250000 градусов по Цельсию, уже вступила в фазу остывания. Кроме того, другая группа исследователей впервые наблюдала межгалактическое газовое облако, движущееся в направлении Млечного пути – это указывает на то, что галактики поглощают материю из окружающего их космического пространства, чтобы использовать её в дальнейшем для формирования новых звезд.

Звезды с относительно небольшими массами – такие, как наше Солнце – становятся экстремально горячими к концу своего жизненного цикла. Температура на поверхности Солнца достигает примерно 6000 градусов Цельсия и поддерживается примерно постоянной с самого момента рождения нашей звезды. Непосредственно перед тем, как источник ядерной энергии Солнца иссякнет примерно через 5 миллиардов лет, оно достигнет в тридцать раз более высокой температуры, то есть порядка 180000 градусов Цельсия, перед тем как начать остывать в фазе белого карлика. Компьютерное моделирование демонстрирует, что существуют даже более горячие звезды. Самая высокая температура наблюдаемой учеными умирающей звезды составляла 200000 градусов Цельсия.

В новом исследовании астрономы во главе с К. Вернером, исследуя ультрафиолетовые спектры, снятые при помощи космического телескопа «Хаббл», обнаружили звезду, устанавливающую новый рекорд самой высокой для белого карлика температуры – 250000 градусов Цельсия. Этот белый карлик под названием RX J0439.8-6809 уже вступил в фазу остывания, но максимум его температуры будет достигнут лишь через тысячу лет, когда его температура составит порядка 400000 градусов Цельсия. Звезда расположена на окраинах нашей галактики Млечный путь.

В это время другая группа исследователей во главе с П. Рихтером, проанализировав эти ультрафиолетовые спектры звезды RX J0439.8-6809 выявила в них признаки, указывающие на присутствие газа, не принадлежащего этой звезде. Дальнейшие исследования показали, что это облако газа вообще не принадлежит галактике Млечный путь, а имеет межгалактическое происхождение. Это подтверждает гипотезу о том, что галактики поглощают газ из интергалактического пространства, чтобы затем формировать из него новые звезды.

Голубая экзопланета размером с Нептун обращается вокруг красного карлика

Команда астрономов при помощи сети LCOGT обнаружила свет, рассеянный крохотными частицами (так называемое рэлеевское рассеяние) атмосферы экзопланеты размером с Нептун, совершающей транзит. Это указывает на то, что у этой планеты, находящейся от нас на расстоянии всего лишь 100 световых лет, голубое небо.

Эта планета, носящая название GJ 3470b, по размерам ближе к Земле, чем к горячим юпитерам, классу экзопланет с наиболее подробно изученными атмосферами. Астрономы под руководством Дианы Драгомир из Чикагского университета, США, в своей новой работе шли по следам другого научного коллектива, прежде обнаружившего соблазнительные намеки на присутствие рэлеевского рассеяния в атмосфере планеты GJ 3470b. Команда доктора Драгомир получила и обработала изображения транзита этой планеты, полученные из разных обсерваторий сети LCOGT (Гавайи, Техас, Чили, Австралия и ЮАР) для окончательного подтверждения факта наличия рэлеевского рассеяния в атмосфере планеты.

Этот результат имеет большое значение по нескольким причинам. Во-первых, GJ 3470b является самой небольшой по размерам планетой, для которой проведено обнаружение рэлеевского рассеяния. Также, несмотря на то, что эта планета считается покрытой облаками или дымкой, эти измерения указывают астрономам на то, что под толщей этих облаков находится водородный слой атмосферы планеты, который рассеивает голубой свет. В самом деле, небо на GJ 3470b голубое. Более того, эта планета обращается вокруг небольшой звезды (красного карлика), и это означает, что планета блокирует значительное количество света звезды при каждом транзите, облегчая астрономам транзитные наблюдения и измерения. Наконец, это измерение стало первым случаем обнаружения спектральной картины в атмосфере далекой планеты при помощи лишь небольших (1,0 и 2,0 – метровых) телескопов. Кроме того, команда дополнила свои данные наблюдениями, проведенными при помощи 1,5-метрового телескопа Койпера, расположенного в штате Аризона.

Ученые обнаружили потоки звезд вокруг Магеллановых облаков

Астрономы из Кембриджского университета, Соединенное королевство, обнаружили несколько узких потоков и рассеянных облаков звезд вокруг двух неправильных карликовых галактик, называемых Магеллановыми облаками. Из этого исследования также вытекает предположение, что одна из этих карликовых галактик, Большое Магелланово Облако, может оказаться более массивным, чем считалось ранее.

«Хотя науке давно известен газовый поток, тянущийся из этих облаков, но нами впервые был обнаружен поток из звезд», – рассказал Василий Белокуров, один из соавторов новой научной работы.

Белокуров совместно с его коллегой Сергеем Копосовым использовал обзор Dark Energy Survey (DES) для наблюдений звезд на окраинах Магеллановых облаков. Ученые пытались обнаружить подструктуры звездных гало Магеллановых облаков при помощи голубых звезд горизонтальной ветви (blue horizontal-branch stars, BHB), используемых для измерения космических расстояний. Звезды BHB класса представляют собой старые и бедные металлами звезды, основным источником энергии которых является термоядерное горение гелия, имеющие голубой цвет. Звезды класса BHB легко отличить от звезд других популяций и использовать их в качестве «линейки» для измерения расстояний до других звезд.

Просканировав большое число звезд BHB класса, астрономы обнаружили звездные гало Магеллановых облаков и их подструктуры. Каждая из этих подструктур отличается от остальных по форме, протяженности и светимости.

Открытие этих подструктур указывает на то, что галактика Большое Магелланово облако может оказаться на самом деле более массивной, чем считалось ранее. Для более точного расчета массы этой галактики исследователям потребуется провести дополнительные спектроскопические исследования обнаруженных ими потоков.

Темная материя доминирует в близлежащей карликовой галактике

Темная материя называется «темной» недаром. Хотя количество темной материи превышает количество обычной материи более чем в 10 раз, частицы темной материи до сих пор не были обнаружены. Существование этой загадочной субстанции выводится из гравитационного воздействия, оказываемого ею на галактики. Теперь, измерив массу близлежащей карликовой галактики Треугольник II, ассистент-профессор астрономии Калифорнийского технологического института, США, Эван Кирби, возможно, обнаружил галактику с самой высокой концентрацией темной материи, известной ученым.

Треугольник II представляет собой небольшую, тусклую галактику, расположенную на краю Млечного пути, в состав которой входит примерно 1000 звезд. Кирби измерил массу галактики Треугольник II, проанализировав скорость шести звезд, движущихся вокруг центра галактики. Только шесть из этих звезд были достаточно яркими, чтобы их можно было разглядеть с Земли при помощи 10-метрового телескопа им. Кека. Измерив скорости звезд, Кирби смог рассчитать значения гравитационной силы, действующей на эти звезды и таким образом определить массу этой галактики.

«Значение массы галактики, которое я получил из таких расчетов, оказалось намного больше, чем общая масса всех звезд этой галактики – следовательно, в этой галактике находятся огромные количества невидимой темной материи, участвующей лишь в гравитационных взаимодействиях», – сказал Кирби.

В то же время до сих пор неизвестно точно, является ли то, что измерил Кирби, массой всей галактики Треугольник II. Другая группа исследователей, возглавляемая учеными из Страсбургского университета, Франция, измерила скорости звезд, находящихся за пределами галактики Треугольник II, и обнаружила, что эти звезды на самом деле движутся быстрее, чем звезды, расположенные ближе к центру галактики – то есть вопреки ожиданиям ученых. Это может указывать на то, что эта небольшая галактика была разорвана действием приливных сил со стороны нашей галактики Млечный путь.

Холодная, тусклая звезда оказалась мощным магнитом

Астрономы при помощи радиотелескопа Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) открыли, что тусклая, холодная звезда генерирует неожиданно мощное магнитное поле, мощность которого превосходит мощность наиболее высокоэнергетических магнитных областей на поверхности нашего Солнца.

Необычное магнитное поле этой звезды, возможно, связано с постоянным потоком извержений, подобных солнечным вспышкам. Так же, как и в случае нашего Солнца, эти вспышки происходят в результате высвобождения частиц материи, двигающейся вдоль магнитных линий звезды, которые действуют подобно своего рода космическим ускорителям частиц: они искажают траекторию электронов и заставляют их излучать различимые радиосигналы, которые могут быть обнаружены при помощи обсерватории ALMA.

Такая высокая активность этой звезды, отмечают астрономы, должна приводить к тому, что близлежащие планеты подвергаются постоянным бомбардировкам заряженными частицами.

«Если бы мы жили в системе такой звезды, то у нас на планете не было бы спутниковой связи. На самом деле, жизнь вряд ли могла бы существовать в условиях такой мощной радиации», – говорит главный автор нового исследования Питер Уильямс из Гарвард-Смитсоновского астрономического центра, США.

Команда использовала телескоп ALMA для изучения хорошо известного ученым красного карлика TVLM 513-46546, который находится на расстоянии примерно 35 световых лет от Земли в созвездии Волопаса.

Масса этой звезды составляет всего лишь 10 процентов массы Солнца – при такой скромной массе звезда в классификационном отношении находится на границе, разделяющей классы звезды (в недрах которой происходит термоядерное горение водорода) и коричневого карлика (не имеющего такого внутреннего источника энергии). Одной из примечательных особенностей этой звезды является то, что она вращается вокруг собственной оси с огромной скоростью, совершая один полный оборот вокруг своей оси примерно за два часа. Для сравнения, наше Солнце совершает один полный оборот вокруг своей оси за 25 дней.

Ученые открыли «горячий юпитер» на орбите вокруг солнцеподобной звезды

На сегодняшний день науке известно примерно 1800 подтвержденных экзопланет и свыше 4000 экзопланет-кандидатов. Астрономы получили оценки масс и радиусов (а отсюда и средних плотностей) для более чем 400 из этих подтвержденных экзопланет. Плотность планеты имеет большое значение при анализе её потенциальной обитаемости: она определяет тип планеты (каменистая планета, газовый гигант и т.д.).

Примерно 200 известных экзопланет имеют массы большие, чем половина массы Юпитера, и движутся вокруг своих родительских звезд по орбитам с периодом менее четырех дней. Эти планеты относятся к классу «горячих юпитеров», называемых так из-за того, что близость таких планет к родительской звезде приводит к разогреву их атмосфер. Вероятность встретить горячий юпитер на орбите вокруг звезды составляет 1/100, по крайней мере в галактических окрестностях Солнечной системы. Так как лишь примерно 10 % из числа экзопланет имеют орбиты, позволяющие наблюдать транзиты этих планет перед звездой, то астрономам требуется просмотреть в среднем 1000 звезд, чтобы обнаружить один горячий юпитер при помощи метода транзитов.

Астрономы из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра Ларс Бучхаве, Элисон Бьерила, Дэфв Лэтхэм, Эмилио Фалкон и Гильермо Торрес совместно с коллегами объявили об открытии планеты HAT-P-55b, горячего юпитера, совершающего транзит вокруг звезды, очень похожей на Солнце; масса и радиус этой звезды отличаются от соответствующих величин для Солнца всего лишь на несколько процентов. Используя дополнительные наблюдения для завершения этого исследования, ученые определили, что масса самой этой экзопланеты составляет 0,582 массы Юпитера, радиус планеты составляет 1,182 радиуса Юпитера, а орбитальный период составляет 3,585 дня – и получили значение плотности планеты с погрешностью не превышающей 10 %.

В настоящее время лишь примерно для 140 экзопланет плотности измерены с настолько впечатляющей точностью, как в этом новом исследовании, и эти новые результаты существенно расширят базу данных по экзопланетам, и в особенности по горячим юпитерам.

Ветра, дующие со скоростью 8600 км/ч, обнаружены на экзопланете

Ветра, скорость которых превышает 2 километра в секунду, бушуют на планете, расположенной за пределами Солнечной системы, сообщается в новом исследовании. Открытие, сделанное учеными из Уорикского университета, Великобритания, является первым в истории космической науки случаем, когда для планеты, не относящейся к Солнечной системе, были напрямую измерены и нанесены на карту данные, характеризующие погоду.

Зарегистрированная в ходе этого исследования скорость ветра в 20 раз превышает скорость самого быстрого ветра на Земле, превышающую скорость звука примерно в семь раз.

Комментируя это открытие, руководитель исследования Том Лауден из Астрофизической исследовательской группы Уорикского университета сказал: «Мы впервые получили карту погоды для планеты, расположенной в иной планетной системе. И хотя мы знали о существовании ветров на экзопланетах уже довольно давно, однако никогда прежде мы не могли напрямую измерить параметры, характеризующие погоду, и нанести их на карту».

Объектом этого исследования стала планета HD 189733b. Исследователи из Уорикского университета измерили скорости частиц вещества атмосферы на двух сторонах диска планеты HD 189733b и обнаружили в результате анализа данных, полученных в ходе этих измерений, мощный ветер скоростью примерно 8600 километров в час, дующий со стороны дневной стороны планеты в сторону её ночной стороны.

«Скорость частиц вещества планеты HD 189733b была измерена при помощи метода спектроскопии высокого разрешения по линиям натрия в спектре поглощения света веществом атмосферы этой планеты. Так как в разных частях атмосфера этой далекой планеты движется с разными скоростями в направлении к Земле или от неё, допплеровский эффект изменяет длины волны натриевых линий в спектрах поглощения, что позволяет измерить эту скорость», – пояснил Лауден.

Щели в дисках не всегда указывают на присутствие планет

Когда астрономы изучают протопланетные диски из газа и пыли, окружающие молодые звезды, они иногда замечают темные щели, подобные щели Кассини, наблюдаемой в кольцах Сатурна. Высказывалось предположение, что наличие любой щели может быть обусловлено невидимой планетой, которая сформировалась в диске и «вычистила» наблюдаемую с Земли щель в протопланетном диске. Однако в новом исследовании отмечается, что щель может оказаться своего рода космической иллюзией, а отнюдь не признаком наличия скрытой планеты.

«Если мы не видим в каком-то месте свет, рассеиваемый диском, то это еще не значит, что в этом месте ничего нет», – сказал главный автор новой работы Тил Бернстил из Института астрономии общества Макса Планка, Германия, проводивший исследование вместе с коллегами на оборудовании Гарвард-Смитсоновского астрономического центра (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, CfA), США.

Исследователи изучали диски, которые светятся в видимом или инфракрасном свете, благодаря рассеянному, или отраженному свету. (Напротив, телескопы для наблюдений в радио- или миллиметровом диапазонах воспринимают излучение, идущее от самого диска).

Рассеянный свет формируется в результате рассеяния звездного света на частицах вещества примерно таких же размеров, что и частицы сигаретного дыма. Эти частицы поначалу доминируют в протопланетном диске, но со временем претерпевают трансформации.

Небольшие частицы могут объединяться, формируя все большие и большие объекты, чтобы в конечном счете вырасти в полноценные планеты. Однако при столкновениях этих частиц они иногда распадаются, вместо того чтобы объединяться. Частицы также могут приближаться к звезде или отдаляться от неё в процессах, называемых миграциями. Команда произвела моделирование таких процессов, используя кластер суперкомпьютеров «Гидра» космического центра CfA.

Результаты проведенного исследования продемонстрировали, что щели в дисках вокруг планет могут обусловливаться не только наличием планеты, но также наличием в диске образований из небольших частиц размером с гальку, которые рассеивают падающий на них свет значительно менее эффективно, чем крохотные частицы пыли, а потому наполненные такими частицами области космического пространства выглядят при наблюдениях с Земли как «щели».