Астрономы исследовали сверхскопление звезд H72.97-69.39

Используя рентгеновский космический аппарат НАСА "Чандра", астрономы исследовали потенциальное сверхскопление звезд, обозначенное для краткости HSO BMHERICC J72.971176-69.391112, или H72.97-69.39. Новые наблюдения привели к обнаружению рассеянного горячего газа вокруг этого скопления. О находке сообщалось в статье, опубликованной 21 февраля на сервере предварительной печати arXiv. H72.97-69.39 расположено примерно в 160 000 световых лет от нас, в звездообразующем комплексе N79 Большого Магелланова Облака (БМО). Его предполагаемый возраст составляет менее 500 000 лет. Скопление находится на самых ранних стадиях формирования, демонстрирует ускоряющуюся скорость звездообразования и имеет болометрическую светимость на уровне двух миллионов светимостей Солнца. Хотя H72.97-69.39 было исследовано в оптическом, инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах длин волн, оно не было всесторонне изучено в рентгеновских лучах. Вот почему команда астрономов во главе с Тринити Уэбб из Университета штата Огайо (OSU) в Колумбусе, штат Огайо, решила использовать "Чандру", чтобы поближе рассмотреть рентгеновское излучение этого скопления. Наблюдения зафиксировали рассеянное рентгеновское излучение в районе H72.97-69.39. Выявленное рентгеновское излучение распространяется примерно на 10 угловых секунд, что позволяет предположить, что горячий газ образуется в результате обратной связи звездного ветра на самых ранних стадиях формирования.

Астрономы обнаружили, что рентгеновское излучение особенно интенсивное, в нем преобладают фотоны с энергией выше 1,2 кэВ. Это указывает на высокую температуру горячего газа, большой поглощающий столб в регионе или вклад нетепловой составляющей. Кроме того, рентгеновские лучи, по-видимому, пространственно не совпадают с плотным газообразным монооксидом углерода, что может указывать на то, что горячий газ преимущественно занимает полости с меньшей плотностью.

Исследование также показало, что рентгеновская светимость H72.97-69.39 на порядок ниже ожидаемой, если газ, нагретый ударом, заключен в холодную оболочку. В этом случае оболочка нагревается за счет теплопроводности и испаряется. Этот результат указывает на то, что даже на такой ранней стадии процесса формирования массивного звездного скопления теряется значительное количество энергии ветра.

Ученые обнаружили, что условия, необходимые для звездообразования, не изменились за миллиарды лет

Астрономы завершили крупнейшее и наиболее детальное исследование того, что приводит к образованию звезд в крупнейших галактиках Вселенной. Исследователи использовали рентгеновскую обсерваторию НАСА "Чандра" и другие телескопы. Ученые обнаружили, что условия для рождения звезд в массивных галактиках не изменились за последние десять миллиардов лет. "Что здесь удивительно, так это то, что существует множество факторов, которые могли повлиять на звездообразование за последние десять миллиардов лет", - сказал автор исследования Майкл Кальзадилья. - "В конце концов, однако, основная движущая сила звездообразования в этих огромных галактиках на самом деле сводится к одному — может ли окружающий их горячий газ достаточно быстро остыть". Скопления галактик содержат огромное количество горячего газа, видимого в рентгеновских лучах. Масса этого горячего газа в несколько раз превышает общую массу всех звезд в сотнях галактик, которые обычно находятся в скоплениях. Кальзадилья и его коллеги изучили самый яркий и массивный класс галактик во Вселенной. Исследуемые галактики находятся в центрах 95 скоплений, которые являются самыми массивными скоплениями в крупномасштабном исследовании с использованием телескопа Южного полюса (SPT). Скопления расположены на расстоянии от 3,4 до 9,9 миллиардов световых лет от Земли.

Команда обнаружила, что звездообразование в изучаемых ими галактиках запускается, когда количество неупорядоченного движения в горячем газе падает ниже критического порога. Ниже этого порога горячий газ неизбежно охлаждается, образуя новые звезды.

Это исследование является первым, в котором объединены рентгеновские и оптические наблюдения центров скоплений на таком большом диапазоне расстояний. Это позволяет исследователям связать топливо, необходимое для образования звезд, — горячий газ, обнаруженный с помощью телескопа "Чандра", — с фактическим образованием звезд после остывания газа, наблюдаемым с помощью оптических телескопов.

Команда также использовала радиотелескопы для изучения струй (джетов), выбрасываемых из сверхмассивных черных дыр в этих скоплениях. В процессе, называемом "обратной связью", горячий газ, который охлаждается с образованием звезд, питает черные дыры. Это приводит к образованию струй и другой активности, которая нагревает и заряжает энергией их окружение, временно предотвращая дальнейшее охлаждение. Когда в черной дыре заканчивается топливо, джеты выключаются, и процесс начинается снова.

Неожиданным аспектом этого исследования является то, что предыдущие работы предполагали, что другие факторы, помимо охлаждения горячего газа, могли играть большую роль в звездообразовании в далеком прошлом. Десять миллиардов лет назад столкновения и слияния галактик в скопления были гораздо более распространенными, скорость звездообразования, как правило, была намного выше, а сверхмассивные черные дыры галактик втягивали вещество гораздо быстрее.

"Тип звездообразования, который мы наблюдаем, удивительно постоянен, даже приближаясь к космическому полудню, когда он мог быть подавлен другими процессами", - сказала соавтор Линдси Блим из Аргоннской национальной лаборатории в Иллинойсе. - "Хотя тогда Вселенная выглядела совсем по-другому, триггера для образования звезд в этих галактиках нет".

Изучая относительно близлежащие скопления, предыдущие исследователи также обнаружили, что пороговый уровень энтропии в горячем газе необходим для возникновения обратной связи от сверхмассивных черных дыр в виде струй.

Это новое исследование, проведенное командой Кальзадильи, показало, что порог энтропии для обратной связи, однако, неприменим к галактикам в более отдаленных скоплениях, что может означать, что скопления около десяти миллиардов лет назад не так хорошо регулировались обратной связью с черными дырами. Это возможно, потому что требуется время для того, чтобы горячий газ начал охлаждаться в центральной галактике, а затем еще больше времени для того, чтобы этот холодный газ добрался до сверхмассивной черной дыры центральной галактики и, наконец, для образования струй, предотвращающих дальнейшее охлаждение газа.

Однако также возможно, что радиосигналы не дают четкого указания на активность струй в эти ранние периоды.

Команда астрономов исследовала остаток сверхновой 30 Doradus B

На этом красочном снимке изображен остаток сверхновой 30 Doradus B (сокращенно 30 Dor B). Он является частью более крупной области космоса, где звезды непрерывно формировались в течение последних 8-10 миллионов лет. В этом регионе, расположенном в Большом Магеллановом облаке, множество темных газовых облаков, молодых звезд и перегретого газа. Новое изображение 30 Dor B было получено путем объединения рентгеновских данных обсерватории НАСА "Чандра" (фиолетовый), оптических данных 4-метрового телескопа Бланко в Чили (оранжевый и голубой) и инфракрасных данных космического телескопа НАСА "Спитцер" (красный). Оптические данные с космического телескопа НАСА "Хаббл" также были добавлены в черно-белом варианте. Команда астрономов во главе с Вэй-Ань Ченом из Национального Тайваньского университета в Тайбэе использовала более двух миллионов секунд времени наблюдения "Чандры" 30 Dor B для анализа. Астрономы обнаружили слабую оболочку, которая является источником рентгеновского излучения. Она простирается примерно на 130 световых лет в поперечнике. Данные "Чандры" также показывают, что 30 Dor B содержит потоки частиц, уносящихся от пульсара. Они создают туманность пульсарного ветра.

Объединив данные "Чандры" с данными "Хаббла" и других телескопов, исследователи определили, что ни один взрыв сверхновой не может объяснить то, что мы видим. Как пульсар, так и яркие рентгеновские лучи, наблюдаемые в центре 30 Dor B, вероятно, возникли в результате взрыва сверхновой после коллапса массивной звезды около 5000 лет назад. Однако более крупная тусклая рентгеновская оболочка слишком велика, чтобы образоваться в результате взрыва той же сверхновой.

Команда считает, что в 30 Dor B произошло по меньшей мере два взрыва сверхновых, причем рентгеновская оболочка образовалась от другой сверхновой более 5000 лет назад. Также вполне возможно, что в прошлом взрывов было еще больше.

Астрофизики поставили под сомнение основной закон Вселенной

Исследование, основанное на данных космических телескопов "Чандра" и XMM-Newton, показало, что Вселенная расширяется неравномерно во всех направлениях. Результаты подготовлены для публикации в журнале Astronomy and Astrophysics и доступны на сайте препринтов arXiv.org. Считается, что после Большого взрыва космос постоянно расширяется, а Вселенная, если смотреть на большие расстояния, в целом изотропна, то есть одинакова во всех направлениях. Однако новое исследование ставит под сомнение это фундаментальное свойство Вселенной. Астрофизики из США и Германии проанализировали данные космической рентгеновской обсерватории "Чандра" НАСА и космического рентгеновского телескопа XMM-Newton Европейского космического агентства, полученные при наблюдении галактических кластеров — огромных скоплений галактик, удерживаемых вместе гравитацией. Эти самые большие структуры во Вселенной используются учеными для измерения ее важнейших параметров. Более ранние измерения, основанные на оптических наблюдениях взорвавшихся звезд и инфракрасных исследованиях галактик, не давали однозначного ответа на вопрос об изотропности Вселенной. В новом исследовании ученые сосредоточились на анализе рентгеновских данных.

В ходе анализа авторы обнаружили, что рентгеновские данные, полученные при наблюдении сотен галактических кластеров, существенно различаются в зависимости от способа наблюдения. "Основываясь на наших кластерных наблюдениях, мы нашли различия в скорости расширения Вселенной в зависимости от того, как мы на нее смотрим, — приводятся в пресс-релизе НАСА слова одного из авторов исследования Геррита Шелленбергера (Gerrit Schellenberger) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в Кембридже (штат Массачусетс, США). — Это противоречит одному из основных предположений, которые мы используем сегодня в космологии".

Метод, который использовали ученые, основан на связи между температурой горячего газа, проникающего в галактический кластер, и количеством рентгеновских лучей, которые он производит — рентгеновской светимостью кластера. В целом, чем выше температура газа в кластере, тем выше яркость рентгеновского излучения. Эта зависимость не обусловлена космологическими величинами, в том числе скоростью расширения Вселенной.

После того как авторы оценили яркость рентгеновских лучей галактических кластеров, используя эту технику, они сравнили их значения с рентгеновской яркостью, полученной с помощью другого метода, уже зависящего от скорости расширения Вселенной. Результаты позволили рассчитать скорости расширения по всему небу и оказалось, что в разных направлениях по отношению к нам Вселенная расширяется по-разному.
Исследователи предложили два возможных объяснения. Первое — то, что большие группы скоплений галактик могут двигаться вместе, но не из-за космического расширения, а под действием сил гравитации. Если движение достаточно быстрое, это может привести к ошибкам в оценке светимости каждого из кластеров.

Второе возможное объяснение состоит в том, что Вселенная на самом деле неодинакова в разных направлениях в силу того, что неоднородна темная энергия — таинственная сила, которая определяет расширение Вселенной.

"Было бы замечательно, если бы мы могли обнаружить, что темная энергия имеет разные значения в разных частях Вселенной, — говорит еще один автор исследования Томас Рейприх (Thomas Reiprich) из Боннского университета в Германии. — Однако для исключения других объяснений потребуется гораздо больше убедительных аргументов".

Любое из этих двух объяснений будет иметь значительные последствия для астрофизики. Многие исследования в области космологии, включая рентгеновские исследования скоплений галактик, предполагают, что Вселенная изотропна и что взаимозависимые движения на больших расстояниях пренебрежимо малы по сравнению с космическим расширением. Теперь же все эти результаты ставятся под сомнение.

Галактики, падающие на скопление, демонстрируют живописный "хвост"

Астрономы при помощи космического рентгеновского телескопа НАСА Chandra ("Чандра") запечатлели гигантский "хвост" горячего газа, протянувшийся более чем на один миллион световых лет со стороны группы галактик, падающей в глубины большего по размерам скопления галактик. Подобные открытия позволяют астрономам глубже понять обстановку и условия, в которых происходила эволюция крупнейших структур Вселенной. Скопления галактик являются крупнейшими структурами во Вселенной, связанными гравитационно. И хотя скопления могут содержать сотни и даже тысячи галактик, львиная доля массы скопления приходится на горячий газ, который испускает рентгеновские лучи, и невидимую темную материю. Но как эти космические гиганты могли вырасти до таких размеров? На этом новом снимке показан один из механизмов: захват галактик действием экстремально мощной гравитации скопления галактик. На расположенном слева изображении представлен общий вид скопления галактик под названием Абель 2142. Это скопление содержит сотни галактик, окруженных горячим газом с температурой в несколько миллионов градусов Цельсия, который наблюдался при помощи обсерватории Chandra (фиолетовый цвет). Центр скопления Абель 2142 расположен в центре этого облака фиолетового излучения, в нижней части этого изображения. Здесь показан только горячий газ, поскольку менее горячий газ, расположенный дальше от середины скопления, не обнаруживается как "фиолетовое излучение". 

На этом комбинированном снимке данные, собранный при помощи "Чандры", объединены с оптическими данными, собранными при помощи Слоуновского цифрового обзора неба и представленными в красном, зеленом и голубом цветах.

Яркий рентгеновский "хвост", расположенный в верхнем левом углу левого изображения, направлен в сторону скопления галактик Абель 2142. На правом изображении этот "хвост" представлен крупным планом. Основная часть хвоста является упорядоченной, поскольку газ этой группы галактик "защищают" от разрывов под действием гравитации скопления магнитные поля; и только ближе к верхней его части "хвост" становится неправильным по форме и клочковатым - это зона турбулентности.

Нижняя часть "хвоста" светится ярче, чем его верхняя часть. Согласно астрономам, это может быть связано с яркими активными ядрами галактик группы, расположенных в ее "нижней" части.

На планетах у "мертвых" звезд может существовать жизнь – ученые

Астрономы заявили о том, что на планетах, которые вращаются вокруг пульсаров, может существовать жизнь. Выводы исследователей были опубликованы на сайте arxiv.org. В ходе исследования ученые изучили планеты, которые вращаются вокруг пульсара B1257+12, открытые в 1992 и 1994 году. Обнаруженные планеты долгое время считались безжизненными, поскольку предполагалось, что мощные пучки рентгеновских лучей и частиц высокой энергии должны были уничтожить жизнь на подобных планетах, даже если она существовала. Теперь же исследователи измерили силу излучения и число заряженных частиц с помощью обсерватории "Чандра". Оказалось, что жизнь может существовать на планетах, которые вращаются вокруг пульсаров, если они обладают достаточно плотной атмосферой для того, чтобы превращать большую часть подобного излучения в тепло. Кроме того, планеты должны располагаться достаточно далеко, в пределах двух-пять астрономических единиц, от пульсара.

Планеты же, которые вращаются вокруг B1257+12, располагаются на границы его обитаемой зоны.

Две звезды и три измерения в системе V 745 Скорпиона

В течение нескольких десятилетий ученые знали о нерегулярных вспышках двойной звездной системы V745 Скорпиона, расположенной на расстоянии примерно 25000 световых лет от Земли. Астрономы были удивлены, наблюдая вспышки на этой звезде в 1937 и 1989 гг. Когда эта система вновь разразилась вспышкой 6 февраля 2014 г., ученые были готовы наблюдать это событие при помощи нескольких различных телескопов, включая космическую рентгеновскую обсерваторию НАСА Chandra («Чандра»). V745 Скорпиона представляет собой двойную систему, состоящую из красного гиганта и белого карлика. Компоненты этой системы расположены настолько близко друг к другу, что внешние слои красного гиганта оттягиваются под действием гравитации белого карлика, формируя аккреционный диск вокруг него, и падают на его поверхность. Со временем материал накапливается на поверхности белого карлика, что приводит к мощному термоядерному взрыву, называемому новой.

Астрономы наблюдали систему V745 Скорпиона при помощи «Чандры» на протяжении более чем двух недель в 2014 г. и обнаружили интересный факт, состоящий в том, что большая часть материала, извергнутого при взрыве, движется в сторону Земли. Для объяснения этого факта в новой работе команда исследователей под руководством Сальваторе Орландо (Salvatore Orlando) построила трехмерную компьютерную модель взрыва (на фото). Геометрия взрыва в соответствии с результатами этого моделирования оказалась такова, что выброшенный материал формирует две большие доли, расположенные над и под плоскостью акреционного диска. Рентгеновское излучение материала доли, направленной в сторону от Земли, поглощается материалом доли, направленной в сторону нашей планеты, и поэтому становится неразличимым при наблюдениях в рентгеновском диапазоне, поясняют авторы.

Кроме того, в этой работе установлено, что количество материала, извергаемого при взрыве этой новой, значительно меньше количества материала, необходимого для инициации взрыва. Это означает, что материал постепенно накапливается на поверхности белого карлика, и в будущем следует ожидать взрыва, который полностью уничтожит белый карлик.

Скопление галактик Abell 2052

Космический телескоп «Чандра» в деталях рассмотрел скопление галактик Эйбелл 2052 (Abell 2052), которое находится в 480 миллионов световых лет от Земли. В результате мы видим странную спираль, обступающую одну из галактик скопления, спираль, которая совершенно не видна в оптическом диапазоне. Это — очень горячий межзвездный газ, нагретый примерно до 30 миллионов градусов. Он окружает массивную эллиптическую галактику, ядро скопления Abell 2052; при этом спираль вытянулась почти на миллион световых лет! Столь грандиозные размеры (равно как и форма газа) стали следствием столкновения Abell 2052 с меньшим скоплением. По мере приближения меньшее скопление начало гравитационно влиять на плотный горячий газ в ядре Abell 2052, буквально вытягивая его за пределы «обитания». После того как скопление прошло сквозь Эйбелл 2052, движение газа поменялось на обратное; он прошел через центр, образовав колебания, аналогичные тем, что образует вино при движении бокала взад-вперед. В данном случае в роли стеклянных стенок выступают гравитационные силы. Из-за того, что столкновение между скоплениями произошло не точно по центру Эйбл 2052, газ закрутился в спираль.

Комбинированное изображение скопления галактик Эйбелл 2052 

(в оптике и в рентгеновских лучах).

Такого рода «болтанка» в Abell 2052 имеет важные физические последствия. Во-первых, она помогает выталкивать более плотный и холодный газ (его температура «всего» около 10 миллионов градусов), дальше от центра скопления. Это мешает дальнейшему охлаждению газа в ядре и, вероятно, ограничивает количество формирующихся звезд в центральной галактике. Во-вторых, подобные колебательные движения должны перераспределять тяжелые химические элементы, образовавшиеся в результате взрывов сверхновых звезд. Это углерод, азот, железо и кислород — то есть те элементы, которые, как мы знаем, чрезвычайно важны для зарождения и развития жизни.

Следует добавить, что наблюдения скопления Abell 2052 длились очень долго — больше недели. Такие глубокие наблюдения нужны были, чтобы проявить все возможные детали. И все равно потребовалась дополнительная обработка снимка для выявления некоторых особенностей.

Обратите внимание на четкие и яркие пузыри газа с плотными и относительно холодными краями, выброшенные из центра галактики-ядра скопления Abell 2052. Судя по всему, авторство этого сложного рисунка следует приписать сверхмассивной черной дыре в центре эллиптической галактики. А раз газовая «болтанка» мешает охлаждаться оставшемуся газу в центре галактики-ядра, это с неизбежностью накладывает определенные ограничения на сверхмассивную черную дыру, «сидящую» в ней.