Астрономы впервые отыскали холодный коричневый карлик при помощи радиотелескопа

Астрономы впервые открыли холодный коричневый карлик в ходе обзора неба в радиодиапазоне. В его атмосфере нашлись следы метана, а напряженность магнитного поля сравнима с полями, характерными для газовых гигантов. Статья опубликована в журнале The Astrophysical Journal. Коричневые карлики представляют собой тела, занимающее промежуточное положение между планетами-гигантами и звездами. Обычно их обнаруживают в ходе обзоров неба в инфракрасном диапазоне. Масса коричневых карликов недостаточна для поддержания термоядерного «горения» водорода, однако в их недрах способны идти реакции с участием ядер дейтерия и лития. Температуры внешних слоев коричневых карликов не превышают двух тысяч кельвинов (порой меньше 500 кельвинов), они могут быть источниками инфракрасного или рентгеновского излучения. Кроме того, на коричневых карликах способны возникать полярные сияния, регистрируемые в радиодиапазоне и связанные с нестабильностью электронно-циклотронного мазера. Таким образом, проведение обзоров неба при помощи радиотелескопов может помочь найти маломассивные холодные коричневые карлики и определить их свойства, что, в свою очередь, важно для проверки моделей магнитосфер крупных газовых гигантов, коричневых карликов и маломассивных звезд.

Группа астрономов во главе с Харишом Ведантамом (Harish Vedantham) из Института радиоастрономии в Нидерландах сообщила о первом случае обнаружения холодного коричневого карлика BDR J1750+3809 в ходе наблюдений в радиодиапазоне. Открытие было сделано в ходе обзора неба при помощи сети радиотелескопов LOFAR (Low-Frequency Array) на частотах от 120 до 167 мегагерц, в дальнейшем открытие было подтверждено наблюдениями наземных телескопов «Джемини-Север» и IRTF (Infrared Telescope Facility), а также данными каталога unWISE.

Анализ данных наблюдений показал, что BDR J1750+3809 представляет собой коричневый карлик спектрального класса T6.5, находящийся на расстоянии около 212 световых лет от Солнца. В его спектре четко видны сильные полосы поглощения воды и метана, что является отличительной чертой холодных карликов. Излучение от карлика характеризуется высокой степенью круговой поляризации, а его светимость в радиодиапазоне оказалась более чем на два порядка выше, чем у других представителей класса Т, это может быть связано как с особенностями механизма генерации излучения, так и наличием у карлика компаньона. Расчетная напряженность магнитного поля в месте, где генерируется излучение, составляет около 25 Гауссов, что сопоставимо с магнитными полями тел планетарного масштаба. Это открытие показывает, что низкочастотные радиообзоры хорошо подходят для поиска холодных субзвездных объектов.

Ранее мы рассказывали о том, как астрономы впервые смогли измерить среднюю скорость ветров на коричневом карлике, где обнаружили самую крупную популяцию коричневых карликов и как в «пустыне коричневых карликов» нашелся массивный коричневый карлик.

Внеземные сигналы: Россия присоединяется к изучению главной загадки космоса

Сергей Трушкин, астроном из Специальной астрофизической обсерватории РАН, рассказал о том, почему ученые заинтересовались загадочными быстрыми радиовспышками, так называемыми радиосигналами инопланетян, и объяснил, как российский телескоп РАТАН-600 получил уникальный шанс раскрыть их сущность. "Учитывая наши скромные возможности, ожидаем, что удастся зафиксировать в лучшем случае от трех до пяти подобных вспышек за год наблюдений. С другой стороны, даже если мы сможем найти хотя бы одно событие на частотах, где ведутся поиски, это радикально поменяет понимание природы данных сигналов", — заявил Трушкин, выступая на ежегодной конференции "Астрофизика высоких энергий" в стенах ИКИ РАН в Москве.

Зов космоса

Впервые о существовании таинственных вспышек радиоизлучения (fast radio-burst, FRB), случайно открытых во время наблюдений за радиопульсарами при помощи телескопа Паркс (Австралия), астрономы заговорили в 2007 году.

"Почему мы не находили эти явления 50 лет назад, когда появились первые радиотелескопы? Проблема заключалась в том, что у наших предшественников не было столь качественной радиоаппаратуры, которая существует сегодня. Они были открыты при помощи Паркс только после обновления его детекторов, позволивших первооткрывателям понять, что эти сигналы являются не помехами, родившимися на Земле, а вспышками из далеких галактик", — отмечает ученый.

В последующие годы удалось найти следы еще девяти подобных всплесков. Сравнение показало, что они могут иметь искусственное происхождение и даже потенциально быть сигналами внеземных цивилизаций из-за необъяснимой периодичности в структуре.

Весной прошлого года выяснилось, что источником одной из таких FRB-вспышек была эллиптическая галактика, расположенная в шести миллиардах световых лет от Млечного Пути, и это заставило ученых заключить, что подобные всплески рождаются в ходе слияния нейтронных звезд или других компактных объектов, превращающихся в черную дыру.

Данная теория потерпела сокрушительное поражение в марте 2016 года. Используя тот же Паркс, канадские исследователи обнаружили, что одна из самых первых найденных вспышек — всплеск FRB 121102 — повторно возникла в той же точке в созвездии Возничего, где была найдена шесть лет назад.

Как рассказывает Трушкин, это сразу отсекло большую часть теорий, в которых прародителем FRB-вспышек выступали различные космические катаклизмы — формирование или слияние черных дыр, пульсаров и других компактных объектов, которые могут происходить лишь один раз.

Необычные свойства этих радиовсплесков, не позволяющие связать их ни со взрывами сверхновых, ни со слияниями черных дыр или пульсаров, заставили ученых задуматься о более экзотических вариантах рождения подобных "сигналов инопланетян". К примеру, некоторые астрофизики полагают, что их могут порождать распады аксионов, сверхлегких частиц темной материи, экзотические космические "струны", а также взрывы микроскопических черных дыр.

Летом прошлого года к этим наблюдениям присоединилась Россия, которая обладает одним из самых известных и старых отечественных телескопов РАТАН-600. Он находится в Специальной астрофизической обсерватории РАН в станице Зеленчукской. Уникальные свойства телескопа, как надеются Трушкин и его единомышленники, помогут прояснить природу этих сигналов и окончательно доказать, к примеру, что их не могут производить "обычные" пульсары.

"Сейчас число теорий, объясняющих подобные всплески, заметно превышает число этих явлений, известных науке. Мы — наблюдатели и экспериментаторы — больше заинтересованы в открытии событий и получении новых данных, которые наши коллеги-теоретики могут использовать для того, чтобы создавать свои теории", — продолжает Трушкин.
Две ключевые особенности "радиосигналов пришельцев", как отмечает ученый, — их высокая яркость и чрезвычайно низкая продолжительность — позволяют обойти главный недостаток РАТАН-600 — неспособность сколь-нибудь продолжительно следить за одной точкой на небе.

Во время наблюдений за FRB российский телескоп будет сканировать все ночное небо, следя за каждым его сегментом на протяжении очень небольшого времени. Это позволит, несмотря на скромный угол зрения РАТАН, покрыть достаточно большую область неба, которая будет всего в четыре раза меньше, чем аналогичный показатель для телескопа Паркс.

"Мы долго думали, какую частоту выбрать для этих наблюдений, и остановились на значении в 4,7 гигагерца. Все остальные всплески были обнаружены на частотах в 1,4 гигагерца и менее, но для таких наблюдений нужны достаточно дорогие установки, на которые у нас просто нет денег. Высокие частоты, в свою очередь, позволяют сократить число каналов, необходимых для ведения наблюдений, и позволяют нам выйти в ту область, на которых FRB никто раньше не наблюдал", — продолжает Трушкин.
Последний вагон космического поезда

По его словам, эти наблюдения фактически являются "хобби" для сотрудников обсерватории — их будут вести на западном секторе кольца РАТАН-600, ранее законсервированного, а также при помощи четырех резервных детекторов, наборов фильтров и прочей радиоаппаратуры, которая была закуплена в докризисные годы и не использовалась.

"Мы вели предварительные переговоры с фондом Юрия Мильнера, поддерживающим подобные инициативы, однако ничем существенным они не закончились. С другой стороны, нам нужны небольшие деньги, примерно 30 тысяч долларов, чтобы удвоить число детекторов и значительно повысить вероятность обнаружения новых вспышек", — отметил ученый.
Как отмечает астроном, российские ученые сфокусируют свои усилия на наблюдениях за той частью неба, где находится FRB 121102. Повторяющийся характер вспышек, как надеются Трушкин и его единомышленники, повысит шансы РАТАН-600 на обнаружение хотя бы одного подобного явления и позволит изучить его на длинах волн, недоступных для других радиотелескопов.

Работу обновленного РАТАН-600 ученые уже проверили на двух объектах — на одном из самых ярких пульсаров, расположенных в нашей Галактике, а также попытавшись обнаружить FRB 121102. По словам Трушкина, в августе этого года его команда "поймала" сигнал, исходящий из той же точки, что и этот повторный всплеск.

Пока нет уверенности в том, что удалось зафиксировать FRB-вспышку, так как в тот момент времени телескоп еще не был полностью настроен. Поэтому астрономам не удалось определить расстояние до "сигнала инопланетян" и вычислить его точные координаты.

С другой стороны, две другие радиообсерватории — телескопы GBT в США и WSRT в Голландии — зафиксировали повторный всплеск FRB 121102 примерно в то же самое время, что подтверждает гипотезу российских ученых.

"Эти наблюдения коллег и наши предварительные данные говорят о том, что FRB 121102 является не просто переменным и повторяющимся источником. Он может испускать подобные импульсы своеобразными очередями. Иными словами, он способен породить несколько вспышек за один месяц, а затем "замолчать" на неделю, месяц или условную тысячу дней", — рассказывает Трушкин.
По его словам, сегодня главной проблемой для РАТАН-600 является время. Пока подобные наблюдения может вести только российский телескоп, однако эти же частоты станут доступными для мегателескопа SKA, постройка которого начнется в ЮАР в следующем году.

"SKA и канадский проект CHIME, как ожидают их участники, будут находить десятки подобных вспышек каждый день. Пока они еще не введены в строй, у нас есть возможность внести уникальный вклад в изучение FRB-вспышек благодаря высоким частотам, на которых мы работаем, и хоть как-то конкурировать на международном уровне", — заключает астроном. 

Радиотелескопы смогут замечать звезды, расположенные близ центра нашей галактики

Центр нашей галактики Млечный путь – загадочное место. Он не только находится на расстоянии в тысячи световых лет от нас, но вдобавок к этому окутан настолько большим количеством пыли, что большая часть расположенных в нем звезд невидима для астрономов. Сегодня исследователи из Гарварда предлагают новый метод наблюдений, позволяющий устранить негативное влияние этой «пелены» из пыли и обнаружить находящиеся за ней звезды. Они предлагают искать радиоволны, идущие от сверхзвуковых звезд.

«Мы многого не знаем о центре нашей галактики, и многое хотим узнать, – говорит главный автор нового исследования Идан Гинзбург из Гарвард-Смисоновского астрофизического центра, США. – При помощи этой техники, как мы считаем, могут быть обнаружены звезды, которые прежде никто никогда не наблюдал».

Долгий путь от центра нашей галактики к Земле проходит сквозь настолько плотное облако пыли, что из каждого триллиона фотонов видимого света, идущих от галактического центра к нам, лишь один фотон достигает объектива телескопа. Радиоволны, лежащие в другой части электромагнитного спектра, имеют более низкие энергии и меньшие длины волн. Они могут беспрепятственно проходить сквозь пыль.

Сами по себе звезды недостаточно ярко светят в радиодиапазоне, чтобы их можно было обнаружить на таких больших расстояниях. Однако, если звезда путешествует сквозь окружающий её газ со скоростью, большей скорости звука, то ситуация меняется. Материя, вышвыриваемая звездой в космос как звездный ветер, врезается в окружающий звезду газ и создает ударную волну. Затем в процессе, известном как синхротронное излучение, электроны, ускоренные этой ударной волной, испускают радиоволны, доступные для регистрации современными радиотелескопами.

Проверить свои предположения астрономы планируют на звезде пода названием S2, которая в конце 2017–начале 2018 года подойдет к центральной черной дыре Млечного пути настолько близко, что, получая от неё значительное ускорение, разовьет скорость, необходимую для проведения наблюдений по предлагаемой методике.