Школьники обнаружили в космосе ни на что не похожий объект

Итальянские школьники обнаружили космический объект, поставивший астрономов в тупик. Источник загадочных рентгеновских вспышек не удаётся связать ни с одним известным типом небесных тел. Открытие описано в научной статье, опубликованной в журнале Astronomy & Astrophysics группой во главе с Сандро Мерегетти (Sandro Mereghetti) из Института астрофизики и физики космоса в Милане. Ученики двенадцатого класса одной из средних школ итальянского города Саронно проходили в упомянутом институте летнюю стажировку. Они анализировали данные, собранные орбитальной рентгеновской обсерваторией XMM-Newton за первые 15 лет работы. "Недавно мы опубликовали каталог EXTraS, который включает все источники рентгеновского излучения. Их около полумиллиона, и их яркость, согласно наблюдениям XMM-Newton, изменяется со временем. [В каталоге] перечисляется несколько наблюдаемых параметров для каждого источника, — объясняет координатор работы Андреа Де Лука (Andrea De Luca). — На следующем этапе нужно было погрузиться этот огромный набор данных и найти потенциально интересные источники. Мы подумали, что это будет интересной задачей для стажировки школьников".

В итоге шесть учеников просмотрели кривые блеска (зависимость яркости от времени) двух сотен рентгеновских источников. От стажёров требовалось обращать внимание на вспышки и другие интересные особенности и выяснять, описаны ли они в научной литературе.

"Для этого проекта школьники получили вводные сведения об астрономии и экзотических источниках, которые мы изучаем с помощью рентгеновских телескопов, а также руководство по базе данных и способам её использования, — рассказывает участник работы Рубен Сальватерра (Ruben Salvaterra). — Как только они получили достаточную подготовку, чтобы исследовать архив данных, они показали себя очень эффективными и находчивыми [исследователями]".

В результате ученики обнаружили несколько интересных событий (в частности, вспышек), не описанных ранее в научной литературе. Но источник, расположенный в шаровом скоплении NGC 6540 в 17 тыс. световых годах от Земли, привлёк особое внимание учёных.

Этот объект имеет видимые размеры в семь угловых секунд и рентгеновскую светимость 1025 ватт в спокойном состоянии. Но в один прекрасный день далёкого 2005 года он вдруг увеличил свою яркость более чем в 40 раз. Вспышка продолжалась около пяти минут, после чего светимость источника вернулась к норме.

Что бы это могло быть? Астрономам известно несколько типов объектов, порождающих рентгеновские вспышки, но ни один из них не подходит под описываемое событие. Например, вспышки на звёздах, аналогичные вспышкам на Солнце, продолжаются не минуты, а часы. Кратковременные всплески на фоне спокойного рентгеновского излучения бывают в тесных двойных системах, где на компактный объект (нейтронную звезду или чёрную дыру) падает вещество компаньона. Но яркость таких вспышек гораздо выше, чем у загадочного события.

"Это событие бросает вызов нашим представлениям о рентгеновских вспышках: слишком короткое, чтобы быть обычной звёздной вспышкой, но слишком слабое, чтобы быть связанным с компактным объектом", — резюмирует Мерегетти.

Наиболее подходящим кандидатом являются хромосферно активные двойные системы, где тесное соседство двух звёзд вызывает вспышки в их хромосферах. Но и для такого события вспышка была слишком уж короткоживущей.

Астрономы планируют подробнее изучить свойства удивительного источника. Кроме того, они подозревают, что он не так уж уникален. Подобные события могли происходить и раньше, но оставаться незамеченными из-за краткости и низкой мощности. Первоочередная задача — найти их в накопленном обширном архиве данных. Теперь работы хватит не только учёным, но и новым поколениям интересующихся наукой школьников.

Исследователи раскрывают секреты темной материи

Астрофизик из Майамского университета, США, Нико Капелутти (Nico Cappelluti) опубликовал работу, которая может помочь пролить свет на загадку, над разгадкой которой астрофизики бьются уже на протяжении многих десятилетий: что собой представляет темная материя и откуда она произошла? Согласно современным представлениям 95 процентов массы Вселенной скрыто от наблюдений и находится в форме так называемой «темной материи», субстанции, которая участвует лишь в гравитационном взаимодействии, а потому не может быть обнаружена при помощи астрономических инструментов, ориентированных на электромагнитное излучение. В исследовании Капелутти изучается один интересный космический источник излучения, который был зарегистрирован при помощи четырех различных телескопов, наблюдающих небо в различных направлениях. Проводя наблюдения неба в рентгеновском диапазоне при помощи космической обсерватории НАСА Chandra, Капелутти и его коллеги обнаружили необычную эмиссионную линию, соответствующую энергии излучения 3,5 кэВ, не характерную ни для одного из известных науке атомов. Одна из интерпретаций природы этой линии сегодня предполагает распад частиц темной материи.

Особый интерес в исследовании доктора Капелутти представляет тот факт, что обнаруженная им эмиссионная линия 3,5 кэВ относится к источнику, лежащему в границах нашей собственной галактики Млечный путь.

Этой осенью ряд ученых из разных стран мира планируют съехаться в Майамский университет для организации крупного проекта по сбору данных для исследования природы эмиссионной линии 3,5 кэВ.

Астрономы впервые смогли обнаружить экзопланету за пределами нашей Галактики

Астрофизики из Оклахомского университета (University of Oklahoma, OU), США, впервые открыли популяцию планет, находящихся за пределами нашей галактики Млечный путь. Используя микролинзирование – астрономический феномен и единственный известный науке метод, при помощи которого возможно обнаружение планет на действительно огромных расстояниях от Земли – исследователи смогли обнаружить в иных галактиках объекты, массы которых находятся в интервале от массы Луны до массы Юпитера. Ксинью Дай (Xinyu Dai), профессор кафедры физики и астрономии Колледжа наук и искусств OU совместно с исследователем-постдоком OU Эдуардо Гуэррасом (Eduardo Guerras) совершили это открытие, используя данные, собранные при помощи космической рентгеновской обсерватории НАСА Chandra («Чандра»).

«Мы невероятно вдохновлены этим открытием. Впервые была открыта планета за пределами нашей Галактики, - сказал Дай. – Такие небольшие планеты-кандидаты лучше всего подходят для обнаружения при помощи метода гравитационного микролинзирования. Сравнив полученный сигнал с результатами компьютерного моделирования мы можем определить массу планеты».

На сегодняшний день самые далекие планеты, обнаруженные учеными, SWEEPS-11 и SWEEPS-04, находятся на расстоянии примерно 27710 световых лет от Солнца в направлении созвездия Стрельца, в то время как диаметр Млечного пути составляет по разным оценкам от 100000 до 180000 тысяч световых лет. Это означает, что на сегодняшний день не было обнаружено еще ни одной планеты, принадлежащей Млечному пути, но лежащей от нас на расстоянии свыше 27710 световых лет. Планета, которую обнаружили в своем исследовании Дай и Гуэррас, принадлежит галактике, лежащей на расстоянии 3,8 миллиарда световых лет от нас.

Астрономы вычислили верхний предел массы нейтронных звезд

Начиная с 1960-х годов, после открытия первых нейтронных звезд, ученые-астрономы и астрофизики задавались вопросом, насколько массивными могут быть эти экзотические космические объекты? В отличие от черных дыр, нейтронные звезды не могут "набирать массу" за счет материи, находящейся в прилегающем пространстве. И впервые в истории астрономии, ученые из университета Гете во Франкфурте, Германия, с достаточно высокой точностью рассчитали верхний предел массы нейтронных звезд, который составил 2.16 массы Солнца. При среднем радиусе в 12 километров и при массе, в два раза больше массы Солнца, нейтронные звезды являются одними из самых плотных объектов во Вселенной, производящими гравитационные поля, сопоставимые с гравитационными полями черных дыр. Масса большей части нейтронных звезд составляет порядка 1.4 солнечной массы, но ученым известны примеры и более массивных нейтронных звезд, к примеру, пульсар PSR J0348+0432, который в 2.01 раза более массивен, нежели Солнце. За счет своей огромной плотности и массы, нейтронная звезда, согласно имеющимся теориям, при достижении определенного порога разрушилась бы и превратилась в черную дыру. При этом, "спусковым механизмом" этого процесса может стать один единственный нейтрон, несмотря на его крошечную массу.

Основой для вычислений верхнего порога массы нейтронной звезды стали так называемые "универсальные отношения" (universal relations), подход, разработанный исследователями из Франкфурта несколько лет назад. Этот подход подразумевает, что все нейтронные звезды настолько подобны друг другу, что некоторые их свойства могут быть выражены при помощи постоянных безразмерных величин, констант. Ученые объединили теорию "универсальных отношений" с данными о гравитационных волнах и последующем электромагнитном излучении, вызванными процессом столкновения и слияния нейтронных звезд. Как, наверное, помнят наши читатели, данное событие было зарегистрировано в прошлом году датчиками гравитационной обсерватории LIGO.

Наличие достаточно точных реальных данных значительно упростило процесс вычислений, сделав их практически независимыми от ряда уравнений, являющихся теоретической моделью, описывающей свойства и поведение самого плотного вещества во Вселенной. Именно эта модель используется для получения информации о составе материи на различной глубине внутри звезд.

Данная работа является отличным примером взаимодействия и взаимного дополнения теоретических и экспериментальных исследований. "Теория, как обычно, всегда нуждается в экспериментальных доказательствах, которые позволяют определить и сузить области действия этой теории" - пишут исследователи, - "В данном случае, наблюдения за слиянием нейтронных звезд, которое произошло за миллионы световых лет от нас, позволили найти решение загадки, которую не могли решить астрономы на протяжении последних 50 лет".

И в заключение следует отметить, что данная работа была опубликована в издании "Letter of the Astrophysical Journal". А самым интересным является то, что спустя всего несколько дней после ее публикации, еще две группы ученых из США и Японии подтвердили полученные результаты, следуя, при этом, различными путями и используя различные подходы при своих расчетах.

Исследователи изучают внутреннюю структуру далеких звезд по их пульсациям

На первый взгляд, кажется невозможным заглянуть внутрь звезды. Однако международная команда астрономов под руководством Эрла Беллинджера (Earl Bellinger) из Института исследований Солнечной системы Общества Макса Планка, Германия, впервые получила данные о внутренней структуре двух звезд, базируясь на их осцилляциях. Наше Солнце, так же как и большинство других звезд, испытывает пульсации, которые распространяются в недрах звезды как звуковые волны. Частоты этих волн модифицируют свет, испускаемый звездой, и впоследствии могут быть выделены из светового потока, регистрируемого астрономами на Земле. Подобно тому, как сейсмологи идентифицируют внутреннюю структуру планеты, анализируя землетрясения, астрономы определяют свойства звезд по их пульсациям – и эта область науки носит название астросейсмологии. В новой работе Беллинджер и его команда проанализировали при помощи методов астросейсмологии внутреннюю структуру двух звезд системы 16 Лебедя - 16 Лебедя A и 16 Лебедя B – очень похожих на наше Солнце.

Для создания модели недр звезды астрофизики перебирают различные модели эволюции светила, до тех пор пока одна из них не даст картину, схожую с наблюдаемыми спектрами частот. Однако пульсации теоретических моделей часто отличаются от пульсаций звезд, что, вероятно, объясняется до сих пор неизвестными ученым особенностями физики звезд.

Поэтому Беллинджер и его коллеги решили использовать так называемый обратный метод. Они рассчитали локальные свойства недр звезды, исходя из наблюдаемых частот. Этот метод в меньшей степени зависит от теоретических допущений, однако требует высочайшего качества измерений и включает большой объем сложных математических преобразований.

Используя этот обратный метод, исследователи смогли заглянуть внутрь звезд на глубину свыше 500000 километров – и обнаружили, что скорость звука в центральных областях исследуемых светил выше, чем предсказывается моделями. «В случае звезды 16 Лебедя B эти расхождения могут быть объяснены, если скорректировать предполагаемые массу и размер звезды, - сказал Беллинджер. – В случае звезды-компаньона, однако, причину расхождений мы идентифицировать не смогли».

Астрономы представляют новую насадку-рассеиватель к телескопу

Новая, недорогая насадка для телескопов позволяет достичь прежде недоступной точности при наблюдениях с поверхности Земли экзопланет – планет, находящихся за пределами нашей Солнечной системы. При помощи этой насадки станут возможными измерения интенсивности света, сравнимые по точности с самыми высококачественными фотометрическими наблюдениями, проводимыми при помощи космических средств наблюдения. Астрономы из Университета штата Пенсильвания, США, во главе с Гудмундуром Стефанссоном (Gudmundur Stefansson), студентом магистратуры этого университета, совместно с сотрудниками лабораторий наноматериалов компании RPC Photonics, Нью Йорк, США, разработали изготовляемые на заказ «формирующие пучок» рассеиватели ("beam-shaping" diffusers) – оптические устройства, имеющие специально спроектированную микроструктуру, которые распределяют падающий на них свет по получаемому снимку – способные свести к минимуму искажения со стороны атмосферы Земли, которые снижают точность наблюдений, производимых с поверхности нашей планеты.

Рассеиватели представляют собой небольшие кусочки стекла, которые могут быть легко адаптированы для установки на любой телескоп. Как считает Стефаннсон, низкая стоимость и высокие адаптационные качества рассеивателей сделают их полезными для новой космической миссии НАСА TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), предназначенной для поисков экзопланет, поскольку использование рассеивателей откроет возможность подтверждать планеты-кандидаты при помощи наземных средств наблюдения.

Использование телескопа, сфокусированного на каком-либо космическом объекте, без рассеивателя приводит к тому, что размеры и яркость снимка флуктуируют. Известный метод «расфокусировки» телескопа дает более высокую точность фотометрических измерений, по сравнению со сфокусированными изображениями, но, тем не менее, размеры и яркость снимков продолжают флуктуировать. Использование рассеивателя помогает сделать изображение более стабильным (см. видеоролик), поясняет Стефаннсон.

Работа, описывающая принципы функционирования этого нового устройства, появилась в журнале Astrophysical Journal.