Астрофизики опубликовали новый каталог планет, который поможет в поисках внеземной жизни

Команда астрофизиков во главе с Лорен Вайс, доцентом кафедры физики и астрономии Университета Нотр-Дам, создала первый в истории каталог небольших планет, похожих на Землю, с родственниками, похожими на Юпитер (планеты, которые вращаются вокруг одной звезды). Исследование было опубликовано в журнале Astrophysical Journal. "Этот каталог является первым в своем роде и предоставляет беспрецедентную возможность исследовать разнообразие существующих планетных систем, которые похожи на Солнечную систему, но не полностью, и это дает нам шанс переписать историю о том, как формируются планеты", - сказала Вайс. "Научный вопрос, на который я пыталась ответить в течение последнего десятилетия, таков: у какой из других малых планет, подобных Земле, которые существуют, есть родственник Юпитер? Потому что это может быть важной характеристикой, на которую следует обратить внимание, если мы хотим выяснить, где искать жизнь". Предыдущие исследования, проведенные за последние несколько лет, выделяли Юпитер как одну из причин возникновения жизни на Земле. Во время формирования Солнечной системы Юпитер выбрасывал скалистые и ледяные обломки в направлении нынешнего местоположения Земли. Юпитер и сегодня швыряет обломки в направлении Земли. Обломки, возможно, доставили воду на нашу планету и способствовали зарождению жизни.

Основываясь на данных, собранных обсерваторией У. М. Кека на Мауна-Кеа в Ваймеа, Гавайи, Вайс и ее коллеги зафиксировали почти 3000 лучевых скоростей 63 звезд, подобных нашему Солнцу, у которых есть 157 известных малых планет. 157 малых планет имеют размеры от Марса до Нептуна, и некоторые из них имеют каменистую поверхность, которая может быть пригодна для жизни. В ходе исследования команда обнаружила 13 планет, подобных Юпитеру, восемь планет похожих по размеру на Нептун и три звезды-компаньона.

Возможно, большие, заполненные газом планеты-гиганты за пределами нашей Солнечной системы трудно найти, потому что некоторые распространенные методы обнаружения не работают. Космический телескоп "Кеплер", который вышел из эксплуатации в 2018 году, был отличным инструментом для поиска небольших экзопланет, вращающихся близко к своим звездам. Он использовал транзитный метод, который измеряет крошечные провалы в яркости звезды-компаньона, чтобы указать на присутствие планеты, вращающейся вокруг своей звезды.

Газовые гиганты, однако, обычно находятся гораздо дальше от своих звезд и не пересекают их с какой-либо практической регулярностью для астрономов. Юпитеру, например, требуется 12 лет, чтобы совершить оборот вокруг Солнца. Кроме того, в отличие от планет, близких к своим звездам, удаленные планеты часто имеют слегка наклоненные орбиты, если смотреть с Земли, что делает провалы в яркости менее заметными.

Вайс и ее коллеги применили метод лучевой скорости, который использует доплеровскую спектроскопию.

"Юпитеры большие, и они сильно притягивают звезды. Мы можем найти их, если проведем много-много измерений с течением времени, что мне и пришлось сделать", - сказала Вайс. Для каждой звезды в выборке она и ее коллеги наблюдали доплеровское смещение световых волн звезды в течение как минимум 10 ночей.

Хотя Вайс была взволнована открытием планет, подобных Юпитеру, каталог планетных систем, подобных Земле и Юпитеру, - это тот аспект, который поможет астрономам в исследованиях в ближайшие годы.

Эволюция молекул: формирование «строительных кирпичиков» жизни в космосе

В новых экспериментах показано, что самыми далекими «предками» человека – а также других форм жизни на Земле – являются… звездная пыль и радиация! В эксперименте, в ходе которого были воссозданы астрофизические условия – криогенные температуры и сверхвысокий вакуум – ученые использовали электронную пушку для облучения электронами тонких пластин льда, покрытых молекулами метана, аммиака и диоксида углерода. Эти простые по строению молекулы часто рассматриваются как исходные «строительные кирпичики» жизни. В экспериментах проверялась возможность формирования в условиях опыта более сложных, биологических молекул, которые в дальнейшем могли дать начало жизни. В космосе относительно простые по строению молекулы постоянно испытывают воздействие различных видов излучений, включая звездные ветра, космические лучи и другие высокоэнергетические ионизирующие излучения. Они также испытывают воздействие низкоэнергетических вторичных электронов, образующихся в результате взаимодействия излучения с материей. В своем исследовании группа, возглавляемая Сасаном Эсмайли (Sasan Esmaili), изучила влияние низкоэнергетических электронов на смесь базовых молекул. Состав продуктов реакции анализировался при помощи метода температурно-программируемой десорбции.

Проведенные эксперименты показали, что в выбранных условиях происходит формирование глицина, простейшей аминокислоты, имеющей формулу NH2-CH2-COOH, с частотой примерно одна молекула образующегося соединения на 260 электронов. Взяв эти результаты за основу и рассчитав дополнительно вероятность столкновения в космосе сразу трех молекул – метана, аммиака и диоксида углерода – ученые пришли к выводу, что полученная оценка скорости формирования молекул глицина является вполне реалистичной и в условиях космоса.

Поиски темной материи в самых крохотных галактиках Вселенной

Астрофизики из Сиднейского университета, Австралия, и Эдинбургского университета, Шотландия, разработали новый метод измерения количества темной материи в центрах крохотных, «карликовых галактик». Темная материя составляет большую часть массы Вселенной, однако ее до сих пор ни разу не удалось наблюдать напрямую. В зависимости от ее свойств темная материя может быть или плотно сконцентрирована в центрах галактик или более равномерно распределена по относительно большим областям пространства. Сравнивая распределение темной материи в галактиках с подробными математическими моделями, исследователи могут проверить работоспособность той или иной гипотезы относительно природы темной материи. Самые строгие ограничения на свойства темной материи могут быть наложены при изучении самых небольших галактик во Вселенной, карликовых галактик. Самые крохотные из них могут содержать всего лишь по несколько тысяч или десятков тысяч звезд – так называемые «сверхтусклые» галактики. Такие мини-галактики, обнаруживаемые, например, вокруг Млечного пути, почти целиком состоят из темной материи. Однако при попытке выяснить распределение темной материи в таких галактиках ученые сталкиваются с трудностями, поскольку в них содержится очень мало газа и звезд – слишком мало для проведения требуемых измерений.

В новой работе ученые во главе с Филиппо Контента (Filippo Contenta) смогли преодолеть эту трудность, использовав новый метод расчета распределения темной материи в карликовых галактиках, основанный на измерении скорости расширения плотных скоплений звезд, расположенных близ центра галактики. Команда применила разработанный ею метод к недавно открытой сверхтусклой галактике Эридан II и обнаружила в центре этой галактики намного меньше темной материи, чем предсказывалось многими моделями.

Астрофизики открыли «звезды смерти»

Австралийские астрофизики сообщили об открытии звезд нового типа — так называемые «звезды смерти», которые трансформируются в черные дыры. Ученые из университета Кертина в своих исследованиях заметили, что перед угасанием некоторые звезды теряют источник радиоизлучения, затем они взрываются и на этом месте образуются черные дыры. Ученые обратили на это внимание из-за сильного всплеска гамма-лучей. До этого момента астрофизики были уверенны, что всплески гамма-лучей и космические выбросы характеризуются послесвечением, и звезда еще некоторое время после взрыва продолжает источать электромагнитные волны, но постепенно свечение угасает. С новыми звездами оказалось все не так.

Ученые провели анализ при помощи новой методики с картинкой высокого разрешения — они наложили 200 изображений вспышек друг на друга и, как оказалось, на некоторых картинках не было послесвечения.
Ученые установили, что завершающие вспышки гамма-лучей происходят при рождении нейтронных звезд или при образовании черных дыр.

Магнитные поля «звезд смерти» намного сильнее обычных звезд, потому ученые намерены провести наблюдение за новыми звездами более тщательно и детально, чтобы с уверенностью говорить, что из себя на самом деле представляют звезды без послесвечения.

Открытие российских астрофизиков поможет выяснить природу ультраярких рентгеновских источников

Группа ученых из Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга (ГАИШ) МГУ и Специальной астрофизической обсерватории (САО) РАН выявила признаки наличия ударной волны около ультраяркого рентгеновского источника, связанного с молодым звездным скоплением. Подтверждение этой интерпретации может помочь раскрыть природу этих источников высокоэнергетического излучения. Работа опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Ультраяркий рентгеновский источник в галактике NGC 5408

Основной особенностью ультраярких рентгеновских источников (ultra-luminous X-ray source, ULX), как следует из названия, является огромная светимость в рентгеновском диапазоне. Ученые уже долгое время не могут выяснить природу этих объектов. На этот счет существует две основных версии. Одна предполагает, что причиной столь высокого энерговыделения является наличие в центре черной дыры промежуточной массы, от нескольких сотен до нескольких тысяч масс Солнца. Однако такие черные дыры остаются гипотетическими объектами. Согласно другой версии, наблюдаемые особенности можно объяснить узкой направленностью излучения. В таком случае достаточно «обычной» черной дыры намного меньшей массы.

В обсуждаемой работе авторы наблюдали движение ионизованного газа в туманности «Ступня» («Foot Nebulae»), связанной с ULX в близкой галактике Holmberg II. Помимо расширения газовой оболочки вокруг находящегося в этой туманности скопления молодых звезд, были обнаружены указания на наличие ударной волны, которая могла быть порождена движением ULX сквозь межзвездную среду со скоростью около 70 км/с. Если данная интерпретация верна, то это наблюдение является первым кинематическим подтверждением вылета ULX из родного скопления. Ранее подобные выводы делались только на основе пространственной близости. Такая большая скорость может быть результатом близкого сближения рентгеновского источника с другими массивными объектами на ранних стадиях эволюции. Подобное событие является свидетельством в пользу гипотезы о наличии черной дыры звездной массы в центре ULX.

Астрофизикам из Стэнфордского университета удалось обнаружить участок пространства, который излучает и FRB, и световые волны

В журнале Nature вышла статья, в которой американские и европейские астрофизики объявляют о том, что впервые за 7 лет изучения им удалось установить источник радиоволн. Впервые FRB зафиксировали в 2007 году. Как объясняется в статье, если бы человек видел радиоизлучение, небо бы казалось нам ужасно беспокойным из-за постоянных вспышек радиоизлучения. Многие из них появляются в результате атмосферных процессов, частью мы обязаны Солнцу и более удаленным астрономическим объектам. Но радиоволны, зафиксированные в 2007, показались бы весьма необычны даже для глаз, способных видеть в радиодиапазоне. Эти волны очень быстро меняли частоту с очень высокой на очень низкую. Это можно объяснить только рассеянием волны, происходящим по мере очень долгого путешествия через космическое пространство.

FRB приходили из очень далеких источников — возможно, находящихся в миллионах световых лет от Млечного Пути. Но в таком случае источники этих сигналов должны быть очень мощными, чтобы хотя бы какая-то часть его излучения добралась до Земли через это огромное расстояние. Семь лет ученые искали объяснение FRB через пульсары и умирающие в сверхмассивных черных дырах галактики, но ни одну гипотезу не удалось подтвердить — главным образом потому, что сигналы удавалось фиксировать довольно редко. Человек, к сожалению, не видит радиоволны, а чувствительные телескопы хоть и способны зафиксировать сигнал, но единомоментно могут наблюдать только очень небольшой участок неба. Пока источники FRB оставался невыясненным, нельзя было ничего сказать о том, что служит его причиной.

И только в начале этого года астрофизикам из Стэнфордского университета удалось обнаружить участок пространства, который излучает и FRB, и световые волны. Для этого ученые использовали интерферометры — сети радиотелескопов, которые, работая вместе, охватывают куда больший участок неба, чем отдельностоящие приборы. С помощью аппаратов Европейской РСДБ-сети и Very Long Baseline Array (VLBA, антенной решётки со сверхдлинными базами) — радиоинтерферометра, принадлежащего Национальной Радиоастрономической Обсерватории США, математик из Стэнфорда Сурав Чаттерджи (Sourav Chatterjee) и его коллеги сделали несколько фотографий единственного известного источника повторяющихся FRB.

Однако до окончательных выводов о происхождении FRB еще далеко. Наблюдения Чаттерджи и его коллег доказывают внегалактическое происхождение FRB, а также указывают на то, что, вопреки ожиданиям некоторых ученых, радиоволны не исходят из ядра молодой галактики, в которой активно рождаются новые звезды. Напротив, источник больше напоминает центр относительно неяркой галактики.

Астрофизики напрямую наблюдали взрыв звезды

Астрофизики из Польши, США и Великобритании наблюдали взрыв белого карлика — рождение классической сверхновой звезды. Исследование опубликовано в журнале Nature. Наблюдения, проводимые с 2003 года в рамках проекта OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment), фиксировали периодические изменения светимости звезды V1213 Cen, которые завершились взрывом сверхновой в 2009 году.

Ученые отмечают низкую скорость массообмена между звездами в двойной системе V1213 Cen. Сброс оболочки белым карликом начался спустя шесть суток после последнего падения его светимости.

Астрономы отмечают, что им удалось напрямую наблюдать взрыв сверхновой и подтвердить теорию, описывающую массообмен между компаньонами в двойной системе. Ученые полагают, что через сотни лет взрыв, сопровождающийся кратковременным увеличением на три порядка яркости светила, повторится.

Свойства двойной системы в этом случае зависят от скорости массообмена — как быстро материя с небольшого компаньона попадает на белый карлик.