Астрономы впервые зафиксировали взрывную вспышку на другой звезде

Впервые подтвержден взрывной выброс вещества в космос другой звездой, достаточно мощный, чтобы снести атмосферу любой несчастной планеты, оказавшейся на его пути. Об этом рассказывают в Европейском космическом агентстве. Взрыв был корональным выбросом массы (КВМ), извержениями, которые мы часто видим от Солнца. Во время КВМ огромные количества вещества выбрасываются из нашей звезды, заполняя окружающее пространство. Эти драматические выбросы формируют и определяют космическую погоду, такую как зрелищные полярные сияния, которые мы видим на Земле, и даже могут разрушать атмосферы близлежащих планет. Но хотя КВМ является обычным явлением на Солнце, до сих пор мы не видели ни одного убедительного доказательства их существования на другой звезде. «Астрономы уже десятилетиями стремились обнаружить КВМ на другой звезде», — говорит Джо Каллингем из Нидерландского института радиоастрономии (ASTRON), автор нового исследования, опубликованного в журнале Nature. «Предыдущие выводы давали основания предполагать их существование или намекали на их присутствие, но фактически не подтверждали, что материал действительно вырвался в космос. Теперь нам впервые удалось это сделать».

Когда КВМ путешествует через слои звезды к межпланетному пространству, он создает ударную волну и сопутствующую вспышку радиоволн. Этот короткий, интенсивный радиосигнал был зафиксирован Джо и его коллегами, и оказалось, что он исходит от звезды, находящейся на расстоянии около 130 световых лет от нас.

«Такой радиосигнал просто не существовал бы, если бы материал полностью не покинул пузырь мощного магнетизма звезды», — добавляет Джо. «Другими словами: он вызван КВМ».

Звезда, выбрасывающая материю, является красным карликом — типом звезды, которая намного тусклее, холоднее и меньше Солнца. Она совсем не похожа на наше светило: ее масса примерно в два раза меньше, она вращается в 20 раз быстрее и имеет магнитное поле, которое в 300 раз сильнее. Большинство планет, о существовании которых известно в Млечном Пути, вращаются вокруг такого типа звезд.

Радиосигнал был обнаружен с помощью радиотелескопа «Низкочастотный массив» (LOFAR) благодаря новым методам обработки данных, разработанным соавторами из Парижской обсерватории-PSL. Затем команда использовала космическую обсерваторию XMM-Newton Европейского космического агентства, чтобы определить температуру, вращение и яркость звезды в рентгеновском свете. Это было необходимо для интерпретации радиосигнала и выяснения, что на самом деле происходит.

«Нам нужны были чувствительность и частота LOFAR, чтобы обнаружить радиоволны», — говорит соавтор Дэвид Конийн, аспирант, работающий с Джо в ASTRON. «А без XMM-Newton мы бы не смогли определить движение КВМ или разместить его в звездном контексте, что было крайне важно для подтверждения наших открытий. Одного телескопа было бы недостаточно — нам нужны были оба».

Исследователи определили, что КВМ движется с чрезвычайно высокой скоростью 2400 км в секунду, которая наблюдается только в 1 из 2000 КВМ, происходящих на Солнце. Выброс был настолько быстрым и плотным, что мог полностью уничтожить атмосферу любой планеты, вращающейся близко к звезде.

Открытие того, что КВМ способны сдирать планетарные атмосферы, полезно для нашего поиска жизни вокруг других звезд. Пригодность планеты для жизни, какой мы ее знаем, определяется ее расстоянием от материнской звезды – находится ли она в «зоне обитаемости», то есть в области, где на поверхности планет с соответствующей атмосферой может существовать жидкая вода. Это сценарий «Золотоволоски»: слишком близко к звезде – слишком жарко, слишком далеко – слишком холодно, а посередине – как раз подходит.

Но что, если эта звезда особенно активна и регулярно выбрасывает опасные извержения вещества, вызывая сильные бури? Планета, которая регулярно подвергается бомбардировке мощными корональными выбросами массы, может полностью потерять свою атмосферу, оставив после себя бесплодный камень – непригодный для жизни мир, несмотря на то, что его орбита «как раз подходит».

«Эта работа открывает новые возможности для наблюдений, изучения и понимания извержений и космической погоды вокруг других звезд», — добавляет Хенрик Эклунд, научный сотрудник ЕКА, работающий в Европейском центре космических исследований и технологий (ESTEC) в Нордвейке в Нидерландах.

«Мы больше не ограничиваемся экстраполяцией нашего понимания солнечных КВМ на другие звезды. Похоже, что интенсивная космическая погода может быть еще более экстремальной вокруг меньших звезд — основных носителей потенциально пригодных для жизни экзопланет. Это имеет важное значение для того, как эти планеты сохраняют свою атмосферу и, возможно, остаются пригодными для жизни с течением времени».

Между тем XMM-Newton является ведущим исследователем горячей и экстремальной Вселенной. Запущенный в 1999 году, космический телескоп наблюдал за ядрами галактик, изучал звезды, чтобы понять, как они эволюционируют, исследовал окрестности черных дыр и обнаруживал интенсивные вспышки энергичного излучения от удаленных звезд и галактик.

«Сейчас XMM-Newton помогает нам выяснить, как КВМ варьируются в зависимости от звезды, что интересно не только для нашего исследования звезд и Солнца, но и для поиска пригодных для жизни миров вокруг других звезд», — говорит научный сотрудник проекта XMM-Newton Эрик Кулкерс. «Это также демонстрирует огромную силу сотрудничества, которая лежит в основе всех успешных научных исследований. Это открытие стало результатом настоящей командной работы и решило вопрос, который десятилетиями занимал ученых, — поиск КВМ за пределами Солнца».

Статья «Радиоволновая вспышка от звездного коронального выброса массы» (Callingham et al.) была опубликована 12 ноября в журнале Nature.

Астрономы изучили скопление галактик Abell 1413

Используя антенную решетку LOFAR и телескоп MeerKAT, европейские астрономы провели радионаблюдения скопления галактик Abell 1413. Результаты наблюдательной кампании, опубликованные 1 августа в ежемесячных заметках журнала Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, проливают больше света на свойства этого скопления.
Скопления галактик содержат сотни галактик, связанных друг с другом гравитацией. Они являются крупнейшими известными гравитационно связанными структурами во Вселенной и могли бы служить отличными лабораториями для изучения эволюции галактик и космологии. Abell 1413, расположенная примерно в 2,1 миллиардах световых лет от нас, представляет собой скопление галактик I типа, содержащее около 300 галактик и имеющее мини-гало. Скопление демонстрирует слегка нарушенную рентгеновскую морфологию, однако на сегодняшний день не обнаружено убедительных свидетельств недавнего слияния. Масса Abell 1413 оценивается приблизительно в 600 триллионов солнечных масс. Команда астрономов во главе с Кристофером Райзли из Болонского университета в Италии решила поближе рассмотреть Abell 1413, чтобы получить больше информации о его своеобразной морфологии и общих свойствах. С этой целью ученые провели глубинные наблюдения с помощью MeerKAT, охватывающие диапазон частот 872-1,712 МГц, и наблюдения LOFAR, охватывающие диапазон частот 120-168 МГц.

Наблюдения выявили множество компактных радиоисточников в окрестностях Abell 1413 и несколько хвостатых радиогалактик. Более того, кампания наблюдений выявила слабое и сильно протяженное радиоизлучение от мини-гало Abell 1413 на расстоянии до 1,9 миллиона световых лет на частоте 1283 МГц.

Основываясь на собранных данных, было обнаружено, что мини-гало Abell 1413 асимметрично и в два раза больше, чем считалось ранее. Команда исследовала профиль спектрального индекса мини-гало с пространственным разрешением, и обнаружила, что его внутренняя область, по-видимому, демонстрирует немного более плоский спектр со средним значением -0,97, в то время как его внешние области демонстрируют значение приблизительно равное -1,12. Эти результаты указывают на усиление спектра.

Исследование также показало, что яркость поверхности Abell 1413 в радио- и рентгеновском излучении сильно коррелирует. Собранные данные показывают, что наклон этой корреляции положительный, со значением 1,63 при частоте 1283 МГц и 1,20 при частоте 145 МГц. Это открытие дает дополнительные доказательства усиления спектра.

Пытаясь объяснить природу механизма, приводящего в действие мини-гало в Abell 1413, авторы статьи предлагают простую теоретическую модель, которая демонстрирует, что гибридные сценарии воспроизводят такой суперлинейный наклон корреляции, который был выявлен в этом кластере.

"В то время как суперлинейный наклон является типичным признаком адронного сценария, наши наблюдения также подтверждают интерпретацию того, что в Abell 1413 действует крупномасштабная турбулентность. Следовательно, мы исследовали простую математическую структуру, которая демонстрирует, что гибридные модели, в которых вторичные электроны повторно ускоряются турбулентностью, естественным образом воспроизводят суперлинейный наклон корреляции в плоскости R / X", — заключили исследователи

Антенны LOFAR обнаружили свечение вокруг скопления галактик Abell 2255

Голландско-итало-немецкая группа астрономов наблюдала свечение радиоизлучения вокруг скопления из тысяч галактик. Они объединили данные с тысяч антенн LOFAR, которые были сфокусированы в течение 18 ночей на площади размером с четыре полных луны. Это первый случай, когда астрономам удалось зафиксировать радиоизлучение такой большой площади в течение такого длительного времени настолько детально. Они опубликовали свои результаты 2 ноября в журнале Science Advances. Астрономы изучали Abell 2255. Это скопление из тысяч галактик находится примерно в миллиарде световых лет от Земли в направлении созвездия Дракона. Новые изображения в 25 раз четче и содержат в 60 раз меньше шума, чем изображения, сделанные с помощью предшественника LOFAR. «Основываясь на новых изображениях и наших расчетах, мы считаем, что радиоизлучение от Abell 2255 было сгенерировано во время формирования кластера», – сказал руководитель исследования Андреа Боттеон и добавил, что это первый случай, когда астрономы изучали эти процессы очень далеко от центра скопления. «В нашей теории мы предполагаем, что частицы ускоряются за счет огромной турбулентности и ударов, возникающих во время формирования скопления. В свою очередь, эти движения также могут усиливать магнитные поля», – заявил Боттеон.

В будущем исследователи хотят нацелить телескопы LOFAR и еще не построенные телескопы, такие как Square Kilometer Array, на другие скопления галактик. Кроме того, они намерены более подробно понаблюдать за Abell 2255. Так они надеются узнать больше о космической паутине, которая соединяет скопления галактик.

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.

Обнаружен необычный пульсар

Астрономы с помощью радиоинтерферометрической установки LOFAR (LOw Frequency ARray, низкочастотная антенная решетка) и радиотелескопа Green Bank Telescope и рентгеновских космических обсерваторий ROSAT и Swift обнаружили необычный пульсар, который противоречит теоретическим моделям, описывающих поведение этих объектов. Пульсар под названием PSR J0250+5854, находящийся на расстоянии 5 тысяч световых лет от Земли (определено по величине меры дисперсии DM, которая определяет число преломляющих радиолучи электронов между наблюдателем и пульсаром), оказался самым медленным из обнаруженных ранее – полный оборот вокруг своей оси он совершает за 23,5 секунд. До недавнего времени это считалось невозможным даже в теории. Обычно пульсары вращаются очень быстро, большая часть которых совершают полный оборот менее чем за полторы миллисекунды. До сих пор периоды вращения всех известных пульсаров находились в диапазоне от 1,4 миллисекунды (самые быстрые) до 12,1 секунды (самые медленные). Одним из инструментов поиска этих объектов является гигантский радиотелескоп Arecibo, однако выявление медленных пульсаров затруднительно из-за присутствия низкочастотного «красного» шума. Алгоритмы, применяемые для «очистки» шума, снижают чувствительность к долгопериодичным пульсарам, а длительность наблюдения одного объекта часто не превышает нескольких минут. Медленно вращающиеся пульсары чаще обнаруживаются по испусканию высокоэнергетического излучения (рентгеновского), например, магнетары и XDINS (X-ray Dim Isolated Neutron Stars).

Предполагается, что данные объекты представляют собой вращающиеся нейтронные звезды с магнитным полем, которое наклонено к оси вращения. Существует теория, что они являются источником необъяснимых науке гамма-всплесков.

График зависимости периода вращения пульсара и скорости замедления пульсара показывает, что PSR J0250+5854 находится за так называемой линией смерти (англ. death line), когда нейтронная звезда вроде бы должна прекратить испускать радиоизлучение. Одним из гипотетических механизмов возникновения радиоволн является рождение частиц и античастиц у полюсов пульсара, в области вакуума, где электрическое и магнитное поля не являются ортогональными и способны поддерживать высокую разницу потенциалов. Однако при достаточно большом периоде вращения разницы потенциалов уже недостаточно для рождения пар и радиоволн.

Согласно другой модели, часть энергии, выделяемой с замедлением вращения пульсара, может с максимальной эффективностью «тратиться» на создание радиоизлучения. Это создает «долину смерти», в которой такие объекты, как PSR J0250+5854, еще могут существовать, минуя традиционные линии смерти. Таким образом, заключают физики, должно существовать еще много пульсаров с экстремально большим периодом вращения.