Почему на некоторых планетах образуются песчаные облака?

Большинство облаков на Земле состоят из воды, но за пределами нашей планеты они имеют множество химических разновидностей. Например, верхняя часть атмосферы Юпитера покрыта облаками желтого цвета, состоящими из аммиака и гидросульфида аммония. А в мирах за пределами нашей Солнечной системы есть облака, состоящие из силикатов - семейства камнеобразующих минералов, из которых состоит более 90% земной коры. Но ученым до сих пор не удавалось запечатлеть условия, в которых формируются эти облака из мелких пылевых зерен. Новое исследование показывает диапазон температур, при которых силикатные облака могут формироваться и быть видимыми в верхней части атмосферы далекой планеты. Этот вывод был сделан на основе наблюдений космического телескопа НАСА Spitzer за коричневыми карликами - небесными телами, которые находятся между планетами и звездами, но он вписывается в более общее понимание того, как устроены атмосферы планет. «Понимание атмосфер коричневых карликов и планет, где могут формироваться силикатные облака, может также помочь нам понять, что мы увидим в атмосфере планеты, которая по размеру и температуре ближе к Земле», - сказал Станимир Метчев, профессор по изучению экзопланет в Западном университете в Лондоне, Онтарио, и соавтор исследования.

Шаги по созданию любого типа облака одинаковы. Во-первых, нагрейте ключевой ингредиент до тех пор, пока он не превратится в пар. При правильных условиях этим ингредиентом может быть множество веществ, включая воду, аммиак, соль или серу. Поместите его в ловушку, охладите настолько, чтобы он сконденсировался, и вуаля - облака! Конечно, камень испаряется при гораздо более высокой температуре, чем вода, поэтому силикатные облака видны только на горячих мирах, таких как коричневые карлики, использованные для данного исследования, и некоторые планеты за пределами нашей Солнечной системы.

Хотя они формируются подобно звездам, коричневые карлики недостаточно массивны, чтобы запустить термоядерный синтез - процесс, который заставляет звезды светиться. Атмосферы многих коричневых карликов почти неотличимы от атмосфер планет с преобладанием газа, таких как Юпитер, поэтому их можно использовать в качестве косвенных признаков этих планет.

До этого исследования данные Spitzer уже указывали на наличие силикатных облаков в атмосферах нескольких коричневых карликов. Эта работа проводилась в течение первых шести лет миссии Spitzer (запущенной в 2003 году), когда на телескопе работали три инструмента с криогенным охлаждением. Однако во многих случаях доказательства наличия силикатных облаков на коричневых карликах, наблюдаемых Spitzer, были слишком слабыми.

В рамках последнего исследования астрономы собрали более 100 таких незначительных обнаружений и сгруппировали их по температуре коричневого карлика. Все они попали в предсказанный диапазон температур, при которых должны формироваться силикатные облака: от около 1 000° C до 1 700° C. Хотя отдельные обнаружения являются незначительными, вместе они показывают окончательный признак силикатных облаков.

В атмосферах, более горячих, чем верхняя граница диапазона, определенного в исследовании, силикаты остаются в виде пара. Ниже минимального предела облака превращаются в дождь или опускаются ниже в атмосферу, где температура выше.

На самом деле, исследователи считают, что силикатные облака существуют глубоко в атмосфере Юпитера, где температура намного выше, чем вверху, благодаря атмосферному давлению. Силикатные облака не могут подниматься выше, потому что при более низких температурах силикаты затвердевают и не сохраняются в виде облаков. Если бы верхняя часть атмосферы была на тысячи градусов горячее, облака аммиака и гидросульфида аммония испарились бы, а силикатные облака могли бы подняться наверх.

Ученые находят все более разнообразные планетарные среды в нашей галактике. Например, они обнаружили планеты, одна сторона которых постоянно обращена к своей звезде, а другая постоянно находится в тени - планеты, где облака разного состава могут быть видны в зависимости от наблюдаемой стороны. Чтобы понять эти миры, астрономам сначала нужно понять общие механизмы, которые формируют их.

Снимок: Исчезающий призрак давно погибшей звезды

Тонкие красные нити возбужденного газа обозначают положение одних из самых обширных остатков сверхновой в нашей галактике Млечный путь на этом снимке, сделанном при помощи космического телескопа Spitzer («Спитцер») НАСА. Остатки сверхновой образуются после мощной вспышки массивной звезды в конце ее жизненного цикла. Красные нити, наблюдаемые на этом снимке, относятся к остаткам сверхновой, известным как HBH 3, которые астрономы впервые наблюдали в 1966 г. при помощи радиотелескопов. Эти остатки также излучают в оптическом диапазоне. Эти нити светящегося материала, скорее всего, представляют собой молекулярный газ, атакованный ударной волной, сгенерированной при взрыве сверхновой. Энергия этого взрыва привела к возбуждению молекул газа, в результате чего они начали излучать в инфракрасном (ИК) диапазоне. Белое, напоминающее облако образование, также наблюдаемое на этом снимке, является частью комплекса звездообразовательных областей, называемых соответственно W3, W4 и W5. Однако эти области простираются далеко за пределы участка, представленного на снимке. Как белые звездообразовательные области, так и красные филаменты находятся на расстоянии примерно 6400 световых лет от нас и лежат внутри нашей галактики Млечный путь.

Остатки сверхновой HBH 3 составляют примерно 150 световых лет в диаметре и являются одними из самых протяженных остатков сверхновой, известных ученым. Кроме того, эти остатки сверхновой являются одними из древнейших объектов своего рода, известных науке: астрономы считают, что взрыв, в результате которого были сформированы эти остатки, произошел от 80000 до 1 миллиона лет назад.

Обнаружение галактик с активными ядрами

Ядра большинства галактик содержат сверхмассивные черные дыры, масса которых составляет миллионы или даже миллиарды солнечных масс. Материал в окрестностях таких черных дыр может накапливаться на торе из пыли и газа, окружающем черную дыру, и когда это происходит, ядро галактики начинает испускать мощное излучение во всех диапазонах спектра.Такие активные ядра галактик являются одними из наиболее зрелищных и интересных явлений в экстрагалактической астрономии, а кроме того, представляют собой большую научную загадку. Ученым до конца неизвестно, что является причиной интенсификации или угасания процессов аккреции, а также не выяснены до конца механизмы формирования излучения и джетов, включающих заряженные частицы, из этого падающего на черную дыру материала и влияние этих потоков материи и энергии на формирование звезд в родительской галактике. Поскольку активные ядра галактик имеют большое значение для эволюции галактик, ученые ищут эти объекты далеко в нашей Вселенной, на космологических расстояниях. Однако активные ядра галактик, расположенные на больших расстояниях от нас, часто бывают сокрыты от наблюдений слоем пыли, поэтому для их обнаружения астрономы используют инфракрасные телескопы.

В новом исследовании группа астрономов во главе с Мугдхой Полимерой (Mugdha Polimera) из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра, США, проанализировала архивные данные, собранные в рамках экстрагалактического обзора неба, проводившегося при помощи космического телескопа Spitzer («Спитцер») в течение 14 лет, в поисках активных ядер галактик. Ученые обнаружили почти одну тысячу переменных в ИК диапазоне источников, что составляет примерно один процент от числа зарегистрированных в ходе этого обзора неба источников. Согласно результатам анализа команды 8 процентов от числа этих переменных источников являются активными ядрами галактик, в то время как остальная их часть приходится на сверхновые или ложные данные, связанные с различными помехами. Ученые провели дальнейшие наблюдения этих объектов при помощи космического телескопа НАСА Hubble («Хаббл») и обнаружили, что многие из объектов представляют собой галактики, испытавшие столкновения с другими галактиками.

Эти результаты свидетельствуют о высокой эффективности поисков активных ядер галактики при помощи телескопов, работающих в среднем ИК диапазоне, отмечают авторы работы.

Космические телескопы «Хаббл» и «Спитцер» наблюдают очень далекую галактику

Ученые наблюдают при помощи космических телескопов Hubble («Хаббл») и Spitzer («Спитцер») самую настоящую «иголку в стоге сена» - самую далекую галактику, когда-либо наблюдаемую на снимке, изображение которой было растянуто и увеличено в результате феномена, известного как гравитационное линзирование. Эта молодая галактика под названием SPT0615-JD существовала в то время, когда нашей Вселенной было всего лишь 500 миллионов лет. Хотя ранее ученые уже наблюдали другие примитивные галактики в эту раннюю эпоху эволюции Вселенной, однако изображения этих галактик выглядели как красные точки, из-за их малого размера и гигантских расстояний до них. Однако в этом случае гравитационное поле массивной галактики, лежащей на переднем плане, не только усилило свет, идущий от далекой галактики, но и растянуло изображение галактики в дугу (длиной примерно 2 угловых секунды).

По этому изображению в новом исследовании ученые во главе с Бреттом Салмоном (Brett Salmon) из Института исследований космоса с помощью космического телескопа, США, смогли определить истинные размер и форму этой галактики. Согласно предварительным данным, полученным авторами работы, масса этой галактики составляет не более 3 миллиардов масс Солнца (для сравнения, масса Млечного пути составляет примерно 300 миллиардов солнечных масс), а диаметр галактики – около 2500 световых лет (диаметр нашей Галактики – примерно 100000 световых лет). Эта галактика является прототипом молодых галактик, появившихся вскоре после Большого взрыва, отмечает Салмон.

Исследование было представлено на 231-м собрании Американского астрономического общества

Раскаленная экзопланета 55 Рака е может обладать атмосферой

По поверхности суперземли 55 Рака е, превосходящей по размеру нашу планету примерно в два раза, предположительно, текут потоки лавы. Планета находится очень близко к родительской звезде, кроме того, она всегда обращена к родительскому светилу одной и той же стороной – и поэтому на планете имеются «вечные» дневная и ночная стороны. Базируясь на результатах исследования, проведенного в 2016 г. при помощи космического телескопа НАСА Spitzer («Спитцер»), ученые предположили, что лава свободно течет и формирует озера на дневной стороне планеты, но затвердевает на ночной стороне планеты. Теперь более глубокий анализ тех же самых данных, собранных при помощи космической обсерватории Spitzer, показывает, что у этой планеты, вероятно, имеется атмосфера, компоненты которой могут быть схожи с компонентами атмосферы Земли, однако толщина атмосферы экзопланеты при этом существенно больше толщины газовой оболочки нашей планеты. Лавовые озера, излучающие энергию непосредственно в космос, создали бы зоны местного нагрева поверхности до очень высоких температур – чего не наблюдалось при анализе данных, собранных при помощи обсерватории Spitzer.

Используя усовершенствованную модель течения потоков энергии по поверхности планеты и излучения ее обратно в космос, исследователи, возглавляемые Изабель Анджело (Isabel Angelo), нашли, что температура на ночной стороне планеты будет не такой низкой, как считалось ранее. «Холодна я сторона» является все же весьма горячей по земным стандартам – средняя температура здесь достигает 1300-1400 градусов Цельсия – при этом на «горячей стороне» планеты температура составляет около 2300 градусов Цельсия. Разница между температурами дневной и ночной сторон планеты имела бы большую величину при отсутствии атмосферы, пояснили авторы работы.