Астрофизики поставили под сомнение основной закон Вселенной

Исследование, основанное на данных космических телескопов "Чандра" и XMM-Newton, показало, что Вселенная расширяется неравномерно во всех направлениях. Результаты подготовлены для публикации в журнале Astronomy and Astrophysics и доступны на сайте препринтов arXiv.org. Считается, что после Большого взрыва космос постоянно расширяется, а Вселенная, если смотреть на большие расстояния, в целом изотропна, то есть одинакова во всех направлениях. Однако новое исследование ставит под сомнение это фундаментальное свойство Вселенной. Астрофизики из США и Германии проанализировали данные космической рентгеновской обсерватории "Чандра" НАСА и космического рентгеновского телескопа XMM-Newton Европейского космического агентства, полученные при наблюдении галактических кластеров — огромных скоплений галактик, удерживаемых вместе гравитацией. Эти самые большие структуры во Вселенной используются учеными для измерения ее важнейших параметров. Более ранние измерения, основанные на оптических наблюдениях взорвавшихся звезд и инфракрасных исследованиях галактик, не давали однозначного ответа на вопрос об изотропности Вселенной. В новом исследовании ученые сосредоточились на анализе рентгеновских данных.

В ходе анализа авторы обнаружили, что рентгеновские данные, полученные при наблюдении сотен галактических кластеров, существенно различаются в зависимости от способа наблюдения. "Основываясь на наших кластерных наблюдениях, мы нашли различия в скорости расширения Вселенной в зависимости от того, как мы на нее смотрим, — приводятся в пресс-релизе НАСА слова одного из авторов исследования Геррита Шелленбергера (Gerrit Schellenberger) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в Кембридже (штат Массачусетс, США). — Это противоречит одному из основных предположений, которые мы используем сегодня в космологии".

Метод, который использовали ученые, основан на связи между температурой горячего газа, проникающего в галактический кластер, и количеством рентгеновских лучей, которые он производит — рентгеновской светимостью кластера. В целом, чем выше температура газа в кластере, тем выше яркость рентгеновского излучения. Эта зависимость не обусловлена космологическими величинами, в том числе скоростью расширения Вселенной.

После того как авторы оценили яркость рентгеновских лучей галактических кластеров, используя эту технику, они сравнили их значения с рентгеновской яркостью, полученной с помощью другого метода, уже зависящего от скорости расширения Вселенной. Результаты позволили рассчитать скорости расширения по всему небу и оказалось, что в разных направлениях по отношению к нам Вселенная расширяется по-разному.
Исследователи предложили два возможных объяснения. Первое — то, что большие группы скоплений галактик могут двигаться вместе, но не из-за космического расширения, а под действием сил гравитации. Если движение достаточно быстрое, это может привести к ошибкам в оценке светимости каждого из кластеров.

Второе возможное объяснение состоит в том, что Вселенная на самом деле неодинакова в разных направлениях в силу того, что неоднородна темная энергия — таинственная сила, которая определяет расширение Вселенной.

"Было бы замечательно, если бы мы могли обнаружить, что темная энергия имеет разные значения в разных частях Вселенной, — говорит еще один автор исследования Томас Рейприх (Thomas Reiprich) из Боннского университета в Германии. — Однако для исключения других объяснений потребуется гораздо больше убедительных аргументов".

Любое из этих двух объяснений будет иметь значительные последствия для астрофизики. Многие исследования в области космологии, включая рентгеновские исследования скоплений галактик, предполагают, что Вселенная изотропна и что взаимозависимые движения на больших расстояниях пренебрежимо малы по сравнению с космическим расширением. Теперь же все эти результаты ставятся под сомнение.

Астрономы наблюдают симбиотическую звезду AG Пегаса после вспышки

Используя космический телескоп XMM-Newton Европейского космического агентства, астрономы наблюдали симбиотическую звезду AG Пегаса после окончания вспышки, произошедшей на этой звезде в 2015 г. Проведенные наблюдения могут помочь глубже понять природу этого необычного объекта. Звезда AG Пегаса представляет собой двойную систему, состоящую из красного гиганта и белого карлика. Она отнесена к разряду симбиотических новых из-за характерных медленных вспышек. Первая вспышка, зарегистрированная на звезде AG Пегаса, произошла в середине 19-го столетия, в то время как в 2015 г. на звезде произошла последняя известная вспышка, в ходе которой было отмечено увеличение температуры более горячего компонента двойной системы. В новой научной работе исследователи во главе со Светозаром Жековым (Svetozar Zhekov) из Института астрономии и Национальной астрономической обсерватории, расположенных в Софии, Болгария, провели новые наблюдения системы AG Пегаса в рентгеновском диапазоне. Эти новые наблюдения позволили наложить более строгие ограничения на свойства рентгеновского излучения системы AG Пегаса.

Эти наблюдения обнаружили, что рентгеновское излучение системы AG Пегаса имеет тепловое происхождение, а почти все источники, связанные с этой системой, соответствуют энергии менее 2,0 килоэлектронвольт. Согласно авторам, это подтверждает, что звезда AG Пегаса находится в состоянии, наблюдаемом обычно после вспышки, и относится к подклассу «бета» рентгеновских источников, соответствующих симбиотическим звездам.

Дальнейшие наблюдения системы не обнаружили краткосрочной рентгеновской переменности. Этот факт, а также характер ультрафиолетового излучения, демонстрирующего мерцание в масштабе минут и часов, указывают на то, что рентгеновское и УФ излучение звезды AG Пегаса относятся к различным областям окрестностей двойной системы и имеют разное происхождение.

В заключение авторы отмечают, что наиболее вероятным источником наблюдаемого ими рентгеновского излучения изученной двойной системы являются сталкивающиеся звездные ветра, однако для подтверждения этой гипотезы требуются дальнейшие наблюдения системы AG Пегаса в других областях спектра.

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.

Зафиксирован таинственный сигнал от неизвестного источника в космосе

Американские ученые изучили спектр космического рентгеновского излучения и обнаружили эмиссионную линию на уровне энергии 3,5 килоэлектронвольт (кэВ). Она свидетельствует о существовании неизвестного источника радиации. Об этом сообщается в пресс-релизе на Phys.org. Эмиссионной линией называют усиление интенсивности излучения в определенной области спектра. Обычно интенсивность излучения падает с частотой последнего, однако иногда она становится больше или, наоборот, ослабляется (в последнем случае говорят о линии поглощения). Это происходит из-за перехода атомов, ионов и молекул на другие уровни энергии, в результате чего излучение выделяется или поглощается. Однако природа эмиссионной линии 3,5 кэВ до сих пор не установлена, поскольку ей не соответствует ни одна из известных фотонных эмиссий, то есть испускания света возбужденным атомом. Излучение, которое приходит с различных направлений, было зафиксировано несколькими космическими телескопами — NuSTAR, XMM-Newton, Chandra и Suzaku.

Как считают ученые, оно является результатом распада стерильных нейтрино — гипотетических частиц, являющихся одними из «кандидатов» на роль темной материи. Если данные подтвердятся (полученные результаты не исключают статистическую ошибку), то это может означать, что Солнечная система окружена пузырем темной материи.

Астрономы впервые наблюдали, как звезда-вампир "ворует" материю у соседки

Европейская рентгеновская обсерватория INTEGRAL впервые наблюдала за тем, как нейтронная звезда начала "воровать" материю у своего соседа – красного карлика. О своих наблюдениях исследователи сообщили в журнале Astronomy & Astrophysics. Пульсары представляют собой особый вид нейтронных звезд, остатков взорвавшихся сверхновых, от полюсов которых исходят узкие пучки радиоволн. Обычно "новорожденные" пульсары вращаются очень быстро и постепенно замедляются, расходуя на излучение собственную энергию. Но если у пульсара есть сосед, обычная звезда больших или малых размеров, он может вновь раскрутиться, став своеобразным космическим вампиром и "воруя" вещество у нее. В ходе исследования ученые изучили необычную вспышку на ночном небе, которая была открыта рентгеновским телескопом INTEGRAL в середине августа прошлого года. Когда ученые изучили спектр и поляризацию этих вспышек, и получили дополнительные данные с двух других орбитальных обсерваторий – XMM-Newton и NuSTAR, они обнаружили, что на самом деле в этой точке обитает не только красный карлик, но и крайне необычная нейтронная звезда IGR J17329-2731, чьи физические свойства во многом противоречат друг другу.

В частности, эта нейтронная звезда обладает чрезвычайно мощным магнитным полем, характерной чертой молодых пульсаров, но при этом она совершает один оборот вокруг своей оси примерно за два часа, что, наоборот, говорит о ее почтенном возрасте. Вдобавок, IGR J17329-2731, как показал анализ архивов всех трех телескопов, раньше никогда не была видна для этих инструментов, что указывает на то, что родилась она совсем недавно.

По мнению ученых, в прошлом нейтронная звезда была белым карликом, который тоже воровал материю у соседнего светила, поглощая его плотный звездный ветер.

В конечном итоге он накопил достаточное количество массы для того, чтобы превратиться в нейтронную звезду, которая начала излучать пучки рентгена высоких энергий в тот момент, когда солнечный ветер красного гиганта достаточно сильно замедлился, а материя в нем стала достаточно плотной. Помимо вспышек рентгена, этот плазменный "дождь" затормозил пульсар и сделал его таким, каким он является на данный момент.

Звездные ветра ведут себя «необычным образом»

Космическая обсерватория XMM-Newton Европейского космического агентства обнаружила удивительные изменения в мощных потоках газа, испускаемых двумя массивными звездами, и эти изменения указывают на то, что сталкивающиеся звездные ветра ведут себя не так, как ожидалось. Массивные звезды – звезды, размеры которых в несколько раз превышают размеры Солнца – демонстрируют высокую активность в течение всего жизненного цикла, стремительно сжигая свое термоядерное топливо и выбрасывая в окружающее пространство огромные количества материала в течение своей непродолжительной, но яркой звездной жизни. При столкновении потоков таких частиц, испускаемых разными звездами, газ разогревается до температур порядка нескольких миллионов градусов Цельсия и ярко светится в рентгеновском диапазоне. В новом исследовании ученые наблюдали столкновение звездных ветров, испускаемых двойной системой звезд под названием HD 5980. Эта система состоит из двух гигантских звезд массой примерно 60 масс Солнца, разделенных расстоянием всего лишь 100 миллионов километров – то есть, находящихся ближе друг к другу, чем Земля к Солнцу.

В 1994 г. одна из звезд этой системы испытала мощный выброс, а затем в 2000-2005 гг. команда ученых под руководством Яэль Назе (Yaël Nazé) из Льежского университета, Бельгия, наблюдала столкновение ветров, идущих от этих звезд, при помощи космических рентгеновских обсерваторий Chandra («Чандра») и XMM-Newton. Однако когда исследователи вновь взглянули на эту систему в 2016 г., они, к своему удивлению, обнаружили, что рентгеновская яркость системы не только не уменьшилась, но даже возросла, что нехарактерно для событий столкновений звездных ветров.

Недавно команда нашла возможное объяснение этого факта. Дело в том, что при столкновении звездных ветров формируется ударная волна, которая при слишком интенсивном излучении материи в рентгеновском диапазоне быстро дестабилизируется. Именно такую дестабилизированную ударную волну команда Назе наблюдала 10 лет назад, в то время как к 2016 г. произошла релаксация ударной волны, снижение уровня нестабильности и постепенный рост рентгеновской яркости.

Наблюдение за уничтожающей планеты звездой

Ученые наблюдают за звездой RZ Рыб (RZ Psc), которая находится на расстоянии 550 световых лет от Земли и периодически резко и непредсказуемо меняет свою яркость. По мнению исследователей, колебания яркости связаны с газопылевыми облаками - остатками уничтоженной звездой планеты или нескольких. О своих выводах исследователи сообщили в The Astronomical Journal. Возраст звезды оценивается в 30-50 миллионов лет, периодически ее яркость уменьшается в 10 раз на несколько дней. Она излучает намного больше энергии в инфракрасном диапазоне – целых 8% ее общей светимости приходится на ИК-волны – что говорит о наличии вокруг очень плотного и горячего газопылевого облака. Сколь бы ни была молода RZ Psc, но газопылевой диск времен ее формирования должен был исчезнуть за несколько миллионов лет. Астрономы предположили, что так проявляется массивный пояс астероидов, окружающий RZ Psc: сталкиваясь и разрушаясь, тела создают вокруг звезды облако пыли. По другой версии, RZ Psc вовсе не так молода, как кажется, и на самом деле намного старше Солнца, она начала переход к стадии красного гиганта, расширяясь и превращая в обломки ближние планеты.

Теперь же исследователи изучили RZ Psc с помощью европейского космического телескопа XMM-Newton, а также инструментов наземных обсерваторий Lick в Калифорнии и W.M.Keck на Гавайях. Рентгеновский XMM-Newton показал, что звезда ярко излучает в рентгене, примерно в 1000 раз ярче сегодняшнего Солнца, что указывает на молодой возраст.

Средняя температура поверхности составляет 5330°С, немногим холоднее Солнца. Кроме того, в составе RZ Psc обнаружено необычно высокое содержание лития – он вовлекается в термоядерные реакции и понемногу исчезает, поэтому также служит индикатором молодости звезды.

Температура окружающего RZ Psc пылевого облака составляет 230°С, так что ученые оценивают его радиус в 50 миллионов километров – примерно в три раза меньше орбиты Земли и даже чуть меньше орбиты Меркурия. Астрономы считают его результатом катастрофы планетарных масштабов: звезда может активно перетягивать вещество с близкого субзвездного объекта или гигантской планеты; либо этот объект может быть уже окончательно разрушен ее гравитацией. Наконец, к тому же могло привести и столкновение, которое пережили крупные газовые планеты друг с другом.

Европейские ученые обнаружили самый яркий пульсар во Вселенной

Европейское космическое агентство (ЕКА) при помощи космического рентгеновского телескопа XMM-Newton обнаружило самый яркий и самый далекий от Земли пульсар из тех, что находили прежде, сообщается на сайте агентства. По данным ЕКА, излучающий электромагнитное излучение пульсар в десять раз ярче предыдущего рекордсмена в этой номинации. За одну секунду этот пульсар, получивший номер NGC 5907 X-1, излучает то же количество энергии, что и наше Солнце за 3,5 года. Телескоп XMM-Newton наблюдал пульсар с расстояния 50 миллионов световых лет. За последние 13 лет пульсар попадал в поле зрения телескопа несколько раз.

"До этого считалось, что только черные дыры, по меньшей мере в 10 раз превышающие по размерам наше Солнце, подпитываясь от соседних звезд, могут достигать такой невероятной яркости, но быстрая и регулярная пульсация источника является характерным признаком нейтронных звезд и тем самым явно разграничивает их с черными дырами", — говорится в описании результатов исследования.

Сигнал пульсара также был идентифицирован космической обсерваторией НАСА NuSTAR, благодаря чему была получена дополнительная информация.

Архивные данные свидетельствуют также о том, что пульсар со временем менял свою скорость вращения с 1,43 секунды в 2003 году до 1,13 секунды в 2014 году. "Только нейтронная звезда может быть достаточно плотной, чтобы не распадаться при таком быстром вращении", — отмечает автор.

Пульсары — вращающиеся с высокой скоростью нейтронные звезды, которые испускают строго периодические импульсы электромагнитного излучения. Ученые, впервые обнаружившие их в конце 1960-х годов, из-за такой периодичности сигналов приняли их за "голоса" внеземных цивилизаций. Однако эта особенность импульсов является следствием вращения пульсара — исходящие от его магнитных полюсов пучки электромагнитного излучения при вращении регулярно "задевают" Землю.