[JWST][Beta Pictoris] Уэбб открыл пылевой "кошачий хвост" в системе Бета Живописца

 

10 января 2024 года. Пресс-релиз ID: 2024-101

Новые наблюдения в инфракрасном свете предполагают недавнее масштабное столкновение.

С 1980-х планетная система вокруг звезды Бета Живописца продолжает удивлять ученых. Даже после десятилетий изучения она все еще хранит в себе сюрпризы.

Космический телескоп Джеймса Уэбба открыл захватывающую новую главу истории Бета Живописца, в которую входят новые подробности о составе ее диска и никогда ранее не наблюдавшийся пылевой след, напоминающий хвост кошки. Согласно гипотезы группы астрономов эта особенность является относительно новым дополнением к планетной системе — хвостом, "не таким старым, как само время."

Бета Живописца, молодая планетная система, расположенная всего в 63 световых годах от нас, продолжает интриговать ученых даже после десятилетий глубокого изучения. Она обладает первым дисковым облаком пыли, обнаруженным у другой звезды — диском обломков, образованных столкновениями астероидов, комет и планетезималей. Наблюдения космического телескопа Хаббл показали второй диск обломков в этой системе, наклоненный по отношению к внешнему диску, который был замечен первым. Теперь команда астрономов, использующих космический телескоп Джеймса Уэбба для изображения системы Бета Живописца (Beta Pictoris), обнаружила новую, ранее не видимую структуру.

Команда, возглавляемая Изабель Реболлидо из Центра астробиологии в Испании, использовала NIRCam (камеру ближнего инфракрасного (ИК) диапазона) и MIRI (инструмент среднего ИК-диапазона) Уэбба для исследования состава ранее обнаруженных основного и вторичного дисков обломков Бета Живописца. Результаты превзошли их ожидания, показав резко наклоненную ветвь пыли, напоминающую хвост кошки, которая тянется от юго-западной части вторичного диска обломков.

«Бета Живописца — это диск обломков, в котором есть все: у нее есть действительно яркая, близкая звезда, которую мы можем очень хорошо изучить, и сложная околозвездная среда с многокомпонентным диском, экзокометами и двумя сфотографированными экзопланетами», - сказала Реболлидо, ведущий автор исследования. «Хотя ранее и были наблюдения с Земли в этом диапазоне длин волн, у них не было такой чувствительности и пространственного разрешения, которые у нас теперь есть с Уэббом, поэтому они не обнаружили эту особенность»."

Портрет Звезды Улучшен с Помощью Уэбба

Даже с использованием Уэбба, или JWST, наблюдение за Бета Живописца в правильном диапазоне длин волн — в данном случае, в среднем инфракрасном — было решающим для обнаружения "хвоста кошки", так как он появлялся только в данных MIRI. Данные Уэбба в среднем инфракрасном диапазоне также показали различия в температуре между двумя дисками Бета Живописца, что, вероятно, связано с различиями в их составе.

«Мы не ожидали, что Уэбб откроет, что у Бета Живописца есть два разных типа материала, но MIRI ясно показал, что материал вторичного диска и "хвоста кошки" горячее, чем основной диск», - сказал Кристофер Старк, соавтор исследования в Космическом центре полетов Годдарда NASA в Гринбелте, штат Мэриленд. «Пыль, которая формирует этот диск и хвост, должна быть очень темной, поэтому мы с трудом видим ее в визуальном диапазоне, но в среднем инфракрасном она светится».

Чтобы объяснить более высокую температуру этой пыли, команда предположила, что она может быть высокопористым «органическим огнеупорным материалом», похожим на вещество, найденное на поверхностях комет и астероидов в нашей солнечной системе. Например, предварительный анализ материала, взятого с астероида Бенну миссией OSIRIS-REx NASA, показал, что он очень темный и богат углеродом, и очень похож на то, что обнаружил MIRI у Бета Живописца.

Загадочное Начало Хвоста Требует Дальнейших Исследований

Однако остается один важный вопрос: что может объяснить форму хвоста кошки, уникально изогнутую особенность, не похожую на то, что видно в дисках вокруг других звезд?

Реболлидо и команда моделировали различные сценарии в попытке воссоздать хвост кошки и раскрыть его происхождение. Хотя для дальнейших исследований и тестирования требуется больше времени, команда представляет убедительную гипотезу о том, что хвост кошки является результатом образования пыли, произошедшего всего сто лет назад.

«Что-то происходит — например, столкновение — и образуется много пыли», - поделился Маршалл Перрин, соавтор исследования в Институте космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд. «Сначала пыль движется в том же орбитальном направлении, что и ее источник, но затем она начинает рассеиваться. Свет от звезды отталкивает самые маленькие, пушистые частицы пыли от звезды быстрее, в то время как более крупные зерна не двигаются так сильно, создавая длинную прядь пыли».

«Хвост кошки чрезвычайно необычен, и динамическое моделирование его изгиба оказалось сложным», - объяснил Старк. «Наша модель требует пыли, которая может быть быстро вытолкнута из системы, что снова предполагает, что она состоит из органического огнеупорного материала».

Предпочтительная модель команды объясняет резкий угол хвоста от диска как простую оптическую иллюзию. Наша перспектива в сочетании с изогнутой формой хвоста создает наблюдаемый угол хвоста, в то время как на самом деле дуга материала отходит от диска всего под углом пяти градусов. Учитывая яркость хвоста, команда оценивает количество пыли в хвосте кошки как эквивалентное большому астероиду главного пояса, распределенному на протяжении 16 миллиардов км.

Недавнее образование пыли в дисках обломков Бета Живописца также может объяснить недавно замеченное асимметричное расширение наклоненного внутреннего диска, как показано в данных MIRI и видимое только с противоположной стороны хвоста. Недавнее столкновение с образованием пыли также может объяснить особенность, ранее замеченную Атакамской крупномасштабной миллиметровой/субмиллиметровой обсерваторией в 2014 году: скопление угарного газа (CO), расположенное рядом с "хвостом кошки". Поскольку излучение звезды должно разрушить CO примерно за сто лет, это все еще присутствующее скопление газа может быть оставшимся свидетельством того же события.

«Наши исследования предполагают, что Бета Живописца может быть еще более активной и хаотичной, чем мы думали ранее», - сказал Старк. «JWST продолжает удивлять нас,  даже когда речь идет о хорошо изученных объектах. У нас появилось совершенно новое окно в эти планетные системы».

Эти результаты были представлены на конференции на 243-м собрании Американского астрономического общества в Новом Орлеане, Луизиана.

Наблюдения были проведены в рамках программы гарантированного времени наблюдения 1411.

Космический телескоп Джеймса Уэбба является ведущей космической научной обсерваторией мира. Уэбб раскрывает тайны нашей солнечной системы, заглядывает за ее пределы к далеким мирам вокруг других звезд и исследует загадочные структуры и происхождение нашей вселенной и нашего места в ней. Уэбб является международной программой под руководством NASA при участии партнеров - Европейского космического агентства (ESA) и Канадского космического агентства.

Анимация:

Объект в Симбаде: http://simbad.u-strasbg.fr/simbad/sim-id?Ident=*%20bet%20Pic

Объект в Аладине: 

RA/DEC: 05 47 17.088 -51 03 59.44

Спроси Итэна: Может ли гравитация работать в дополнительных измерениях?

Внутри атома действуют три основные силы, но гравитация на таких масштабах поразительно слаба. Могут ли это объяснить дополнительные измерения?

Идея, что силы, частицы и взаимодействия, которые мы сейчас наблюдаем - всего лишь часть большей структуры во много измерений, очень интригует и захватывает, но также сильно ограничивает. Если во Вселенной существуют дополнительные измерения, вот какими они могут и не могут быть.

Credit: Rogilbert/public domain via Wikimedia Comons

• С тех пор как впервые были количественно оценены силы четырех основных взаимодействий, физики мучались вопросом, почему гравитация настолько слабее всех остальных. 
• В конце 1990-х было выдвинуто радикальное предположение, что одна из возможных причин может заключаться в том, что на очень малых масштабах гравитация может "утекать" в дополнительные измерения, что еще больше ослабляет ее в больших масштабах. 
• Это идея, которую, безусловно, стоит исследовать, но пока для нее не было найдено никаких доказательств. Вот что должен знать каждый.

У гравитации есть одна проблема, с которой никто не чувствует себя комфортно и о которой даже физики редко говорят. Если вы возьмете любые две частицы с массой — например, два электрона, два кварка внутри протона или нейтрона или даже составные частицы, такие как два протона — вы сможете рассчитать силу всех четырех основных взаимодействий между ними. Когда вы проведете эти расчеты для сильного и слабого ядерных взаимодействий, электромагнитного взаимодействия и гравитации, вы обнаружите нечто, что вас может удивить: сила гравитации, особенно на малых расстояниях, гораздо, гораздо слабее любых других сил. Внутри нейтрона, например, сила гравитации более чем на 30 порядков величины (фактор примерно ~10^30) слабее каждого из трех других основных взаимодействий.

Почему так? Хотя никто точно этого не знает, есть одно изумительное предложение, выдвинутое еще в 1998 году, которое говорит о том, что, возможно, гравитация так слаба потому, что в отличие от других сил, на очень малых расстояниях она может "утекать" в дополнительные измерения. Это сценарий, который Кертис "Овид" По предлагает рассмотреть нам на этой неделе, спрашивая:

"Я читал предложение о том, что гравитация, возможно, так слаба по сравнению с другими силами, потому что, в отличие от них, она действует в большем количестве измерений... Если это возможно, не могло бы быть так, что темная материя это материя за пределами наших обычных трех (очевидных) физических измерений, и именно поэтому мы видим гравитацию, но не материю?"

Это интересное предположение: что может скрываться в этих дополнительных измерениях, если они действительно существуют? Давайте выясним.

Начнем не с рассмотрения силы или пространства высшего измерения, а с чего-то попроще: со света, исходящего от звезды. Перемещаясь все дальше и дальше от этой звезды, излучаемый свет образует сферическую форму. Увеличивая расстояние между вами и звездой, вы обнаружите, что наблюдаемая яркость светового источника (звезды) кажется уменьшающейся пропорционально квадрату расстояния: яркость снижается в четыре раза с каждым удвоением расстояния. Это происходит потому, что:

• свет распространяется сферически,
• площадь поверхности сферы радиусом R составляет 4πR²,
• и по мере того как свет распространяется на большие расстояния, его наблюдаемая яркость снижается пропорционально ~1/R².

Это легко понять интуитивно, и таким же образом можно представить себе гравитацию и электромагнетизм: чем дальше вы находитесь от источника, например, массивной или электрически заряженной частицы, тем слабее это взаимодействие влияет на вас. Сила гравитации между любыми двумя массами убывает как ~1/R², электрическая сила между двумя заряженными частицами убывает как ~1/R² и - так же как свет распространяется в сферической форме, покидая источник - вы можете представить, что сила взаимодействия убывает точно таким же образом.

Соотношение яркость-расстояние, и как световой поток от источника уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния. Спутник в два раза дальше от Земли кажется в четыре раза слабее; время перемещения света увеличивается всего лишь вдвое, а количество данных уменьшается вчетверо. Гравитация, свет, звук и электромагнетизм - все падают обратно пропорционально квадрату расстояния.

Credit E. Siegel/Beyond the Galaxy

Но вот гипотетический вопрос для размышления: как бы все три из этих явлений — способ распространения света, уменьшение силы гравитации или уменьшение электромагнитной силы — изменялись бы с расстоянием, если бы мы жили во Вселенной не с тремя пространственными измерениями?

Мы действительно можем проверить это экспериментально во многих системах конденсированного состояния (на основе материалов), которые ограничивают определенные явления поверхностью (которая в основном двумерна) или даже линией или кабелем (которая в основном одномерна), чтобы увидеть, как работает такое распространение. Вместо трехмерной сферы вещи могут распространяться только в 

• либо круге (для двумерного случая),

• либо ограничены той же "точкой" при распространении вдоль линии (для одномерного случая).

Это означает, что вместо уменьшения как ~1/R² (трехмерный случай) двумерная система будет уменьшаться только как ~1/R (поскольку длина окружности, распространяющейся, равна просто 2πR), в то время как одномерная система останется постоянной, так как нет "направления", где вообще происходит распространение.

Хотя проще всего реализовать подобное с помощью света (например, в одномерном оптоволоконном кабеле), существует множество физических эффектов и явлений, которые можно ограничить двумя или одним измерениями, вместо того чтобы позволять им свободно распространяться по всем трём пространственным измерениям.

Яркость света на конце оптоволоконного кабеля такая же, как и яркость самого источника внутри кабеля, вплоть до потерь света при внутренних отражениях. Здесь нет измерений, куда может рассеяться свет, он может только перемещаться.

Credit: Nicolas delafraye via Adobe Stock

С меньшим числом измерений для распространения — или, если хотите, для "расширения" — сигналы ослабевают медленнее с увеличением расстояния. Примером может служить источник света, встроенный в стеклянную пластину, где свет может распространяться по этой стеклянной пластине, но не может выйти за ее пределы. Эта стеклянная пластина будет большой в двух измерениях (например, в измерениях длины и ширины), но мала в третьем измерении (например, в измерении глубины).

Если вы - наблюдатель, находящийся близко к источнику света — другими словами, наблюдатель, расстояние до которого до источника света мало по сравнению с глубиной третьего измерения — то свет будет распространяться для вас как сфера, что означает, что его яркость будет уменьшаться так, как это происходит для источника в трех измерениях: примерно как ~1/R².

Однако, если вы наблюдатель, находящийся далеко от источника света — другими словами, наблюдатель, расстояние до которого от источника света велико по сравнению с глубиной третьего измерения, но все же мало по сравнению с размерами двух других измерений (длина и ширина) — тогда свет будет:

• распространяться как сфера на первой части своего пути (уменьшаясь как ~1/R²), пока он не достигнет конца измерения "глубины",
• а затем распространяться как круг на оставшейся части своего пути, при этом яркость света в дальнейшем будет уменьшаться только как ~1/R.

Когда вы находитесь близко к источнику, с вашей точки зрения его яркость уменьшается быстрее, и может распространяться в большем числе измерений, но когда вы находитесь подальше, его яркость с вашей точки зрения уменьшается медленнее, и распространяется в меньшем числе измерений.

Эта художественная инсталляция представляет собой тонкие цилиндры и подсвеченные тонкие панели стекла. Изнутри одной из панелей свет, как кажется, распространяется в виде сферы, в трех измерениях, когда мы находимся близко к его источнику, но вдалеке от него может распространяться только в двух измерениях (по-прежнему находясь внутри панели)

Credit: Vasiliy Skuratov/Pexels

Подумайте об этом минутку: в большем количестве измерений сигналы ослабевают быстро, в то время как в меньшем количестве измерений сигналы ослабевают медленнее, и в "одномерном случае", вообще не ослабевают.

Как только вы это осмыслили, вы могли бы начать задаваться вопросом: "Хорошо, но что это имеет отношение к объяснению того, почему гравитация, как сила, так сильно слабее всех других основных сил?"

Вот здесь и вступает в игру идея Больших Дополнительных Измерений. Впервые предложенная в 1998 году командой ученых, состоящей из Нима Аркани-Хамеда, Саваса Димопулоса и Гии Двали (где ее иногда называют моделью "ADD", по фамилиям авторов), она предполагает, что возможно, существуют дополнительные пространственные измерения — одно или даже больше — и что хотя бы одно из них может быть большим по физическому объему. (Под "большим" в этом контексте подразумевается "больше по сравнению с планковским масштабом, примерно ~10-35 метров", а не "макроскопически большим".)

Если это так, то возможно, в то время как три другие основные силы ограничены "распространением" только в наших традиционных трех пространственных измерениях, сила гравитации могла бы на расстоянии меньше масштаба больших дополнительных измерений распространяться не только в традиционных трех, но и в любых других больших дополнительных измерениях.

Визуализация трехмерной модели тора - космоса, где вся наблюдаемая нами Вселенная может быть всего лишь небольшой частью общей структуры. Представляя себе нашу Вселенную (или любое другое трехмерное пространство) втиснутыми в двухмерные границы, наше трехмерное пространство может в действительности быть границей пространства с более высокими измерениями. И, хотя есть определенные ограничения свойств и числа таких экстра-измерений, подобная возможность все равно существует, и тогда можно "срезать углы" через экстра-измерения для перемещения между двумя точками быстрее, чем разрешает Специальная Теория Относительности.

Credit: Bryan Brandenburg/Wikimedia Common

Прежде чем возразить, учтите, что в 1998 году у нас были экспериментальные данные о поведении трех квантовых сил на масштабах, которые исследовались на ускорителях частиц, таких как Fermilab и LEP, до масштабов примерно ~10^(-18) метров. Эти данные показывали, что они "распространяются" только в трех измерениях до этого крошечного масштаба. (С тех пор Большой Адронный Коллайдер в CERN уточнил эти ограничения, добавив дополнительную значащую цифру: до ~10^(-19) метров.) Если бы существовали какие-либо дополнительные измерения, которые эти три силы — сильные, слабые и электромагнитные — могли бы ощутить, они могли бы существовать только на масштабах, меньших чем эти.

Но для гравитации, будучи такой невероятно слабой силой, очень сложно обнаруживать гравитационные эффекты на аналогичных малых масштабах. На самом деле, в 1998 году мы исследовали природу гравитационной силы в лабораторных экспериментах только до миллиметровых (~10^(-3) метра) масштабов! Другими словами, было 15 порядков величины для игры — от миллиметровых масштабов до аттометровых масштабов — где, если бы существовало одно или несколько дополнительных измерений, где гравитация (но не другие силы) могла бы "распространяться", это могло бы быть объяснением разницы в 30+ порядков величины, которую мы видим сегодня, в нашем макроскопическом мире, между силой гравитационного взаимодействия и всеми другими.

Это изображение оптически левитирующей микросферы в вакууме представляет собой лабораторию для тестирования гравитации и природы закона обратной квадратной пропорциональности вплоть до масштаба микрона. Несмотря на все разнообразие очень точных экспериментов, не было обнаружено никаких отклонений, которые могли бы свидетельствовать о наличии экстра-измерений.

Credit: Giorgio Gratta/Stanford

Но этот вопрос не оставался долго нерешенным. Новый ряд экспериментов, включая те, что использовали микроскопические силовые датчики и оптически левитирующие микросферы в вакууме, показали, что гравитация подчинялась закону силы ~1/R² вплоть до микронных масштабов, демонстрируя, что нет "утечки" или "распространения" гравитационной силы в дополнительные измерения на этих меньших масштабах.

Однако есть патологии, о которых стоит побеспокоиться. Если в природе существуют большие дополнительные измерения — и помните, под "большими" имеется в виду только больше, чем планковский масштаб, или ~10^(-35) метров — они приводили бы к образованию микроскопических квантовых черных дыр (или гравитонов Калуцы-Клейна) на достаточно мощных ускорителях частиц; отсутствие какого-либо подобного сигнала на Большом Адронном Коллайдере ограничивает энергетический масштаб любых вероятных дополнительных измерений уровнем выше примерно ~6 ТэВ.

Отдельно, на основе наблюдений гамма-лучей нейтронных звезд, таких как при помощи телескопа NASA Fermi-LAT, мы можем дополнительно ограничить сценарии с дополнительными измерениями, исключая любой сценарий с одним большим дополнительным измерением.

Эта компьютерная симуляция нейтронной звезды показывает, вокруг нее как закручиваются заряженные частицы вдоль сверхсильный электрических и магнитных полей. Возможно, что нейтронная звезда сформировалась внутри останков сверхновой SN1987A, но эта область слишком полна пыли и газа, чтобы можно было бы обнаружить ее пульс.

Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center

На данный момент самые сильные прямые ограничения на размер одного или нескольких дополнительных измерений исходят из точной молекулярной спектроскопии, показывающей, что размер любого такого измерения, как видно только от гравитационной силы, должен быть меньше ~0,6 микрона. Это соответствует энергетическому масштабу, который примерно в 100 раз выше масштаба электрослабого объединения (около ~100 ГэВ), что подрывает первоначальную мотивацию к сценарию больших дополнительных измерений для объяснения, почему гравитация так слаба по сравнению с другими наблюдаемыми силами.

В эпоху до Большого Адронного Коллайдера (БАК) среди физиков была большая надежда, что на нем будет обнаружена какая-либо новая фундаментальная частица или взаимодействие — что-то, отличное от бозона Хиггса, что-то, что выведет нас за рамки Стандартной модели. Одна из причин привлекательности сценария больших дополнительных измерений заключается в том, что, если бы это было верно, это бы привело к ожиданию того, что те же модификации теории, которые привели бы к "утечке" гравитации в эти дополнительные измерения, объяснили бы слабость гравитационной силы и также привели бы к прогнозу появления новых частиц на энергиях БАК.

Однако теперь, когда эти надежды разрушены, поскольку в существующих данных БАК не показано никаких фундаментально новых частиц или взаимодействий, должен быть представлен какой-то новый способ стабилизации масштаба этих предполагаемых дополнительных измерений. Другими словами, должна быть предложена новая теоретическая курьезность — некоторый дополнительный тип новой физики, не просто гипотеза о существовании этих дополнительных измерений.

В теории в нашей Вселенной может быть больше трех измерений - пока эти "экстра" измерения находятся ниже определенного критического размера, который мы можем достичь при помощи наших экспериментов. В диапазоне размеров между ~10^(-19) и 10^(-35) м, по-прежнему нет никаких проблем с существованием четвертого (или даже большего) пространственного измерения, но пока ничего, что происходит во Вселенной, нельзя объяснить наличием пятого измерения

Credit: Public Domain/retrieved from Fermilab Today

Все становится еще сложнее, если кто-то хочет "скрыть" какую-то новую физику в одном из этих дополнительных измерений, например, темную материю, как это было предложено автором вопроса. Каким-то образом темная материя должна существовать в этих дополнительных измерениях, но не пересекаться с нашими собственными, наблюдаемыми тремя пространственными измерениями, в то время как гравитационный эффект этой темной материи каким-то образом "проникнет" в наши три пространственных измерения, позволяя темной материи образовывать те скопления, которые она образует.

Именно поэтому, когда физики говорят о новых идеях, выходящих за рамки Стандартной модели, одним из обсуждаемых вопросов является количество новых «свободных параметров», которые необходимо ввести для объяснения явлений. Хорошая идея (по крайней мере, "хорошая" для теоретического физика) даст много объяснений за счет относительно небольшого количества новых введенных свободных параметров. Темная энергия - отличный пример, так как, вводя всего один новый свободный параметр, можно объяснить:

• наблюдаемое (ускоренное) расширение Вселенной,
• прекращение роста космической структуры в масштабе ниже красного смещения примерно z = 0,7,
• продвинутый возраст Вселенной,
• и наблюдаемый факт пространственной плоскости, несмотря на низкую общую плотность вещества.

Тогда как в случае больших дополнительных измерений нам приходится вводить несколько новых параметров, только чтобы этот сценарий не противоречил уже существующим измерениям.

Возможно, что наша Вселенная, заключенная в трех пространственных и одном временном измерениях, на самом деле всего лишь маленький компонент Вселенной более высоких измерений, к которым у нас нет доступа. Но для такого сценария приходится учитывать большое разнообразие накладываемых ограничений.

Credit: Rogilbert/Wikimedia Commons

И это большое испытание для любой новой теоретической идеи. Обычно мы просто не поворачиваем ручку и не говорим: "А что, если Вселенная была бы таковой?" Вместо этого мы смотрим на аспекты Вселенной, которые мы можем и не можем в настоящее время объяснить, и на начальном этапе задаемся двумя вопросами:

1. Если я внесу новую модификацию или дополнение в мою теорию, объяснит ли это то, что в настоящее время не может быть объяснено иначе?

2. И не "испортит" ли эта модификация то, что я уже могу объяснить без дополнительных модификаций или дополнений к теории?

Есть множество новых идей, которые успешны - даже с всего одним новым свободным параметром - но которые требуют всяких теоретических изгибов, чтобы выдержать второй вопрос. В случае больших дополнительных измерений надежда заключалась в том, что эта модификация объяснит слабость гравитации, одновременно предоставляя объяснение частицам, которые скоро будут открыты.

С учетом сегодняшних (2023 год) ограничений, подобной модификацией без внесения добавлений и дополнений невозможно объяснить как слабость гравитации, так и  некоторые другие проблемы, включая:

- стабилизацию размера дополнительных измерений,

- отсутствие распада протона,

- недостаточное количество недавно обнаруженных частиц Калуца-Клейна,

- и необходимое предположение либо о "скрытых областях", либо о других состояниях, не относящихся к Стандартной модели,

все это сегодня преследует сценарий "больших дополнительных измерений". Конечно, нет доказательств того, что целый ряд новых модификаций не является именно тем, что природа приготовила для нас, но пока мы не найдем некоторые прямые доказательства, поддерживающие этот сценарий, он будет просто продолжать быть еще одной идеей "а что если…".

[ESO][SN 2022jli] Найдено потерянное звено между сверхновыми и рождением черных дыр или нейтронных звезд

 

ESO, Press Release 10 января 2024 года

Астрономы обнаружили прямую связь между взрывами массивных звезд и образованием самых компактных и загадочных объектов во Вселенной — черных дыр и нейтронных звезд. С помощью Очень Большого Телескопа Европейской Южной Обсерватории (VLT ESO) и Нового Технологического Телескопа ESO (NTT), двум командам удалось наблюдать последствия взрыва сверхновой в близлежащей галактике и обнаружить следы таинственного компактного объекта, оставшемся после нее.

Когда массивные звезды достигают конца своей жизни, они быстро сжимаются под собственной гравитацией, вызывая впоследствии яростный взрыв сверхновой. Астрономы считают, что после взрыва остается ультраплотное ядро, компактные останки звезды. В зависимости от массы звезды, эти останки будут либо нейтронной звездой — объектом настолько плотным, что чайная ложка его материала весила бы около триллиона килограммов здесь, на Земле, — либо черной дырой — объектом, из которого ничто, даже свет, не может сбежать.

Астрономы обнаружили множество улик, указывающих на этот процесс в прошлом, таких как находка нейтронной звезды внутри Туманности Краба, газового облака, оставшегося после взрыва звезды почти тысячу лет назад. Но они никогда ранее не видели этот процесс в реальном времени - прямые доказательства того, что сверхновая оставляет после себя компактный остаток, оставались неуловимыми. «В нашей работе мы устанавливаем такую прямую связь», говорит Пинг Чен, исследователь из Института Вейцмана в Израиле и ведущий автор исследования, опубликованного сегодня в Nature и представленного на 243-м собрании Американского астрономического общества в Новом Орлеане, США.

Исследователям посчастливилось в мае 2022 года, когда южноафриканский астроном-любитель Берто Монард обнаружил сверхновую SN 2022jli в спиральном рукаве близлежащей галактики NGC 157, находящейся в 75 миллионах световых лет от нас. Две отдельные команды обратили свое внимание на последствия этого взрыва и обнаружили его уникальное поведение.

После взрыва яркость большинства сверхновых просто угасает со временем; астрономы видят плавное, постепенное уменьшение яркости взрыва. Но поведение SN 2022jli очень необычно: в то время как общая яркость уменьшается, она не делает это плавно, а вместо этого колеблется вверх и вниз каждые 12 дней или около того. «В данных SN 2022jli мы видим повторяющуюся последовательность усиления и ослабления светимости», говорит Томас Мур, аспирант Королевского университета Белфаста, Северная Ирландия, который возглавил исследование сверхновой, опубликованное в прошлом году в журнале Astrophysical Journal. «Это первый случай, когда в кривой светимости сверхновой были обнаружены повторяющиеся периодические колебания на протяжении многих циклов», отметил Мур в своей статье.

Обе команды, Мура и Чена, считают, что объяснить это поведение поможет наличие более чем одной звезды в системе SN 2022jli. Для массивных звезд не редкость  находиться на орбите с компаньоном в так называемой двойной системе, и звезда, вызвавшая SN 2022jli, не была исключением. Однако удивительно в этой системе то, что компаньон, по-видимому, пережил насильственную смерть своего партнера, и два объекта, компактный остаток и компаньон, вероятно, продолжили вращаться друг вокруг друга.

Данные, собранные командой Мура, которые включали в себя наблюдения с NTT ESO в пустыне Атакама в Чили, не позволили им точно определить, как взаимодействие между двумя объектами вызвало взлеты и падения в кривой светимости. Но у команды Чена были также и дополнительные наблюдения. Они обнаружили те же регулярные колебания в видимой яркости системы, что и команда Мура, а также периодические движения водородного газа и всплески гамма-лучей в системе. Их наблюдения стали возможны благодаря флоту инструментов на Земле и в космосе, включая X-shooter на VLT ESO, также расположенном в Чили.

Собрав все подсказки воедино, обе команды в общем согласились с тем, что, когда компаньон взаимодействовал с материалом, выброшенным во время взрыва сверхновой, его атмосфера, богатая водородом, стала менее плотной, чем обычно. Затем, когда компактный объект, оставшийся после взрыва, пронесся через атмосферу компаньона на своей орбите, он забрал с собой этот водород, сформировав вокруг себя горячий диск материи. Это периодическое воровство материи, или аккреция, высвободило большое количество энергии, которая была зарегистрирована как регулярные изменения яркости в наблюдениях.

Хотя командам и не удалось наблюдать свет, исходящий непосредственно от компактного объекта, они пришли к выводу, что энергичное присвоение материи может быть вызвано только невидимой нейтронной звездой, или, возможно, черной дырой, притягивающей материю из рассеянной атмосферы компаньона. «Наше исследование похоже на решение головоломки путем сбора всех возможных улик», - говорит Чен. «Все эти части, складывающиеся воедино, приводят к истине».

Несмотря на подтверждение наличия черной дыры или нейтронной звезды, остается еще много загадок об этой загадочной системе, включая точную природу компактного объекта или какой конец может ожидать эту двойную систему. Телескопы следующего поколения, такие как Сверхбольшой Телескоп ESO, запланированный к запуску в ближайшие годы, помогут в этом, позволяя астрономам раскрыть самые мелкие детали этой уникальной системы.

Ссылки:

• Press Release ESO от 10 января 2024 года
• Статья команды Чена
• Статья команды Мура
• Фотографии VLT
• Фотографии NTT
• Сверхбольшой телескоп ESO

Объект в Симбаде:

http://simbad.u-strasbg.fr/simbad/sim-id?Ident=SN%202022jli 

Объект в Аладине:

RA/DEC(2000): 00 34 45.690 -08 23 12.16

[Goddard] [AT 2023fhn]: Телескоп Хаббл обнаруживает странный взрыв в неожиданном месте

NASA Hubble Mission Team, 5 октября 2024 года

Это художественное изображение одного из самых ярких взрывов, когда-либо наблюдавшихся в космосе - Яркого Быстрого Голубого Оптического Процесса (LFBOT), который интенсивно светится голубым светом и быстро развивается, достигая пика яркости и снова угасая в течение нескольких дней - в отличие от сверхновых, которым требуются недели или месяцы, чтобы потускнеть. С 2018 года было открыто не много LFBOT, и все они происходят внутри галактик, где рождаются звезды. 

Но на этой иллюстрации показано, что обнаруженная Хабблом в 2023 году вспышка LFBOT произошла в межгалактическом пространстве, что только усугубляет загадку транзитных явлений. Поскольку астрономы не знают основного процесса, стоящего за LFBOT, изображенный здесь взрыв - это чисто догадки, основанные на некоторых известных транзитных явлениях.

NASA, ESA, NSF's NOIRLab, Mark Garlick , Mahdi Zamani

Очень редкий странный всплеск чрезвычайно яркого света во Вселенной стал еще более странным – благодаря острому взгляду космического телескопа Хаббл.

Это явление, называемое Быстрым Голубым Оптическим Процессом (LFBOT), появилось там, где его не ожидали увидеть - далеко от какой-либо галактики-хозяина. Только Хаббл смог точно определить его местоположение, и его результаты оставляют астрономов еще в большем недоумении. Во-первых, они не имеют ни малейшего представления, что такое эти самые LFBOTы, а, во-вторых, результаты Хаббла, исключив некоторые возможные теории, предполагают, что они знают еще меньше.

LFBOTы являются одними из самых ярких известных явлений видимого света во Вселенной - внезапно вспыхивающими, как вспышки фотоаппарата. С момента своего первого открытия в 2018 году, примерно в 200 миллионах световых лет от нас, которое прозвали "Коровой", было обнаружено всего несколько таких объектов. В настоящее время LFBOTы обнаруживаются раз в год.

После первоначального обнаружения последний LFBOT наблюдали при помощи множества телескопов во всем электромагнитном спектре, от рентгеновских до радиоволн. Объект, обозначенный как AT2023fhn и прозванный "Зяблик", демонстрировал все характерные признаки LFBOTа. Он сиял ярким голубым светом и быстро эволюционировал, достигая пика яркости и снова угасая в течение нескольких дней, в отличие от сверхновых, которым требуется недели или месяцы, чтобы померкнуть.

Но в отличие от любого другого ранее наблюдаемого LFBOTа, Hubble обнаружил, что "Зяблик" находится между двумя соседними галактиками – примерно в 50 000 световых лет от ближайшей спиральной галактики и примерно в 15 000 световых лет от меньшей галактики.

"Наблюдения Хаббла были действительно решающими. Они заставили нас понять, что именно было необычно по сравнению с другими подобными явлениями, потому что без данных Хаббла мы бы не узнали об этом," сказал Эшли Краймс, ведущий автор статьи, в которой сообщается об открытии в номере журнала Королевского астрономического общества (MNRAS). Он также является исследовательским сотрудником Европейского космического агентства, ранее работавшим в Радбаудском университете в Неймегене, Нидерланды.

Изображение телескопа Хаббл, показывающее Яркий Быстрый Голубой Оптический Процесс (LFBOT), обозначенный как AT 2023fhn, указано стрелками. Он интенсивно светится голубым светом и быстро развивается, достигая пика яркости и снова угасая в течение нескольких дней, в отличие от сверхновых, которым требуются недели или месяцы, чтобы потускнеть. С 2018 года было обнаружено только несколько LFBOT. Сюрприз заключается в том, что это последнее явление, наблюдаемое в 2023 году, находится в значительном отдалении как от спиральной галактики с перемычкой справа, так и от карликовой галактики сверху слева. Только Хаббл смог точно определить его местоположение. А результаты ставят астрономов в еще большее недоумение, потому что все предыдущие LFBOT были найдены в звездообразующих регионах в спиральных рукавах галактик. Неясно, какое астрономическое событие могло вызвать такой взрыв далеко за пределами галактик.

NASA, ESA, STScI, Ashley Chrimes (ESA-ESTEC/Radboud University)

Хотя эти удивительные взрывы были предположительно редким типом сверхновых, называемым коллапс-сверхновыми, огромные звезды, превращающиеся в сверхновые, живут недолго по звездным меркам. Следовательно, массивные предшественники звезд не успевают уйти далеко от места их рождения - скопления новорожденных звезд - перед взрывом. Все предыдущие LFBOT были обнаружены в спиральных рукавах галактик, где происходит звездообразование, но Finch находится не в какой-либо галактике.

"Чем больше мы узнаем о LFBOT, тем больше они нас удивляют," сказал Краймс. "Теперь мы показали, что LFBOT могут происходить далеко от центра ближайшей галактики, и местоположение Finch не соответствует тому, что мы ожидаем для любого типа сверхновой."

Zwicky Transient Facility - камера с очень широким углом обзора, установленная на Земле, которая сканирует все северное небо каждые два дня - первой предупредила астрономов о Finch 10 апреля 2023 года. Как только его заметили, исследователи запустили заранее запланированную программу наблюдений, которая была в режиме ожидания, готовая быстро обратить внимание на любые потенциальные кандидаты LFBOT, которые появились.

Спектроскопические измерения, проведенные с помощью телескопа Южный Близнец в Чили, показали, что Зяблик имеет ошеломляющую температуру 36,000 градусов по Фаренгейту. Близнец также помог определить его расстояние от Земли, чтобы можно было рассчитать его светимость. Вместе с данными от других обсерваторий, включая космическую обсерваторию рентгеновских лучей Чандра и радиотелескопы National Science Foundation's Very Large Array, эти результаты подтвердили, что взрыв действительно был LFBOT.

LFBOT могут быть результатом разрушения звезд промежуточной массы черной дырой массой от 100 до 1000 солнечных масс. Телескоп Джеймса Уэбба с его высоким разрешением и инфракрасной чувствительностью в конечном итоге может использоваться для того, чтобы обнаружить, что "Зяблик" взорвался внутри шарового звездного скопления во внешнем гало одной из двух соседних галактик. Шаровое звездное скопление - наиболее вероятное место, где можно найти черную дыру промежуточной массы.

Чтобы объяснить необычное местоположение "Зяблика", исследователи рассматривают возможность того, что он является результатом столкновения двух нейтронных звезд, двигающихся далеко за пределами своей родной галактики, которые сближались миллиарды лет. Такие столкновения порождают килонову – взрыв в 1000 раз мощнее обычной новой. Однако одна очень спекулятивная теория состоит в том, что если одна из нейтронных звезд сильно намагничена – магнетар – это может значительно усилить мощность взрыва, вплоть до в 100 раз ярче обычной сверхновой.

"Это открытие порождает гораздо больше вопросов, чем ответов", - говорит Краймс. "Необходимо больше работы, чтобы понять, какое из многих возможных объяснений является правильным".

Поскольку астрономические процессы могут появляться где угодно в любое время и относительно недолговечны в астрономических масштабах, исследователи полагаются на обзоры широкого поля, которые могут постоянно сканировать большие участки неба, чтобы их обнаружить и оповестить другие обсерватории, такие как Хаббл, для последующих наблюдений.

Для более полного понимания явления исследователям необходимо больше данных. Строящиеся телескопы обзора всего неба - такие как наземная обсерватория Веры Рубин, - могут обнаружить больше подобных объектов.

Космический телескоп Хаббл - это проект международного сотрудничества между NASA и ESA. Управление телескопом осуществляется Научно-космическим центром NASA в Гринбелте, штат Мэриленд. Научные операции Хаббла и Уэбба проводятся Научным институтом космического телескопа (STScI) в Балтиморе, штат Мэриленд. STScI управляется для NASA Ассоциацией университетов по астрономическим исследованиям в Вашингтоне, округ Колумбия.

Ссылки:

- статья на arXiv.org

Ссылка на объект (Transient Name Server):

https://www.wis-tns.org/object/2023fhn

Объект в Aladin:

RA/DEC(2000): 10:08:03.815 +21:04:26.95 | 152.0158965 +21.0741526

Webb и Sgr C

 

20 ноября 2023 года

Источник: https://esawebb.org/news/weic2328/?lang

В центре Млечного Пути есть нора... то есть дыра... то есть сверхмассивная черная дыра Sagittarius A* или Sag A*, а в 300 световых годах от нее теперь выделили специальную область формирования звезд под названием Sagittarius C (Sgr C). Там, среди полумиллиарда звезд нашей Галактики, находится скопление протозвезд, которые накапливают массу и одновременно создают исходящие потоки материала, выглядящие, как лепестки древнего огня, подаренного Прометеем людям...

В сердце этого скопления находится массивная протозвезда-генерал массой в 30 солнечных, а само облако протозвезд настолько плотное, что не пропускает к нам свет инфракрасного диапазона звезд фона, и они не видны даже Уэббу. Однако, именно здесь находится будущее нашей Галактики, которое не спеша зреет где-то в глубине темных куч пыли и газа на переднем плане этого снимка.

Кроме темных облаков на снимке видна эмиссия ионизованного водорода, отмеченная светло-голубым цветом. Обычно, это результат "работы" энергичных фотонов, запущенных в свободный полет массивными молодыми звездами, хотя в данном случае протяженность этой эмиссионной области явилась сюрпризом, требующим продолжения исследований. Эмиссия включает в себя приличное количество иглообразных структур, которые, как кажется, хаотично набросаны во всем поле зрения. Почему они ориентированы именно так, и что является физической причиной наблюдаемой картины - на эти вопросы ученым еще предстоит ответить.

Центр Галактики находится на расстоянии в 25 тысяч световых лет от нас и, в отличие от центров других галактик, является отличной целью для телескопа Уэбба, чтобы как собрать новые данные, так и и проверить гипотезы об интересных аспектах образования звезд в центрах галактик.

 

NASA хочет превратить изучение НЛО в настоящую науку.

 

Администратор NASA Билл Нельсон принимает участие в пресс-конференции в штаб-квартире NASA в Вашингтоне, округ Колумбия, 14 сентября 2023 года. Агентство объявило о назначении нового директора по исследованиям для изучения неопознанных аномальных явлений, ранее называемых НЛО. 

Фото: Win McNamee/Getty Images

Meghan Bartels

NASA назначило директора по исследованию неопознанных аномальных явлений для продвижения этой области научных исследований.

Предполагаемые наблюдения инопланетян долгое время относились к псевдонауке, но NASA готова включить их в научный контекст.

Представители агентства говорили в четверг о недавно опубликованном отчете, в котором независимая исследовательская группа описывает способы продвижения научного исследования неопознанных аномальных явлений или UAP. (Акроним также может обозначать "неопознанные аэрономические явления". В любом случае это считается избавлением от стигмы переименования термина "неопознанный летающий объект" или "НЛО").

Отчет не предназначался для объяснения этих наблюдений или для определения, существуют ли инопланетяне, подчеркивали участники на пресс-конференции, которая проводилась в связи с публикацией исследования. "Важно подчеркнуть, исходя из наших текущих результатов и методологии, что у нас нет доказательств, предполагающих, что UAP имеют внеземное происхождение", сказал Дэвид Спергель, астрофизик и президент Фонда Симонса, который возглавлял порученное NASA усилие. "Наша цель - понимание явления, вне зависимости от источника."

На брифинге официальные лица NASA объявили, что агентство назначило директора по исследованию UAP, заменив связного NASA в Министерстве обороны, который был ответственным лицом агентства по вопросам UAP. Изначально NASA заявило, что оно не разглашает имя нового директора, чтобы защитить его от такого же преследования, какому подвергались члены независимой исследовательской группы. Однако позже в тот же день агентство указало, что новым директором будет Марк МакИнерни.* NASA объявило о независимом исследовании в июне 2022 года и выбрало его 16 членов в прошлом октябре. Перед панелью поставили такие вопросы, как какие существующие данные можно было бы использовать в поисках понимания UAP, какие другие типы данных следует собирать, и какие научные анализы могут помочь исследователям понять эти явления. Вкратце цель членов состояла в том, чтобы представить, какую роль NASA может сыграть в исследовании этих наблюдений.

«NASA ищет неизвестное в воздухе и космосе», - сказал Билл Нельсон, администратор NASA, на пресс-конференции. «Главный вывод из исследования - нам многое еще предстоит узнать». 

Ответы на эти вопросы составляют основную часть отчета. Например, панель настаивает на использовании существующего флота спутников NASA для наблюдения Земли, которые работают с слишком низким разрешением, чтобы напрямую собирать данные о UAP, для оценки местных природных условий в районах интересующих наблюдений. 

Отчет также предлагает, что экспертиза NASA в обработке и анализе огромных наборов данных делает агентство хорошо подготовленным для каталогизации наблюдений UAP и преобразования их, когда это возможно, в более стандартизированные и научно обоснованные форматы. В отчете также отмечается, что NASA может использовать свой опыт в области искусственного интеллекта и методов машинного обучения для информирования своей работы по UAP.

"Мы используем искусственный интеллект и машинное обучение на протяжении всего нашего научного портфеля NASA," сказала Никола Фокс, заместитель администратора Научного миссионного директората NASA, во время пресс-конференции. Такие методы, по словам Фокс, могут существенно улучшить усилия по выявлению подсказок, "закопанных в данных." 

На данный момент можно сказать, что исследования UAP сталкиваются с противоположной проблемой: у них практически нет данных для анализа. В ответ на это чиновники NASA на пресс-конференции выразили интерес к разработке онлайн-портала, возможно, мобильного приложения, чтобы общественность могла предоставлять качественные данные о предполагаемых наблюдениях UAP. 

Спергель сравнил эту идею с общепринятым общественным посланием о безопасности "если вы что-то видите, скажите об этом." "Думаю, в этом контексте мы бы сформулировали это так: если вы что-то видите, соберите качественные данные по этому поводу, потому что тогда мы сможем узнать," сказал он.

Прим. ЖВ: Мракобесие и джаз. В сухом остатке - Пентагон за деньги налогоплательщиков США запустит еще 100500 разведывательных спутников с высоким разрешением, чтобы на территории других стран ловить... что? :-/

К фундаментальной науке, слава богу, это не имеет отношения, здесь просто коррупция и осваивание бюджетов...

До чего дошло довольно уважаемое (в прошлом) агентство Аэронавтики и Исследования Космического Пространства :(

Независимая команда NASA по изучению НЛО готова поделиться своими выводами.

Твиттер

В 2022 году агентство поручило группе экспертов изучить данные, связанные с неопознанными аномальными явлениями (UAP) — новым термином для НЛО, который теперь включает в себя необычные объекты или события в небе, под водой или в космосе, которые нельзя немедленно идентифицировать. Теперь команда готовится опубликовать свой первый отчет в четверг (14 сентября), в котором будут предложены рекомендации NASA по улучшению сбора и анализа данных, которые могут помочь объяснить природу и происхождение UAP. Агентство сразу же подчеркнуло, что отчет "не является обзором или оценкой предыдущих неидентифицируемых наблюдений", согласно заявлению NASA, объявляющему о брифинге.

Лидеры NASA, включая администратора агентства Билла Нельсона, присоединятся к председателю группы по изучению UAP, Давиду Спергелу, президенту Фонда Саймонса, чтобы провести брифинг по первому отчету группы в 10 утра по восточному времени США (1400 по Гринвичу) в четверг. Вы можете посмотреть его в прямом эфире здесь, на Space.com, благодаря агентству, или на телеканале NASA.

Помотреть все это действо можно будет тут (на английском, естественно) - https://www.space.com/nasa-uap-independent-study-team-results-livestream?utm_source=twitter.com&utm_content=space.com&utm_medium=social&utm_campaign=socialflow

Прим. ЖВ: ну даже не знаю. В мире, в котором когда-то мы росли, для настоящих ученых НЛО представляло собой такой, как это модно теперь говорить, "зашквар", что можно легко было вылететь из науки с волчьим билетом. 

Даже программа SETI - вроде бы со стороны серьезная и научная - была встречена, мягко говоря, очень прохладно. Маститые ученые, мировые светила науки считали эту программу зряшным делом, расходом драгоценного времени профессиональных телескопов, включая почивший несколько лет назад супертелескоп Аресибо.