[Hubble][AM 1054-325] Хаббл наблюдает "нити жемчуга" звездных скоплений в столкновениях галактик

 

Новостной релиз на hubblesite.org 2024-004 от 8 февраля 2024 года

Длинный комковатый хвост из звезд как следствие взаимодействий галактик

Во время столкновений галактик рождаются новые поколения звезд, которые в противном случае могли бы никогда и не появиться. Сближения галактик вызывают гравитационное взаимодействие, которое вытягивает их пыль и газ в длинные потоки. Острое зрение космического телескопа Хаббл помогает увидеть скопления новорожденных звезд, расположенных вдоль этих приливных хвостов, которые формируются, когда узлы газа сжимаются под действием гравитации, создавая около миллиона новорожденных звезд в каждом скоплении. Эти "ожерелья из жемчуга", вероятно, более распространены в ранней Вселенной, когда галактики сталкивались чаще.

Можно было бы подумать, что столкновения галактик разрушают звезды. На самом деле, динамика столкновений запускает формирование новых поколений звезд и, предположительно, сопутствующих им планет.

Космический телескоп Хаббл наблюдал 12 взаимодействующих галактик, которые имеют длинные, похожие на головастиков приливные хвосты из газа, пыли и множества звезд. Исключительное зрение Хаббла и его чувствительность к ультрафиолетовому свету позволили обнаружить вдоль этих хвостов 425 скоплений новорожденных звезд, выглядящих как гирлянды праздничных огней. Каждое скопление содержит до миллиона голубых новорожденных звезд.

Скопления в приливных хвостах известны десятилетиями. Когда галактики взаимодействуют, гравитационные приливные силы вытягивают длинные потоки газа и пыли. Два популярных примера - галактики Антенны и Мыши с их длинными, узкими, похожими на пальцы выступами.

Команда астрономов использовала сочетание новых наблюдений и архивных данных, чтобы получить возраст и массу скоплений звезд в приливных хвостах. Они обнаружили, что эти скопления очень молоды — им всего 10 миллионов лет. И кажется, что они формируются с одинаковой скоростью вдоль хвостов, простирающихся на тысячи световых лет.

"Удивительно видеть так много молодых объектов в хвостах, что много говорит нам об эффективности формирования скоплений," сказал ведущий автор Майкл Родрук из Колледжа Рэндольф-Мейкон в Эшленде, Вирджиния. "С приливными хвостами рождаются новые поколения звезд, которые иначе могли бы и не существовать."

Хвосты выглядят так, как будто берут спиральный рукав галактики и растягивают его далеко в космос. Внешняя часть рукава вытягивается ириской вследствие гравитационного противостояния между парой взаимодействующих галактик.

Перед слияниями галактики были богаты пыльными облаками молекулярного водорода, которые, возможно, просто оставались неактивными. Но облака столкнулись и ударились друг о друга во время столкновения, что сжало водород до такой степени, чтобы спровоцировать вщрыв  звездообразования.

Судьба этих растянутых звездных скоплений неопределенна. Они могут остаться гравитационно устойчивыми и превратиться в шаровые звездные скопления — подобные тем, которые вращаются вне плоскости нашей галактики Млечный Путь. Или они могут рассеяться, образуя гало из звезд вокруг своей хозяйской галактики, или быть выброшенными и стать блуждающими межгалактическими звездами.

Такое образование звезд в виде "нитка жемчуга" могло быть более распространенным в ранней Вселенной, когда галактики чаще сталкивались друг с другом. Наблюдаемые Хабблом близкие галактики являются моделями того, что происходило давным-давно, и, следовательно, представляют собой лаборатории для изучения далекого прошлого.

Космический телескоп Хаббл является проектом международного сотрудничества между НАСА и ЕКА. Управление телескопом осуществляется Центром космических полетов Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. Научные операции Хаббла и Вебба проводит Институт космического телескопа (STScI) в Балтиморе, штат Мэриленд. STScI управляется для НАСА Ассоциацией университетов по астрономическим исследованиям в Вашингтоне, округ Колумбия.

Ссылки:

• научная статья
• ссылка на портал Хаббла

Объект: 

    RA/DEC: 10 56 58.500 -33 09 41.00

[ESO] Прорывное исследование раскрывает секреты рождения планет у десятков звезд

Пресс-релиз Европейской Южной Обсерватории, 5 марта 2024 года

В серии исследований группа астрономов пролила новый свет на увлекательный и сложный процесс формирования планет. Потрясающие изображения, полученные с помощью Очень Большого Телескопа Европейской Южной Обсерватории (ESO's VLT) в Чили, представляют собой одно из крупнейших исследований дисков, формирующих планеты. Исследование объединяет наблюдения более чем 80 молодых звезд, вокруг которых могут формироваться планеты, предоставляя астрономам обширные данные и уникальные детали формирования планеты в различных регионах нашей галактики.

"Большое продвижение в нашей области исследований," говорит Кристиан Гински, лектор Университета Голуэя, Ирландия, и ведущий автор одной из трех новых статей, опубликованных сегодня в журнале Astronomy & Astrophysics. "Мы перешли от интенсивного изучения отдельных звездных систем к огромному обзору целых областей формирования звезд."

На сегодняшний день было обнаружено более 5000 планет, вращающихся вокруг других звезд - часто в системах, сильно отличающихся от нашей Солнечной системы. Чтобы понять, где и как возникает это разнообразие, астрономы наблюдают за богатыми пылью и газом дисками, окружающими молодые звезды, за самими колыбелями формирования планет. Эти диски лучше всего искать в огромных газовых облаках, где формируются сами звезды.

Новые изображения демонстрируют исключительное разнообразие дисков как для зрелых планетных систем, так и для систем, только формирующих планеты. "Некоторые из этих дисков показывают огромные спиральные рукава, вероятно, вызванные сложным танцем вращающихся планет," говорит Гински. "Другие показывают кольца и большие полости, "вырезанные" формирующимися планетами, в то время как остальные кажутся гладкими и почти дремлющими среди всей этой суматохи активности," добавляет Антонио Гаруфи, астроном Астрофизической обсерватории Арчетри, Итальянский Национальный Институт Астрофизики (INAF), и ведущий автор одной из статей.

Команда изучила в общей сложности 86 звезд в трех различных областях формирования звезд нашей Галактики: Тельца и Хамелеона I, находящихся на расстоянии около 600 световых лет от Земли, и Ориона - богатого газом облака, находящегося примерно в 1600 световых годах от нас, - места рождения нескольких звезд, масса которых превышает массу Солнца. Наблюдения были собраны большой международной командой, в которую входили ученые из более чем 10 стран.

Команда смогла получить несколько ключевых выводов из этого набора данных. Например, в Орионе они обнаружили, что звезды, находящиеся в группах из двух или более компонентов, имеют меньшую вероятность иметь большие диски, формирующие планеты. Это значительный результат, учитывая, что в отличие от нашего Солнца, большинство звезд в нашей галактике имеют спутники. Кроме того, неравномерный внешний вид дисков в этом регионе предполагает возможность наличия в них массивных планет, которые могут вызывать искривление и смещение дисков.

Хотя диски, формирующие планеты, могут простираться на расстояния в сотни раз больше, чем расстояние между Землей и Солнцем, их расположение на расстоянии в несколько сотен световых лет от нас заставляет их казаться крошечными точками в ночном небе. Для наблюдения за дисками команда использовала передовой инструмент Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE), установленный на VLT ESO. Система экстремальной адаптивной оптики SPHERE корректирует турбулентные эффекты атмосферы Земли, обеспечивая четкие изображения дисков. Это позволило команде получить изображения дисков вокруг звезд с массой до половины массы Солнца, которые обычно слишком тусклы для большинства современных инструментов. Дополнительные данные для исследования были получены с помощью инструмента X-shooter VLT, который позволил астрономам определить, насколько молоды и массивны звезды. С другой стороны, Большой миллиметровый/субмиллиметровый массив Атакама (ALMA), в котором ESO является партнером, помог команде установить количество пыли, окружающей некоторые из звезд.

По мере развития технологий команда надеется еще глубже проникнуть в сердце систем, формирующих планеты. Например, большое 39-метровое зеркало будущего СверхБольшого Телескопа (ELT) ESO позволит команде изучать самые ближайшие области вокруг молодых звезд, где могут формироваться каменистые планеты, подобные нашей.

На данный момент эти впечатляющие изображения предоставляют исследователям кладезь данных, помогающих разгадать тайны формирования планет. "Почти поэтично, что процессы, отмечающие начало пути к формированию планет и, в конечном итоге, жизни в нашей собственной Солнечной системе, настолько прекрасны," заключает Пер-Гуннар Валегорд, аспирант Университета Амстердама, Нидерланды, который руководил исследованием Ориона. Валегорд, который также работает учителем в Международной школе Хилверсума в Нидерландах, надеется, что изображения вдохновят его учеников стать учеными в будущем.

Ссылки на научные статьи:

1. “The SPHERE view of the Chamaeleon I star-forming region: The full census of planet-forming disks with GTO and DESTINYS programs”
2. “The SPHERE view of the Taurus star-forming region: The full census of planet-forming disks with GTO and DESTINYS programs”
3. “Disk Evolution Study Through Imaging of Nearby Young Stars (DESTINYS): The SPHERE view of the Orion star-forming region”

PR изображения:

Экзопланетные системы в облаке Тельца

Credit: ESO/A.Garufi et al.; IRAS

Диски, в которых формируются планеты, вокруг молодых звезд и их расположение в богатом газом облаке Тельца, примерно в 600 световых годах от Земли. Потрясающие изображения дисков были получены с помощью инструмента Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE), установленного на Очень Большом Телескопе (VLT) ESO. Всего команда наблюдала 43 звезды в области Тельца, все они изображены здесь (хотя диски, в которых формируются планеты, были обнаружены только у 39 из этих объектов). Фоновое изображение показывает инфракрасный вид Тельца, полученный Инфракрасным Астрономическим Спутником.

Диск формирования экзопланет MWC 758 - как видно SPHERE и ALMA

Credit: ESO/A. Garufi et al.; R. Dong et al.; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Этот композитный снимок показывает диск MWC 758, в котором формируются планеты, расположенный примерно в 500 световых годах от нас в области Тельца, сделанный с помощью двух различных обсерваторий.

Желтый цвет представляет собой инфракрасные наблюдения, полученные при помощи инструмента Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE) на Очень Большом Телескопе (VLT) ESO. Синие области, в свою очередь, соответствуют наблюдениям, выполненным с помощью Большого Атакамского миллиметрового/субмиллиметрового массива (ALMA), в котором ESO является партнером.

Упомянутые обсерватории позволяют астрономам картографировать распределение пыли вокруг этой и других звезд различными, но дополняющими друг друга способами. SPHERE захватывает свет от хозяйской звезды, рассеянный пылью вокруг нее, в то время как ALMA регистрирует излучение, непосредственно испускаемое самой пылью. Совмещение этих наблюдений помогает астрономам понять, как могут формироваться планеты в пыльных дисках вокруг молодых звезд.

[Webb][GN-z11] Уэбб открывает секреты самых далеких галактик

 

Научный релиз weic2406, esawebb.org, 4 марта 2024 года

Вглядываясь в глубины пространства и времени, две команды, использующие космический телескоп NASA/ESA/CSA Джеймса Уэбба, изучили исключительно яркую галактику GN-z11, которая существовала, когда нашей Вселенной, возрастом в 13,8 миллиарда лет, было всего около 430 миллионов лет.

Воплощая свое обещание трансформировать наше понимание ранней Вселенной, космический телескоп Джеймса Уэбба исследует галактики у самого рассвета времен. Одной из таких галактик является исключительно яркая галактика GN-z11, которая существовала, когда возраст Вселенной составлял всего лишь небольшую долю ее нынешнего возраста. Впервые обнаруженная с помощью космического телескопа NASA/ESA Хаббла, она является одной из самых молодых, самых далеких и самых загадочных наблюдаемых галактик. Почему она так ярка? Похоже, Уэбб нашел ответ.

Команда, изучавшая GN-z11 с помощью Уэбба, нашла первые четкие доказательства того, что галактика содержит центральную сверхмассивную черную дыру, которая быстро накапливает материю. Эта находка делает ее самой далекой активной сверхмассивной черной дырой, обнаруженной на сегодняшний день.

"Мы нашли чрезвычайно плотный газ, который обычно встречается вблизи сверхмассивных черных дыр, накапливающих газ," объяснил руководитель исследования Роберто Майолино из Кавендишской лаборатории и Института космологии Кавли при Университете Кембриджа в Великобритании. "Это были первые явные признаки того, что GN-z11 содержит черную дыру, которая поглощает материю."

Используя Уэбба, команда также обнаружила знаки ионизированных химических элементов, которые обычно наблюдаются рядом со сверхмассивными черными дырами с аккрецией. Кроме того, они обнаружили, что галактика извергает очень мощный ветер. Такие высокоскоростные ветра обычно вызваны процессами, связанными с интенсивно аккрецирующими сверхмассивными черными дырами.

"Камера ближнего инфракрасного диапазона Уэбба (NIRCam) показала расширенный компонент, указывающий на саму галактику и ее центральный компактный источник, цвета которого соответствуют цветам аккреционного диска черной дыры," сказала исследователь Ханна Ублер, также из Кавендишской лаборатории и Института космологии Кавли.

Вместе эти данные показывают, что GN-z11 содержит сверхмассивную черную дыру массой в два миллиона солнечных масс в очень активной фазе поглощения материи, что и объясняет ее яркость.

Credit:

NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)

Вторая группа, также возглавляемая Майолино, использовала спектрограф ближнего инфракрасного диапазона Уэбба (NIRSpec) для обнаружения газового комка гелия в гало, окружающем GN-z11.

"Тот факт, что мы не видим ничего, кроме гелия, предполагает, что этот комок должен быть первичным," сказал Майолино. "Это то, что предсказывалось теорией и моделированием в окрестностях особенно массивных галактик из этих эпох — что в гало должны выживать карманы первозданного газа, и они могут сжиматься, формируя звездные скопления III Населения."

Нахождение до сих пор не обнаруженных звезд III Населения — первого поколения звезд, образованных почти полностью из водорода и гелия — является одной из самых важных целей современной астрофизики. Ожидается, что эти звезды будут очень массивными, очень яркими и очень горячими. Их отличительной чертой будет наличие ионизированного гелия и отсутствие химических элементов тяжелее гелия.

Формирование первых звезд и галактик ознаменовало фундаментальный сдвиг в космической истории, в ходе которой Вселенная эволюционировала от темного и относительно простого состояния к высоко организованной и сложной среде, которую мы видим сегодня.

Credit:

NASA, ESA, CSA, B. Robertson (UC Santa Cruz), B. Johnson (CfA), S. Tacchella (Cambridge), M. Rieke (University of Arizona), D. Eisenstein (CfA)

В будущих наблюдениях Уэбба Майолино, Ублер и их команда изучат GN-z11 более глубоко и надеются укрепить аргументацию в пользу звезд III Населения, которые могут формироваться в ее гало.

Исследование первозданного газового комка в гало GN-z11 было принято к публикации в журнале Astronomy & Astrophysics. Результаты исследования черной дыры GN-z11 были опубликованы в журнале Nature 17 января 2024 года. Данные были получены в рамках продвинутого глубокого внегалактического обзора JWST (JADES), совместного проекта команд NIRCam и NIRSpec.

Ссылки:

• научная публикация в журнале Nature
• научная публикация в журнале Astronomy & Astrophysics

[ESO][HL Tau] Астрономы обнаружили новую связь между водой и формированием планет

 

Пресс-релиз ESO, 29 февраля 2024 года

Исследователи обнаружили водяной пар в диске молодой звезды именно там, где могут формироваться планеты. Вода является ключевым компонентом для жизни на Земле и, как считается, играет значительную роль в формировании планет. Однако до сих пор мы никогда не могли отследить, как распределяется вода в стабильном холодном диске, который предлагает наиболее благоприятные условия для формирования планет вокруг звезд. Новые результаты получены на Большом Атакамском миллиметровом/субмиллиметровом массиве (ALMA) - совместном проекте, в котором Европейская южная обсерватория (ESO) является партнером.

"Я никогда не мог представить, что мы сможем зафиксировать изображение океанов водяного пара в том же регионе, где, вероятно, формируется планета," говорит Стефано Факкини, астроном из Университета Милана, Италия, который возглавил исследование, опубликованное сегодня в журнале Nature Astronomy. Наблюдения показывают, что во внутреннем диске молодой звезды, похожей на Солнце, HL Tauri, расположенной в 450 световых годах от Земли в созвездии Тельца, содержится как минимум в три раза больше воды, чем во всех океанах Земли.

"Замечательно, что мы можем не только обнаружить, но и получить детальные изображения и пространственно разрешить водяной пар на расстоянии в 450 световых лет от нас," добавляет соавтор Леонардо Тести, астроном из Университета Болоньи, Италия. "Пространственно разрешенные" наблюдения с помощью ALMA позволяют астрономам определить распределение воды в различных регионах диска. "Участие в таком важном открытии в диске HL Tauri было за пределами того, чего я когда-либо ожидал от своего первого исследовательского опыта в астрономии," добавляет Матье Вандер Донкт из Университета Льежа, Бельгия, который был магистрантом, когда принимал участие в исследовании.

Наблюдение за водой в других системах с помощью наземного телескопа - непростая задача, поскольку наличие водяного пара в атмосфере Земли ухудшает полезный сигнал. ALMA, управляемая ESO совместно с международными партнерами, представляет собой массив телескопов в чилийской пустыне Атакама на высоте около 5000 метров, построенный на сухом высокогорье специально для уменьшения этого эффекта, обеспечивая исключительные условия для наблюдений. "На сегодняшний день ALMA - единственная установка, способная пространственно разрешить воду в холодном диске, где формируются планеты", говорит соавтор Воутер Влеммингс, профессор Технологического университета Чалмерса в Швеции [1].

"Это действительно захватывающе - непосредственно видеть на картинке, как молекулы воды высвобождаются из ледяных пылевых частиц", говорит Элизабет Хамфрис, астроном из ESO, также участвовавшая в исследовании. Пылевые зерна, составляющие диск, являются семенами формирования планет, сталкивающимися и слипающимися во все более крупные тела, вращающиеся вокруг звезды. Астрономы считают, что там, где достаточно холодно для замерзания воды на пылевых частицах, вещи склеиваются более эффективно - идеальное место для формирования планет. "Наши результаты показывают, как наличие воды может влиять на развитие планетной системы, как это произошло около 4,5 миллиардов лет назад в нашей собственной Солнечной системе", добавляет Факкини.

С улучшениями, происходящими в ALMA, и вводом в эксплуатацию СверхБольшого Телескопа (ELT) ESO в течение десятилетия, станут яснее формирование планет и роль, которую играет вода в этом процессе. В частности, METIS, камера среднего инфракрасного диапазона и спектрограф ELT, предоставит астрономам возможность изучать внутренние регионы дисков, где формируются подобные Земле планеты.

Ссылки:

• научная статья
• фото АЛМА

Объект HL Tau

RA/DEC: 04 31 38.511 +18 13 57.86

Юлий Цезарь и 29 февраля

APOD, Фото дня, 29 февраля 2024 года

В 46 году до н.э. Юлий Цезарь провел реформу календаря. По совету астронома Сосигена из Александрии, юлианский календарь включал один високосный день каждые четыре года, чтобы учесть тот факт, что земной год немного длиннее 365 дней. В современных терминах, время, необходимое планете для одного оборота вокруг Солнца, составляет 365,24219 средних солнечных дней. Таким образом, если бы календарные годы содержали ровно 365 дней, они бы отклонялись от земного года примерно на 1 день каждые 4 года, и в конечном итоге июль (названный в честь самого Юлия Цезаря) наступал бы во время зимы в северном полушарии. Приняв високосный год с дополнительным днем каждые четыре года, юлианский календарный год будет отклоняться гораздо меньше. 

В 1582 году папа Григорий XIII внес дополнительную корректировку, согласно которой високосные дни не должны были приходиться на годы, оканчивающиеся на 00, за исключением случаев, когда они делятся на 400. Эта система Григорианского календаря широко используется сегодня. Конечно, приливное трение в системе Земля-Луна замедляет вращение Земли и постепенно удлиняет день примерно на 1,4 миллисекунды в столетие. Это означает, что високосные дни, как сегодня, не будут необходимы примерно через 4 миллиона лет. На этой римской серебряной монете, динарии, изображены Юлий Цезарь (слева) и Венера, римская богиня любви.

====

Предположительно, герб папы Григория XIII на полу собора св. Петра в Ватикане:

Фото "Живой Вселенной"

[Hubble][GJ 9827] Хаббл нашел водяной пар в атмосфере небольшой планеты

 

Научный релиз esahubble.org - heic2403 - 25 января 2024 года

Астрономы, использующие космический телескоп НАСА/ЕКА "Хаббл", наблюдали самую маленькую экзопланету, в атмосфере которой был обнаружен водяной пар. Планета GJ 9827d, размером всего в два раза больше земного диаметра, может быть примером планет с водяными атмосферами в нашей галактике.

"Это был бы первый случай, когда мы можем напрямую показать через обнаружение в атмосфере, что эти планеты с водяными атмосферами действительно могут существовать вокруг других звезд", - сказал член команды Бьорн Беннеке из Университета де Монреаль. "Это важный шаг к определению распространенности и разнообразия атмосфер на планетах с твердой поверхностью".

Однако пока рано говорить о том, измерил ли "Хаббл" спектроскопически небольшое количество водяного пара в рассеянной атмосфере, богатой водородом, или атмосфера планеты в основном состоит из воды, оставшейся после испарения первичной атмосферы водорода/гелия под воздействием звездного излучения.

"Наша программа наблюдений была специально разработана с целью не только обнаружения молекул в атмосфере планеты, но и конкретно для поиска водяного пара. Любой результат будет замечательным -  будь то доминирование водяного пара или его незначительное присутствие в атмосфере, преимущественно состоящей из водорода", - сказал ведущий автор научной статьи Пьер-Алекси Рой из Университета де Монреаль.

"До сих пор мы не могли напрямую обнаружить атмосферу такой маленькой планеты. И теперь мы медленно входим в эту область," добавил Беннеке. "В какой-то момент, когда мы изучаем маленькие планеты, должен произойти переход, когда в этих мирах больше не будет водорода, и у них будут атмосферы, больше похожие на Венеру (где преобладает углекислый газ)."

Так как температура планеты примерно такая же, как на Венере, около 425 градусов Цельсия, она определенно была бы негостеприимным, жарким миром, если бы атмосфера преимущественно состояла из водяного пара.

На данный момент у команды есть две возможности. Планета все еще удерживает оболочку, богатую водородом, с примесью воды, что делает ее мини-Нептуном. В качестве альтернативы, это может быть более теплой версией луны Юпитера Европы, под корой которой в два раза больше воды, чем на Земле. "Планета GJ 9827d может быть наполовину водой, наполовину камнем. И там будет много водяного пара над некоторым меньшим телом с твердой поврехностью," сказал Беннеке.

Если у планеты осталась еще атмосфера, богатая водой, то она должна была сформироваться подальше от своей звезды-хозяина, где температура низкая и вода была бы в виде льда. В этом сценарии планета затем мигрировала ближе к звезде и получила больше излучения. Водород затем нагрелся и улетучился или все еще улетучивается из-за слабой гравитации планеты. Альтернативная теория заключается в том, что планета сформировалась близко к горячей звезде, с небольшим количеством воды в своей атмосфере.

Программа Хаббла наблюдала планету во время 11 транзитов — событий, когда планета проходила перед своей звездой — на протяжении трех лет. Во время транзитов свет звезды фильтруется через атмосферу планеты и несет спектральный отпечаток молекул воды. Если на планете есть облака, они находятся достаточно низко в атмосфере, чтобы не полностью скрывать видимость атмосферы для Хаббла, и Хаббл может исследовать водяной пар над облаками.

Открытие Хаббла открывает дверь к более детальному изучению планеты. Это хорошая цель для космического телескопа NASA/ESA/CSA Джеймса Уэбба  для проведения инфракрасной спектроскопии с целью поиска других молекул в атмосфере.

Планета GJ 9827d была открыта космическим телескопом NASA Кеплер в 2017 году. Она совершает оборот вокруг красного карлика каждые 6,2 дня. Звезда, GJ 9827, находится в 97 световых годах от Земли в созвездии Рыбы.

Ссылка на статью

Объект на CDS портале:

• http://cdsportal.u-strasbg.fr/?target=GJ%209827
• RA/Dec: 23 27 4.838 -01 17 10.58

[Webb][EGSY8p7] Webb установил, что слияния галактик являются решением загадки ранней Вселенной

 

esawebb.org, Science Release weic2402, 18 января 2024 года

Одной из ключевых задач телескопа Джеймса Уэбба, созданного НАСА/ЕКА/ККА, является изучение ранней Вселенной. Теперь, благодаря непревзойденному разрешению и чувствительности инструмента NIRCam Уэбба, впервые удалось увидеть, что находится в локальной среде галактик в самой ранней Вселенной. Это позволило решить одну из самых загадочных тайн астрономии — почему исследователи обнаруживают свет от атомов водорода, который должен был быть полностью заблокирован первозданной газовой средой, образовавшейся после Большого взрыва. Новые наблюдения Уэбба показали наличие маленьких, тусклых объектов вокруг тех самых галактик, которые демонстрируют 'непонятное' излучение водорода. В сочетании с передовыми симуляциями галактик в ранней Вселенной, наблюдения показали, что источником этого излучения водорода является хаотичное слияние соседних галактик.

Свет распространяется с конечной скоростью (300 000 километров в секунду), и чем дальше находится галактика, тем дольше свет от нее доходит до нашей Солнечной системы. Наблюдения за самыми далекими галактиками позволяют не только исследовать дальние уголки Вселенной, но и изучать Вселенную такой, какой она была в прошлом. Для изучения самой ранней Вселенной астрономам требуются исключительно мощные телескопы, способные наблюдать за очень далекими — и, следовательно, очень тусклыми — галактиками. Одной из ключевых возможностей Уэбба является его способность наблюдать за этими самыми далекими галактиками и, следовательно, изучать раннюю историю Вселенной. Международная команда воспользовалась удивительными возможностями Уэбба для решения давней загадки астрономии.

Самые ранние галактики были местами активного и энергичного формирования звезд и, как таковые, были богаты источниками света, испускаемого атомами водорода (излучение Лаймана-альфа [1]). Однако, в эпоху реионизации [2] эти области активного формирования звезд окружало огромное количество нейтрального водородного газа (т.н. "звездные ясли"). Кроме того, пространство между галактиками было заполнено нейтральным газом больше, чем теперь. Газ может очень эффективно поглощать и рассеивать такое излучение водорода [3], поэтому астрономы давно предсказывали, что обильное излучение Лаймана-альфа, испущенное в самой ранней Вселенной, сегодня не должно быть видно. Но эта теория не всегда выдерживала критику, так как астрономы и ранее наблюдали примеры очень раннего излучения водорода, что представляло собой загадку: как же так получается, что мы видим это излучение водорода, которое, по идее, должно было давно быть поглощено или рассеяно? Исследователь из Кембриджского университета и главный исследователь нового исследования Каллум Уиттен поясняет:

"Одной из самых загадочных проблем, которую представляли предыдущие наблюдения, было обнаружение света от атомов водорода в самой ранней Вселенной, который должен был быть полностью заблокирован первозданной нейтральной газовой средой, образовавшейся после Большого Взрыва. Ранее было предложено множество гипотез для объяснения этого 'непонятного' излучения."

Прорыв произошел благодаря исключительному сочетанию углового разрешения и чувствительности Уэбба. Наблюдения с помощью инструмента NIRCam Уэбба позволили разрешить меньшие, более тусклые галактики, окружающие яркие галактики, от которых исходило 'непонятное' излучение водорода. Другими словами, окружение этих галактик оказалось гораздо более оживленным местом, чем мы ранее думали, наполненным маленькими, тусклыми галактиками. Важно, что эти меньшие галактики взаимодействовали и сливались друг с другом, и Уэбб показал, что слияния галактик играют важную роль в объяснении загадочного излучения от самых ранних галактик. Серхио Мартин-Альварес, член команды из Стэнфордского университета, добавляет:

"Там, где Хаббл видел только большую галактику, Уэбб видит кластер меньших взаимодействующих галактик, и это открытие оказало огромное влияние на наше понимание неожиданного излучения водорода от некоторых первых галактик."

Затем команда использовала передовые компьютерные симуляции для изучения физических процессов, которые могли бы объяснить их результаты. Они обнаружили, что быстрое накопление звездной массы за счет слияния галактик приводило к сильному излучению водорода и способствовало утечке этого излучения через каналы, очищенные от нейтрального газа. Таким образом, высокая скорость слияния ранее не наблюдаемых меньших галактик представляла собой убедительное решение давней загадки 'непонятного' раннего излучения водорода.

Команда планирует провести последующие наблюдения за галактиками на разных стадиях слияния, чтобы продолжить развивать свое понимание того, как излучение водорода выбрасывается из этих изменяющихся систем. В конечном итоге это позволит им улучшить наше понимание эволюции галактик.

Эти результаты были опубликованы сегодня в журнале Nature Astronomy.

Примечания

[1] Излучение Лаймана-альфа - это свет, испускаемый на длине волны 121,567 нанометров, когда электрон в возбужденном атоме водорода переходит из возбужденного состояния орбитали n = 2 в основное состояние n = 1 (самое низкое энергетическое состояние, которое может иметь атом). Квантовая физика диктует, что электроны могут существовать только в очень конкретных энергетических состояниях, и это означает, что определенные энергетические переходы — такие как переход электрона в атоме водорода с орбитали n = 2 на n = 1 — можно идентифицировать по длине волны света, испускаемого во время этого перехода. Излучение Лайман-альфа важно во многих областях астрономии, частично потому, что водород так распространен во Вселенной, и также потому, что водород обычно возбуждается энергичными процессами, такими как активное звездообразование. Соответственно, излучение Лайман-альфа может использоваться как признак того, что здесь происходит активное звездообразование.

[2] Эпоха реионизации была очень ранним этапом в истории Вселенной, который произошел после рекомбинации (первой стадии после Большого взрыва). Во время рекомбинации Вселенная остыла настолько, что электроны и протоны начали объединяться, образуя нейтральные атомы водорода. Во время реионизации начали формироваться более плотные облака газа, создавая звезды и в конечном итоге целые галактики, свет которых постепенно реионизировал водородный газ.

[3] Нейтральный водородный газ состоит из атомов водорода, находящихся в самом низком энергетическом состоянии, которое они могут иметь, каждый с электроном в орбитали n = 1. Поскольку свет, испускаемый атомом водорода во время излучения Лаймана-альфа, несет энергию атомного перехода с орбитали n = 2 в n = 1, когда он попадает на нейтральный атом водорода, он имеет точно такое количество энергии, чтобы ионизировать атом и поднять его электрон на следующую доступную орбиталь. Это означает, что нейтральный газ легко поглощает и блокирует излучение Лайман-альфа.

Дополнительная информация

Вебб является самым крупным и мощным телескопом, когда-либо запущенным в космос. В рамках международного соглашения о сотрудничестве ЕКА обеспечило запуск телескопа с использованием ракеты-носителя "Ариан-5". Совместно с партнерами ЕКА вело разработку адаптаций "Ариан-5" для миссии Вебба и пользовалось услугами по запуску компании Arianespace. ЕКА также предоставило спектрограф NIRSpec и 50% среднеинфракрасного инструмента MIRI, который был разработан и построен консорциумом европейских институтов, финансируемых на национальном уровне (Европейский консорциум MIRI) в партнерстве с JPL и Университетом Аризоны.

Уэбб является международным партнерством между NASA, ЕКА и Канадским космическим агентством (CSA).

Международная команда астрономов в этом исследовании состоит из: Callum Witten (Institute of Astronomy, University of Cambridge, UK [IoA] and Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, UK [Kavli]), Nicolas Laporte (Kavli and Cavendish Laboratory, University of Cambridge, UK [Cavendish]) Sergio Martin-Alvarez (Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Stanford University, USA), Debora Sijacki (IoA and Kavli), Yuxuan Yuan (IoA and Kavli) Martin G. Haehnelt (IoA and Kavli), William M. Baker (Kavli and Cavendish), James S. Dunlop (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, UK), Richard S. Ellis (Department of Physics and Astronomy, University College London, UK [UCL]), Norman A. Grogin (Space Telescope Science Institute, USA [STScI]), Garth Illingworth (Department of Astronomy and Astrophysics, University of California, Santa Cruz, USA), Harley Katz (Department of Physics, University of Oxford, UK), Anton M. Koekemoer (STScI), Daniel Magee (UCO/Lick Observatory, University of California, Santa Cruz, USA), Roberto Maiolino (Kavli, Cavendish and UCL), William McClymont (Kavli and Cavendish), Pablo G. Pérez-González (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Spain) Dávid Puskás (Kavli and Cavendish), Guido Roberts-Borsani (Department of Physics and Astronomy, University of California, Los Angeles, USA), Paola Santini (INAF - Osservatorio Astronomico di Roma, Italy), Charlotte Simmonds (Kavli and Cavendish).

Image Credit: ESA/Webb, NASA & CSA, S. Finkelstein (UT Austin), M. Bagley (UT Austin), R. Larson (UT Austin), A. Pagan (STScI), C. Witten, M. Zamani (ESA/Webb)

Ссылки:

• Интерактивная брошюра ЕКА Уэбб "Видеть дальше"
• Научная публикация
• Этот же научный релиз на сайте Европейского Космического Агентства

Сопровождающее Видео:

Credit: C. Witten et al.

Объект:

• ссылка на его страницу в esawebb
• RA/DEC: 14 20 8.52 | 52 53 26.48
• ссылка на Симбад

Credit: ESA/Webb, NASA & CSA, C. Witten, M. Zamani (ESA/Webb)

[NASA][NGC4945]: Ученые открывают новое галактическое "ископаемое"

 

Около 5 млн пет назад извержение Черной быры в галактике NGC 4945 запустило безумие звездных рождений и выстрелило огромным облаком газа в межгалактическое пространство. 

Смотрите ролик (на английском), как два рентгеновских телескопа записали эту историю.

Credit: NASA's Goddard Space Flight Center

science.nasa.gov от 11 января 2024 года

Исследователи из Космического центра имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, обнаружили рентгеновскую активность, которая проливает свет на эволюцию галактик.

Рентгеновские лучи очерчивают гигантские облака холодного газа в близлежащей спиральной галактике NGC 4945. По-видимому, газ был выброшен через галактику после того, как ее центральная сверхмассивная черная дыра взорвалась примерно 5 миллионов лет назад.

"В научном сообществе есть постоянный спор о том, как эволюционируют галактики," сказала Кимберли Уивер, астрофизик из Космического центра имени Годдарда, которая возглавила работу. "Мы находим сверхмассивные черные дыры в центрах почти всех галактик размером с Млечный Путь, и открытым по-прежнему остается вопрос, насколько велико их влияние на галактики по сравнению с процессами формирования звезд. Изучение близлежащих галактик - таких, как NGC 4945, которые, как мы думаем, мы видим в период перехода, помогает нам создавать более точные модели того, как звезды и черные дыры вызывают изменения в галактиках."

Уивер представила результаты от имени своей команды на 243-м собрании Американской астрономической ассоциации в Новом Орлеане 11 января. Статья об этом открытии сейчас находится на рассмотрении в журнале The Astrophysical Journal. Работа была возможна благодаря данным, собранным спутником ESA (Европейское космическое агентство) XMM-Newton (X-ray Multi-Mirror Mission) при помощи рентгеновской обсерватории Чандра.

Регионы активного формирования звезд видны на снимках 2.2-метрового телескопа Европейской Южной Обсерватории в Чили как яркие розовые области. Активное ядро галактики при этом почти скрыто от нас в мощных облаках пыли.

Credit: ESO

NGC 4945 — активная галактика, расположенная примерно в 13 миллионах световых лет от нас в южном созвездии Центавра.

Активная галактика имеет необычно яркое и переменное ядро, питаемое сверхмассивной черной дырой, которая нагревает окружающий диск из газа и пыли за счет гравитации и силы трения. Черная дыра медленно поглощает материал вокруг себя, что создает случайные колебания в излучаемом свете диска. Как и в большинстве активных галактик, черная дыра и диск NGC 4945 скрыты плотным тороидальным облаком пыли, которое блокирует часть этого света.

Ядра активных галактик также могут создавать струи частиц высокой скорости и создавать сильные ветра, содержащие газ и пыль.

NGC 4945 также является галактикой с активным формированием звезд: она формирует звезды с гораздо большей скоростью, чем наша. Ученые оценивают, что она производит эквивалент массы 18 звезд, подобных нашему Солнцу, каждый год, что почти в три раза превышает скорость формирования звезд во Млечном Пути. Почти все звездообразование сосредоточено в центре галактики. Взрыв звездных рождений длится от 10 до 100 миллионов лет и заканчивается как только  исчерпывается исходный материал для создания новых звезд.

Эта анимация показывает разницу между двумя видами спиральной галактики NGC 4945. Первое изображение, синим - визуальный диапазон, получено Оптическим Монитором телескопа XMM-Newton. На него наложена контурная карта линии железа К-альфа, полученная прибором EPIC. Второе изображение показывает наполнение контуров, где более яркие цвета указывают на большую концентрацию рентгеновского излучения.

Credit: Weaver et al., ESA/XMM-Newton

Уивер, научный руководитель проекта NASA для миссии XMM-Newton, и ее команда изучали NGC 4945 с помощью этого телескопа. В своих данных они увидели то, что ученые называют линией железа K-альфа. Этот эффект возникает, когда очень энергичный рентгеновский свет от диска черной дыры встречается с холодным газом в другом месте. (Газ имеет температуру около минус 400 градусов по Фаренгейту или минус 200 градусов по Цельсию.) Железная линия является обычным явлением в активных галактиках, но до этих наблюдений ученые считали, что она возникает на гораздо более близких к черной дыре расстояниях.

"Чандра делала карту распределения линии железа K-альфа в других галактиках. Здесь она помогла нам изучить отдельные яркие рентгеновские источники в облаке, чтобы исключить другие потенциальные источники, кроме черной дыры," сказала Дженна Канн, соавтор исследования и аспирант в Годдарде. "Но линия NGC 4945 простирается так далеко от ее центра, что нам потребовалось широкое поле зрения XMM-Newton, чтобы увидеть ее полностью."

Смотрите, как ученые отфильтровали возможные источники рентгеновского сигнала (линия железа К-альфа) на этой анимации. Первое изображение показывает контуры линии железа в галактике NGC 4945 от телескопа XMM-Newton. На втором изображении, команда исследователей использовала данные Чандры, чтобы отфильтровать посторонние источники - такие, как двойные звезды. На итоговом снимке, они убрали рентгеновские лучи, исходящие из активного ядра галактики. Линия железа по-прежнему подсвечивает огромное количество холодного газа в галактике.

Credit: Weaver et al. 2024, ESA/XMM-Newton

Поскольку NGC 4945 видна нам с ребра, XMM-Newton смогла отобразить протяженность ее железной линии как вдоль, так и над плоскостью галактики, проследив ее на расстояние 32 000 и 16 000 световых лет соответственно — на порядок дальше, чем наблюдаемые ранее линии железа.

Научная команда считает, что холодный газ, выделенный линией, является реликтом струи частиц, извергавшейся из центральной черной дыры галактики примерно 5 миллионов лет назад. Скорее всего, струя была направлена внутрь галактики, а не в космическое пространство, создавая сверхмощный ветер, который до сих пор толкает холодный газ через галактику. Он даже мог спровоцировать взрыв звездных рождений, который мы наблюдаем и сейчас.

Уивер и ее коллеги продолжат наблюдать за NGC 4945, чтобы попробовать найти другие способы, которыми черная дыра влияет на эволюцию галактики. Те же рентгеновские лучи от диска, которые в настоящее время выделяет холодный газ, также могут начать его рассеивать. Поскольку для формирования звезд необходим этот газ, ученые могут измерить, как активность вокруг черной дыры галактики может подавить ее фазу взрывного формирования звезд.

"Есть ряд свидетельств, указывающих на то, что черные дыры играют важную роль в некоторых галактиках, определяя их историю звездообразования и судьбу," сказал соавтор Эдмунд Ходжес-Клак, астрофизик из Годдарда. "Мы изучаем множество галактик, таких как NGC 4945, потому что, хотя физика везде примерно одинакова от черной дыры до черной дыры, влияние, которое они оказывают на свои галактики, сильно различается. XMM-Newton помог нам обнаружить галактическое ископаемое, о котором мы даже не подозревали — но это, вероятно, только первый случай из многих."

Обсерватория XMM-Newton ЕКА была запущена в декабре 1999 года из Куру, Французская Гвиана. НАСА финансировало элементы инструментального пакета XMM-Newton и обеспечивает Гостевую Обсерваторию НАСА в Годдарде, которая поддерживает использование обсерватории американскими астрономами.

Объект в CDS Портале:

• RA/DEC: 13 05 27.279 -49 28 4.44
• http://cdsportal.u-strasbg.fr/?target=NGC%204945