Цікавості

Астрономи простежили походження найвіддаленішого відомого швидкого радіосплеску (FRВ), використовуючи космічний телескоп Джеймса Вебба. Спостереження дали змогу побачити його рідну галактику в епоху, коли Всесвіту було лише близько 3 мільярдів років, і вказують на те, що сплеск, ймовірно, пов’язаний з магнетаром, а не зі злиттям нейтронних зір.Про ці результати розповідає видання Unіvеrsе Тоdаy, посилаючись на аналіз даних радіотелескопів і космічної обсерваторії Вебба.

Що таке швидкі радіосплески і чому їх важко вивчати

Швидкі радіосплески — це надяскраві радіоімпульси, що тривають усього мілісекунди. Через їхню короткочасність і раптовість їх важко «зловити» та детально дослідити. На початку відкриття цього явища астрономам було непросто відрізнити справжні сигнали від завад наземного походження.З часом стало зрозуміло, що більшість FRВ приходять з інших галактик. Це означає, що джерело має бути вкрай потужним і працювати дуже швидко. Серед основних підозрюваних — злиття нейтронних зір із утворенням чорної діри або спалахи на поверхні магнетарів, надмагнітних нейтронних зір. Також висувалися й більш екзотичні гіпотези, наприклад, колапс гіпотетичних зірок з темної матерії. Але, маючи лише короткий радіосигнал, складно достеменно визначити механізм його виникнення.

FRВ 20240304В і пошук його галактики

У 2024 році радіоінтерферометр МееrКАТ зафіксував спалах, який отримав позначення FRВ 20240304В. Система антен змогла дуже точно визначити його положення на небі. Однак подальші оптичні спостереження цієї ділянки не показали там жодного об’єкта — галактики просто не було видно в звичайному діапазоні.Команда астрономів повторила спробу, звернувшись до можливостей космічного телескопа Джеймса Вебба. Ця обсерваторія особливо ефективна для пошуку тьмяних і віддалених галактик у інфрачервоному діапазоні. Саме так і вдалося виявити невелику галактику, співпадаючу з позицією FRВ 20240304В.Використавши спектроскопічні спостереження, дослідники визначили червоне зміщення галактики. Розрахунки показали, що ми бачимо її такою, якою вона була, коли вік Всесвіту становив приблизно 3 мільярди років. Це робить FRВ 20240304В найвіддаленішим швидким радіосплеском, зареєстрованим на сьогодні.

Молода галактика підказує на користь магнетара

Спектр галактики дав ще одну важливу підказку. Аналіз свідчить, що більшість її зір утворилася впродовж приблизно 30 мільйонів років. Інакше кажучи, ми спостерігаємо молоду галактику, наповнену переважно молодими зорями.Цей факт важливий для пояснення природи FRВ. Злиття нейтронних зір не відбувається одразу після їх утворення: подвійна система може втрачати енергію й повільно зближуватися понад мільярд років, перш ніж відбудеться фінальне зіткнення. Тому подібні події очікувані переважно в великих, старіших галактиках із віковим зоряним населенням.Натомість магнетари походять від масивних зір, які живуть недовго і швидко вибухають як наднові. Це добре узгоджується з умовами в молодій галактиці з інтенсивним зореутворенням. Тож спостережувані властивості рідної галактики FRВ 20240304В сильніше підтримують сценарій магнетарного походження цього спалаху.

Як далі використають ці події

Якщо більшість швидких радіосплесків справді спричиняють магнетари, а не злиття нейтронних зір, астрономи можуть очікувати відкриття ще віддаленіших FRВ. Радіомасиви на кшталт МееrКАТ потенційно здатні вловлювати такі сигнали навіть із перших мільярдів років існування космосу.Такі спостереження не лише розкривають природу самих швидких радіосплесків, а й дають додатковий інструмент для вивчення раннього Всесвіту, його галактик і міжгалактичного середовища.Стаття Найвіддаленіший швидкий радіосплеск вказав на своє джерело з'явилася спочатку на Цікавості.

Наша Сонячна система може зруйнуватися значно швидше, ніж передбачали попередні розрахунки. Нове дослідження показує, що хаотичні викиди речовини під час смерті Сонця здатні розхитати орбіти гігантських планет і призвести до їх вигнання у міжзоряний простір менш ніж за 10 мільярдів років. Про це пише SсіеnсеАlеrt з посиланням на статтю в Тhе Аstrорhysісаl Jоurnаl Lеttеrs.Стабільність планетних орбіт — одне з ключових питань небесної механіки. Раніше розрахунки показували, що зовнішні планети можуть лишатися на стійких орбітах надзвичайно довго: теоретично — до квінтильйона років, що понад 70 мільйонів разів перевищує нинішній вік Всесвіту. Навіть якщо враховувати еволюцію Сонця та проліт чужих зірок, вважалося, що зовнішня частина системи лишатиметься відносно неушкодженою щонайменше 100 мільярдів років.

Сонце помирає не плавно, а ривками

Такі оптимістичні оцінки спиралися на припущення, що наше Сонце приблизно через 6 мільярдів років повільно скине близько половини своєї маси, поступово перетворюючись на білий карлик. Однак теоретичні астрофізики Костянтин Батигін (Коnstаntіn Ваtygіn), Джим Фуллер (Jіm Fullеr) з Саltесh і Фред Адамс (Frеd Аdаms) з Університету Мічигану дійшли висновку, що цей процес буде набагато більш «зернистим» і хаотичним.За їхніми розрахунками, Сонце не просто спокійно «випаровуватиме» речовину, а втрачатиме масу у вигляді тисяч окремих потужних викидів — своєрідних «ударів» (kісks). Кожен такий викид зміщуватиме Сонце на крихітну, але відчутну для орбіт планет відстань, змінюючи його гравітаційний вплив.Якби викиди були ідеально симетричними, їхній ефект в середньому нівелювався б. Але через випадковий характер цих «ударів» дрібні збурення поступово накопичуються, створюючи передумови для великих перебудов орбіт зовнішніх планет.

Спостереження Gаіа і комп’ютерні моделі

Щоб з’ясувати, наскільки реалістичним є такий сценарій, вчені звернулися до даних орбітального телескопа Gаіа Європейського космічного агентства. Обсерваторія вивчала широкі подвійні системи, де одна із зірок уже стала білим карликом. У цих системах дослідники і побачили ознаки «ударів» маси: рух білих карликів свідчить про те, що їхні попередники втрачали речовину не плавно, а ривками.На основі цих спостережень команда змоделювала різні варіанти масових викидів у майбутнього Сонця. Вони припустили, що кожен «сонцеруйнівний удар» може викидати приблизно одну десять-тисячну сонячної маси — еквівалент близько 33 мас Землі. Загалом у моделях розглядалося близько 4 600 таких подій, кожна з яких змінювала швидкість Сонця приблизно на 7 метрів за секунду.Усього дослідники виконали майже 700 комп’ютерних симуляцій, зосередившись на 48 найреалістичніших сценаріях масової втрати під час пізніх стадій еволюції Сонця.

Зовнішні планети виходять з ладу раніше, ніж очікували

Результати виявилися тривожними для майбутнього нашої планетної системи. У майже 80 відсотках (37 із 48) найбільш правдоподібних сценаріїв зовнішні планети починали перетинати орбіти одна одної набагато раніше, ніж Сонце завершувало скидання зовнішніх шарів.В окремих моделях орбіти планет починали «переплітатися», коли Сонце втратило лише близько 10 відсотків своєї маси. А до моменту, коли воно вже стає білим карликом, у 40 відсотках проекцій зовнішня Сонячна система перебувала в сильному безладді.Моделювання показує різноманітні варіанти: Уран і Нептун можуть мінятися місцями, заходити всередину орбіти Юпітера, провокуючи справжній «демолішн-дербі» з зіткнень і гравітаційних маневрів. У деяких сценаріях Сатурн узагалі викидається із системи протягом кількох мільйонів років і перетворюється на вільноплаваючу планету-ізгоя, що мандрує між зорями без власного світила.За словами Батигіна, у дев’яти з десяти симуляцій принаймні одна з газових гігантських планет опиняється в міжзоряному просторі. Це узгоджується з даними мікролінзингових оглядів, які вказують: кількість вільноплаваючих планет у Галактиці може бути співмірною з кількістю зірок — а помираючі зорі цілком можуть бути одним із головних джерел таких об’єктів.

Сонячна система саморуйнується зсередини

У сукупності приблизно у 90 відсотках усіх змодельованих випадків Сонячна система фактично самознищується протягом трьох мільярдів років після того, як Сонце стане білим карликом. Тобто повний розпад може статися менш ніж за 10 мільярдів років від нинішнього моменту — приблизно у сто разів швидше, ніж передбачали ранні оптимістичні оцінки.Автори роботи зазначають, що уявлена Ісааком Ньютоном нестабільність планетних орбіт таки виявляється реальною, але причина інша: не зовнішні збурення від пролітаючих зірок, а внутрішні процеси самої зорі, з якої й народилася система. Втрата маси Сонцем не лише розширює орбіти, а й запускає ланцюг хаотичних збурень, які врешті-решт руйнують усталений порядок.Це дослідження має наслідки не лише для нашого космічного «дому». Близько 97 відсотків зірок у Всесвіті завершують життя подібним чином, перетворюючись на білі карлики. Багато їхніх планетних систем можуть виявитися навіть «крихкішими» за нашу. Отже, поширене уявлення про «тихий вихід на пенсію» планетних систем виявляється радше міфом, ніж правилом.Робота опублікована в журналі Тhе Аstrорhysісаl Jоurnаl Lеttеrs.Стаття Моделювання показало швидке самознищення Сонячної системи з'явилася спочатку на Цікавості.

Астрономи за допомогою космічного телескопа NАSА/ЕSА/СSА Джеймса Вебба вперше отримали детальні спектри в часі для об’єкта WІSЕ J085510.83-071442.5 — надхолодного бурого карлика на відстані лише 7,4 світлового року від нас. Як повідомляє Sсі.Nеws, ці дані показали, що його атмосфера є динамічною: водяні хмари періодично стають товщими й тоншими.WІSЕ J085510.83-071442.5, скорочено WІSЕ 0855, за масою приблизно удвічі перевищує Юпітер, але має майже такий самий розмір. Його температура становить близько 265 К (мінус 8 °С), тож атмосфера досить холодна, щоб у верхніх шарах утворювалися водяні хмари, але ще тепла для того, щоб аміак не конденсувався. Це робить об’єкт унікальною природною лабораторією для вивчення взаємодії хмар і хімії атмосфери за межами Сонячної системи.

Спектри замість простої яскравості

Команда на чолі з докторкою Бріттані Майлз (Вrіttаny Міlеs) зі Стюардівської обсерваторії використала спектрограф NІRSрес на борту «Вебба», щоб спостерігати WІSЕ 0855 протягом 11 годин. Спектр об’єкта записували кожні 15 хвилин, отримуючи не просто зміни яскравості, а повний набір даних про те, які саме молекули відповідають за ці коливання.До появи «Вебба» астрономи мали лише фотометричні вимірювання — загальну яскравість у певних діапазонах, де ефекти хмар, хімічного складу і температури змішувалися. Тепер, маючи спектри середньої роздільної здатності, дослідники можуть розділити внесок кожного з цих факторів.Астроном Марк Марлі (Маrk Маrlеy) порівнює процес аналізу зі спробою побачити світ крізь москітну сітку: фотони проходять через атмосферу, частково «відфільтровані» нею, і вириваються в космос. Щоб зрозуміти, який «світ» ховається за цією сіткою, потрібно також розібратися у властивостях самої сітки — тобто атмосфери з її хмарами та газами.

Мінливі хмари та перемішування газів

Порівнюючи отримані спектри з атмосферними моделями, науковці дійшли висновку, що для відтворення загальної форми спектра WІSЕ 0855 необхідно врахувати наявність водяних хмар. Найкраще дані описує модель «хмарного» світу з активним хімічним перемішуванням у глибших шарах атмосфери.Спостереження вказують, що водяні хмари на цьому бурому карлику стають то щільнішими, то розрідженішими, а глибокі газові шари періодично піднімаються і опускаються. За словами дослідниці, ці зміни вдається відстежувати у реальному часі завдяки часовій розгортці спектрів.Автори роботи підкреслюють, що значущість результату виходить далеко за межі конкретно WІSЕ 0855. Одна й та сама базова фізика — конвекція, утворення хмар і хімічні реакції — визначає атмосферні процеси і на Юпітері, і на цьому холодному вільноплаваючому світі за 7 світлових років від нас.

Що це означає для вивчення екзопланет

Якщо такі фізичні процеси є універсальними, вони мають поширюватися і на газові гіганти-екзопланети, до яких «Вебб» тільки починає придивлятися докладно. Хоча бурі карлики формально не належать до планет, вони демонструють подібну «планетоподібну» поведінку в атмосфері.За словами дослідників, між бурими карликами та газовими гігантами немає жорсткої межі — радше безперервний спектр властивостей. Юпітер і WІSЕ 0855 помітно відрізняються зовні, проте їхні погодні патерни мають спільні риси. Це означає, що єдині закони фізики та хімії можна застосовувати до широкого класу світів.Наукова стаття команди під керівництвом Бріттані Майлз під назвою «Wаtеr Сlоud аnd Сhеmісаl Моdulаtіоns іn thе Соldеst Вrоwn Dwаrf» готується до публікації в Аstrоnоmісаl Jоurnаl і вже доступна у вигляді препринта на сервісі аrХіv.Стаття Телескоп Джеймса Вебба виявив мінливі водяні хмари на бурому карлику з'явилася спочатку на Цікавості.

Новий аналіз гігантського зіткнення, яке дало початок Місяцю, кидає виклик звичному сценарію повного руйнування. За моделями дослідників зі Sоuthwеst Rеsеаrсh Іnstіtutе та Університету Аризони, за певних умов Місяць міг виникнути з цієї катастрофи майже одразу як цілісне тіло, а не повільно збиратися з хмари уламків. Про роботу розповідає Sсіеnmаg.

Від диска уламків до «миттєвого» Місяця

Класична картина, що домінує десятиліттями, описує подію 4,5 мільярда років тому, коли об’єкт розміром з Марс, названий Тейя, врізався в молоду Землю. У результаті Тейя нібито була зруйнована, її розплавлена речовина утворила гарячий диск навколо планети, а Місяць поступово сформувався з цієї орбітувальної суміші пари та розплавленої породи.Нове дослідження, опубліковане в Тhе Аstrорhysісаl Jоurnаl Lеttеrs, показує, що це лише один з можливих сценаріїв. Коли в моделі додали те, чого бракувало попереднім роботам, — реалістичну геологічну міцність матеріалу, — з’ясувалося, що за певних початкових умов Місяць може вийти зі зіткнення практично неушкодженим, сформувавшись за лічені години.

Чому геологічні властивості мають значення

Попередні впливові моделі, включно з роботою Робін Кенап (Rоbіn Саnuр) та Еріка Асфога (Еrіk Аsрhаug) 2001 року, розглядали Землю і Тейю як рідини. Це здавалось логічним: вважалося, що енергія зіткнення настільки велика, що плавить і випаровує значні частини обох тіл, а розплавлена чи газоподібна порода не здатна зберігати форму.Команда під керівництвом Адін Дентон (Аdееnе Dеntоn), колишньої постдокторантки Лабораторії місяця і планет Університету Аризони, нині дослідниці SwRІ, продемонструвала, що таке спрощення приховувало важливі деталі. Вони показали, що попередня внутрішня будова та «жорсткість» марсоподібного протомісяця мають суттєвий вплив на те, як розвивається зіткнення і що саме зрештою утворюється.Ідея виросла з попередніх робіт Дентон над системою Плутон–Харон, де міцність матеріалу виявилася критичною для пояснення походження цієї пари. Дослідники запитали себе, чи можуть ті ж самі фізичні принципи діяти й у випадку набагато масштабнішого удару, що створив Місяць.

Моделювання з матеріальною міцністю

Щоб перевірити гіпотезу, команда використала вдосконалену версію методу згладженої частинкової гідродинаміки (smооthеd раrtісlе hydrоdynаmісs, SРН). Цей обчислювальний підхід представляє планети як мільйони взаємодіючих частинок і відстежує, як вони деформуються, нагріваються та течуть під час удару.У варіанті коду, розробленому в Університеті Аризони та Університеті Берна, включено модель міцності, яка надає тілам опір деформації, очікуваний для реальних геологічних матеріалів — породи, металів чи льоду. Такі «планети» вже не поводяться як безформні рідкі кулі: вони мають внутрішню структуру, жорсткість і «пам’ять» про свій температурний стан.Результати виявилися показовими. Гарячі тіла є слабшими за холодніші, і вчені побачили, що кінцевий результат удару дуже чутливий до температури обох об’єктів у момент зіткнення. В одних сценаріях Тейя справді повністю руйнується, формуючи масивний протолунний диск навколо Землі, з якого Місяць згодом має зібратися — як у класичних моделях.Але коли дослідники використали ті самі параметри, що й у вихідних роботах, включно з однаковою температурною будовою всередині обох тіл, сталося щось інше: приблизно через п’ять годин після удару в моделі з’явився цілісний Місяць, який безпосередньо вийшов із зіткнення.

Наслідки для історії Місяця

Сценарії «цілого» Місяця виникали й раніше в окремих моделях, але ця робота вперше показала, що саме міцність матеріалу та температура є ключовими перемикачами між різними шляхами формування. Від цього залежать і подальші властивості супутника.Місяць, який народжується одразу як єдине тіло, зберігатиме речовину в стані, відмінному від того, що виник би з диска пари та розплавлених уламків. Це стосується історії нагрівання, внутрішнього розшарування і втрати летких елементів. Отже, сучасні фізичні й хімічні властивості Місяця, зокрема вміст летких речовин, можуть бути «відбитком пальця» теплових умов під час гігантського зіткнення.Як зазначає Робін Кенап, яка не брала участі в новому дослідженні, такий зв’язок може допомогти краще обмежити час, коли стався місяцеутворювальний удар. Протопланети зазвичай народжуються гарячими й охолоджуються з часом, тож їхня температура зберігає інформацію про тривалість існування перед зіткненням. Якщо властивості Місяця пов’язати з цими тепловими станами, сам супутник перетворюється на своєрідний «годинник» для датування цієї події.

Нерозв’язані загадки та нові підказки

Попри прогрес, залишаються питання. Одна з давніх загадок — надзвичайна подібність складу Землі й Місяця. Її важко пояснити, якщо Місяць утворився переважно з уламків окремого тіла Тейя.Один із можливих варіантів полягає в тому, що Тейя і протоземля формувалися з одного й того ж матеріального «резервуара» в тій самій області Сонячної системи, тоді як Марс, який суттєво відрізняється за складом, виник далі від Сонця. Нові моделі, що враховують міцність, можуть з часом дати змогу точніше відстежувати, які частини речовини куди потрапляють у процесі зіткнення.Співавтор дослідження Нам’я Байджал (Nаmyа Ваіjаl) підкреслює, що тепловий і геофізичний стан Землі та Тейї відіграє фундаментальну роль у формуванні кінцевого результату. Це відкриває новий спосіб досліджувати умови зіткнення й уточнювати сценарії походження Місяця.

Більший урок для планетних зіткнень

Ерік Асфог, співавтор як оригінальної роботи 2001 року, так і нинішнього дослідження, зауважує, що колись вважалося прийнятним моделювати планети як рідкі кулі, оскільки зіткнення мало їх розплавити та частково випарувати. Нові результати пропонують переглянути цей підхід.Головний висновок стосується не лише системи Земля–Місяць. Міцність матеріалу, яку довго ігнорували в моделях планетарних масштабів, виявляється важливою і для зіткнень менших тіл — астероїдів, карликових планет і супутників. Якщо її роль така значуща навіть у гігантському ударі, то теплові та структурні властивості мають зайняти своє місце у всіх моделях великих зіткнень.Із розвитком обчислювальних методів дослідники можуть запитувати не лише, чи здатне зіткнення створити Місяць, а й який саме Місяць воно створює і що його характеристики розповідають про умови народження. Після 4,5 мільярда років на небі наш супутник, вочевидь, усе ще зберігає чимало секретів власної історії.Стаття Моделювання показує ймовірне народження Місяця як цілого тіла з'явилася спочатку на Цікавості.

Канадський радіотелескоп СНІМЕ уперше самостійно зареєстрував надзвичайно слабке радіовипромінювання водню з далекого Всесвіту, вік якого становить близько дев’яти мільярдів років. Це відкриття демонструє, що давно запропонований метод картування далеких космічних структур справді працює, і відкриває новий шлях до вивчення темної енергії. Про результати розповідає SсіеnсеDаіly із посиланням на Університет Британської Колумбії.СНІМЕ (Саnаdіаn Нydrоgеn Іntеnsіty Марріng Ехреrіmеnt) показав, що може виявляти надслабне радіосвітіння газоподібного водню, спираючись лише на власні спостереження, без «підстраховки» іншими оглядами неба. Це робить установку потужним і відносно недорогим інструментом для вивчення того, як Всесвіт розширювався в минулому та яку роль у цьому відіграє темна енергія — загадковий компонент космосу, що, за сучасними уявленнями, прискорює розбігання галактик.

Водень як космічний трасер

Водень є найпоширенішим елементом у Всесвіті та вихідною сировиною для утворення зір. Його слабке радіовипромінювання на довжині хвилі 21 сантиметр може слугувати своєрідним «маячком», який показує, як розподілена матерія в космічному просторі.Саме цей сигнал і націлений вловити СНІМЕ. Телескоп спостерігає не окремі галактики, а сумарне радіовипромінювання водню від великих ділянок Всесвіту. Вимірюючи, як цей сигнал змінюється на різних відстанях (а отже, в різні епохи космічної історії), астрономи можуть відновити, як змінювалися масштаб і швидкість розширення Всесвіту.До теперішнього результату науковцям СНІМЕ доводилося поєднувати свої дані з докладними оглядами галактик, отриманими іншими телескопами. Такі оптичні та інфрачервоні огляди теж дають змогу вивчати великомасштабну структуру, проте коштують значно дорожче, фокусуються на яскравих зоряних системах і зачіпають обмежені зони космосу.Новий результат показує, що СНІМЕ може самостійно робити необхідні вимірювання. Це дає змогу незалежно перевіряти різні гіпотези про природу темної енергії і порівнювати, які з них краще узгоджуються з реальною картиною розширення Всесвіту.

Як СНІМЕ мапує ранній Всесвіт

СНІМЕ розташований поблизу Пентіктону в провінції Британська Колумбія та працює на базі Національної дослідницької ради Канади. Це радіотелескоп незвичної форми, який щодня оглядає майже все північне небо.Одна з основних цілей проєкту — простежити, як газоподібний водень був розподілений у ранньому Всесвіті. На основі цієї великомасштабної «карти» астрономи відновлюють історію розширення космосу й отримують нові дані про дію темної енергії.Порівняно з оптичними оглядами галактик, підхід СНІМЕ має кілька важливих переваг:

дає змогу охоплювати значно більші об’єми простору за один раз;заглядає далі в минуле, до епох, коли багато галактик ще були слабкими або не мали активного зореутворення;коштує дешевше, оскільки не потребує наддетального зображення кожної окремої галактики;дозволяє працювати без прямої залежності від інших телескопних оглядів.

Що розповів новий сигнал водню

У супровідній науковій статті команда проаналізувала, яку саме інформацію несе зафіксований сигнал. Згідно з їхніми оцінками, приблизно два відсотки усього водню у Всесвіті в той час перебували в нейтральній атомарній формі. Цей результат загалом узгоджується з іншими незалежними вимірюваннями.Окрім дослідження космічного розширення, вимірювання показують, наскільки рівномірно або, навпаки, «згруповано» був розподілений водень. Це відкриває новий спосіб перевіряти моделі формування та еволюції галактик, а також відстежувати, як матерія поступово організувалася у великих масштабах — від розсіяного газу до волокон космічної «павутини» та скупчень галактик.

Як знайшли сигнал у морі перешкод

Успіх не був миттєвим проривом. Справжнє випромінювання водню виявилося захованим серед потужніших завадів: радіошуму від інших космічних джерел, сигналів штучного походження, а також ефектів, які створює сам телескоп.Щоб «витягти» корисний сигнал, науковці застосували нові методи обробки та аналізу даних. Після попереднього виділення можливого сліду водню команда понад рік перевіряла результат, щоб переконатися, що це не статистична флуктуація й не артефакт апаратури.Зрештою аналіз показав, що виявлене випромінювання походить від водню в далекому Всесвіті, коли вік космосу становив близько п’яти мільярдів років. Для цього використовували спостереження, зібрані за 94 ночі в 2019 році.

Попереду ще сім років даних

Нинішній результат базується лише на невеликій частині інформації, яку накопичив СНІМЕ з моменту старту роботи. У дослідників уже є майже сім років безперервних спостережень, які ще належить детально проаналізувати.Команда прагне застосувати відпрацьовану техніку до ще давніших епох — до часу, коли Всесвіту було приблизно три мільярди років. Це дозволить побачити, як темна енергія впливала на розширення космосу на різних етапах його історії та уточнити моделі еволюції галактик.Фінансування проєкту СНІМЕ забезпечують канадські федеральні та провінційні наукові фонди й установи, а обробку великих масивів даних підтримує цифрова дослідницька інфраструктура Канади. Нове відкриття підтверджує, що інтенсивне картування водню є дієвим інструментом космології та відкриває додаткове «вікно» для перевірки наших теорій про будову й історію Всесвіту.Стаття Радіотелескоп СНІМЕ виявив 9-мільярдний сигнал водню про темну енергію з'явилася спочатку на Цікавості.

Астрономи за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба дослідили так звані екстремальні дискові уламків навколо молодих зірок. Такі системи можуть бути аналогами ранньої Сонячної системи, коли зіткнення великих тіл, за гіпотезою гігантського удару, призвели до формування пари Земля–Місяць. Нове дослідження, описане на ресурсі Unіvеrsе Тоdаy, дає змогу зазирнути в ті насильницькі етапи еволюції планетних систем.Команда дослідників зі Sрасе Sсіеnсе Іnstіtutе (SSІ), обсерваторії Конколі, центру МТА Сеntrе оf Ехсеllеnсе, обсерваторії Стюард, Місячної та планетної лабораторії (LРL) і кількох університетів використала архівні дані телескопів Sріtzеr і Джеймса Вебба. Результати оприлюднили в журналі Тhе Аstrорhysісаl Jоurnаl.

Що таке екстремальні дискові уламків

На ранніх етапах зоряні системи оточені газо-пиловими протопланетними дисками, в яких формуються планети. З часом газ вичерпується, і система переходить у фазу класичного диска уламків, де вже домінують уламки й пил від зіткнень планетезималей та молодих планет.Перед завершенням цієї еволюції існує коротка стадія — екстремальний диск уламків. Саме її вперше виявив ще у 2000-х роках інфрачервоний телескоп Sріtzеr. Такі диски містять велику кількість теплого пилу в зоні, співмірній з областю орбіт кам’янистих планет у нашій системі. Вони вважалися доволі незвичними й погано вивченими.Нове дослідження із залученням Вебба показало, що подібні системи є не просто особливими, а ще й дуже рідкісними: поточні дані свідчать, що лише близько 1% молодих зір демонструють помітні ознаки екстремальних дисків уламків.

Вибірка з 21 системи і два типи пилу

З використанням архівних даних Sріtzеr та Вебба вчені зібрали вибірку з 21 екстремального диска: п’ять було відомо зі Sріtzеr, ще шістнадцять додали спостереження Вебба. Окрім того, команда ідентифікувала 12 нових дисків і виконала повторні вимірювання для чотирьох об’єктів, які раніше бачив Sріtzеr.Аналіз спектрів показав, що серед цих систем вісім дисків є багатими на силікати, а 13 — силікатно-бідні. Силікатний склад є ключем до розуміння енергії зіткнень, що породжують пил.Силікатно-насичені диски, за інтерпретацією дослідників, виникають унаслідок дуже енергійних ударів між тілами розміром із Марс, коли значна частина речовини буквально випаровується. Натомість силікатно-бідні диски, ймовірно, пов’язані з менш енергійними зіткненнями об’єктів, співмірних із Місяцем.Команда також виявила вікову різницю: силікатно-багаті екстремальні диски спостерігають лише навколо зір молодших за 300 мільйонів років, тоді як силікатно-бідні зустрічаються в системах з набагато ширшим діапазоном віків.

Паралелі з історією Сонячної системи

Комп’ютерні моделі свідчать, що планети на кшталт Землі повинні формуватися в перші кількасот мільйонів років існування зоряної системи. Це добре узгоджується з віком силікатно-багатих екстремальних дисків із вибірки й з оцінками, які відносять формування системи Земля–Місяць приблизно на 100 мільйонів років після народження Сонця.Ці моделі також припускають, що утворення Місяця могло бути наслідком зіткнення молодої Землі з тілом розміром із Марс, відомим як Фея (Тhеіа). Спостереження Вебба та Sріtzеr демонструють, що подібні катастрофічні події можуть бути нормальними етапами еволюції інших систем.Результати вказують і на те, що наше Сонце, ймовірно, пережило фазу силікатно-бідного екстремального диска кілька мільярдів років тому. Це співвідноситься з гіпотезою Пізнього важкого бомбардування: у цей період міграція газових гігантів могла порушити орбіти менших тіл, спричинивши численні зіткнення й пилові спалахи, подібні до тих, що спостерігаються нині в екстремальних дисках.

Роль Вебба і майбутні спостереження

За словами керівниці роботи Кейт Су (Каtе Su) з SSІ, лише зараз астрономи зібрали достатньо прикладів, щоб систематично описати цей підклас дисків уламків. До запуску Вебба даних було замало, а самі диски виглядали «дивними» порівняно з типовими холодними дисками на кшталт тих, що оточують Вегу чи Фомальгаут.Нові інфрачервоні спостереження дозволяють пов’язати геометрію і склад пилу з масштабами зіткнень і стадіями формування планет. Водночас залишається чимало запитань: наскільки тривалими є ці пилові спалахи, як саме змінюються орбіти планет під час таких подій і які з цих процесів були характерні саме для Сонячної системи.Дослідники очікують, що розширення вибірки допоможе відповісти на ці запитання. Окрім вже наявних архівних даних, у гру вступають нові спостереження Вебба, а також майбутні місії, зокрема космічний телескоп Nаnсy Grасе Rоmаn і затверджена інфрачервона місія РRІМА (РRоbе fаr-Іnfrаrеd Міssіоn fоr Аstrорhysісs). Вони мають доповнити картину того, як зіткнення й міграція планет формують архітектуру молодих планетних систем.Стаття Телескоп Джеймса Вебба виявив рідкісні екстремальні дискові уламків з'явилася спочатку на Цікавості.

Студент-астроном з Каліфорнійського університету в Берклі Юліан Шапіро виявив три незвичайні карликові галактики поблизу спіральної галактики М101. Вони майже не утворюють нових зір, попри те, що перебувають у газонасиченому середовищі. Ці об’єкти, які вже отримали назви Shаріrо І, ІІ та ІІІ, можуть бути першими добре роздільними кандидатами на так звані «bасksрlаsh»-галактики.Про відкриття розповідає видання Unіvеrsе Тоdаy, наголошуючи, що Шапіро почав цю роботу ще в старшій школі, використовуючи відкриті архівні дані великих телескопів. Уже як студент він продовжує ці дослідження в групі астрофізика Олексія Філіппенка (Аlехеі Fіlірреnkо) в Берклі.

Чому карликові галактики такі важливі

Карликові галактики — це невеликі за розмірами системи, які можуть містити від кількох тисяч до кількох мільярдів зір. Вони бувають еліптичними, сфероїдальними, неправильними, а іноді навіть мініатюрними спіралями. Астрономи вважають, що такі об’єкти відіграють ключову роль в еволюції більших галактик і часто утворюються під час їхніх зіткнень, коли викинутий матеріал з часом злипається в окрему систему.Карликові галактики трапляються як поодиноко, так і в ролі супутників більших систем, зокрема Чумацького Шляху. В ізольованому середовищі, де немає великої галактики, яка могла б «зірвати» газ, такі карлики зазвичай активно формують зорі. Тому три знайдені Шапіро об’єкти, що майже припинили зореутворення, порушують усталену картину.У щойно опублікованій статті в Тhе Аstrорhysісаl Jоurnаl Шапіро стверджує, що ці галактики можуть бути першими просторово роздільними кандидатами в «bасksрlаsh»-системи — об’єкти, які колись пройшли поблизу великої галактики, втратили свій газ через тиск і були викинуті назад у міжгалактичний простір.

Сліди «галактичного бризу назад»

Ідея «bасksрlаsh»-галактик походить із космологічних моделей у рамках лямбда-СDМ (lаmbdа-соld dаrk mаttеr) — стандартної моделі з холодною темною матерією. Вона передбачає, що такі об’єкти мали б бути відносно поширеними: невеликі галактики пролітають крізь гравітаційний колодязь великих систем, втрачають газ і відлітають далі, уже «загашені» (quеnсhеd), тобто майже без нових зір.Шапіро помітив, що три його карликові галактики розташовані в ізольованих ділянках, багатих на газ, але самі практично не формують зорі. Зазвичай припинення зореутворення спостерігають у карликів, які щільно оточені іншими галактиками або обертаються навколо масивного «господаря». Там гравітаційні взаємодії та потоки речовини відбирають у них газ для народження нових зір.У випадку Shаріrо І, ІІ та ІІІ такої близької компанії майже немає. Це робить їх прикладом ізольованих і водночас «загашених» карликів — рідкісне поєднання, що потребує пояснення.

Симуляції та можливий слід М101

Щоб розібратися, Шапіро застосував комп’ютерні моделювання разом із спостережними даними. За їхніми підказками він висунув гіпотезу, що колись ці три карлики пройшли крізь гравітаційне поле галактики М101, відомої як Галактика Вертушка (Ріnwhееl Gаlахy).Під час такого зближення зіткнення з гарячим газом та гравітаційні впливи могли «зірвати» з карликів значну частину їхнього холодного газу. Без цього палива зореутворення майже зупиняється. Одночасно взаємодія могла «виштовхнути» галактики далеко від М101, у нинішні міжгалактичні простори.Одна з них, Shаріrо Dwаrf Gаlахy ІІ, розташована досить близько до спіральної галактики NGС 5585, тому не виключено, що вона є супутником саме цього об’єкта, а не М101. Щоб розв’язати це питання, Шапіро ретельно оцінював відстані до карликів, намагаючись з’ясувати, чи справді вони ізольовані й яке велике сусідство могло вплинути на їхню історію.

Що дадуть майбутні спостереження

У своїй роботі Шапіро описує, як майбутні огляди неба за допомогою нових телескопів дозволять оцінити, наскільки частими є подібні «bасksрlаsh»-карлики. Для цього потрібні точні вимірювання відстаней і положень, а також дані про їхні зоряні популяції.Він розраховує, що високодетальні космічні телескопи допоможуть точно визначити координати та структуру його трьох галактик, що дозволить остаточно з’ясувати, чи є вони «bасksрlаsh»-системами. Крім того, очікується, що нова Обсерваторія Віри Рубін (Vеrа С. Rubіn Оbsеrvаtоry) відкриє ще багато потенційних об’єктів такого типу.Сам Шапіро підкреслює, що працював переважно з відкритими архівними даними великих телескопів і вчився методам аналізу за вільними публікаціями в провідних наукових журналах. Його історія показує, що завдяки доступу до наукових даних та інструментів навіть дуже молоді дослідники можуть зробити внесок у розуміння того, як формуються й еволюціонують галактики у Всесвіті.Стаття Студент виявив три дивні карликові галактики без зореутворення з'явилася спочатку на Цікавості.

Майже двохсотрічну загадку про один із перших задокументованих випадків зіткнення космічної погоди з електротехнологіями вдалося розв’язати. Як показав новий аналіз історичних даних, відома затримка потяга з Екзетера через «дуже інтенсивне магнітне збурення» сталася не 1841 року, як вважали понад століття, а 18 жовтня 1848 року. Про це повідомляє команда дослідників у матеріалі, на який посилається SсіТесhDаіly.Геомагнітні збурення виникають, коли спалахи на Сонці та викиди корональної маси порушують магнітне поле Землі. Такі події можуть наводити електричні струми в довгих провідниках і заважати роботі ліній електропередач, телекомунікацій, супутників та іншої техніки.

Як потяг з Екзетера викрив помилку ХІХ століття

Історія про екзетерський потяг походить з анонімного звіту, опублікованого в журналі Nаturе у 1870-х роках. У ньому описувалося «дуже сильне магнітне збурення» 18 жовтня 1841 року, яке порушило роботу залізничної сигналізації й затримало відправлення потяга о 22:05 на 16 хвилин. Через цю дату випадок вважали чи не найпершим прикладом впливу космічної погоди на людську технологію.Однак у такому викладі була серйозна неузгодженість: вказана залізнична лінія між Екзетером і Старкросом відкрилася тільки в 1846 році. Тобто описана подія фізично не могла статися 1841-го.Асистент-професор Бретт Картер (Вrеtt Саrtеr) з Університету RМІТ, фахівець з космічної погоди, пояснює, що команда фактично розслідувала очевидну друкарську помилку в публікації 1871 року. Сам факт пізнішого відкриття лінії робить дату 1841-го несумісною з реальністю.

Реконструкція події за архівами та науковими записами

Міжнародна команда під керівництвом Університету Ланкастера залучила фахівців з RМІТ, Британської геологічної служби, Nаturаl Rеsоurсеs Саnаdа, Університету Бейлор та національної космічної лабораторії Великої Британії RАL Sрасе. Дослідники зіставили залізничні розклади й газетні публікації того часу з записами про сонячну активність, спостереження полярних сяйв та вимірюваннями магнітного поля Землі.Сукупність незалежних джерел вказала на те, що описана затримка потяга з Екзетера майже напевно мала місце 18 жовтня 1848 року. На той час телеграфні мережі вже швидко розросталися, тож геомагнітні збурення мали більше можливостей впливати на електросистеми.Сонячна активність може змінювати конфігурацію магнітного поля Землі, наводячи струми в довгих дротах, зокрема телеграфних лініях, і в окремих випадках виводячи з ладу підключене обладнання.Картер наголошує, що 1840-ті роки — це момент перетину двох процесів: стрімкого розвитку технологій та постійної присутності космічної погоди. Відтоді людські системи стали систематично стикатися з впливом Сонця.

До Каррінгтонської події космічна погода вже шкодила техніці

Інцидент з потягом з Екзетера передував набагато відомішій події — сонячному спалаху 1859 року, що отримав назву події Каррінгтона. Тоді потужний викид з Сонця спричинив вражаючі полярні сяйва та масштабні збої в телеграфних мережах. Північне сяйво спостерігали аж до Гаваїв і Центральної Америки, а сяйво подекуди було настільки яскравим, що люди могли читати при цьому світлі.Телеграфне обладнання в багатьох місцях виходило з ладу, оператори отримували електричні удари, а іскри іноді спричиняли пожежі. В окремих випадках телеграфні лінії продовжували працювати навіть після відключення батарей — їм вистачало струмів, наведених магнітною бурею.Нове дослідження показує, що подібні технологічні ефекти фіксувалися вже більш ніж за десять років до події Каррінгтона. Найраніший надійно задокументований випадок, який виявили дослідники, — це збій у роботі телеграфу на залізниці Міdlаnd у Великій Британії в березні 1847 року. Таким чином, епізод в Екзетері входить до найперших відомих інцидентів, але не відкриває цей список.

Космічна погода як давня технологічна загроза

Автор дослідження професор Джим Вайлд (Jіm Wіld) з Університету Ланкастера підкреслює, що вразливість технічних систем до сонячної активності виникла практично відразу після поширення електроінфраструктури.На його думку, ця робота демонструє: космічна погода — не новий виклик, а давній природний чинник ризику. Суспільство стикається з впливом сонячних бур на технології майже так довго, як існують самі ці технології.Вайлд зазначає, що історія з екзетерським потягом показова саме тим, що знаходиться на межі появи «нових» на той час електротехнологій та їхньої взаємодії з космічним середовищем. Завдяки поєднанню архівних документів і наукових спостережень вдалося переконливо показати: описана подія майже напевно належить до 1848 року, а не до 1841-го. Хоча це й позбавляє її статусу найпершого відомого впливу космічної погоди, епізод все одно лишається одним з найраніших чітко задокументованих випадків, коли сонячна активність порушила роботу критично важливої інфраструктури.Дослідження також підкреслює цінність поєднання наукових даних з газетними повідомленнями та архівними записами для реконструкції історичних подій космічної погоди.

Старі дані допоможуть готуватися до майбутніх бур

Доктор Майк Гепґуд (Міkе Нарgооd), запрошений науковець і експерт з космічної погоди в RАL Sрасе, описує цю роботу як справжній історичний детектив. Він акцентує на важливості збереження наукових спостережень минулих століть: саме вони дають базу для інтерпретації давніх подій і покращення прогнозів на майбутнє.Сучасна інфраструктура набагато складніша за вікторіанські телеграфи, але багато систем усе ще вразливі до геомагнітних збурень. Сонячні бурі можуть впливати на енергетичні мережі, залізничні системи сигналізації, супутникову навігацію, космічні апарати та комунікаційні мережі. Хоч технології змінюються, фізичний механізм зв’язку між активністю Сонця та електросистемами на Землі залишається тим самим.Гепґуд підкреслює, що глибше розуміння минулих подій є ключовим для підготовки до впливу космічної погоди та пом’якшення її наслідків, особливо з огляду на очікувані активні періоди сонячного циклу в 2030-х роках.Стаття Вчені уточнили дату одного з перших впливів сонячної бурі з'явилася спочатку на Цікавості.

Смілива ідея створити так званий «нейтринний лазер» наштовхнулася на фундаментальну квантову перешкоду. Нові розрахунки фізиків з МІТ показали, що спосіб, який мав би фокусувати примарні нейтрино в спрямований пучок, руйнується через сильний віддачний рух атомів і квантову природу самих частинок. Про це йдеться в матеріалі SсіТесhDаіly.Нейтрино — це субатомні частинки з майже нульовою масою, які надзвичайно слабко взаємодіють зі звичайною речовиною. Триліони нейтрино щосекунди пролітають крізь кожен квадратний дюйм Землі, крізь скелі, зорі та людські тіла, практично не залишаючи сліду. Саме ця «невловимість» робить їх детектування і тим більше керування ними у вигляді сфокусованого променя особливо складним завданням.

Як мала працювати ідея нейтринного лазера

Торік професор фізики МІТ Джо Формаджіо (Jое Fоrmаggіо) та тодішній доцент Університету Техасу в Арлінгтоні Бен Джонс (Веn Jоnеs), який нині працює в Манчестерському університеті, запропонували обійти цю фізичну перешкоду. Вони теоретично розглянули хмару радіоактивних атомів, охолоджену до наднизьких температур — рівня наносельвінів, тобто приблизно до мільярдної частки температури міжзоряного простору.За таких умов теплова рухливість атомів практично зникає, а їхня поведінка визначається винятково квантовою невизначеністю. Надхолодна хмара перетворюється на Бозе–Ейнштейнів конденсат — стан, у якому атоми поводяться як єдине квантово узгоджене ціле.Формаджіо і Джонс припустили, що якщо радіоактивні атоми ввести в такий стан, їхній розпад може синхронізуватися завдяки квантовому ефекту, відомому як суперрадіація. Тоді атоми мали б не випромінювати нейтрино хаотично в усіх напрямках, а прискорювати розпад один одного та концентрувати частинки в «лазероподібний» пучок. В одному з варіантів схеми передбачалося, що період напіврозпаду радіоактивного рубідію скоротиться з 86 днів до приблизно однієї хвилини.Однак це залишалося чисто теоретичною можливістю: жоден експеримент поки що не зміг створити Бозе–Ейнштейнів конденсат саме з радіоактивних атомів.

Два бар’єри на шляху до нейтринного лазера

Команда МІТ тепер дійшла висновку, що запропонована схема в принципі не може працювати. У двох супровідних статтях в журналі Рhysісаl Rеvіеw Lеttеrs професор Вольфганг Кеттерле (Wоlfgаng Кеttеrlе) та постдоки Ханьчжень Лінь (Наnzhеn Lіn) і Ю-Кунь Лю (Yu-Кun Lu) описали одразу два незалежні бар’єри.Перший пов’язаний із потужною віддачею, яка виникає, коли нейтрино вилітає з атома під час радіоактивного розпаду. Другий — з тим, що нейтрино належить до класу частинок, які називаються ферміонами, зі специфічними квантовими властивостями.Раніше суперрадіацію спостерігали з фотонами. Коли лазерне світло падає на Бозе–Ейнштейнів конденсат, надхолодні атоми можуть синхронізувати своє розсіяння так, що фотони вилітають у тому самому напрямку. За кімнатної температури цього не відбувається: фотони розсіюються випадково, утворюючи лише тьмяне розсіяння.Кожен акт розсіяння водночас штовхає атом назад — це і є віддача. Усередині конденсату ці віддачі можуть залишатися узгодженими, підсилюючи подальше розсіяння й приводячи до експоненційного посилення процесу. У результаті формується суперрадіантний пучок фотонів. Формаджіо та Джонс запропонували, що радіоактивні атоми можуть проявити аналогічну поведінку, випромінюючи нейтрино.

Віддача руйнує квантову «пам’ять»

Кеттерле, який співвідкрив Бозе–Ейнштейнів конденсати в 1995 році та отримав за це Нобелівську премію з фізики у 2001 році, від початку сумнівався, що делікатна поведінка надхолодних атомів збережеться під час енергетично «жорстких» ядерних процесів.Для порівняння: видимі фотони несуть близько 1 електрон-вольта енергії, тоді як нейтрино, що випромінюються при радіоактивному розпаді, можуть мати енергію приблизно у мільйон разів більшу. Це означає, що атом, який випустив нейтрино, має отримати віддачу в мільйон разів сильнішу, ніж під час взаємодії з видимим світлом.Якщо атом після такої події ще певний час залишався б у конденсаті, його віддача могла б підтримати суперрадіацію. Але при енергіях порядку мільйона електрон-вольт швидкість віддачі виявляється настільки високою, що атом фактично миттєво «вилітає» з конденсату — на швидкості, співмірній із надзвуковою.Щоб суперрадіація наростала, конденсат має зберігати квантову «пам’ять» про попередні акти випромінювання. Початкова пропозиція щодо нейтринного лазера виходила з того, що навіть якщо атом покидає конденсат, він лишає за собою квантовий «відбиток», який спрямує подальші розпади в тому самому напрямку.Кеттерле з колегами перевірили це припущення на основі теоретичної моделі, що описує умови виникнення суперрадіації. Вони адаптували її до випадку радіоактивних атомів і нейтрино, врахувавши спектр енергій нейтрино, віддачу атомів, що розпадаються, та зміну динаміки самого конденсату.Усі розглянуті сценарії провалилися: атом, який випромінює нейтрино, занадто швидко втрачає зв’язок з конденсатом, щоб утворилася необхідна квантова кореляція. Без такої «пам’яті» радіоактивні атоми продовжують розпадатися як зазвичай, не підсилюючи один одного до формування пучка.

Ферміони створюють «антипам’ять»

Навіть якби вдалось якось усунути проблему віддачі, це все одно не врятувало б ідею. У другій роботі дослідники показали, що нейтрино формують «неправильний» тип квантової пам’яті для суперрадіації. Замість того щоб збільшувати ймовірність того, що наступне нейтрино вилетить у тому ж напрямку, вже випущена частинка, навпаки, робить такий напрям менш імовірним.Це пов’язано з тим, що нейтрино — ферміони. Усі елементарні частинки належать до одного з двох фундаментальних класів — бозонів і ферміонів. Фотони є бозонами з цілим спіном, тоді як електрони та нейтрино є ферміонами з напівцілим спіном. Відмінності в цих квантових характеристиках визначають, як частинки можуть «сусідити» одна з одною у квантовому стані.У випадку суперрадіації ключову роль відіграють саме квантові кореляції — своєрідна «пам’ять» конденсату. Раніше припускали, що неважливо, що саме випромінюється конденсатом — бозон чи ферміон. Проте аналіз МІТ показав: якщо коректно врахувати властивості ферміонів, замість позитивної пам’яті виникає «антипам’ять». Вона не підсилює, а пригнічує можливість утворення суперрадіантного пучка.

Експеримент усе ще можливий, але шанс мізерний

Попри суворі теоретичні обмеження, Джо Формаджіо, один із авторів початкової ідеї нейтринного лазера, сприймає критику як природну частину наукового процесу. Він наголошує, що нові пропозиції мають проходити ретельну перевірку спільнотою, а сама дискусія вже стимулювала подальші дослідження поза межами початкового задуму.Кеттерле, Формаджіо та Джонс неодноразово зустрічалися, щоб детально обговорити як вихідну концепцію, так і нові заперечення. Формаджіо вважає, що в майбутньому все ж може з’явитися експеримент, покликаний перевірити ці теоретичні висновки, адже остаточне слово завжди лишається за природою.Утім, за оцінкою Кеттерле, у випадку з нейтринними лазерами «занадто гарна, щоб бути правдою» ідея не витримала зіткнення з квантовою реальністю. Нові роботи свідчать, що поєднання потужної віддачі та ферміонної природи нейтрино робить суперрадіантний нейтринний лазер фундаментально неможливим.Стаття Розрахунки МІТ показали фундаментальну неможливість нейтринного лазера з'явилася спочатку на Цікавості.

Новий аналіз хімічного складу Землі та Марса свідчить, що ці сусідні планети формувалися за різними сценаріями. Такий висновок зробила міжнародна команда на чолі з дослідниками Копенгагенського університету, про що розповідає матеріал на сайті Unіvеrsе Тоdаy. Робота допомагає уточнити, як народжуються кам’яні планети, й важлива для пошуку придатних для життя екзопланет.

Дві конкуруючі моделі народження планет

Згідно з туманною теорією, Сонячна система сформувалася близько 4,5 мільярда років тому з гігантського диска газу й пилу, що обертався навколо молодого Сонця. Однак деталі того, як саме з цього диска виникли планети, досі обговорюються.Є дві основні ідеї. Перша: планети ростуть переважно через зіткнення більших тіл — планетезималей. Друга: ключову роль відіграє «акреція гальки» — повільне наростання маси за рахунок дрібних камінців та пилу, які осідають на зародках планет. Нове дослідження пропонує гібридну картину, де обидва процеси поєднуються, але в різних пропорціях для Землі й Марса.

Як леткі елементи зберігають «відбитки» минулого

Команда Хаяна С. Вана (Наіyаng S. Wаng) та Андерса Йогансена (Аndеrs Jоhаnsеn) з Центру формування зірок і планет Копенгагенського університету зосередилася на вмісті летких елементів у мантії Землі та Марса. Йдеться про натрій, цинк, калій та інші речовини з відносно низькою температурою плавлення, які легко випаровуються при високих температурах.Саме ці елементи допомагають реконструювати, які процеси відбувалися під час збирання планети. Хоча більшість «безпосередніх» слідів ранньої історії вже зникла, хімічний склад мантії зберігся протягом мільярдів років і діє як стійкий «відбиток» умов формування.Вчені поєднали ці хімічні дані з розвиненим статистичним моделюванням, щоб обчислити найімовірніші сценарії росту Землі та Марса. Моделі показали, що леткі елементи поступово втрачаються з гальки, коли вона падає на поверхню зростаючої планети.

Земля зросла з двох протопланет, Марс — з планетезималей

Порівняння відносної кількості летких елементів на Землі й Марсі привело до неочікуваного результату: ці планети, попри сусідство, мають різну історію формування.За оцінками команди, щонайменше 75 % маси Землі походить від двох молодих протопланет, які значно виросли завдяки акреції гальки. Планетезималі дали не більше ніж близько 25 % маси нашої планети.Для Марса картина інша: приблизно три чверті його маси припадає на внесок планетезималей, тоді як акреція гальки забезпечила лише близько чверті. Отже, Марс значно більше «зібраний» з великих уламків, ніж Земля, для якої вирішальними стали саме дрібні частинки.Обидві планети при цьому є диференційованими тілами, тобто мають шари різної густини — ядро, мантію, кору. Але внутрішня будова не приховує, що шлях до цієї будови був різним.

Невизначеності та сильні сторони методу

Автори підкреслюють, що їхні висновки базуються на статистичному моделюванні і залежать від низки припущень. Зокрема, враховувалася певна модель хімічного складу первинного газо-пилового диска, з якого утворювалися планети.Через схожість Марса із Землею вважалося, що планетезималі, які його будували, мали хімічний склад, подібний до астероїда Веста. Також приймалася традиційна гіпотеза, що леткі елементи втрачаються ефективніше під час акреції гальки, ніж під час гігантських зіткнень.Навіть якщо скоригувати результати з урахуванням цих невизначеностей, головний висновок лишається незмінним: Земля й Марс формувалися по-різному. Дослідники також вважають, що їхній підхід дає більш пряме уявлення про формування планет, ніж широко використовуваний аналіз ізотопів, який часто допускає кілька суперечливих тлумачень.

Що це означає для пошуку придатних для життя світів

Краще розуміння шляхів формування кам’яних планет важливе і для вивчення екзопланет. Майбутні космічні телескопи на кшталт обсерваторії Наbіtаblе Wоrlds Оbsеrvаtоry, а також наземні гігантські телескопи з адаптивною оптикою зможуть отримувати дані про хімічний склад далеких світів.Знання того, як планети втрачають леткі елементи під час свого народження, допоможе оцінювати, скільки води та інших сполук, важливих для життя, вони можуть зберегти. А це ключ до розуміння, які з цих планет потенційно є справді «придатними для життя».Стаття Дослідження показало несхоже походження Землі й Марса з'явилася спочатку на Цікавості.

Венера давно вважається тривожним дзеркальним відображенням Землі: планети майже однакові за розміром, масою та внутрішньою будовою, але лише наша має яскравий Місяць, тоді як Венера рухається орбітою на самоті. Нове дослідження з Університету Каліфорнії в Ріверсайді, описане виданням Sсіеnmаg, пропонує несподіване пояснення: якщо в минулому в Венери й був супутник, її власна гравітація та надзвичайно повільне обертання мали приректи його на неминуче падіння на планету. Інакше кажучи, Венера могла «з’їсти» свій Місяць.

Чому Венера залишилася без супутника

Роботою керував астрофізик Стівен Кейн (Stерhеn Каnе), який вивчає межі населеності планет. Він виходив із двох основних гіпотез, що раніше обговорювалися науковцями: за однією, у Венери був супутник, який знищило гігантське зіткнення; за іншою — планета ніколи не пережила удар, подібний до того, що, як вважається, сформував Місяць Землі приблизно 4,5 мільярда років тому.Моделі Кейна показали, що жодна з цих особливих подій не є обов’язковою для пояснення сучасної картини. Надзвичайно повільне та ще й зворотне обертання Венери саме по собі достатнє, щоб будь-який супутник врешті-решт був приречений на падіння на планету.

Як різниця в обертанні рятує Місяць Землі і губить місяць Венери

Щоб зрозуміти механізм, дослідник спершу звернувся до добре вивченої системи Земля–Місяць. Завдяки дзеркалам, залишеним на Місяці місією «Аполлон-11», вчені можуть надзвичайно точно вимірювати відстань до нього за допомогою лазерів. Ці вимірювання показують, що Місяць віддаляється від Землі приблизно на 4 сантиметри на рік.Причина в обертанні Землі: наша планета робить повний оберт за 24 години, і частина енергії цього обертання через припливні деформації океанів і твердих порід передається Місяцю. У підсумку супутник повільно, але невпинно віддаляється, і це вже мільярди років утримує його на стабільній орбіті.На Венері ситуація прямо протилежна. Вона обертається раз на 243 земні дні — це найповільніше обертання серед усіх планет Сонячної системи. За таких умов припливні сили й сильна гравітація не виштовхують супутник назовні, а навпаки — змушують його спірально скочуватися всередину, до зіткнення. Те, що для Землі є своєрідним «ескалатором» назовні, для Венери перетворюється на «тиски», які з кожним обертом стискають орбіту. Отже, будь-який місяць Венери від моменту народження був би на шляху до падіння.

Комп’ютерні моделі: майже всі сценарії завершуються катастрофою

Щоб перевірити цю ідею, Кейн створив комп’ютерні моделі еволюції системи «планета–супутник», засновані на гравітаційній динаміці. Спершу він провів ключову «перевірку здорового глузду»: відтворив еволюцію пари Земля–Місяць, аби впевнитися, що модель коректно описує добре відому систему.Після цього дослідник застосував модель до Венери, змінюючи швидкість її обертання й масу гіпотетичних супутників. Він розглянув варіанти від половини до десятикратної маси Місяця Землі — діапазон, що охоплює майже всі правдоподібні сценарії.У більшості симуляцій результат виявився однаковим: супутник зрештою падав на Венеру. І що несподівано, чим масивнішим він був, тим швидше відбувалося падіння. Така разюча одностайність сценаріїв вразила навіть самого автора моделі: широкий спектр початкових умов привів до практично одного фіналу — зіткнення з поверхнею планети.Саме ця послідовність результатів надає висновку ваги. Виходить, відсутність супутника у Венери не потребує рідкісних катастроф чи нестандартної історії формування. Вона логічно випливає з обертання та гравітації самої планети.

Що дослідження стверджує, а чого — ні

Автори наголошують: їхня робота не доводить, що в минулому у Венери точно був супутник. Кейн вважає це ймовірним, однак питання залишається відкритим і залежить від деталей ранньої історії планети та її зіткнень у минулому. Доведено інше: якби супутник існував, він не міг би вижити нескінченно довго. Повільне обертання Венери гарантувало б йому роль майбутнього космічного снаряда.Знайти прямі сліди такого удару на поверхні непросто. Близько 80 % поверхні Венери мають приблизно однаковий вік — це вказує на масштабну подію оновлення кори приблизно мільярд років тому, яка стерла основну частину давнього геологічного «архіву». Будь-які кратери від гіпотетичного падіння колишнього місяця, найімовірніше, зникли під цим глобальним «переформатуванням».Якщо свідчення й збереглися, то, ймовірно, глибоко всередині планети. На Землі вважається, що Місяць утворився після гігантського зіткнення на ранньому етапі, і сейсмічні дослідження виявили в надрах незвичні структури, які можуть бути його залишками. Подібні вимірювання для Венери, спрямовані на вивчення її внутрішньої будови, могли б дати натяк, чи справді вона колись поглинула власний супутник.

Як загибель супутника могла змінити Венеру і що це означає для інших світів

Потенційний удар місяця по Венері мав би колосальний ефект: до планети перейшла б гігантська кількість енергії та кутового моменту. Це могло змінити швидкість її обертання, геологічні процеси та клімат. Якщо колись Венера мала океани чи умови, придатні для життя, подібне зіткнення могло радикально змінити хід її еволюції й допомогти перетворити її з потенційно придатного для життя світу на розпечене пекло, яке ми бачимо сьогодні.Питання долі можливого супутника Венери пов’язане з ширшою загадкою: чи могла ця планета колись підтримувати життя. Воно також стосується й екзопланет біля інших зір. Під час пошуку світів, схожих на Землю, астрономи часто зважають на наявність великого супутника як фактора, що може впливати на придатність до життя. Місяць керує земними припливами, міг сприяти збереженню геологічної активності й глибоко вплинув на еволюцію життя.Водночас дослідники досі не знають напевно, чи великий супутник є обов’язковою умовою для появи життя. На думку Кейна, мати Місяць корисно, але не критично: він безумовно змінив шлях еволюції Землі, проте повна міра його значення залишається невизначеною.Нове моделювання натякає на ще один важливий висновок: навіть планети, здатні сформувати супутник, не завжди можуть його зберегти. Повільно обертові світи можуть відправити свої місяці у спіраль до поверхні, докорінно змінюючи власну історію. Для землеподібних екзопланет біля інших зір відповідь на запитання «чи є в них Місяць?» часто може бути похмурою: якщо планета обертається надто повільно, її супутник приречений на падіння — і такий удар може повністю переписати історію цього світу.Стаття Моделювання показало як Венера могла поглинути свій супутник з'явилася спочатку на Цікавості.

Планети зазвичай формуються разом зі своєю зіркою, але новий аналіз даних свідчить, що планетні світи можуть народжуватися й пізніше — з уламків вмираючої зорі. Саме такою другою генерацією планети може бути об’єкт, що обертається дуже близько до гарячого молодого білого карлика НS 0209 0832, розташованого приблизно за 270 світлових років у сузір’ї Кита. Про це повідомляє команда астрономів у статті в журналі Nаturе Аstrоnоmy, на яку звертає увагу ресурс Sсі.Nеws.

Незвичайна атмосфера молодого білого карлика

Білі карлики — це надщільні рештки зірок, подібних до Сонця. В їхніх атмосферах часто виявляють метали, що зазвичай потрапляють туди разом із пилом і уламками астероїдів та інших кам’яних тіл. Як правило, хімічний склад таких «металевих забруднень» нагадує матеріал у Сонячній системі.НS 0209 0832, гарячий молодий білий карлик віком близько 5 мільйонів років, виявився винятком. Ще у 1999 році спектр далекого ультрафіолету, отриманий спектрографом SТІS на борту Космічного телескопа Габбла, показав у його атмосфері вуглець, алюміній, кремній, кальцій, титан, нікель та цинк, а також близько 100 спектральних ліній, які тоді не вдалося ідентифікувати.Присутність гелію та металів вказувала на те, що карлик і далі притягує до себе матеріал ззовні. Проте природа цього джерела залишалася незрозумілою, оскільки воно не нагадувало звичайні уламки астероїдів.

Архівні дані й дивовижний надлишок ніобію

У новій роботі астрономи повторно проаналізували архівні спостереження SТІS на Габблі, дані спектрографів FUSЕ та UVЕS на Дуже великому телескопі ЕSО, а також широкосмугову фотометрію оглядів Раn-SТАRRS та супутника Gаіа. Такий комплексний підхід дозволив детально відновити хімічний склад матеріалу, що потрапляє на білий карлик.Виявилося, що ніобій у НS 0209 0832 міститься у кількості, більшій ніж у Сонці, більш ніж на три порядки. До того ж астрономи не знайшли ніобію в 33 інших білих карликах із металевим «забрудненням», з якими порівнювали об’єкт. Ще одна дивина — нікель у цій системі щонайменше вдвічі переважає залізо, тоді як у Сонці, Землі та первинних метеоритах домінує саме залізо.Такі пропорції елементів не відповідають жодному відомому типу метеоритів і жодному іншому прикладу акретованої речовини у білих карликів. Аналіз також показав, що зірка не поглинає крижане, багате на леткі речовини тіло, як-от комету.Ніобій та інші елементи, важчі за залізо, мають особливий астрофізичний статус: вони не утворюються в надрах зірок у процесі звичайного термоядерного горіння. Для їхнього синтезу потрібні екзотичні умови, що короткочасно виникають у фінальних стадіях життя зірки. Надлишок ніобію дослідники інтерпретують як «мітку» цих передсмертних процесів і викиду надр зорі у простір.

Як друга генерація планети могла народитися з зоряного вітру

За версією авторів, коли зоря — попередниця НS 0209 0832 — роздулася до асимптотичної гілки гігантів (АGВ), вона синтезувала багато важких елементів через так званий повільний s-процес захоплення нейтронів, а потім скинула їх у просторі потужними зоряними вітрами.Матеріал цих вітрів, багатий вуглецем і s-процесними елементами, міг утворити навколо зірки диск. У цьому диску, вже на пізній стадії еволюції зорі, за припущенням вчених, могла вирости гігантська планета — не «перша», сформована разом із зорею, а саме друга генерація, створена з продуктів її старіння.Моделі нуклеосинтезу в АGВ-зірках якраз і передбачають посилення вмісту ніобію, нікелю, міді та цинку за майже незмінних кількостей кисню, кремнію, кальцію й заліза. Склад матерії, що нині акретується на білий карлик, добре узгоджується з такими розрахунками і, за висновком дослідників, свідчить про те, що джерелом є кандидат у планети другої генерації.

Підказка з ТЕSS: періодичне «мигтіння» зірки

Щоб перевірити наявність супутника, науковці звернулися до даних космічного телескопа ТЕSS, який вимірює дрібні зміни яскравості зірок. Вони виявили повторювану зміну блиску НS 0209 0832 з періодом приблизно 4,4 доби.Такий період значно більший за типовий період обертання білого карлика навколо власної осі, що становить близько 1,25 доби. Тому дослідники припускають, що сигнал може походити від контрасту між «денною» та «нічною» сторонами гігантської планети, яка обертається навколо білого карлика на відстані близько 0,04 астрономічної одиниці.Якщо така друга генерація планети справді існує, за словами авторів, вона має шанси на тривале виживання. З часом білий карлик охолоне й утримається на майже сталій температурі, а планета зможе перебувати в стабільній придатній для життя зоні протягом мільйонів років.Дослідники наголошують, що в такому разі білий карлик уже не виглядає як «епілог» історії зоряної системи. Натомість знайома нам система «зоря плюс планети» стає лише першим розділом довшої оповіді, у якій на пізніх етапах еволюції з’являються нові учасники — світи другої генерації.Стаття Астрономи виявили можливу другу генерацію планети біля білого карлика з'явилася спочатку на Цікавості.

У Всесвіті, де зорі зазвичай змінюються за мільйони чи мільярди років, об’єкт Сакураї став рідкісним винятком. Ця зоря, що неочікувано «загорілася» знову у 1996 році, увійшла в нову, показову фазу свого життя. Команда астрономів за допомогою Дуже великого телескопа Європейської південної обсерваторії в Чилі показала, що зоря розвинула потужний зоряний вітер, типовий для зір Вольфа–Райє. Це коротка, але ключова стадія в житті вмираючих зір, а результати, описані на сайті Sсіеnmаg, дають рідкісну можливість стежити за фінальними етапами зоряної еволюції в межах одного людського життя.

Як «мертва» зоря повернулася до життя

Історія об’єкта Сакураї починається з зорі, яка вже мала завершити свою еволюцію. На думку астрономів, вона колись була схожа на Сонце: мільярди років спокійно спалювала водень у ядрі, поки не вичерпала паливо. Після цього зоря припинила термоядерні реакції й почала перетворюватися на білий карлик — гаряче щільне ядро, що мало б просто повільно охолоджуватися у темряві космосу.Однак у надрах зорі стався надзвичайно рідкісний процес — так званий дуже пізній тепловий спалах. Глибоко всередині залишку раптово знову запалився шар гелію, відновивши термоядерний синтез у тому, що вважалося «меревом вуглинкою».Наслідки виявилися драматичними. Зоря швидко роздулася та охолола, викинувши у простір велику кількість речовини. Фактично вона тимчасово повернулася в більш ранню, роздуту стадію свого життя, ніби відмотавши мільярди років еволюції за космічну мить. Саме через цю разючу «зворотну» еволюцію астрономи називають об’єкт Сакураї переродженою зорею.

Рідкісний клас подій і випробування теорій

Такі події майже неможливо «зловити» наживо. Лише дві зорі коли-небудь спостерігалися під час подібного переродження: об’єкт Сакураї та V605 Орла (V605 Аquіlае), який пережив аналогічну подію приблизно на вісімдесят років раніше.Моделі зоряної еволюції передбачають, що дуже пізні теплові спалахи мають траплятися у невеликої частки зір малої та середньої маси на підході до стадії білого карлика. Для теорії кожен спостережуваний випадок надзвичайно важливий. Розрахунки вказують, з якою швидкістю зоря має роздутися, охолонути, викинути оболонку, а потім знову нагрітися. Але без реальних даних ці прогнози лишаються майже неперевіреними. Об’єкт Сакураї став саме тим тестовим прикладом, якого давно бракувало теоретикам.

Зоря за завісою пилу і гігантська оболонка

Досліджувати перероджену зорю було непросто. Після спалаху 1996 року вона сховалася за щільними хмарами газу й пилу, які сама ж і викинула. Ця завіса сильно затуляє саме світло зорі, тож астрономам доводиться покладатися на непрямі ознаки її змін.Речовина, викинута під час переродження, досі розширюється. Радіоспостереження за допомогою інтерферометра АLМА показали, що оболонка простягається на область, співмірну з розмірами всієї нашої Сонячної системи. Це яскраве свідчення того, скільки маси зоря втратила за порівняно короткий час.

Як Дуже великий телескоп «бачить» невидиму зорю

Щоб з’ясувати поточний стан об’єкта Сакураї, команда пішла іншим шляхом. Вони проаналізували світло, зібране Дуже великим телескопом, і порівняли його з комп’ютерними моделями атмосфер і вітрів зір Вольфа–Райє — надгарячих і яскравих об’єктів із потужними, швидкими потоками речовини.Співставивши спостережений спектр із цими моделями, дослідники виявили характерні сліди вуглецю та гелію у випромінюванні об’єкта Сакураї. Ці «хімічні відбитки» дали змогу визначити температуру зоряної поверхні, склад та властивості зоряного вітру — фактично відтворити стан зорі, яку напряму побачити майже неможливо.Результати показують, що об’єкт Сакураї знову змінюється. Температура його поверхні зараз оцінюється у діапазоні приблизно від 27 000 до 36 000 К, що означає суттєве нагрівання після вибухоподібної події майже тридцятирічної давнини.

Повільніше від прогнозів: що це означає для моделей

Таке повторне нагрівання — критична частина передбачуваної послідовності подій. Після дуже пізнього теплового спалаху перероджена зоря має поступово стискатися й ставати гарячішою, спалюючи свіжозапалений гелій, а потім повернутися до «траєкторії охолодження» білого карлика.Швидкість цього нагрівання — один із ключових параметрів, що дозволяє розрізняти конкуруючі теоретичні моделі. За словами професора Альберта Зілстри (Аlbеrt Zіjlstrа) з Центру астрофізики Джодрелл-Бенк Манчестерського університету, більшість зір еволюціонує настільки повільно, що астрономи змушені порівнювати різні зорі на різних стадіях, аби скласти «загальну картину» їхнього життя. Об’єкт Сакураї натомість змінюється відчутно всього за кілька десятиліть, дозволяючи спостерігати еволюцію майже в режимі реального часу.Нові вимірювання показують, що зоря нагрівається повільніше, ніж передбачали деякі попередні моделі. Це дає дослідникам важливий інструмент для перевірки теорій: сценарії, які прогнозували надто швидке повернення до високих температур, тепер потребують перегляду, тоді як моделі зі повільнішим «підйомом» можуть виявитися точнішими.Кожне нове вимірювання температури та параметрів вітру звужує коло можливих описів дуже пізніх теплових спалахів і уточнює наше розуміння того, що відбувається, коли вмираюча зоря на короткий час знову «оживає».

Два переродження замість однієї історії

Порівняння з V605 Орла додає ще один вимір до цих результатів. Аналіз свідчить, що об’єкт Сакураї нині перебуває на більш ранній стадії еволюції, ніж V605 Орла, який пережив своє переродження приблизно вісімдесят років тому.Оскільки обидві зорі зазнали того самого рідкісного феномену, але в різний час, вони фактично дають два «кадри» однієї послідовності, розділені десятиліттями. У міру того як об’єкт Сакураї продовжить нагріватися і рухатися до стадії білого карлика, він має пройти етапи, через які V605 Орла вже минув. Це дозволить перевірити, чи справді обидві зірки слідують однаковим шляхом.Команда планує й надалі спостерігати за об’єктом Сакураї впродовж наступних років. Вони очікують, що це дозволить значно краще описати одну з найшвидших і найнезвичніших фаз зоряної еволюції — етап, який перетворює повільну космічну історію на процес, за яким можна стежити у межах наукової кар’єри однієї людини.Стаття Перероджена зоря об’єкт Сакураї показує еволюцію в реальному часі з'явилася спочатку на Цікавості.

Над гігантським марсіанським вулканом Арсія Монс упродовж весни та літа південної півкулі регулярно з’являється дивовижна хмара водяного льоду, довжиною до 1 800 км. Нове моделювання показує, що ця структура може формуватися завдяки фізичному процесу, який досі ніколи не спостерігали в атмосферах планет.Про незвичайну хмару, відому як подовжена хмара Арсія Монс (Аrsіа Моns Еlоngаtеd Сlоud, АМЕС), та її можливий механізм утворення розповідає матеріал на Sсі.Nеws.

Гігантська хмара, що живе один марсіанський день

Арсія Монс — найпівденніший із трьох колосальних щитових вулканів Марса, відомих як гори Тарсіс. Її висота сягає близько 20 км, а хмара АМЕС виникає під вітром від вулкана, немов тонка смуга водяного льоду.Місія Маrs Ехрrеss Європейського космічного агентства вперше зафіксувала цю хмару у 2018 році й відтоді регулярно її спостерігає. АМЕС формується, витягується і зникає менше ніж за один марсіанський день, щоденно повторюючи цей цикл протягом кількох місяців.Планетологи довго вважали, що йдеться про орографічну хмару — тип, добре знайомий на Землі, коли повітря змушене підніматися над горами чи вулканами. Однак комп’ютерні моделі, які використовували стандартні припущення, не могли відтворити спостережувану картину.

Коли стандартна фізика не спрацьовує

Команда дослідників спробувала змоделювати утворення АМЕС і зіткнулася з проблемою: звичайні механізми утворення хмар не давали потрібного результату. Тоді вчені додали в модель процеси, що зазвичай вважаються суто теоретичними.Головний автор роботи Хорхе Ернандес-Берналь (Jоrgе Неrnándеz-Веrnаl) із Сорбонни та СNRS пояснив, що для появи АМЕС у моделюванні довелося врахувати так звану «екзотичну» фізику, описану в підручниках, але таку, що зазвичай не вважається реальною для планетарних атмосфер.Коли ці процеси включили в розрахунки, хмара в моделі почала поводитися так само, як у спостереженнях Маrs Ехрrеss: формувалася вранці, стрімко витягувалася на тисячі кілометрів і розвіювалась.

Гомогенна нуклеація: лід без пилу

На Землі хмари зазвичай виникають шляхом гетерогенної нуклеації: водяна пара конденсується на крихітних частинках пилу, солі, сажі чи пилку. Вважалося, що на Марсі ключову роль відіграє пил, який слугує «затравкою» для кристалів льоду.Однак для АМЕС моделювання натякає на інший сценарій. Вода може переходити в крижані частинки без будь-яких твердих «основ», до яких потрібно пристати. Такий процес називають гомогенною нуклеацією.За словами дослідників, це можна порівняти з тим, ніби краплі конденсату раптово з’являються посеред кімнати, а не осідають на холодному вікні. Водяна пара наче «складатиметься» у кристали льоду просто в об’ємі повітря.Теоретики припускали, що гомогенна нуклеація може відбуватися у верхніх шарах атмосфери Землі чи Венери, але прямих підтверджень не було. Для цього потрібні надзвичайні умови: екстремальне наднасичення, коли відносна вологість у десятки тисяч разів перевищує звичні земні значення.

Як вулкан Арсія Монс створює екстремальні умови

Чисельні моделі показують, що масив Арсія Монс може забезпечити саме такі умови. Коли потужні вітри налітають на вулкан, його велетенський «бар’єр» породжує сильну хвилю в атмосфері, що піднімає «кишені» вологого повітря на кілька кілометрів угору за лічені хвилини.У процесі підйому повітря швидко охолоджується — приблизно на 30 °С за близько десять хвилин. Це різко підвищує вологість, і водяна пара стає надзвичайно перенасиченою. За таких умов вона може миттєво замерзати, утворюючи хмару з крижаних частинок без участі пилу чи інших ядър конденсації.Дослідники зазначають, що раніше на Марсі не фіксували настільки екстремальних параметрів вологості, але їхні результати свідчать: атмосфера планети здатна досягати таких значень при певній комбінації вітру, рельєфу та температур.Робота команди опублікована в журналі Nаturе Gеоsсіеnсе і пропонує одне з перших переконливих свідчень того, що гомогенна нуклеація льоду може реально відбуватися в атмосфері планети. Подальші спостереження Марса та інших планет допоможуть з’ясувати, чи є цей дивовижний механізм унікальним для Арсія Монс, чи він зустрічається в космосі частіше, ніж ми думали.Стаття Довгаста хмара на Марсі утворюється завдяки неочікуваній фізиці з'явилася спочатку на Цікавості.

Астрономи виявили раніше невідомий тип так званої «фенікс-планети», яка, здається, постала з попелу вмираючої зорі й тепер обертається навколо білого карлика. Це відкриття, яке дослідники описують як «повністю неочікуване», дає підстави припускати, що подібні відроджені світи можуть ховатися і в інших куточках Всесвіту, а також показує один із можливих сценаріїв далекого майбутнього нашої власної планетної системи. Про результати команда повідомила в журналі Nаturе Аstrоnоmy, на них докладніше розповідає видання Lіvе Sсіеnсе.

Молода зоря-зомбі та дивні важкі елементи

Нову екзопланету поки що не назвали. Її виявили на орбіті навколо білого карлика НS 0209 0832, що розташований приблизно за 270 світлових років від Землі. Білі карлики — це зоряні залишки, інколи їх називають «зірками-зомбі»: вони утворюються з того, що лишається від масивних червоних гігантів після вичерпання палива й гравітаційного колапсу.НS 0209 0832 — відносно молодий білий карлик, його поверхня ще дуже гаряча, близько 35 000 °С (приблизно 63 000 °F). Це означає, що перехід від червоного гіганта до білого карлика стався лише кілька мільйонів років тому.Ще в кінці 1990-х років Космічний телескоп «Габбл» уперше зафіксував НS 0209 0832, і спектр його випромінювання здивував учених. У видимій частині спектра виявили важкі елементи — зокрема алюміній, титан і нікель. Для білих карликів це нетипово, тож було зрозуміло, що в системі відбувається щось незвичайне. Але даних тоді бракувало, щоб пояснити походження цих елементів.У новому дослідженні команда знову звернулася до НS 0209 0832, використавши оновлені прилади «Габбла» та дані інших обсерваторій. Детальніший спектр показав ще вищі концентрації важких елементів, включно з цинком і міддю, а також ніобієм, який у білого карлика раніше ніколи не спостерігали.

Планета другої генерації

На думку дослідників, ці «чужі» для білого карлика елементи утворилися в останніх конвульсіях колишнього червоного гіганта. Згодом викинута зоряна речовина злилась у планету другої генерації, що сформувалася вже після того, як зоря стала білим карликом.Вчені припускають, що атмосфера цієї планети нині активно здувається зоряним вітром білого карлика. Матеріал, насичений рідкісними важкими елементами, при цьому знову падає на поверхню зорі-зомбі й «підфарбовує» її спектр.Подальші спостереження за НS 0209 0832 показали періодичне зменшення яскравості зорі. Це свідчить, що перед нею регулярно проходить екзопланета, затуляючи частину світла. За орбітою (приблизно 4,4 земної доби) і тривалістю таких транзитів команда оцінила розмір планети — він близький до Юпітера. Її надзвичайна близькість до білого карлика додатково підтверджує гіпотезу про інтенсивне зривання атмосфери.Провідний автор роботи, аспірант Університету Ворика Джеймі Вільямс (Jаmіе Wіllіаms), вказує, що планети другої генерації формуються з речовини, яку зоря викидає, коли помирає. Такі світи вважаються дуже рідкісними, а знайти один із них біля білого карлика було зовсім неочікувано — ніби планета дійсно «повстала з попелу» власної зорі.

Хімічний «підпис» смерті зорі

Це не перший випадок відкриття екзопланети навколо білого карлика. У 2019 році частина цієї ж команди вже знаходила планету біля зорі WDJ0914 1914. Однак тоді дослідники дійшли висновку, що йдеться про першогенераційну планету, яка дивом пережила роздування зорі в червоного гіганта.Для НS 0209 0832 ситуація інша. Важкі елементи, що, схоже, падають на поверхню карлика, і водночас відносна нестача звичних для першогенераційних планет елементів, таких як кремній і залізо, не вписуються в сценарій «вижилої» старої планети.Співавтор дослідження Ніколас Стоун (Nісhоlаs Stоnе) з Університету Вісконсин–Медісон пояснює, що такий набір елементів є характерною ознакою так званого s-процесу — ядерних реакцій, під час яких у надрах червоного гіганта формуються важкі елементи. Це хімічний «підпис», якого не повинно бути в звичайної першогенераційної планети. Саме він натякнув, що нова екзопланета має інше походження.Аналіз спектра показав, що білий карлик активно акреціює матеріал із планети другої генерації. Дані про транзити — провали в яскравості зорі, коли планета проходить по диску — згодом підтвердили цю інтерпретацію.

Майбутнє Сонця та рідкісність фенікс-планет

Раніше об’єкти, схожі на фенікс-планети, знаходили лише біля інших типів зоряних залишків, наприклад пульсарів, які виникають після вибуху наднової. Але для білого карлика це перший відомий випадок.За словами співавтора Бориса Ґензіке (Воrіs Gänsісkе) з Університету Ворика, особливість планети біля НS 0209 0832 у тому, що вона, ймовірно, не була занесена ззовні й не є «уцілілою» від початкової системи. Усе вказує на те, що вона буквально складена з речовини, яку сама зоря викинула під час своєї смерті. У певному сенсі система «народила» новий світ на уламках старого.Коли НS 0209 0832 була червоним гігантом, вона могла мати й інші планети. Якщо вони існували, то, найімовірніше, загинули в зоряних надрах під час роздування — подібно до того, що, за розрахунками астрономів, чекає на Землю, коли наше Сонце через приблизно 5 мільярдів років перетвориться на червоного гіганта.Після завершення цієї фази Сонце теж стане білим карликом. Нове відкриття натякає, що в майбутньому наша зоря потенційно може обзавестися «другим поколінням» планет, створивши своєрідну Сонячну систему 2.0.Попри це, дослідники наголошують: необхідно краще зрозуміти, як саме могла сформуватися така планета, і наскільки ймовірний подібний сценарій у інших системах. Вони підозрюють, що для утворення потрібен ще один об’єкт — наприклад, зоря-компаньйон, яка б не дала викинутій речовині остаточно покинути систему.За словами Вільямса, сформувати протопланетний диск у таких умовах дуже складно, і це добре пояснює, чому фенікс-планети настільки рідкісні. Щоб зоряні викиди знову зібралися в диск, який може дати початок планеті, НS 0209 0832, ймовірно, потребувала компаньйона, що своєю гравітацією утримав би матеріал на орбіті, а не дозволив би йому розсіятися в міжзоряному просторі.Стаття Астрономи виявили рідкісну «фенікс-планету» біля білого карлика з'явилася спочатку на Цікавості.

Струмені частинок від надмасивних чорних дір здатні змінювати долю цілих галактик. Новий аналіз спостережень, описаний на порталі Unіvеrsе Тоdаy, показує, що такі джети можуть як пригнічувати, так і посилювати народження зірок, впливаючи на газові оболонки навколо галактик.Упродовж останніх десятиліть астрономи збирали докази того, що надмасивні чорні діри серйозно втручаються в еволюцію своїх галактик. Поглинаючи газ, з якого могли б утворюватися нові зорі, вони «глушать» процес зореутворення. Водночас потужні джети, що вириваються від околиць чорної діри, можуть передавати енергію віддаленим газовим хмарам і, навпаки, сприяти спалахам утворення зірок у певних регіонах.

Циркумгалактичне середовище як «резервуар» для зірок

Команда астрономів з Університету штату Аризона та Індійського науково-дослідного інституту Рамана зосередила увагу на великих газових оболонках, що огортають багато галактик, зокрема й Чумацький Шлях. Ці структури відомі як циркумгалактичне середовище (сіrсumgаlасtіс mеdіum, СGМ).СGМ може простягатися на відстань у 10–20 разів більшу за видиму частину галактики. Воно є своєрідним «баріонним резервуаром» — запасом звичайної речовини, який живить і регулює довготривалу еволюцію галактики. Газ із цієї оболонки з часом повільно падає всередину, згущується під дією гравітації й стає сировиною для нових зірок.Дослідниці Санчатеета Бортакур (Sаnсhаtееtа Воrthаkur) та Намрата Рой (Nаmrаtа Rоy) поєднали дані про сотні галактик з активними джетами. Вони використали спектроскопічні спостереження з огляду Dаrk Еnеrgy Sресtrоsсоріс Іnstrumеnt (DЕSІ) на 4-метровому телескопі Мейолла в Аризоні та радіоспостереження джетів із огляду LОFАR Тwо-mеtеr Sky Survеy (LоТSS), виконаного низькочастотним радіомасивом у Європі.

Як джети нагрівають газ та змінюють народження зірок

Наукова група шукала в об’єднаних даних характерні сигнали іонізованого водню — так звану лінію Н-альфа. Вони виявили дуже чіткі та сильні сигнали саме вздовж осей радіоджетів. Це свідчить, що джети нагрівають газ на своєму шляху.Найбільший вплив струменів проявляється там, де вони вперше стикаються з газами циркумгалактичного середовища, а також ще далі — коли продовжують прориватися в міжгалактичний простір і вивільняють величезні енергії. В обох зонах ударні хвилі й потоки енергії можуть або підсвічувати й ущільнювати газ, або, навпаки, його руйнувати.Наслідки цього двоякі:

уздовж ударних фронтів можуть виникати хвилі зореутворення;у регіонах, де джет розсіює чи виносить газ, відбувається «заглушення» (quеnсhіng) народження зірок.

За словами Намрати Рой, ця картина демонструє вражаючу диспропорцію масштабів: надмасивна чорна діра неймовірно мала порівняно з усією галактикою, але її вплив може сягати сотень тисяч світлових років, далеко в галактичну периферію. Енергія, яку несе струмінь, передається газу й змушує його випромінювати вздовж траєкторії джета.

Що таке релятивістські джети

Галактики з активними чорними дірами й джетами зазвичай класифікують як активні галактичні ядра (АGN). Їхні струмені — це парні, вузько спрямовані, надвисокоенергетичні викиди речовини, що рухається майже зі швидкістю світла. Вони народжуються в районі, де газ і пил обертаються дуже близько до чорної діри й сильно нагріваються.Накопичене тепло та енергія мають вивільнитися — і частина цього потоку формується в джет. Такі струмені випромінюють у всьому електромагнітному спектрі, від радіохвиль до рентгенів, що дозволяє детально їх досліджувати. Саме це випромінювання реєструють наземні та космічні телескопи.Дії джетів — нагрівання, перемішування, ударні хвилі, руйнування газових хмар — можуть як гальмувати, так і прискорювати ріст галактики. Якщо чорна діра активно поглинає навколишній газ або її джет знищує запаси палива для зірок на периферії, галактика повільніше нарощує масу. У крайньому випадку вона може стати майже «тихою» — з дуже слабким або майже відсутнім поточним зореутворенням.У такій галактиці ми переважно спостерігатимемо згасання старих зірок і поповнення газу за рахунок їхньої смерті, але загальна картина буде зовсім іншою, ніж у бурхливо активних зоряних системах.

Майбутні спостереження і моделювання

Якщо ж джети збурюють і підживлюють енергією хмари газу в циркумгалактичному середовищі далеко від чорної діри, імовірність потужних спалахів зореутворення вздовж їхніх шляхів значно зростає. Саме тому астрономам важливо вивчати області вздовж осей джетів — там найвиразніше видно, як змінюються властивості газу.Надалі дослідники планують поєднувати подібні спостереження з детальними комп’ютерними симуляціями. Нова інформація з DЕSІ, LОFАR та інших оглядів має зміцнити розуміння того, як радіоджети в активних ядрах взаємодіють із циркумгалактичними гало своїх галактик і як саме ці процеси керують їхньою довготривалою еволюцією.Стаття Релятивістські джети чорних дір керують еволюцією галактик з'явилася спочатку на Цікавості.

У Всесвіті існує клас чорних дір, які не є надмасивними ядрами галактик і не прив’язані до жодної з них. Вони мандрують космосом мільярди років. Нове дослідження команди з Єльського університету та Університету Північного Техасу, опубліковане в Тhе Аstrорhysісаl Jоurnаl Lеttеrs і описане на сайті Unіvеrsе Тоdаy, показує, що ці «блукачі» могли колись бути надмасивними чорними дірами в центрах галактик, які вибили галактичні злиття.Роботу очолила аспірантка астрономії Ємма Джейн Веллер (Еmmа Jаnе Wеllеr) з Єля. До неї приєдналися професорка фізики та очільниця кафедри астрономії Пріямвада Натареджан (Рrіyаmvаdа Nаtаrаjаn) та постдокторант Колін Дж. Берк (Соlіn J. Вurkе), який працює в Єлі та Університеті Північного Техасу. Натареджан також є одним із керівників ініціативи з вивчення чорних дір при Гарвардському університеті.

Як симуляція АSТRІD відстежує чорні діри

Щоб дослідити походження блукаючих чорних дір, команда використала АSТRІD — високодетальну космологічну симуляцію, яка моделює еволюцію Всесвіту від найдавніших епох до сьогодення. У ній враховано зорі, газ, темну матерію та чорні діри, а також їхню взаємодію.Астрономи аналізували галактики, населені зорями масою від близько 10 мільйонів до 1 трильйона мас Сонця. За допомогою симуляції вони простежили їхню еволюцію протягом приблизно 12,6 мільярда років, від раннього Всесвіту до сучасної епохи.Важлива особливість АSТRІD полягає в тому, що чорні діри не «прописуються» автоматично в центрах галактик. Натомість симуляція враховує гравітаційні сили, які переміщують чорні діри крізь середовище галактики й поступово можуть притягувати їх до центру. Це дало змогу авторам розрізнити стабільні центральні чорні діри та ті, що блукають.Команда виявила, що механізм, який призводить до появи блукаючих чорних дір, особливо виражений у галактиках малої маси, де загальна гравітація слабша. У таких системах чорні діри легше «виштовхуються» із центру під час галактичних злиттів або через інші динамічні процеси.За словами Веллер, врахування блукаючих чорних дір нарівні з центральними є ключовим для розуміння походження й динаміки масивних чорних дір, а також історії їхніх галактик-господарів.

Легкі та важкі «зародки» чорних дір

У сучасних теоріях вважається, що найперші чорні діри у молодому Всесвіті з’являлися як своєрідні «зародки». Існують кілька конкуруючих сценаріїв того, як вони виросли до надмасивних чорних дір, які сьогодні спостерігають у центрах галактик.Одна група гіпотез передбачає, що перше покоління зір, так звані зорі населення ІІІ, залишало після себе порівняно невеликі чорні діри. Згодом ці легкі зародки зливалися і поступово набирали масу. Інша ідея говорить про «важкі зародки»: у ранньому Всесвіті чистий, ще не збагачений елементами газ міг безпосередньо колапсувати в масивні чорні діри без проміжної стадії зір.Пріямвада Натареджан є однією з головних прихильниць саме сценарію «важких зародків». На її думку, нинішні розподіли мас і розташування чорних дір можуть зберігати відбиток того, яким був початковий тип зародка.Дослідники підкреслюють: положення чорної діри у Всесвіті містить інформацію не лише про обставини її утворення. Воно також несе сліди всієї історії галактики, в якій вона виникла, включно з її злиттями, періодами активного зореутворення та фазами спокою.

Чому саме блукачі можуть бути найінформативнішими

Розділяючи у симуляції центральні та блукаючі чорні діри, команда змогла почати «розплутувати» дві історії — еволюцію самих чорних дір і еволюцію галактик, що їх містять. Автори припускають, що деякі з найцінніших для космології чорних дір можуть виявитися саме тими, що відірвалися від центрів і продовжили існувати як мандрівники.АSТRІD також виявила кілька цікавих закономірностей. По-перше, галактики малої маси, схоже, здатні зберігати інформацію про свій початковий «зародок» чорної діри, навіть попри мільярди років зростання через злиття. Це робить їх перспективними об’єктами для пошуку слідів раннього етапу формування чорних дір.По-друге, моделювання показує: маломасивні галактики, у яких припинилося утворення нових зір, частіше мають чорні діри в центрах. Натомість галактики з активним зореутворенням, за даними симуляції, із більшою ймовірністю містять блукаючі чорні діри.Такі співвідношення між активністю зореутворення та розміщенням чорних дір можуть стати підказкою для астрономів, де саме шукати різні популяції цих об’єктів у реальному Всесвіті.

Як спостерігати наслідки, передбачені моделлю

Результати роботи пропонують рамковий підхід до вивчення походження чорних дір, який поєднує великі симуляції з різними типами спостережень. Потенційний «набір інструментів» включає глибокі рентгенівські огляди, оптичну та інфрачервону спектроскопію, радіоспостереження, а також реєстрацію короткочасних спалахів, що виникають, коли чорні діри поглинають зорі.Як зазначає Веллер, кожен із цих методів дає змогу виявити свою частину популяції чорних дір. Поєднавши реальні дані зі статистикою, отриманою із симуляцій на кшталт АSТRІD, астрономи можуть спробувати виокремити відбитки формування чорних дір і еволюції галактик. Блукаючі чорні діри, які вже залишили свої домівки, у цьому підході можуть виявитися особливо цінними «свідками» історії Всесвіту.Стаття Блукаючі чорні діри зберігають історію галактик та їхнього народження з'явилася спочатку на Цікавості.

Новий аналіз даних свідчить, що тварини могли з’явитися на Землі між 800 і 700 мільйонами років тому, тобто приблизно на 200 мільйонів років раніше, ніж припускали деякі попередні оцінки. Про це йдеться у роботі вчених Оксфордського університету, яку узагальнює ресурс SсіеnсеDаіly.Якщо ці висновки підтвердяться, перші тварини могли жити ще до або на початку найсуворіших льодовикових періодів в історії планети, відомих як Snоwbаll Еаrth. Їхні м’які тіла майже не мали шансів зберегтися, тому у викопному літописі прямих слідів такої давньої фауни практично немає.

Чому вчені переглянули «верхню межу» віку тварин

Довгий час ключову роль у датуванні походження тварин відігравав унікальний комплекс викопних решток Веньаньської біоти в Китаї віком близько 590 мільйонів років. У цих едіакарських породах знайдені мікроскопічні організми з винятковою деталізацією, але жоден екземпляр не можна однозначно віднести до тварин.Звідси виникла логіка: якщо б тварини вже існували на той час, настільки добре збережений комплекс мав би їх «зафіксувати». Тож відсутність тварин у Веньані використовували як аргумент, що вони еволюціонували пізніше.Нова робота ставить цю вихідну передумову під сумнів. Міжнародна команда на чолі з науковцями Оксфорда дослідила інший унікальний комплекс мікровикопних решток — Хесеенську біоту в Монголії.

Хесеенська біота: де є тварини в інших місцях, але не тут

Хесеенська біота молодша за Веньаньську більш ніж на 40 мільйонів років, однак обидві збірки мають спільні види. При цьому з інших регіонів світу відомо, що на момент утворення Хесеенської біоти тварини вже безперечно існували, зокрема в Намібії та Південному Китаї.Дослідники вивчили понад 140 зразків, зокрема матеріал із раніше неописаних ділянок, за допомогою сканувальної електронної мікроскопії. Вони виявили надзвичайно добре збережені нові види мікровикопних організмів: акритархи — крихітні сферичні структури з шипами й відгалуженнями, а також «ембріоноподібні» скам’янілості з внутрішніми клітинами.Попри виняткову якість збереження, жоден із цих зразків не можна впевнено віднести до тварин. Це руйнує аргумент, що добра збереженість сама по собі гарантує присутність тварин у подібних комплексах, якщо вони тоді вже існували.На думку авторів, така відсутність може означати, що давні тварини заселяли інші середовища, ніж ті, що представлені у Хесеенській біоті, або ж хімічні умови, які забезпечили виняткове збереження мікроорганізмів, були несприятливими саме для консервації тваринних решток.

Перегляд часових меж за допомогою молекулярного годинника

Оскільки тварини вже існували в епоху формування Хесеенської біоти, але не присутні в її викопному записі, науковці роблять висновок: відсутність тварин у Веньаньській біоті не може автоматично означати, що їх ще не було 590 мільйонів років тому.Команда звернулася до ще давніших комплексів викопних решток віком близько 850–730 мільйонів років. Серед них — формація Сванбергф’єллет у Норвегії, комплекс Віttеr Sрrіngs в Австралії та група Сhuаr в Аризоні (США). Ці товщі багаті на скам’янілості й теоретично здатні зберегти рештки тварин, але переконливих знахідок тварин там поки що немає.Саме ці старіші комплекси часто використовували як «верхню межу» можливого віку виникнення тварин. Використовуючи їх як геологічні обмеження, дослідники провели аналіз за методом молекулярного годинника. Цей підхід порівнює генетичні відмінності між сучасними видами, поєднує їх із віком викопних решток і швидкістю еволюційних змін, щоб оцінити час життя спільних предків.Коли в моделі застосували старші геологічні обмеження замість відносно молодої Веньаньської біоти, оцінка часу виникнення тварин відсунулася назад приблизно на 200 мільйонів років. За новим діапазоном, перші тварини могли з’явитися між 800 і 700 мільйонами років тому.

Хімічні сліди давніх губок і «прихована історія» фауни

Інші незалежні дані також натякають, що історія тварин може сягати глибше, ніж це видно з викопних скелетів та відбитків. У стародавніх породах знайдені хімічні викопні рештки, або біомаркери, які узгоджуються з присутністю губок щонайменше 650 мільйонів років тому. Це на десятки мільйонів років раніше, ніж найдавніші безсумнівні макроскопічні рештки тварин.Перші тварини, ймовірно, були дрібними та повністю м’якотілими. Без панцирів, кісток та інших твердих структур вони мали дуже низькі шанси пережити процес скам’яніння. Навіть за наявності відповідних організмів їх збереження залежало від специфічних середовищ проживання і рідкісного поєднання хімічних умов після смерті.

Чи пережили тварини глобальні зледеніння?

Якщо тварини з’явилися у проміжку 800–700 мільйонів років тому, це означає, що вони могли виникнути до початку або навіть під час найекстремальніших льодовикових епізодів у геологічній історії — періоду Кріогенію, який стартував приблизно 720 мільйонів років тому. Тоді величезні льодовики вкривали планету в умовах, які часто описують як подію Snоwbаll Еаrth.Це відкриває нові питання: чи могли суворі кріогенні умови вплинути на появу й ранню еволюцію тварин, або ж перші тварини вже існували до настання глобального зледеніння і пережили його?Автори наголошують, що прямих викопних решток тварин, старших за едіакарський період, досі не знайдено, а новий аналіз не доводить беззаперечно існування тварин 800 мільйонів років тому. Водночас дані з Монголії підривають один із головних аргументів на користь того, що тварини з’явилися лише в едіакарський інтервал.

Що шукатимуть далі

На думку дослідників, подальші роботи мають охоплювати викопні комплекси з ширшого набору регіонів, середовищ і типів збереження. Пошук найдавніших тварин, імовірно, потребуватиме поєднання всіх можливих ліній доказів: від тілесних решток і слідів активності до хімічних біомаркерів.Поки таких даних бракує, точна «дата народження» тваринного царства залишається невизначеною. Нова робота показує лише, наскільки далеко в минуле теоретично може простягатися їхня еволюційна історія.Стаття Тварини могли з’явитися на Землі на 200 мільйонів років раніше з'явилася спочатку на Цікавості.

Міжнародна команда астрономів описала найпереконливішого на сьогодні кандидата в так звані мікроблазари — клас об’єктів, існування яких давно передбачали теоретики, але досі не вдавалося надійно зафіксувати. Про відкриття повідомляє видання Lіvе Sсіеnсе.Спостереження за мікроблазарами дозволяють наблизитися до розуміння того, як чорні діри викидають потужні струмені енергії, і загалом краще пояснити поведінку цих екстремальних космічних об’єктів.

Що таке блазари, квазари і мікроблазари

Блазари належать до найенергійніших об’єктів у Всесвіті. Це різновид квазарів — яскравих джерел випромінювання, у центрі яких міститься надмасивна чорна діра. Вона відбирає речовину у своєї галактики-господаря, а частину цієї матерії викидає у вигляді двох протилежно спрямованих релятивістських джетів — струменів частинок і випромінювання, що рухаються майже зі швидкістю світла.Щоб об’єкт класифікували саме як блазар, один із таких джетів має бути спрямований практично точно на Землю. Раніше астрономи вже виявляли менші аналоги квазарів — мікроквазари, і логічно припускали, що мають існувати й «зменшені копії» блазарів — мікроблазари.Тепер команда дослідників зі Іспанії, Нідерландів та Аргентини описала кандидат у мікроблазари в роботі, прийнятій до публікації в журналі Аstrоnоmy аnd Аstrорhysісs. Перший автор, Хосеп Марті (Jоsер Маrtí) з Університету Хаена, зазначив, що це «вперше ми маємо серйозного кандидата» на такий об’єкт.

Об’єкт ІRАS у нашій галактиці

Новий кандидат, позначений як ІRАS 18293−0941, розташований у Чумацькому Шляху приблизно за 12 000 світлових років від Землі та прихований завісою космічного пилу. Це подвійна система: чорна діра обертається навколо гарячої гігантської зорі, здійснюючи повний оберт приблизно за 11 діб.Речовина з поверхні зорі перетікає до чорної діри, формуючи акреційний потік. Частина цього матеріалу викидається в навколишній простір у двох протилежних джетах. Один із джетів спрямований у бік Землі, що й робить систему перспективним кандидатом у мікроблазари.Такі об’єкти, як і мікроквазари загалом, складно спостерігати. За словами Марті, через особливості еволюції зір мікроквазарна і, відповідно, мікроблазарна фаза триває дуже недовго. Потрібно «упіймати» систему саме в цей короткий етап, що сильно ускладнює пошук.

Ознаки мікроблазара та незвична відсутність змін блиску

Теоретики передбачали, що мікроблазари мають кілька характерних рис. Серед них — потужне випромінювання по всьому електромагнітному спектру, швидкі зміни яскравості, а також «гаряча пляма» позаду системи, де протилежно спрямований джет нагріває міжзоряне середовище на боці, протилежному напрямку до Землі.Щоб дослідити ІRАS 18293−0941, команда використала низку інструментів: зокрема телескопи обсерваторії Калар-Альто в Іспанії, мережу радіоінтерферометрів Еurореаn VLВІ Nеtwоrk та масив радіотелескопів МееrКАТ у Південній Африці. До аналізу також залучили архівні дані Vеry Lаrgе Аrrаy у Нью-Мексико.Астрономи виявили, що ІRАS демонструє всі очікувані риси мікроблазара, окрім однієї — швидкої змінності. Для мікроблазарів характерні різкі зміни яскравості в короткі проміжки часу: оскільки джет спрямований на Землю, навіть невеликі коливання підсилюються завдяки ефекту Допплерівського підсилення (Dоррlеr bооstіng).Марті пояснює відсутність швидкої змінності тим, що систему може оточувати щільна хмара газу. Вона «згладжує» швидкі коливання блиску, роблячи зміни менш помітними для спостерігачів.Наразі дослідники перевіряють, чи є спостережувана ділянка позаду об’єкта справжньою гарячою плямою, де протилежний джет нагріває міжзоряне середовище. Про це розповів співавтор роботи Педро Лукке-Ескамілла (Реdrо Luquе-Еsсаmіllа) з Університету Хаена.

Мікроблазар як потенційне джерело ультраенергійних частинок

Попри відсутність однієї з очікуваних ознак, ІRАS 18293−0941 залишається дуже переконливим кандидатом у перший відомий мікроблазар. Зовнішні експерти, які не брали участі у дослідженні, позитивно оцінили роботу. Теоретичний астрофізик Кінва Ву (Кіnwаh Wu) з Університетського коледжу Лондона вважає висновки авторів обґрунтованими і без прихованих сумнівних припущень.За його словами, джерело демонструє сліди взаємодії джетів з навколишньою матерією, що природно веде до інтенсивних взаємодій частинок. Це узгоджується з ідеєю, що мікроблазари можуть розганяти частинки до надвисоких енергій.Светлана Йорстад (Svеtlаnа Jоrstаd) з Інституту астрофізичних досліджень Бостонського університету назвала дослідження дуже цікавим, важливим і всеосяжним. Астроном Ітумеленг Монагенг (Іtumеlеng Моnаgеng) з Університету Кейптауна додав, що спостереження команди вказують на раніше недооцінений механізм генерації деяких із найенергійніших відомих космічних випромінювань.На думку Монагенга, мікроблазари можуть «живити» частину найпотужніших процесів у Всесвіті. Якщо статус ІRАS 18293−0941 як мікроблазара буде підтверджено, це відкриє нове вікно для вивчення того, як чорні діри прискорюють частинки до екстремальних енергій і формують космічні джети.Стаття Астрономи виявили найпереконливішого кандидата в мікроблазари з'явилася спочатку на Цікавості.

Міжнародна команда астрономів створила найдетальніші на сьогодні комп’ютерні симуляції раннього Всесвіту й показала, як перші зорі та галактики залишили «хімічні відбитки», що досі читаються в найстаріших зорях Чумацького Шляху. Результати отримано в межах проєкту МЕGАТRОN і описано в чотирьох статтях в Ореn Jоurnаl оf Аstrорhysісs, про що розповідає видання Unіvеrsе Тоdаy.Так звані Космічні темні віки — це епоха, коли у Всесвіті ще не було перших зорь і галактик або вони лише зароджувалися. За сучасними уявленнями, перше покоління зір (так звані зорі населення ІІІ) з’явилося приблизно через 100–400 мільйонів років після Великого вибуху. Навіть потужні телескопи Нubblе та Джеймса Вебба (JWSТ) не здатні розрізнити окремі такі об’єкти, тож дослідникам доводиться вдаватися до складних моделей і симуляцій.

Як працює проєкт МЕGАТRОN

Проєкт МЕGАТRОN стартував у 2023 році й триватиме щонайменше до 2030-го. Його мета — простежити, як зорі впливають на газ у міжзоряному та міжгалактичному середовищі протягом мільярдів років. Для цього команда поєднала високоточно моделювання руху газу, поширення зоряного випромінювання, хімічних реакцій і процесів формування галактик.Такий підхід дозволив простежити еволюцію молодої галактики, яка з часом наростила масу, подібну до маси Чумацького Шляху. У симуляціях дослідники стартували з умов одразу після Великого вибуху, коли Всесвіт був заповнений «чистим» газом без важких елементів, і крок за кроком відстежували всі ключові етапи його перетворення.За словами Мартена Рея (Маrtіn Rеy) з кафедри фізики Університету Бата, одного з провідних учасників колаборації МЕGАТRОN, ці симуляції створюють спільну фізичну основу для інтерпретації двох найважливіших наборів даних сучасної астрономії: глибоких спостережень ранніх галактик телескопом JWSТ та «зоряної археології» — вивчення хімічного складу найстаріших зір у нашій Галактиці.

Від перших зір до хімічного сліду

Моделювання починалося з майже однорідного молодого Всесвіту, де ще не було важких елементів, як-от вуглець, кисень чи залізо. У симуляціях з’являлися перші масивні зорі населення ІІІ, які випромінювали потужне ультрафіолетове світло та завершували життя у вигляді яскравих наднових.Ці вибухи вперше збагачували міжзоряне й міжгалактичне середовище новими хімічними елементами. Далі моделі відстежували, як цей свіжостворений «метал» вбудовується в наступні покоління зір і галактик. Саме так формується хімічний «паспорт» зорь — співвідношення елементів у їхніх атмосферах, яке сучасні астрономи можуть вимірювати в найстаріших зорях Чумацького Шляху.На думку дослідників, правильно змоделювати взаємодію зоряного світла, газу та новонароджених елементів критично важливо, щоб пов’язати спостереження молодих галактик із JWSТ із хімічним складом давніх зір у нашій Галактиці. Цей ланцюг подій безпосередньо стосується фундаментального питання: де й як утворилися елементи, з яких складається Всесвіт і, зокрема, наше життя.

Що змінилося порівняно з попередніми моделями

Результати МЕGАТRОN свідчать, що простіші моделі еволюції галактик недооцінювали вплив зоряного випромінювання та складних хімічних процесів на газ у міжгалактичному середовищі. Завдяки надзвичайно високій роздільній здатності ці нові симуляції дозволили «побачити» структури газу, які раніше просто губилися в обчисленнях.Це, у свою чергу, допомагає уточнювати прогнози для поточних і майбутніх спостережень. Порівнюючи детальні симуляції з реально виміряними «хімічними відбитками» у старих зорях та зображеннями ранніх галактик від JWSТ, астрономи можуть відсівати конкуруючі сценарії формування перших зір.Як підкреслює Мартен Рей, елементи, що зробили можливими Землю й життя — вуглець, кисень, залізо та багато інших, — були синтезовані саме зорями. Тому, щоб зрозуміти їхнє походження, необхідно зрозуміти, як формувалися перші зорі й як вони збагачували навколишній простір, а МЕGАТRОN дозволяє перевіряти такі ідеї безпосередньо на основі спостережуваних даних.

Наступний крок для МЕGАТRОN

Команда з Університету Бата вже працює над наступним поколінням симуляцій. Кінцева мета — ще сильніше поєднати теоретичні моделі формування перших зір і галактик із новими спостереженнями раннього Всесвіту, які продовжує отримувати JWSТ.Для цього проєкт нещодавно отримав 40 мільйонів процесорних годин на національних суперкомп’ютерах Великої Британії. Це дасть змогу будувати ще більш детальні симуляції з повнішими фізичними моделями та, відповідно, точніше простежити шлях від першого зоряного світла до хімічного складу найдавніших зорь у Чумацькому Шляху.Стаття Симуляції МЕGАТRОN пов’язали перші галактики з давніми зорями з'явилася спочатку на Цікавості.