Команда исследователей под руководством представителей Физико-математического института имени Кавли (Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe, Kavli IPMU), Япония, проанализировала ранее собранные данные, чтобы выяснить истинную природу одного компактного объекта – который, как оказалось, представляет собой вращающийся магнетар, тип нейтронной звезды с экстремально мощным магнитным полем – движущегося в составе системы LS 5039, являющейся самой яркой двойной звездной системой в Галактике.

Эта команда, возглавляемая Хироки Йонедой (Hiroki Yoneda) из Kavli IMPU, также показывает, что процесс ускорения частиц, происходящий в системе LS 5039, вызывается взаимодействиями между плотными звездными ветрами, исходящими со стороны основной, массивной звезды системы, и сверхмощными магнитными полями вращающегося магнетара.

Двойные системы, излучающие в гамма-диапазоне, состоят обычно из массивной (20-30 масс Солнца) и компактной звездных компонент. Компактный объект может быть представлен черной дырой или нейтронной звездой, причем на наличие нейтронной звезды указывает характерный периодический сигнал в рентгеновском диапазоне. Такие системы были открыты лишь относительно недавно, в 2004 г., когда стали возможными наблюдения относительно обширных участков неба в экстремально высокоэнергетическом тераэлектронвольтном диапазоне. При наблюдениях в этом диапазоне такие двойные системы пульсируют с периодами от нескольких суток до нескольких лет.

Двойные системы, излучающие в гамма-диапазоне, являются одними из самых мощных космических ускорителей частиц: в то время как ускорение частиц до тераэлектронвольтных энергий остатками сверхновых, являющимися известными космическими ускорителями частиц, занимает десятки лет, двойные системы, излучающие в гамма-диапазоне, способны разогнать электроны до таких энергий в течение всего лишь нескольких десятков секунд.

В своей работе Йонеда и коллеги проанализировали данные наблюдений системы LS 5039 в рентгеновском диапазоне при помощи космических обсерваторий Suzaku и NuSTAR и обнаружили периодический сигнал, указывающий на нейтронную звезду. Исходя из периода вращения компактной компоненты, ученые оценили мощность ее магнитного поля и установили, что она должна составлять около 10^11 Тесла, что является экстремально высоким значением для нейтронных звезд и соответствует магнитному полю «самого сильного магнита Вселенной» - магнетара.

Это двигатель, который доставит первую женщину на поверхность Луны», — написал он в своем сообщении в ......... о BE-7. — BE-7 — это высокопроизводительный, выполненный с использованием аддитивных технологий [3D-печати], жидкостный водородно-кислородный двигатель для лунного посадочного модуля с тягой 10 тыс. фунтов с глубоким дросселированием до 2000 фунтов для точной посадки на Луну».

В конкурсе NASA участвуют ещё три коллектива помимо «Национальной команды» (National Team) во главе с Blue Origin. В частности, компания SpaceX Илона Маска также предлагает свой проект по доставке человека на Луну. Предполагается, что победитель конкурса будет объявлен в феврале будущего года, после чего начнётся постройка КА для лунной миссии NASA Artemis. Джеф Безос, как следует из контекста его сообщения, уверен в победе его команды.

Национальная солнечная обсерватория США 3 декабря опубликовала первую детальную фотографию пятна на Солнце, сделанную при помощи телескопа имени Дэниела Иноуэ.

Телескоп Иноуэ, расположенный на Гавайях, оснащен четырехметровым зеркалом и является крупнейшей в мире солнечной обсерваторией. В сообщении отмечается, что новое оборудование позволяет получать снимки с разрешением в 2,5 раза выше, чем раньше.

Фотография была сделана 28 января 2020 года, но опубликована в открытом доступе только сейчас.

Размер солнечного пятна, сфотографированного телескопом, в поперечнике составляет более 16 тыс. км (диаметр Земли на экваторе составляет 12,7 тыс. км). Самые мелкие структуры, различимые на снимке, – размером около 20 км.

“Сближения между этими двумя планетами довольно редки, они происходят примерно раз в 20 лет, но именно это соединение исключительно редко из-за того, насколько близко планеты будут располагаться друг к другу. Вам придется вернуться к самому рассвету 4 марта 1226 года, чтобы увидеть более близкое расстояние между этими объектами”, – отметил астроном Университета Райс, профессор физики и астрономия Патрик Хартиган.

С лета Юпитер и Сатурн начали сближаться. И сейчас они видны в нашем ночном небе. Но с 16 по 25 декабря они станут еще виднее. Чтоб их увидеть, нужно смотреть на западную часть неба в течение примерно часа после захода солнца.

“Вечером самого близкого сближения 21 декабря они будут выглядеть как двойная планета, разделенная лишь 1/5 диаметра полной Луны”, – добавил Хартиган.

При этом, хотя эти две планеты могут казаться близкими, они все еще находятся на расстоянии сотен миллионов миль друг от друга.

Видання зазначає, що попередні дослідження проводилися роками, і телескоп Pathfinder побив рекорди швидкості і впорався з пошуком галактик за два тижні за допомогою радіохвиль.

Радіохвилі мають найбільшу довжину хвилі серед усіх форм світла. Вони дозволяють вивчати деякі найекстремальніші середовища у Всесвіті, від холодних хмар газу до надмасивних чорних дір.

Довгі хвилі легко проходять крізь хмари, пил і атмосферу, але їх потрібно приймати за допомогою великих антен. Широкі (але відносно низькі) простори Австралії є ідеальним місцем для встановлення великих радіотелескопів.

Відповідно до The Next Web, першу детальну радіокарту південного неба створили внаслідок дослідження неба Сіднейським університетом Молонгло. Огляд тривав десятиліття та охопив 25% небесного простору.

Організація з наукових досліджень CSIRO оглянула 83% неба за 10 днів. Як результат, вона створила мапу на основі 903 зображень.

Добыча местных ресурсов в космосе вместо того, чтобы брать с собой с Земли все необходимое, могло бы позволить долгосрочное расселение людей за пределами планеты.

Впервые обработку минералов бактериями на МКС провели в июле 2019 года. Экспиремент дал неплохие результаты, давшие ученым надежду на коммерческое применение космической биодобычи. Новый эксперимент BioAsteroid доставит на МКС усовершенствованные контейнеры размером со спичечный коробок, чтобы исследовать, как процесс биодобычи работает в условиях микрогравитации.

Контейнеры будут использоваться для выращивания бактерий и грибов в инкубаторе в течение трех недель, чтобы увидеть, как гравитационная среда влияет на микробы, извлекающие минералы из породы.

Микробы используются для биодобычи Земли в качестве удобного способа доступа к металлам, захваченным в породах, которые микробы переваривают, оставляя после себя материалы, необходимые шахтерам.

Если этот метод окажется успешным в космосе, он сможет поддержать усилия по исследованию Луны и Марса, что позволит человечеству добывать строительные материалы, воду и даже ракетное топливо.

Исследователи заявили, что на МКС можно получить условия, которые невозможно воспроизвести на Земле.

Рассказывает Либби Джексон, менеджер программы исследований человека в Космическом агентстве Великобритании:

«Если мы хотим продолжать исследовать космос и расширять границы возможного, тогда нам нужно будет создать или найти основные элементы, необходимые для поддержания жизни. Благодаря нашему членству в Европейском космическом агентстве британские ученые могут пользоваться уникальными научными возможностями, доступными на МКС, и находятся в авангарде усилий по воссозданию основ жизни на Земле. Новая программа Bioreactor Express, частью которой является этот эксперимент, изменит то, как мы можем использовать эту уникальную лабораторию, открывая новые возможности для британских ученых и организаций заниматься наукой в ​​космосе».

Это исследование поможет ученым глубже понять происхождение Солнечной системы и планет, а также других планетных систем Галактики.

В новом исследовании команда во главе с Джоном Тардуно (John Tarduno) из Рочестерского университета изучила магнитные свойства минералов метеорита Альенде, упавшего на Землю на территории Мексики в 1969 г. Метеорит Альенде является крупнейшим метеоритом класса углеродистых хондритов и содержит минералы – так называемые кальций-алюминиевые включения – которые, предположительно, являются самыми первыми твердыми образованиями в Солнечной системе. Он является одним из наиболее подробно изученных метеоритов и считается на протяжении десятилетий классическим примером метеорита, представляющего собой осколок астероидного родительского тела.

Недавно некоторые ученые предложили дискуссионную гипотезу о том, что магнетизм углеродистых хондритов типа Альенде может быть связан с магнитным динамо, аналогично магнитному динамо Земли. В своей работе Тардуно и его коллеги находят, что магнитные сигналы, принятые ранее другими исследователями за сигналы со стороны магнитного ядра астероида, связаны на самом деле с необычными магнитными минералами Альенде.

Разрешив этот парадокс, Тардуно и его коллеги-теоретики смогли далее при помощи моделей установить, что причиной намагничивания тел в ранней Солнечной системе, в том числе углеродистых хондритов, стал солнечный ветер, огибающий эти тела (см. фото).

Используя результаты проведенного моделирования, исследователи установили, что родительские астероиды метеоритов класса углеродистых хондритов прибыли в Пояс астероидов из внешней Солнечной системы примерно 4,562 миллиарда лет назад, то есть в течение всего лишь первых пяти миллионов существования Солнечной системы.

Тардуно говорит, что эти результаты являются подтверждением так называемой гипотезы большого отклонения (Grand Tack hypothesis), описывающей движение Юпитера и других планет Солнечной системы. Ранее ученые считали, что планеты и другие планетные тела формировались из газа и пыли сразу «на своих местах», однако сегодня астрономы понимают, что гравитационные силы планет-гигантов, Юпитера и Сатурна, могли обусловливать формирование и миграции планетных тел и астероидов. Согласно гипотезе большого отклонения, астероиды сначала были разделены на две группы гравитационными силами, действующими со стороны Юпитера, дальнейшая миграция которого привела к перемешиванию астероидных тел.

Исследователи разработали новый способ электролиза, позволяющий без предварительной очистки использовать соленую марсианскую воду для получения кислорода (для дыхания) и водорода (в качестве топлива).

Электролиз представляет собой разложение воды на составные части – водород и кислород – под действием электрического тока. Обычно для электролиза принято брать очень чистую, желательно несколько раз дистиллированную воду. Присутствие солей в воде для электролиза обычно затрудняет проведение процесса.

Летом 2008 г. стационарный спускаемый аппарат НАСА Phoenix («Феникс») «потрогал и попробовал» марсианскую воду – пары, полученные из извлеченного аппаратом из грунта водяного льда. После этого марсианский аппарат Mars Express («Марс Экспресс») Европейского космического агентства обнаружил несколько подповерхностных резервуаров, в которых вода находилась в жидком состоянии, благодаря присутствию в ней большого количества растворенных солей, перхлоратов, значительно снижающих температуру замерзания воды.

В новой работе группа исследователей под руководством Виджая Рамани (Vijay Ramani) из Университета Вашингтона в Сент-Луисе, США, разработала уникальный способ электролиза, отличающийся тем, что разложению подвергается вода, содержащая большое количество соли, без ее предварительной очистки. Система была протестирована и показала высокую эффективность, в том числе при низких температурах, близких к температурам, характерным для поверхности Марса.

«Наш новый электролизер для получения кислорода и водорода из рассолов включает анод из смеси рутената натрия и пирохлора, разработанный нашей командой, и катод, выполненный из платины на угле», - сказал Рамани.

Тщательно выверенная конструкция ячейки и уникальный анод позволили системе функционировать без необходимости нагревания или очистки воды, что обеспечило высокую эффективность и низкое энергопотребление, отметили авторы изобретения.

Электролизер, созданный Рамани и его коллегами, может найти широкое применение не только для будущих марсианских миссий, но и на Земле. С его помощью, например, можно получать кислород из соленой морской воды на подводных лодках

Эти отклонения орбиты не приводят к падению спутников с неба, но они могут нарушить их связь с Землей, сократить продолжительность их жизни и даже повысить вероятность столкновения в космосе.

Хотя исследователи и инженеры уже давно знают об этом эффекте, известном как орбитальное сопротивление, новая коллекция исследований, проведенных учеными НАСА, обнаруживает, что менее интенсивные, но более продолжительные штормы неожиданно оказывают большее влияние на орбиты спутников, чем более короткие и более сильные. тяжелые события.

Ученые НАСА в течение многих лет тщательно следили за космической погодой и отслеживали сопротивление орбиты, поскольку спутники на низкой околоземной орбите служат основой для наблюдений за Землей, погодными изменениями и телекоммуникационными системами. Новое исследование, посвященное редким экстремальным историческим штормам, поможет операторам спутников лучше понять время жизни и динамику спутников, сделав околоземную космическую среду более безопасной, когда разразится следующая большая супер-буря.

«Орбитальное сопротивление очень важно, – отметил Джим Спанн, руководитель отдела космической погоды в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне, округ Колумбия. – Этот новый результат подчеркивает тот факт, что даже во время менее экстремальных явлений космической погоды орбитальное сопротивление спутников оказывает большее влияние, чем мы ожидали. И это становится все более и более серьезной проблемой просто потому, что у нас появляется все больше и больше космических аппаратов».

Что вызывает орбитальное торможение

Наша ближайшая звезда, Солнце, дает свет, питающий жизнь на Земле. Но она также извергает опасные частицы и радиацию, которые могут повлиять на космонавтов и космические технологии. Ученые изучают множество последствий этих излияний, в том числе то, что случается, когда такие извержения очень сильны. Однако, когда дело доходит до тысяч активных спутников в космосе, одной из ключевых проблем является косвенное воздействие частиц и излучения, даже от небольших штормов.

Частицы высоких энергий и солнечное излучение могут нагревать атмосферу Земли, поскольку они сталкиваются с обычными молекулами, такими как азот и кислород. Нагретый воздух поднимается вверх и заставляет атмосферу расширяться, как воздушный шар. Если шторм достаточно силен, он заставит атмосферу расшириться настолько, что поглотит орбиты спутников на низкой околоземной орбите, которые в противном случае пролетели бы через районы с небольшой атмосферой или без нее.

Повышенная атмосфера похожа на встречный ветер – она ​​замедляет вас. Для спутника это сопротивление заставляет его замедляться и снижаться по высоте. Согласно новой статье, недавно опубликованной в ноябрьском выпуске Space Weather, во время экстремальной магнитной бури спутник может снизится на полкилометра по высоте за один день.

Оливейра – ученый из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, который в последние несколько лет изучает, как активность Солнца вызывает торможение орбиты спутника.

Ранее Оливейра помогал улучшать модели, обнаружив, что эффекты орбитального сопротивления распространяются в космос вдвое выше, чем ожидалось ранее. Эта работа также обнаружила, что более сильные штормы нагревают и охлаждают верхние слои атмосферы быстрее, чем более мелкие штормы.

Но в своем последнем исследовании ученые обнаружили, что последствия более слабых, но более продолжительных штормов могут быть столь же сильными, если не более сильными, чем экстремальные штормы.

Оливейра и его коллеги изучали экстремальные штормы прошлого века, чтобы понять, как подобные события повлияют на наши современные спутники. Такие суперштормы с Солнца редки – с начала космической эры произошел только один, и он был лишь наполовину меньше, чем событие 1921 года. Однако за тот же период произошли десятки меньших магнитных бурь от Солнца, не все из которых достигли Земли.

Исследователи использовали данные о том, как спутники реагировали на относительно небольшие бури, с записями магнитной активности на Земле во время прошлых супербурь. Это помогло им впервые количественно оценить, как спутник выдержит супершторм.

Они обнаружили, что самые сильные штормы не обязательно вызывают наибольшее сопротивление. Последствия более продолжительного и менее интенсивного шторма могут нарастать со временем, в конечном итоге вызывая большее орбитальное сопротивление, чем короткий мощный шторм. Это открытие удивило ученых, которые не ожидали, что продолжительность шторма будет таким важным фактором.

Контроль столкновений

Солнечные бури непропорционально сильно влияют на спутники на низкой околоземной орбите, которые живут в пределах первых 375 миль космоса над поверхностью Земли, которые могут быть окутаны раздувающейся атмосферой. Подавляющее большинство новых спутников называют этот регион своим домом, в том числе быстрорастущие группировки спутников связи, запущенные частными предприятиями.

На графике показаны слои атмосферы и связанные с ними слои свечения на высоте от 50 до 400 миль. МКС находится на высоте 300 миль.
Поскольку солнечная активность нагревает термосферу, этот атмосферный слой раздувается и может поглощать спутники, которые обычно вращаются в почти свободной от частиц области атмосферы над ним.
Кредиты: НАСА
Орбитальное сопротивление и Международная космическая станция

Орбитальное сопротивление также влияет на Международную космическую станцию, которая движется по низкой околоземной орбите на высоте около 500 км над поверхностью. Чтобы не потерять высоту во время солнечной бури, команда тщательно следит за солнечной активностью. Высота космической станции может быть увеличена, чтобы компенсировать естественное орбитальное сопротивление, которое влияет на все орбитальные космические корабли, в том числе во время более сильного сопротивления, вызванного космической погодой. Регулировка высоты также используется для поддержания правильного местоположения при прибытии заходящего космического корабля и иногда во избежание попадания космического мусора.

В настоящее время Солнце усиливает активность, поскольку оно приближается к следующему солнечному максимуму – периоду в течение своего 11-летнего цикла, когда наиболее вероятно возникновение огромных вспышек и CME. В то время как космические аппараты пополнения запасов регулярно посещают космическую станцию ​​и могут доставлять больше топлива, спутники меньшего размера и кубсаты имеют ограниченный запас, если вообще имеют его.

«По прогнозам, этот солнечный максимум не будет таким значительным, как 20 лет назад, но штормовые явления будут более значительными, чем сейчас, – сказал Джим Спанн, руководитель отдела космической погоды в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне, округ Колумбия. – Они будут влиять на сопротивление орбиты малых спутников, большинство из которых не имеют собственных двигателей, чтобы скорректировать потерю высоты».

Как только спутник сбивается с орбиты, последствия только усугубляются, поскольку на меньших высотах больше атмосферы и, следовательно, больше лобовое сопротивление даже в спокойных условиях. Чем ниже волочится спутник, тем сильнее его сопротивление.

Орбитальное сопротивление плохо для спутника, который хочет оставаться на рабочей высоте, но оно также плохо для ближайших спутников, которые могут столкнуться со спутником, который отклонился от курса. Более того, даже крошечные кусочки космического мусора представляют огромный риск для спутников, поэтому минимизация столкновений является ключом к сохранению околоземной среды в качестве функционального пространства для спутников.

«Идея в том, что если мы знаем, насколько сильна буря и как долго она продлится, мы сможем более точно отследить положение спутника, – отметил Оливейра. – Это поможет снизить вероятность столкновения».

Синоптики космической погоды

Новые результаты – всего лишь один из аспектов космической погоды и области гелиофизики, в которой ученые пытаются понять, как активность Солнца колеблется в Солнечной системе и влияет на Землю.

«Космическая погода – это все о предсказании – мы должны ее предсказать, нам нужно быть в безопасности, – сказал Оливейра. – То же самое, если вы хотите пойти на пляж – вы хотите знать, будет ли он дождливым или солнечным, или же волны будут слишком опасными для плавания. Это более или менее то, что мы хотим делать с космической погодой».

Ученые НАСА десятилетиями наблюдали за космической погодой и воздействием сопротивления спутников на спутники, особенно с 1970-х годов, когда солнечная активность привела к увеличению сопротивления миссии НАСА Skylab, в результате чего она сошла с орбиты раньше, чем ожидалось. За прошедшие годы усовершенствованные модели помогли ученым лучше понять влияние нормальной солнечной активности на орбитальное сопротивление. Однако из-за редкости экстремальных явлений трудно точно знать, как они могут повлиять на нынешние спутники – что становится все более важным, поскольку все больше и больше спутников заполняют небо.

Чтобы обеспечить заблаговременное предупреждение о приближающихся штормах, многие из гелиофизических миссий НАСА помогают отслеживать активность Солнца. Такие миссии, как Обсерватория солнечной динамики и Солнечная и гелиофизическая обсерватория, постоянно следят за Солнцем, в то время как другие миссии, такие как Исследование ионосферных связей, Испытательные стенды космической среды и предстоящий эксперимент с атмосферными волнами, изучают, как космическая погода и изменчивость солнечной активности влияют на верхние слои атмосферы Земли, спутники и другие технологии. Эта информация помогает обезопасить астронавтов и активы НАСА в космосе во время космических погодных явлений.

Хотя никто не может точно предсказать, когда случится следующая большая солнечная супер-буря или продолжительный шторм, Оливейра надеется, что новая работа поможет ученым и инженерам лучше подготовиться к ее приближению. Солнце может быть на расстоянии 250 миллионов километров, но это не значит, что оно не оказывает большого влияния на Землю.

Через несколько дней после всплеска ускоренных электронов до приборов космических аппаратов дошли колебания плазменной волны, вызванные электронами с меньшей энергией, а ещё через месяц — и сама ударная волна. По мнению физиков, эти электроны движутся в межзвёздной среде со скоростью, близкой к скорости света — примерно в 670 раз быстрее, чем ударные волны, придавшие им импульс. Отражаясь от усиленного магнитного поля на краю ударной волны, электроны закручиваются по спирали вдоль силовых линий межзвёздного магнитного поля, набирая скорость по мере увеличения расстояния между ними и ударной волной. Интересно, что ударным волнам потребовалось больше года, чтобы достичь зонда «Вояджер», который находится на расстоянии более 22 млрд километров от Солнца.

В пресс-релизе Университета Айовы руководитель исследования, заслуженный профессор физики и астрономии Дон Гурнетт (Don Gurnett), пояснил: «Когда ударная волна впервые касается силовых линий межзвёздного магнитного поля, проходящих через космический корабль, она отражает и ускоряет некоторые электроны космических лучей. Мы определили с помощью инструментов, что это электроны, которые были отражены и ускорены межзвёздными толчками, распространяющимися наружу от энергетических солнечных событий на Солнце. Это неизвестный ранее механизм».

Сам механизм ускорения частиц ударными волнами не нов, но учёные не фиксировали ранее его в межзвёздной среде, сильно отличающейся от солнечного ветра, где ранее наблюдались подобные процессы. Исследователи считают, что результаты могут улучшить понимание космического излучения и ударных волн. В конечном итоге они могут помочь защитить астронавтов от радиационного воздействия во время полётов в дальний космос.

Но примечательна сама возможность новых открытий с помощью древнего по современным меркам оборудования. Оба зонда «Войяджер» используют очень старую электронику: частота их процессоров составляет всего 250 кГц против гигагерц у современных (даже потребительских) чипов, а для связи с аппаратами требуется около полутора дней. Это лишнее доказательство надёжности технологии. Но рассчитывать на новые находки приходится всё меньше: ожидается, что последние научные инструменты на каждом космическом корабле выйдут из строя примерно в 2025 году.

Интересно, что в ноябре учёные сообщили, что им удалось восстановить двустороннюю связь с зондом «Вояджер 2»: из-за ремонта и обновления расположенной в Канберре (столица Австралии) антенны DSS43 (Deep Space Station 43) в течение восьми месяцев аппарат находился в режиме самостоятельного полёта. Специалисты могли лишь получать определённую информацию от космической станции, но не отсылать управляющие команды.

Исследователи использовали уникальную камеру Dark Energy Camera (DECam), которая обладает большой чувствительностью в красной части видимого спектра и в ближней инфракрасной области. Камера установлена на телескопе в Межамериканской обсерватории Серро-Тололо в Чили.

Чтобы скомпоновать столь подробные изображения, понадобилось 758 ночей наблюдений за шесть лет. В этих галактиках-спутниках Млечного Пути находятся активные очаги звездообразования, и ученые надеются получить больше подробностей об этом процессе.

Температура вещества в космосе растет. За последние восемь миллиардов лет она увеличилась втрое, и этот рост продолжается. Такой вывод сделали ученые из США, Японии и Германии, опубликовавшие научную работу в журнале Astrophysical Journal. Что происходит с нашей единственной Вселенной?

Этапы творения

В общем-то космосу не привыкать быть горячим: в момент Большого взрыва (около 13,8 млрд лет назад) во Вселенной было жарко как никогда. Температура была такой, что было немыслимым существование даже атомных ядер, не то что звезд и планет. Но пространство расширялось, и тепловая энергия распределялась по все большему объему. Уже через несколько секунд мир остыл настолько, чтобы образовались первые атомные ядра. Для того чтобы они объединились с электронами в атомы, понадобилось еще триста тысячелетий. Вселенная продолжала расширяться и остывать. До появления первых звезд оставались еще сотни миллионов лет. Ничто не разгоняло космическую тьму, и в ней становилось все холоднее.

Но мир уже нес в себе зародыши будущего великолепия. Это были крошечные случайные неоднородности в распределении материи. Туда, где плотность была чуть-чуть выше, гравитация притягивала все новое вещество, чтобы в конце концов вылепить из него галактики. Сегодня большинство теоретиков признает, что ведущую роль в этом сыграла темная материя. Этой невидимой ни в какие телескопы неощутимой субстанции, которую упорно и пока безуспешно ищут земные детекторы, во Вселенной в несколько раз больше, чем обычного вещества. И она стала материалом и архитектором великой космической паутины.

Дело в том, что темная материя обладает тяготением, как и обычное вещество. Но есть у нее и принципиальное отличие. Когда гравитация сжимает облако обычного газа, его атомы все чаще сталкиваются друг с другом. Из-за этих столкновений возникает давление, и оно противодействует сжатию. А вот частицы темной материи, согласно современным теориям, никогда не встречаются друг с другом. Поэтому у темного вещества нет давления, и его сгусток беспрепятственно сжимается гравитацией. Так и вышло, что первыми отдельными объектами во Вселенной и зародышами будущих галактик стали сгустившиеся облака темной материи. Там, где росла плотность темной материи, увеличивалась и сила ее тяготения. А уж она притягивала в образующиеся сгустки и обычное вещество. Эти комки притягивались друг к другу, сталкивались и слипались. В череде бесчисленных «слияний и поглощений» возникли карликовые галактики. Они объединялись в крупные звездные системы.

К слову, этот процесс не завершен и по сей день. Галактики давным-давно сформировались, но гравитация — не подрядчик, который сдает объект и снимает леса. Темная материя продолжает собираться во все более крупные облака, а галактики под действием ее тяготения группируются во все более тесные скопления. И вот оказалось, что у этого процесса есть интересный побочный эффект.


Горячие деньки

Четыре пятых обычной (не темной) материи находится вне галактик. Это межгалактический газ. Правда, он настолько разрежен, что с точки зрения любого здравомыслящего инженера это никакой не газ, а самый настоящий вакуум. Но у астрономов свои мерки. Они не только знают о существовании межгалактического газа, но и умеют наблюдать его излучение и даже измерять его температуру. Межгалактического газа гораздо больше, чем вещества в галактиках вместе со всеми их звездами и планетами. Поэтому его температуру с некоторой натяжкой можно назвать температурой Вселенной. И сейчас она очень, очень высока (миллионы градусов).

Теоретики находят этому простое объяснение. Когда зародыши галактик сталкивались и сливались друг с другом, это вызывало в межгалактической среде ударные волны. Отчасти они были похожи на волны, которые оставляет за собой катер на поверхности моря. Эти волны интенсивно нагревали межгалактическую среду. Если так, то в прошлом ее температура должна была быть ниже. Но как это проверить?

Градусник для прошлого Вселенной

К счастью, астрономы-наблюдатели умеют путешествовать во времени. Дело в том, что свет от самых далеких космических объектов добирается к нам миллиарды лет. Значит, мы видим их такими, какими они были миллиарды лет назад, в момент испускания света. Правда, на сей раз ученые наблюдали не само излучение межгалактического газа (хотя он испускает рентгеновские лучи). Они выбрали более сложный, но обеспечивающий более точные измерения путь. Этот подход основан на наблюдении реликтового излучения. Реликтовое излучение отделилось от вещества 300 тысяч лет назад, когда появились первые атомы. Благодаря ему можно многое узнать о ранних стадиях эволюции Вселенной. В данном случае реликтовые радиоволны сыграли роль зонда, проходящего через межгалактический газ и собирающего о нем информацию.

Электроны межгалактического газа оказывают влияние на реликтовое излучение — это называется эффектом Сюняева-Зельдовича. Он назван в честь теоретически предсказавших его наших соотечественников: Рашида Алиевича Сюняева и Якова Борисовича Зельдовича. Этот эффект давно и продуктивно используется астрономами. В данном случае он позволил определить температуру межгалактического газа.

Авторы использовали данные миссии «Планк» (Planck). Этот космический радиотелескоп специально предназначен для наблюдений реликтового излучения. Он был запущен Европейским космическим агентством в 2009 году и обошелся в €700 млн (солидная сумма даже по меркам орбитальных обсерваторий). Но карты реликтового излучения, которые этот инструмент составил за 4,5 года работы, стали бесценным вкладом в наши знания о космосе. Полученную информацию авторы сопоставили с данными Слоановского цифрового обзора неба (SDSS). Этот проект стартовал в 2000 году и продолжается по сей день. С помощью 2,5-метрового оптического телескопа астрономы наносят на карту далекие галактики. В числе прочего ученые определяют красное смещение этих галактик, которое однозначно пересчитывается в расстояние.

Карты SDSS показали авторам нового исследования, где и на каком удалении находятся галактики. Данные «Планка», в свою очередь, указали на то, какой след оставил в реликтовом излучении окружающий их межгалактический газ. Взятые вместе, эти сведения помогли определить температуру газа на разных расстояниях от Земли и, следовательно, в разные эпохи. Полученные цифры впечатляют. За последние 7,7 млрд лет температура газа вокруг галактик увеличилась в три раза: с 700 000 до 2 млн градусов. И это при том, что 7,7 млрд лет назад большинство галактик, включая наш Млечный Путь, уже давно сформировались, и эпоха самого бурного разогрева осталась далеко позади. Впрочем, эти результаты не стали неожиданностью для ученых.

«Наши новые измерения являются прямым подтверждением основополагающей работы Джима Пиблза, лауреата Нобелевской премии по физике 2019 года, который сформулировал теорию формирования крупномасштабной структуры Вселенной», — отмечает первый автор статьи И-Куань Цзян (Yi-Kuan Chiang) из Университета штата Огайо, США.

Хотя эпоха самого быстрого нагрева межгалактического вещества миновала, этот процесс продолжается и сейчас. Галактики по-прежнему сталкиваются, порождая волны в окружающем газе. К счастью, это явление ничем не угрожает нашей галактике и нам, ее обитателям. Во-первых, межгалактический газ находится за пределами Млечного Пути. Во-вторых, он невероятно разрежен: с практической точки зрения это даже не газ, а пустота. От него не нагрелся бы даже космический корабль, если бы кто-то был в силах запустить его за пределы Галактики. В-третьих, нам вряд ли стоит беспокоиться о каких бы то ни было процессах, занимающих миллиарды лет. Нашему виду не исполнилось и миллиона лет, и за это время мы вышли в космос, расщепили атом и научились редактировать ДНК. Знание о далеком прошлом и далеком будущем Вселенной нужно нам не из соображений общественной безопасности, а для лучшего понимания устройства Вселенной и физических законов, которые ею управляют.

Очень редко удается запечатлеть эволюцию астрономического объекта в реальном времени. Но свидетелями именно такого события стали исследователи, проанализировавшие результаты наблюдения планетарной туманности Скат при помощи космического телескопа Hubble («Хаббл») НАСА/ЕКА.

Планетарная туманность представляет собой остатки звезды, сбросившей на последних этапах жизненного цикла свои наружные оболочки. Туманность Скат была названа одной из самых молодых известных планетарных туманностей, когда в 1998 г. при помощи «Хаббла» были запечатлены последние этапы эволюции умирающей звезды. Теперь, спустя 20 лет с момента проведения первых наблюдений, туманность Скат привлекла внимание астрономов по другой причине.

Снимки, сделанные в 2016 г. (см. фото), демонстрируют значительное потускнение туманности за прошедшие два десятилетия. Кроме того, газовые оболочки, окружающие центральную звезду, изменились, и теперь являются существенно менее четкими и выделяющимися на фоне окружающего пространства, как раньше. Такие наглядные изменения туманности никогда прежде не отмечались за всю историю наблюдений космоса. Если говорить о цифрах, то, например, интенсивность линий кислорода упала примерно в 1000 раз в течение этого двадцатилетнего периода, отмечают авторы нового исследования во главе с Брюсом Баликом (Bruce Balick) из Вашингтонского университета в Сиэттле, США.

Обычно в процессе эволюции планетарная туманность становится крупнее, а не меньше, как в случае туманности Скат, объясняет Балик. Аномальная и стремительная эволюция туманности Скат может быть связана с необычной природой центральной звезды SAO 244567, которая была изучена в 2016 г. другой группой под руководством Николь Рейндл (Nicole Reindl) из Потсдамского университета в Германии. В своем исследовании Рейндл и ее коллеги показывают, что температура звезды взлетела примерно с 22 000 градусов Цельсия до 60 000 градусов Цельсия в период между 1971 и 2002 гг., после чего звезда начала остывать. Согласно гипотезе Рейндл, этот температурный всплеск связан с термоядерной вспышкой, соответствующей горению гелия на звезде. Эта гелиевая вспышка обусловила стремительную эволюцию туманности Скат и позволила в реальном времени наблюдать удивительные сдвиги в структуре данной туманности.

Инструментальная платформа 305-метрового телескопа в обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико упала примерно в 15:55 по московскому времени 1 декабря, что привело к полному повреждению антенны и окружающих объектов.

О пострадавших в результате обрушения не поступало. Национальный научный фонд США приказал очистить территорию вокруг телескопа от персонала после того, как 6 ноября оборвался кабель. Местные власти будут держать эту территорию оцепленной, пока инженеры работают над оценкой устойчивости других структур обсерватории.

Главными приоритетами являются поддержание безопасности на объекте, максимально быстрое проведение полной оценки ущерба и принятие мер по сдерживанию и смягчению любого экологического ущерба, причиненного конструкцией или ее материалами.

«Мы опечалены этой ситуацией, но благодарны тому, что никто не пострадал», - сказал директор NSF Сетураман Панчанатан. «Когда инженеры сообщили NSF, что конструкция нестабильна и представляет опасность для рабочих бригад и персонала Аресибо, мы серьезно отнеслись к их предупреждениям и продолжили подчеркивать важность безопасности для всех участников. Сейчас мы сосредоточены на оценке ущерба и поиске способов восстановления работы других частей обсерватории».

Расследование обрушения продолжается. Когда упала 900-тонная инструментальная платформа, упали и опорные тросы телескопа.

Предварительные оценки показывают, что учебному центру обсерватории был нанесен значительный ущерб в результате падения кабелей.

Сегодня на место прибыли инженеры. Сотрудничая с Университетом Центральной Флориды, который управляет обсерваторией, NSF надеется, что уже завтра на место будут прибыть специалисты по экологической оценке. Рабочие обсерватории будут принимать соответствующие меры предосторожности, так как полная оценка безопасности объекта находится в стадии реализации.

В августе неожиданно оборвался один из тросов 305-метрового телескопа. Ожидалось, что оставшиеся кабели без проблем выдержат нагрузку, так как инженеры работали над устранением повреждений. Однако второй трос порвался 6 ноября. Инженеры впоследствии обнаружили, что второй порвался примерно на 60% от минимальной прочности на разрыв, что указывает на то, что другие тросы могут быть слабее, чем ожидалось, и сообщили, что конструкцию нельзя безопасно отремонтировать.

Оба кабеля были прикреплены к одной и той же опорной вышке. Если башня потеряет еще один кабель, то вероятным результатом будет неожиданное обрушение. После того как 19 ноября NSF объявило о планах вывода 305-метрового телескопа из эксплуатации, беспилотные летательные аппараты обнаружили дополнительные обрывы жил на двух кабелях, прикрепленных к той же башне. На одном из них по состоянию на 30 ноября было 11-14 оборванных внешних жил, а на другом - около восьми. Каждый кабель состоит примерно из 160 жил.

Оказалось, что электроны летят почти со скоростью света, что примерно в 670 раз быстрее, чем ударные волны, которые первоначально их ускорили. Через несколько дней вслед за электронными всплесками приборы зафиксировали колебания плазменных волн, вызванные электронами меньших энергий. Наконец, через месяц до космических зондов добралась сама ударная волна.

Ударные волны исходили от корональных выбросов массы, представляющих собой выбросы горячего газа и энергии, которые движутся от Солнца со скоростью более одного миллиона километров в час. Однако даже с такими скоростями ударным волнам потребуется больше года, чтобы достичь «Вояджеров», находящихся на расстоянии около 20 миллиардов километров.

Наблюдения, проведенные при помощи обсерватории LDT, помогли выяснить скорость вращения и уточнить орбиту объекта, что, в свою очередь, позволило доказать, что объект CD3 представляет собой природное тело и не является фрагментом космического мусора.

Мини-спутники представляют собой небольшие астероиды, временно захваченные на орбиту вокруг Земли. Вращаясь вокруг нашей планеты в течение менее чем одного года, они затем вновь возвращаются в межпланетное пространство. Первый известный мини-спутник, 2006 RH120, был обнаружен 14 лет назад.

Объект CD3 был открыт 15 февраля 2020 г. учеными из Лаборатории Луны и планет Аризонского университета, США. Поскольку такой объект, как мини-спутник Земли, представляет собой большую редкость, команда исследователей под руководством Григория Федорца (Grigori Fedorets) из Университета Квинс в Белфасте, Северная Ирландия, оперативно взялась за изучение загадочного объекта.

Измерив изменение яркости объекта CD3 с течением времени (кривую блеска) при помощи инструмента Large Monolithic Imager (LMI) телескопа LDT, астрономы установили, что период вращения объекта составляет примерно 3 минуты. Используя этот же инструмент, исследователи также уточнили орбиту загадочного объекта. Параметры орбиты вместе с информацией о физических свойствах объекта CD3 – например о том, что он состоит из силикатов – указывают на то, что объект имеет природное происхождение. В отличие от него другой недавно обнаруженный объект, 2020 SO, оказался, скорее всего, последней ступенью космического аппарата Surveyor 2 НАСА.

Согласно оценкам авторов работы, размер объекта CD3 составляет примерно 1-1,5 метра – что сравнимо с размером небольшого автомобиля – и он прошел мимо Земли на расстоянии около 13 000 километров в точке максимального сближения.

Мини-спутники Земли представляют научный интерес, поскольку могут быть связаны с определенными популяциями астероидов и комет Солнечной системы, пояснили авторы.

Они нашли, что на орбитах вокруг двух молодых звезд, TOI-251 и TOI-942, возраст каждой из которых не превышает 320 миллионов лет, движутся один мини-нептун и две планеты размером с Нептун.

Звезда TOI-251, расположенная на расстоянии около 324 световых лет от нас, относится к спектральному классу G, имеет массу порядка одной массы Солнца и радиус примерно в 0,88 радиуса нашей звезды. Период вращения звезды TOI-251 составляет 3,84 суток, эффективная температура достигает 5875 Кельвинов, а возраст звезды оценивается в 40-320 миллионов лет.

Наблюдения, проведенные при помощи спутника TESS, показали, что вокруг звезды TOI-251 обращается мини-нептун с периодом 4,94 суток, на расстоянии около 0,06 астрономической единицы (1 а.е. равна среднему расстоянию от Земли до Солнца) от родительского светила. Эта экзопланета, обозначенная как TOI-251b, примерно в 2,74 раза крупнее Земли, в то время как масса ее не превышает массу Нептуна, отмечают исследователи.

Звезда TOI-942 относится к спектральному классу K и находится на расстоянии около 498 световых лет от Земли. Эта звезда имеет такой же размер, что и Солнце, но ее масса примерно на 21 процент меньше. Эффективная температура звезды составляет 4928 Кельвинов, а период вращения – порядка 3,4 суток. Возраст звезды TOI-942, согласно оценкам, находится в диапазоне между 20 и 160 миллионами лет. Как демонстрируют исследователи, вокруг звезды обращаются две рыхлых планеты размером с Нептун, TOI-942b и TOI-942c.

Планета TOI-942b примерно в 4,81 раза крупнее Земли и имеет максимальную возможную массу порядка 2,6 массы Нептуна. Она обращается вокруг родительской звезды с периодом 4,32 суток, на расстоянии примерно в 0,05 а.е. от нее. Планета TOI-942c имеет радиус порядка 5,79 радиуса Земли, а ее масса не превышает 2,6 массы Нептуна. Орбитальный период для этой планеты составляет примерно 10,16 суток, а от родительского светила ее отделяет дистанция приблизительно в 0,08 а.е., нашли ученые.

В заключение астрономы отмечают, что объекты TOI-251 и TOI-942 являются хорошими примерами молодых одиночных звезд с планетными системами, которые помогут внести значительный вклад в изучение отношений между свойствами планет и их возрастом.