Загадки необычных космических объектов

ПРЯМОУГОЛЬНАЯ ТУМАННОСТЬ

 

Слабая двойная звездочка в созвездии Единорога не привлекала внимания ученых до 1979 г., когда наблюдения в инфракрасном диапазоне позволили обнаружить вокруг нее небольшую туманность, получившую, как и сама звезда, обозначение HD 44179. По мере совершенствования техники наблюдений становилось ясно, что здесь астрономы столкнулись с чем-то таким, чего ранее на небе не видели: оказалось, что туманность имеет правильную прямоугольную форму!

Звезд, вселенная, туманность
Звезда HD 44179, расположенная на расстоянии 2300 световых лет в созвездии Единорога, окружена необычной структурой, известной как «Красный прямоугольник». Она получила свое название из-за формы и цвета на первых изображениях. Более детальные снимки, сделанные телескопом Hubble, показывают, что очертания туманности скорее не прямоугольные, а X-образные, с дополнительными уплотнениями светящегося газа, немного напоминающими ступеньки лестницы. Такая необычная форма возникла благодаря выбросам вещества из тесной двойной звездной системы. ESA, Hubble, NASA; Reprocessing: Steven Marx, Hubble Legacy Archive. 

Конечно же, сразу возникли предположения о том, что это — искусственный объект. Прошло немало лет, прежде чем появилось правдоподобное объяснение такой необычной формы. Сейчас астрономы считают, что эта туманность образовалась вследствие периодических выбросов вещества из двойной системы. При этом возникают ударные волны, которые и создают структуру, имеющую форму прямоугольника с точки зрения наземных наблюдателей.

Звезд, вселенная, туманность
Столкновения между планетами — не такое уж редкое событие в молодых планетных системах. Даже наша Земля пережила нечто подобное примерно через полмиллиарда лет после образования. Иногда тела, участвующие в этих столкновениях, разрушаются до состояния облака небольших обломков и пылевых частиц. NASA/JPL-Caltech

 

Но на этом открытия, связанные с туманностью, не закончились. Получив ее детальные спектры, астрономы обнаружили там множество следов полициклических ароматических водородов. На Земле такие соединения связаны с термическим разложением продуктов жизнедеятельности и являются возможными «кирпичиками» для возникновения жизни. Так что, если мы даже и не найдем «братьев по разуму» в окрестностях этой звезды, она вполне может быть пристанищем для внеземных живых организмов.

 

ПРИЗРАЧНАЯ ГАЛАКТИКА

 

В астрономии часто бывает сложно провести четкую границу между какими-либо классами объектов. Принято считать, что карликовые галактики должны содержать не меньше миллиона звезд, хотя, например, скопление ω Центавра, являющееся частью Млечного Пути, содержит их порядка 10 млн. Тем не менее, таких «нарушителей» не так уж и много, и все они становятся предметом детальных исследований.

Звезд, вселенная, туманность
Возможный вид неравномерного кольца пыли вокруг звезды KIC 8462852. Астрономы выяснили, что ее излучение при падениях блеска больше ослабевает в коротковолновой части спектра и меньше — в длинноволновой. Такое «покраснение» вполне может быть вызвано пылевыми частицами и не требует для своего объяснения никаких «инопланетных мегаструктур» (которые равномерно затемняли бы все спектральные диапазоны). Сопоставив результаты наблюдений различных инструментов, исследователи смогли оценить размеры пылинок, и выяснили, что они больше похожи на компоненты протопланетных дисков вокруг молодых звезд, чем на частицы, обычно обнаруживаемые в межзвездной пыли. Другие исследования обнаружили доказательства кометной активности в системе. NASA/JPL-Caltech

 

Галактика DGSAT I, открытая в 2016 г., вначале тоже выглядела обычным «карликом» с общей массой порядка 480 млн солнечных, но позже при наблюдениях на телескопе Keck II обсерватории Мауна Кеа удалось выявить три ее важных особенности.

 

 Во-первых, она оказалась «ничейной». Как правило, подобные системы гравитационно связаны с тем или иным галактическим скоплением, однако в данном случае такой принадлежности выявить не удалось (с небольшой долей вероятности DGSAT I могла быть выброшена из «волокна» Рыб-Персея).

 

Во-вторых, звезды, входящие в ее состав, «рассыпаны» в большом объеме пространства, придавая галактике «призрачный» вид. При таких взаимных расстояниях их общей силы тяготения было бы недостаточно для удержания в составе одной системы на протяжении миллиардов лет. Следовательно, в ней должно присутствовать значительное количество темной материи, не испускающей и не поглощающей электромагнитное излучение.

 

 Наконец, спектральные исследования показали, что в звездах DGSAT I содержится очень мало металлов (химических элементов тяжелее водорода и гелия), и они присутствуют там в «нестандартном» соотношении — например, в этой галактике слишком низкое содержание железа относительно магния. Было высказано предположение, что здесь мы имеем дело с «ископаемым», образовавшимся на ранних этапах эволюции Вселенной и оставшимся практически неизменным с тех пор. Но ему противоречит тот факт, что звездообразование в этой системе достаточно активно протекало еще 3 млрд лет назад, что не так уж много по вселенским меркам. В общем, ученым предстоит еще немало поработать над объяснениями всех странностей «призрачной галактики».

 

ИСЧЕЗНУВШАЯ ЗВЕЗДА

 

До недавнего времени астрономам были известны два базовых сценария завершения активного существования светил. Первый — раздувание с превращением в красного гиганта, сброс внешних оболочек (образование планетарной туманности) и медленное остывание звездного ядра, наблюдаемого как белый карлик. Такая судьба ожидает наше Солнце либо звезды, превышающие его по массе не более чем вдвое. Второй — гравитационный коллапс, сопровождаемый мощнейшим выбросом энергии, который мы наблюдаем как вспышку сверхновой. Если масса исходного светила не превышает 8 солнечных, в результате взрыва образуется нейтронная звезда (пульсар), если превышает — черная дыра.

 

Однако в 2015 г. при анализе снимков телескопа Hubble астрономы не обнаружили на них звезду N6946-BH1, прекрасно видимую на изображениях, полученных восемью годами ранее. Светило с массой порядка 25 солнечных просто пропало, не произведя вспышки и не оставив после себя планетарной туманности — лишь слабый источник инфракрасного излучения.

 

Просмотрев архивные фотографии, сделанные наземными телескопами, ученые обнаружили, что в 2009 г. эта звезда ненадолго и не очень сильно увеличила яркость, после чего полностью исчезла.

Звезд, вселенная, туманность
На этой паре снимков, сделанных космическим телескопом Hubble в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах, запечатлена гигантская звезда N6946-BH1 массой в 25 солнечных, расположенная на расстоянии 22 млн световых лет в спиральной галактике NGC 6946. Левое изображение получено в 2007 г. Через два года звезда заметно увеличила блеск и несколько месяцев испускала примерно в миллион раз больше энергии, чем наше Солнце. Но затем она полностью исчезла, как видно на правом снимке от 2015 г. Слабое инфракрасное излучение в том месте, где раньше находилась N6946-BH1, вероятно, исходит от остатков газа и пыли, падающих на черную дыру. NASA/ESA/C. Kochanek (OSU) 

Наиболее удачным объяснением такой «пропажи» считается предположение, что в данном случае мы наблюдали третий сценарий гибели звезды, при котором возникает настолько массивная черная дыра, что в нее «проваливается» все вещество и даже почти все излучение из обширной области пространства. Иначе говоря, она «съедает» материю и энергию, при прочих сценариях ответственные за образование видимой вспышки сверхновой. Подобные катаклизмы ученые назвали вспышками гиперновых.  Насколько верно такое предположение и насколько распространен такой тип «смертельного исхода» — на эти вопросы астрономам еще предстоит ответить.

 

БЛУЖДАЮЩИЙ КОРИЧНЕВЫЙ КАРЛИК

 

Существование объектов, занимающих промежуточное по массе положение между звездами и планетами, было теоретически предсказано в 1963 г., но лишь три десятилетия спустя первый из них удалось сфотографировать непосредственно. За этими объектами закрепилось название коричневых карликов. Они имеют температуру поверхности ниже 2500 °C (уже известны карлики с температурой ненамного выше нуля по Цельсию) и разогреваются только за счет медленного гравитационного сжатия. Лишь на ранних стадиях эволюции в них могут идти термоядерные реакции превращения дейтерия в гелий.

Звезд, вселенная, туманность
Так, по мнению художника, должен выглядеть «Y-карлик». Объекты этого класса — самые холодные из всех известных звездоподобных тел: их температура может быть даже ниже, чем у человеческого тела. NASA/JPL-Caltech

 

Обнаружить коричневые карлики можно только в инфракрасном диапазоне, поскольку в видимой части спектра (как и в более коротковолновой) они почти не излучают. Чаще всего их находят на орбитах вокруг «нормальных» звезд — так был открыт первый подобный объект, являющийся спутником звезды Gliese 229. Чуть позже удалось доказать, что к тому же классу относится слабая звездочка Teide 1, замеченная еще раньше в звездном скоплении Плеяды. Дальнейший прогресс инфракрасной астрономии, связанный с выведением на орбиту новых космических телескопов, позволил находить и «независимые» коричневые карлики, путешествующие по Галактике самостоятельно.

 

Именно так на снимках орбитальной инфракрасной обсерватории WISE, сделанных в рамках программы NEOWISE, был обнаружен объект WISE 1534-1043. Поскольку его случайно заметили «гражданские ученые», помогавшие профессиональным астрономам анализировать результаты обработки снимков, он получил название Accident — «случай».

Звезд, вселенная, туманность
Космический телескоп WISE обнаружил самый холодный коричневый карлик из всех известных на данный момент (зеленая точка в самом центре изображения). Его отнесли к редкому классу Y. Как и другие коричневые карлики, он начал свою жизнь в газово-пылевом облаке, сколлапсировав под действием сил гравитации в плотный шар газа. Но, в отличие от звезд, WISE 1534-1043 не имел достаточной массы, чтобы запустить термоядерные реакции. Он продолжает остывать и тускнеть с момента своего рождения и теперь лишь слабо излучает в инфракрасном диапазоне. NASA/JPL-Caltech

 

Первым сюрпризом стало расстояние до него, ненамного превышающее 50 световых лет. Второй особенностью загадочной находки стала большая относительная скорость — порядка 200 км/с. Но самыми удивительными выглядели спектральные данные. Они указывали на то, что в атмосфере карлика почти не содержится метана — простейшего соединения водорода и углерода, на Земле встречающегося в виде природного газа. Следовательно, этот объект должен был появиться очень давно, когда углерода во всей Вселенной было очень мало (он образуется в ходе термоядерных реакций в недрах звезд). Но тогда непонятно, как WISE 1534-1043 умудрился не остыть за столь долгое время. Попутно возникают и другие вопросы, в частности: откуда у древнего коричневого карлика взялся избыток скорости, насколько часто подобные тела встречаются в нашей Галактике и какую роль они играют в ее эволюции?

 

Перечисленные объекты и явления — лишь небольшая часть загадок, над которыми в данный момент работают астрономы. Есть и другие, не менее интересные, но не оставившие столь заметного следа в мировых СМИ. Часть из них, вероятно, удастся решить методами компьютерного моделирования, другая часть требует совершенствования техники наблюдений и создания астрономических инструментов следующего поколения, в том числе работающих за пределами атмосферы.

Звезд, вселенная, туманность
В 2021 г. принято решение построить самый большой в мире радиотелескоп Square Kilometer Array Observatory (SKAO) с площадью составной антенны около одного квадратного километра, который сможет заглянуть во Вселенную глубже, чем любой инструмент, существующий в настоящее время. Он будет размещен на двух площадках в Южной Африке и в Австралии. SKAO 

Одним из них является космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), который  был запущен в конце позапрошлого года. Его проектирование и строительство велось более 25 лет (изначально он назывался NGST —«космический телескоп нового поколения»), а затраты на него достигли 10 млрд долларов США. Впрочем, не стоит забывать, что, получив ответы на одни вопросы, мы неизбежно столкнемся с новыми загадками, решать которые придется уже новым поколениям ученых. Таков тернистый путь познания Вселенной…

Звезд, вселенная, туманность
Телескоп JWST стал самой современной и сложной обсерваторией из когда-либо развернутых в космосе. Он будет использовать набор наиболее совершенных инструментов для наблюдения за звездами, экзопланетами и галактиками в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне. Ученые надеются, что этот инструмент прольет свет на многие удивительные тайны Вселенной.