Край Будущего

Недавние исследования свободно плавающего объекта планетарной массы SIMP 0136 открыли увлекательные секреты его атмосферы, которые теперь наполнены сложными атмосферными взаимодействиями. Используя мощь телескопа Джеймса Уэбба, международная команда исследователей смогла глубже взглянуть на изменения яркости этого объекта, которые нельзя объяснить простым наличием облаков.

SIMP 0136 — это быстро вращающийся объект, который примерно в 13 раз массивнее Юпитера и находится всего в 20 световых годах от нас. Хоть он и не является экзопланетой, это идеальный кандидат для изучения атмосферы газовых гигантов из-за своей изолированной природы.

С помощью спектрографов телескопа Уэбба команда смогла собрать обширные данные, фиксируя тысячи отдельных спектров, что позволяет исследовать изменения в облачных слоях, температуре и углеродной химии на уровне, о котором раньше можно было только мечтать!

Исследование показало, что изменения яркости SIMP 0136 могут быть связаны с несколькими атмосферными факторами. В частности, часть изменений может происходить из глубин атмосферы, где находятся облака из железных частиц, а также из более высоких слоев, где располагались миниатюрные силикатные облака. Также отмечены "горячие пятна", возможно, связанные с аврорами или восходящими потоками горячего газа.

Кроме того, исследователи начали разбираться с углеродной химией атмосферы - изменения в концентрации молекул, таких как метан и углекислый газ, могут быть неравномерными и варьироваться со временем. Это исследование открывает новые горизонты в экзо-метеорологии и может сыграть ключевую роль в развитии наших технологий наблюдения экзопланет в будущем.

Команда ученых из 17 стран, в том числе физиков НИУ ВШЭ, провела анализ новых фотометрических и спектроскопических данных самого яркого гамма-всплеска в истории наблюдений — GRB 221009A. Эти данные были получены в Саянской обсерватории всего через час и 15 минут после его регистрации. Исследователи зафиксировали фотоны с энергией 18 тераэлектронвольт. Теоретически подобные высокоэнергетические частицы не должны достигать Земли, однако анализ собранной информации указывает на возможность этого факта. Полученные результаты ставят под сомнение существующие теории поглощения гамма-излучения и могут свидетельствовать о неизвестных физическах процессах.

Исследование было опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics. Гамма-всплески представляют собой одно из самых мощных космических явлений, в ходе которых высвобождается колоссальное количество энергии. Впервые они были зарегистрированы в гамма-диапазоне, что и дало основания для их названия. Эти всплески возникают, когда массивные звезды завершает свой жизненный цикл или сталкиваются нейтронные звезды.

9 октября 2022 года несколько космических гамма-обсерваторий зафиксировали необычайно яркую вспышку в гамма-диапазоне, впоследствии классифицированную как гамма-всплеск GRB 221009A — самый мощный за всю историю наблюдений. Интенсивность этого всплеска была столь высокой, что вызвала сбои в работе гамма-телескопов большинства орбитальных обсерваторий, включая Fermi, INTEGRAL и Конус-Винд. Более того, поток гамма-излучения, обрушившийся на Землю, вызвал значительные возмущения в ионосфере.

Энергия излучения GRB 221009A всего за сто секунд была эквивалентна энергии, излучаемой миллиардом солнц на протяжении 97 миллиардов лет, в то время как возраст Вселенной составляет лишь 13,8 миллиарда лет. События подобного рода происходят крайне редко — примерно раз в тысячу лет. Однако уникальность GRB 221009A заключается не только в его яркости. Его расстояние до нас составляет 2,4 миллиарда световых лет, что относительно близко по космическим меркам. Для сравнения, самый удаленный известный всплеск был зафиксирован на расстоянии около 13,2 миллиарда световых лет. Поэтому это событие вызвало широкий интерес в научном сообществе: уже в 2022 году было опубликовано семь статей, а к настоящему времени — более 200.

Исследователи продолжают детальный анализ данных о GRB 221009A. Международная команда ученых, в которую входят исследователи из НИУ ВШЭ, впервые провела анализ фотометрических и спектроскопических наблюдений, полученных в Саянской обсерватории спустя 1 час и 15 минут после регистрации гамма-всплеска.

Фотометрические и спектроскопические наблюдения являются методами измерения интенсивности электромагнитного излучения в видимом и инфракрасном диапазонах, а также его «цветового состава» (спектра). Первый метод позволяет определить яркость объекта, а второй — выявить химические элементы, присутствующие как в излучающем объекте, так и на пути его света к наблюдателю.

Согласно мнению ученых, данные указывают на продолжительную активность центрального объекта — компактного массивного тела, которое порождает излучение гамма-всплеска. Также отмечается, что окружающая среда вокруг взрыва изменялась от плотной, сформированной звездным ветром, до разреженной, похожей на межзвездное вещество.

Особый интерес исследователей вызывают фотоны с энергией 18 тераэлектронвольт (ТэВ), зарегистрированные от источника GRB 221009A высокогорной обсерваторией LHAASO. Теоретически такие высокоэнергетические фотоны не должны были бы регистрироваться из-за их взаимодействия с оптическими фотонами в межгалактической среде на пути к наблюдателю, однако по каким-то причинам они все же достигли Земли. Анализ показал, что регистрация фотонов с энергией 18 ТэВ представляется маловероятной в рамках существующих моделей межгалактического фонового излучения. Зафиксировать такие фотоны от источников гамма-всплесков до сих пор считалось уникальным событием.

«Регистрация высокоэнергетичных фотонов дает возможность проверить фундаментальные законы физики, включая, к примеру, принцип постоянства скорости света. Однако пока беспокоиться не стоит, так как эффект регистрации таких высокоэнергетических фотонов можно объяснить неопределенностью модели межгалактического фонового излучения, а не нарушением Лоренц-инвариантности — основополагающего принципа, согласно которому скорость света остаётся постоянной во всех системах отсчета», — комментирует Сергей Белкин, аспирант базовой кафедры физики космоса Института космических исследований РАН факультета физики НИУ ВШЭ.

Астрономы провели многоволновое исследование девяти кандидатов в открытые скопления. В результате они выяснили, что все они являются подлинными открытыми скоплениями и охарактеризовали их основные свойства. Эти результаты были опубликованы в исследовательской статье 21 февраля на сервере препринтов arXiv.

Открытые скопления (ОС), образующиеся из одного и того же гигантского молекулярного облака, представляют собой группы звезд, слабо связанными гравитацией друг с другом. На данный момент в Млечном Пути было обнаружено более 1000 таких скоплений, и ученые продолжают искать новые, надеясь найти разнообразные звездные группы.

Расширение списка известных галактических открытых скоплений и их детальное изучение могут быть ключевыми для улучшения нашего понимания формирования и эволюции нашей галактики.

Недавно команда астрономов во главе с Казмиром Обаси из Католического университета Севера в Антофагасте, Чили, решила более внимательно изучить девять кандидатов в ОС в направлении галактического ядра, которое еще не было должным образом охарактеризовано. Для этой цели они проанализировали данные из расширенного исследования переменных звезд VISTA Variables in the Via Láctea (VVVX), Обзора всей небесной сферы в двух микронных диапазонах (2MASS) и третьего релиза данных Gaia (Gaia DR3).

"В этой работе данные VVVX в сочетании с 2MASS и Gaia DR3 были использованы для характеристики девяти кандидатов в ОС: BH 118, BH 144, Schuster-MWSC 1756, Saurer 3, FSR 1521, Saurer 2, Haffner 10-FSR 1231, Juchert 12 и Pismis 3," объяснили исследователи.

Команда Обаси построила карты плотности и диаграммы векторного собственного движения для анализа выбранных кандидатов в ОС. Они также провели фотометрический анализ, чтобы получить их основные физические параметры.

В целом, астрономы смогли определить краснение, затмение, расстояние, вертикальную компоненту, индексы концентрации и тангенциальную скорость всех объектов. Более того, они вычислили возраст и металлическость, а также получили радиусы ядра и приливные радиусы исследуемых кандидатов в открытые скопления.

Исследование показало, что девять кандидатов в ОС находятся на расстоянии от 7,140 до 29,140 световых лет. Они в основном сосредоточены вблизи галактической плоскости, что предполагает, что они являются частью или близки к галактическому диску.

Согласно статье, изучаемая выборка включает молодые, промежуточного возраста и старые кандидаты в ОС, так как их возраст оценивался от 20 миллионов до 5 миллиардов лет. Их металлическость была измерена в диапазоне от -0.5 до 0.5 декс, в то время как индексы концентрации составили от 0.36 до 0.83.

Авторы статьи заключают, что их результаты подтверждают, что все девять объектов являются подлинными открытыми скоплениями. Они отмечают, что необходимы последующие спектроскопические наблюдения этих ОС для определения их орбитальных параметров.