Загадки необычных космических объектов

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.

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.

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».

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.

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…

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.