Астрономы обнаруживают фонтан космической пыли

Пыль в космосе находится повсюду, но эта всюду проникающая масса – то, о чем астрономы мало что знают. Помимо всего, космическая пыль является неуловимой, ведь она сохраняется всего около 10,000 лет, короткий период в жизни звезды. "Мы не только не знаем, что представляет собой эта материя, но мы также не знаем, где она образуется и как попадает в космическое пространство", сказал Дональд Йорк (Donald York), профессор из университета Чикаго. Но сейчас Йорк (York) и группа сотрудников наблюдают за системой, которая представляет собой двойную звезду, HD 44179, которая, может быть, является источником пыли. Это открытие имеет широкомасштабные последствия, потому что пыль является критическим объектом в научных теориях, имеющих отношение к образованию звезд.

Система двойной звезды находится в пределах того, что астрономы называют Красным прямоугольником, туманности, которая наполнена газом и пылью и находится приблизительно на расстоянии 2,300 световых лет от Земли.

Одна из двойных звезд представляет собой пост - асимптотическую ветвь звезды-гиганта (пост-AGB), тип звезды, который астрономы рассматривают как возможный источник пыли. Эти звезды, в отличие от Солнца, уже сожгли весь водород в своих ядрах и перешли в стадию сжатия, сжигая другое топливо, гелий.

Во время переходных периодов между процессами горения водорода и гелия, которые длятся десятки тысяч лет, эти звезды теряют внешний слой своей атмосферы. Пыль может формироваться в этом охлаждающем слое, в котором за счет давления излучения, поступающего изнутри звезды, пыль выбрасывается вместе с порядочной порцией газа.

В системах двойных звезд диск из материала пост-AGB звезды может формироваться вокруг второй звезды, которая имеет меньшие размеры и развивается более медленными темпами. "Диски, которые формируются в астрономии, зачастую образуют струи, которые выдувают часть материала из первоначальной системы, рассеивая материал в космическом пространстве" - пояснил Йорк (York).

изображение Красного Прямоугольника, полученное HST (Hubble Space Telescope- космический телескоп Хаббл). Фото: Ван Винкель (Van Winckel), М. Коген (M. Cohen), Х. Бонд (H. Bond), Т. Галл (T. Gull), ESA(European Space Agency - Европейское космическое агентство), NASA (National Aeronautics and Space Administration- Национальное агентство по аэронавтике и исследованию космического пространства).

"Если облако газа и пыли начнет сжиматься под действием собственной гравитации, оно мгновенно раскалится и будет испаряться," сказал Йорк (York). Что-то, возможно пыль, должно немедленно охладить облако, чтобы воспрепятствовать его перегреву.

Звезда-гигант, которая находится в Красном прямоугольнике, относится к разряду звезд, которые так сильно раскалены, что конденсация пыли в их атмосферах невозможна. Кроме того, гигант окружен кольцом пыльного газа.

Команда Витта (Witt) в течение семилетнего периода провела приблизительно 15 часов наблюдений за двойной звездой с помощью 3.5-метрового телескопа обсерватории Апач Поинт (Apache Point Observatory) в Нью-Мексико (New Mexico). "Наши наблюдения показали, что наиболее вероятным является гравитационное или связанное с приливами и отливами взаимодействие между нашей звездой-гигантом из Красного прямоугольника и близко расположенной звездой-компаньоном, подобной Солнцу, что приводит к тому, что материал покидает оболочку гиганта", - сказал сотрудник Адольф Витт (Аdolph Witt) из университета Толедо.

Часть этого материала образует диск, на котором аккумулируется пыль, окружающая звезду - компаньон с меньшими размерами. Постепенно в течение периода, приблизительно равного 500 годам, материал по спирали перейдет в меньшую звезду.

Но прежде, чем это произойдет, меньшая звезда осуществит выброс небольшой порции накопленного вещества в двух противоположных направлениях в виде двух газообразных струй, получивших название "биполярные струи".

Другие порции материала, вырвавшегося из оболочки гиганта, сформируют диск, который окружит обе звезды, и где происходит охлаждение материала. "Тяжелые элементы, такие как железо, никель, кремний, кальций и углерод конденсируются (уплотняются), образуя твердые частицы, которые мы видим как межзвездную пыль, как только они покидают систему" , - объяснил Витт (Witt).

Образование космической пыли ускользнуло от любопытного ока телескопа, потому что этот период составляет, возможно, всего- то не более 10,000 лет - небольшой период в жизни звезды. Астрономы наблюдали и другие объекты, подобные Красному прямоугольнику, располагающиеся по соседству с Землей в Млечном Пути. Это дает основания утверждать, что процесс, который наблюдала команда Витта (Witt), является общим, исходя из наблюдений за полным сроком жизни галактики.

"Процессы, очень похожие на те процессы, которые мы наблюдаем в туманности Красный прямоугольник, случались, быть может, сотни миллионов раз с момента образования Млечного Пути",- сказал Витт (Witt), который работает в рамках исследования со своими давними друзьями в Чикаго.

Команда провозгласила относительно скромную цель, которую она собирается достичь: обнаружить в Красном прямоугольнике источник излучения в дальней ультрафиолетовой области (спектра). Красный прямоугольник демонстрирует несколько явлений, которые требуют наличия источника излучения в дальней ультрафиолетовой области. "Проблема состоит в том, что очень яркая светящаяся центральная звезда в Красном прямоугольнике, недостаточно горячая, чтобы обеспечивать требуемое УФ излучение", - сказал Витт (Witt), вот почему он и его коллеги поставили цель найти этот источник.

Эта же причина позволила исключить и вторую звезду двойной системы из числа тех объектов, которые могли бы быть источником УФ излучения, скорее всего им может оказаться горячая внутренняя область диска, вращающегося вокруг второй звезды, которая достигает температур порядка 20,000 градусов. Проводимые наблюдения, - сказал Витт (Witt), "оказались даже намного более эффективными, чем мы могли себе представить".

Представление художника о вероятном появлении системы двойной звезды в туманности Красный прямоугольник. Автор: Стив Лейн (Steve Lane).

Брат-Нуменорец

Любопытно будет узнать о результатах работы, а то вспоминая историю с телескопом Хаббла 

Брат-Нуменорец

Уже в первые недели после начала работы, полученные изображения продемонстрировали серьёзную проблему в оптической системе телескопа. Хотя качество изображений было лучше, чем у наземных телескопов, «Хаббл» не мог достичь заданной резкости, и разрешение снимков было значительно хуже ожидаемого. Изображения точечных источников имели радиус свыше одной телесной секунды, вместо фокусировки в окружность 0.1 секунды в диаметре, согласно спецификации.

Анализ изображений показал, что источником проблемы является неверная форма главного зеркала. Несмотря на то, что это было, возможно, наиболее точно рассчитанное зеркало из когда-либо созданных, а допуск составлял не более 1/20 длины волны видимого света, оно было изготовлено слишком плоским по краям. Отклонение от заданной формы поверхности составило лишь 2 микрометрa, но результат оказался катастрофическим — сильная сферическая аберрация, оптический дефект, при котором свет, отражённый от краёв зеркала, фокусируется в точке, отличной от той, в которой фокусируется свет, отражённый от центра зеркала.

Анализируя изображения точеных источников света, астрономы установили, что коническая постоянная зеркала составляет −1.0139, вместо требуемой −1.00229. То же число было получено путём проверки нуль-корректоров (приборы позволяющие измерять с высокой точностью кривизну полируемой поверхности) использованных компанией «Перкин-Элмер», а также из анализа интерферограмм полученных в процессе наземного тестирования зеркала.
Комиссия, возглавляемая Лю Алленом (англ. Lew Allen), директором Лаборатории реактивного движения установила, что дефект возник в результате ошибки при монтаже главного нуль-корректора, полевая линза которого была сдвинута на 1,3 мм относительно правильного положения.

Сдвиг произошёл по вине техника, осуществлявшего сборку прибора. Он ошибся при работе с лазерным измерителем, применявшимся для точного размещения оптических элементов прибора, а когда после окончания монтажа заметил непредвиденный зазор между линзой и поддерживающей её конструкцией, то просто вставил обычную металлическую шайбу.

Комиссия возложила вину за произошедшее в первую очередь на исполнителя. Отношения между оптической компанией и NASA серьёзно ухудшились в процессе работы над телескопом из-за постоянного срыва графика работ и перерасхода средств. NASA установило, что компания не относилась к работам над зеркалом как к основной части своего бизнеса, и пребывала в уверенности, что заказ не может быть передан другому подрядчику после начала работ. Хотя комиссия подвергла компанию суровой критике, часть ответственности лежала также на NASA, в первую очередь за неспособность обнаружить серьёзные проблемы с контролем качества и нарушение процедур со стороны исполнителя.

Система, предназначенная для корректировки сферической аберрации получила название COSTAR и состояла из двух зеркал, одно из которых компенсировало дефект. Для установки COSTAR на телескоп, было необходимо демонтировать один из приборов, и учёные приняли решение пожертвовать высокоскоростным фотометром.

В течение первых трёх лет работы, до установки корректирующих устройств телескоп выполнил большое количество наблюдений. В частности дефект не оказывал большого влияния на спектроскопические замеры. Несмотря на отменённые из-за дефекта эксперименты было достигнуто множество важных научных результатов, в том числе новые алгоритмы улучшения качества изображений.

Корректировка аберрации телескопа. Снимок галактики М100 до и после установки COSTAR.

Вспыхивающая гамма-излучением звезда
10 февраля, 2009 год: космический спутник НАСА Свифт Swift и телескоп Ферми Fermi контролируют поведение нейтронной звезды, которая находится на расстоянии 30,000 световых лет от Земли и которая привлекает к себе внимание серией мощных вспышек гамма-излучения. "Время от времени этот удивительный объект выбрасывает более сотни вспышек в течение каких-нибудь 20 минут," сообщил Лоредана Ветере ( Loredana Vetere), который координирует наблюдения, проводимые со спутника Свифт, в Университете штата Пенсильвания. "Во время самых интенсивных вспышек суммарное выделение энергии превышало количество энергии, выделенное Солнцем за 20 лет."...

Звезда, известная как SGR J1550-5418, находится в южном созвездии Наугольника (Norma). Начало серии умеренных вспышек этой звезды пришлось на 3 октября, 2008 года, после чего вспышки на время прекратились, а затем возобновились с новыми силами 22 января 2009 года в виде интенсивных выбросов.

Вследствие быстрых, следующих одна за другой вспышек и гамма-спектра, астрономы отнесли объект к классу "ретрансляторов мягкого гамма-излучения" - это всего лишь шестой из известных объектов такого класса. В 2004 году гигантская вспышка,  случившаяся на другом ретрансляторе мягкого гамма-
излучения, оказалась такой интенсивной, что вызвала ионизацию верхних слоев атмосферы Земли, удаленных от неё на 50,000 световых лет: дополнительная информация.

Используя данные, полученные с помощью рентгеновского телескопа, находящегося на борту спутника Свифт ( Swift), Жюль Холперн (Jules Halpern) , сотрудник Колумбийского университета, зарегистрировал первые "световые эхо-сигналы", которые когда-либо наблюдались на ретрансляторе мягкого гамма-излучения. Изображения (снимки), полученные в период излучения последней серии вспышек, демонстрируют то, что, по-видимому, представляют собой систему расширяющихся колец (ореолов), окружающих источник. Контуры многочисленных колец рентгеновского излучения взаимодействуют с пылевыми облаками на различных расстояниях.

Ученые полагают, что источником вспышек является вращающаяся вокруг собственной оси нейтронная звезда--сверхплотные останки сверхновой звезды размерами с большой город. Насчитывая в поперечнике всего лишь около 12 миль, нейтронная звезда заключает в себе массу, превышающую массу Солнца. Предполагается, что эта специфическая нейтронная звезда является "магнетаром," нейтронной звездой с невероятно сильным магнитным полем.

Известная теория ретрансляторов мягкого гамма-излучения утверждает, что вспышки вызваны «звездотрясениями» , происходящими на поверхности твердой коры магнетара. Поскольку происходят колоссальные изменения силовых линий магнитного поля магнетара, кора деформируется под действием чудовищно больших магнитных сил, что зачастую приводит к разрушению коры. Когда происходит растрескивание коры, возникают колебания коры с образованием сейсмических волн, подобных тем, которые образуются во время землетрясений, и выбрасывается вспышка гамма-излучения.

Тем не менее, никто доподлинно не знает всех деталей того, что же на самом деле происходит, и еще много работы нужно проделать, чтобы понять эти в значительной степени сверхактивные звезды.

Космический телескоп НАСА Ферми (Fermi ), регистрирующий гамма-излучения , запуск которого был совершен в июне 2008 года, идеально подходит для этой работы. "Способность контрольного прибора телескопа Ферми ( Fermi), регистрирующего вспышки гамма-излучения, разложить тонкую структуру на составляющие в рамках этих явлений, поможет нам лучше понять, каким образом происходит высвобождение энергии у магнетаров",- сказала Хрисса Кувельоту ( Chryssa Kouveliotou), астрофизик из Центра космических полетов им. Маршалла НАСА в Хантсвилле (Huntsville), штат Алабама. Начиная с 22 января, объект запускал контрольный прибор для регистрации вспышек гамма-излучения, установленный на телескопе Ферми (Fermi), более 95 раз.

Спутник Wind НАСА, совместная миссия НАСА-Сузаку Suzaku (Япония), и спутник INTEGRAL Европейского космического агентства также зафиксировали вспышки объекта SGR J1550-5418.

(В самой статье по ссылке можно посмотреть нес-ко видео)

Астрономы ведут наблюдение за необычным блазаром с помощью группы телескопов

Квазары, видимые при энергиях гамма-излучения, называются "блазарами". Блазары относятся к наиболее энергетическим объектам во вселенной и «заправляются энергией» сверхмассивных черных дыр в ядре некоторых гигантских эллиптических галактик. Международная группа астрофизиков, использующая комбинацию наземных телескопов и космических телескопов, обнаружила необычные изменения динамики излучения, которое испускается активной галактикой. Картина, которая вырисовывается на основании самых первых одновременных наблюдений с использованием оптических, рентгеновских и представляющих новое поколение гамма - телескопов, оказалась намного сложнее, чем ожидали ученые, и ставит под вопрос справедливость современных теорий в отношении того, каким образом блазары генерируют излучение, которое они испускают...

Галактика, получившая название PKS 2155-304, испускает направленные в противоположные стороны струи частиц, которые распространяются со скоростью, близкой к скорости света, когда материя попадает в сверхмассивную черную дыру, находящуюся в центре галактики; но этот процесс еще недостаточно изучен. В случае блазаров галактика ориентирована таким образом, что мы смотрим прямо на струю.

Галактика PKS 2155-304 находится от Земли на расстоянии 1.5 миллиарда световых лет в южном созвездии Южная Рыба (Piscis Austrinus) и представляет собой, как правило, обнаруживаемый, но очень слабый источник гамма - излучения. Но когда её струи извергаются в виде сильного выброса, как это было в 2006 году, галактика может превратиться в ярчайший источник на звездном небе с максимальными энергиями гамма-излучения, которые могут наблюдать ученые, - почти в 50 триллионов раз превышающими величину энергии в видимой части спектра. Впрочем, одно только гамма-излучение энергии мощных источников ежемесячно «пробивает» в озоновом слое атмосферы Земли дыру размерами в один квадратный ярд.

Поглощение атмосферой одного из таких гамма-излучений порождает короткоживущий «ливень» из элементарных частиц. Когда эти быстрые частицы проносятся сквозь атмосферу, возникают слабые вспышки синего света. Стереоскопическая система регистрации высоких энергий (H.E.S.S), представляющая собой группу телескопов, расположенных в Намибии, зафиксировала эти вспышки, источником которых явилась PKS 2155-304.

Гамма-излучения с невысокими энергиями непосредственно регистрировались широкоугольным телескопом (Large Area Telescope - LAT), установленным на борту орбитального космического гамма - телескопа Ферми, НАСА. "Запуск телескопа Ферми (Fermi) дает нам возможность провести первые измерения этой мощной галактики от края до края в разных диапазонах длин волн", - говорит Вернер Гофман (Werner Hofmann), представитель группы H.E.S.S. при Институте ядерной физики им. Макса Планка в Гейдельберге (Heidelberg), Германия.

Поскольку наблюдение в области гамма-излучения был полностью обеспечен, группа обратилась к космическим спутникам с рентгеновскими телескопами Свифт (Swift) и Росси (Rossi) X-ray Timing Explorer (RXTE), НАСА, чтобы обеспечить данные рентгеновского излучения галактики. Завершал исследование Автоматический телескоп мониторинга в оптическом диапазоне H.E.S.S., который регистрировал активность галактики в видимой области спектра.

В период между 25 августа и 6 сентября 2008 года телескопы контролировали PKS 2155-304, когда галактика находилась в спокойном состоянии, в отсутствие ярких вспышек. Результаты наблюдений этой 12-дневной кампании оказались удивительными. В периоды вспышек этого и других блазаров и всплески, и спады рентгеновского и гамма- излучений происходили одновременно. Но такая синхронность не наблюдалась в периоды, когда объект PKS 2155-304 находился в спокойном состоянии, и никто не знает, почему.

Что оказалось еще более странным, так это то, что увеличение и уменьшение излучения галактики в видимой области спектра происходило синхронно с всплесками и спадами гамма-излучения. "Это аналогично поведению паяльной горелки: когда максимальные и минимальные температуры изменяются синхронно, а средние температуры - нет", - говорит Берри Гибельс (Berrie Giebels), астрофизик из Политехнического института во Франции, который работает с обеими группами - ведущими наблюдения с помощью H.E.S.S. и широкоугольного телескопаФерми (Fermi LAT).

"Астрономы приходят к выводу, что различные компоненты струй в блазарах взаимодействуют довольно сложным образом, создавая излучение, которое мы наблюдаем", - говорит член группы по проведению исследований с помощью телескопа Ферми (Fermi) Джим Чиэнг (Jim Chiang) из Стэнфордского университета, штат Калифорния. "Эти наблюдения могут содержать первые ключи к разгадке того, что же, в действительности, происходит в самом сердце блазара."