Астроновости: новый телескоп NASA, яркий и быстрорастущий квазар, «звездная бабочка», новая нейтронная звезда и остаток сверхновой в галактике Боде

NASA запустит новый телескоп UVEX. Теперь ультрафиолетовый

Американские астрономы решили более пристально изучить ультрафиолетовую часть электромагнитного спектра в наблюдаемой Вселенной. Это позволит им получить больше информации о том, как эволюционируют галактики и звезды. Космический телескоп под названием UVEX планируется запустить в 2030 году в качестве следующей астрофизической исследовательской миссии NASA [1]. В настоящий момент ультрафиолет — это по большей части малоисследуемая часть светового спектра, ведь большинство современных телескопов, как правило, специализируется на видимых, инфракрасных длинах волн или рентгеновских и гамма-диапазонах.

Большинство звезд не очень хорошо видны в ультрафиолете. Но самые горячие объекты излучают ультрафиолетовый свет, особенно в начале и в конце звездной эволюции. Также достаточно ярки в ультрафиолете такие события, как вспышки сверхновых и столкновения нейтронных звезд.

Миссия UVEX преследует три основные цели [2]: во-первых, это обзор всего неба как в ближнем, так и в дальнем ультрафиолетовом диапазонах. В процессе наблюдений будет создаваться подробная УФ-карта, которая окажется намного детальнее, чем карта, созданная в рамках миссии Galaxy Explorer (GALEX), проводившейся в период с 2003 по 2013 год.

Во-вторых, UVEX должен дать новую информацию о галактиках и звездах в них, которые достаточно горячи, но имеют низкую массу — их трудно обнаружить в других световых диапазонах.

В-третьих, как дополнение к проведению высокочувствительного обзора всего неба, UVEX сможет быстро наводиться на источники ультрафиолетового излучения во Вселенной. Это позволит изучать всевозможные транзиенты (проходящие события), которые следуют за всплесками гравитационных волн, вызываемых слиянием нейтронных звезд. Телескоп также будет оснащен ультрафиолетовым спектрографом для изучения спектров звездных взрывов и эволюции массивных звезд.

Ультрафиолетовая съемка телескопа дополнит данные других миссий, проводимых в этом десятилетии, включая «Евклид» (Euclid), запущенный на околоземную орбиту Европейским космическим агентством, и космический телескоп NASA «Нэнси Грейс Роман» (Nancy Grace Roman), запуск которого запланирован на май 2027 года. Вместе эти миссии помогут создать современную многоволновую карту нашей Вселенной.

Ожидается, что космический телескоп UVEX будет запущен в 2030 году и его работа продлится два года, а стоимость составит около 300 млн долл. плюс затраты на запуск.

1. nasa.gov/news-release/nasa-selects-proposals-to-study-stellar-explosions-galaxies-stars/

2. uvex.caltech.edu

Яркий и быстрорастущий квазар

С помощью Очень Большого Телескопа (VLT) Европейской южной обсерватории (ESO) удалось обнаружить яркий объект, получивший обозначение J0529–4351. По мнению авторов исследования, это один из наиболее ярко светящихся квазаров во Вселенной из всех, наблюдавшихся на сегодняшний момент [3].

Квазары — это яркие ядра далеких активных галактик. Сверхмассивные черные дыры стягивают материю из окружающей среды и в процессе ее поглощения излучают огромное количество световой энергии. Этот длительный процесс оказывается одним из самых высокоэнергетических, причем с Земли видны даже самые отдаленные такие объекты. Как правило, наиболее яркие квазары указывают на самые быстрорастущие сверхмассивные черные дыры.

Вещество, притягиваемое к черной дыре, формирует вокруг нее аккреционный диск, и при этом излучает столько энергии, что J0529–4351 более чем в 15 триллионов раз ярче Солнца (авторы дают светимость 5,5×10⁴⁶ эрг/с, у Солнца — 3,8×10³³ эрг/с). По оценкам ученых размер этого аккреционного диска составляет примерно два парсека (7 св. лет) в диаметре, и опять же это должен быть самый большой аккреционный диск во Вселенной. Семь световых лет — это примерно расстояние от Солнца до WISE0855–0714, четвертой по удаленности от Солнца звезды (коричневого карлика). Следует отметить, что основная доля излучения диска исходит из его самых внутренних областей, размером порядка (или в несколько раз больше) Солнечной системы.

Квазар J0529–4351 оказался настолько ярким, что его изначально приняли за близкую звезду. Для поиска квазаров используются данные наблюдений на больших участках неба. Полученные наборы данных настолько обширны, что исследователи применяют автоматизированные системы с использованием алгоритмов машинного обучения, чтобы все их проанализировать и таким образом отличить квазары от других небесных явлений. А если объект оказывается слишком ярким, программа может отклонить его как кандидата в квазары и вместо этого классифицировать как звезду, расположенную не слишком далеко от Земли.

Так и получилось: автоматический анализ данных с телескопа Gaia изначально определил J0529–4351 как объект, слишком яркий для квазара, и каталогизировал его как звезду. Но более поздние исследования с 2,3-метрового телескопа ANU в Обсерватории Сайдинг-Спринг в Австралии всё же идентифицировали его как далекий квазар. А для подтверждения того, что это ярчайший из наблюдавшихся квазаров, потребовался крупнейший телескоп, позволяющий проводить более точные измерения. Спектрограф X-shooter на VLT ESO в чилийской пустыне Атакама предоставил эти важнейшие данные.

Бурно растущая черная дыра станет также идеальной мишенью для обновляемого GRAVITY + VLT-интерферометра ESO (VLTI), предназначенного для точного измерения масс черных дыр, в том числе весьма удаленных от Земли. Кроме того, строящийся в чилийской пустыне Атакама 39-метровый Чрезвычайно Большой Телескоп ESO (ELT) должен будет обеспечить выявление и правильную классификацию таких непростых объектов еще более надежными методами.

3. arxiv.org/abs/2209.09342;
nature.com/articles/s41550-024-02195-x

Звездная бабочка

В далеком 1999 году космический телескоп «Хаббл» получил изображение области звездообразования IRAS 04302+2247 [4]. Протозвезда скрыта от прямого наблюдения и видна только туманность, которая ее окружает и которую она освещает. Плотный газопылевой диск, разделяющий туманность надвое, выглядит как темная полоса, пересекающая центр изображения. Его диаметр составляет порядка 860 астрономических единиц, а масса сравнима с массой туманности, из которой возникла наша Солнечная система. Темные облака и яркие сгустки с разных сторон диска предполагают, что протозвезда всё еще накапливает вещество из пыли и газа, падающих на нее.

IRAS 04302+2247 находится в молекулярном облаке Тельца на расстоянии всего около 140 парсек (456 световых лет) от Солнца и является ближайшей к нам областью звездообразования.

В феврале 2023 года телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) также изучал протопланетный диск IRAS 04302+2247 в молекулярном облаке Тельца в рамках программы «Оседание пыли и эволюция зерен в протопланетных дисках, наблюдаемых с ребра». Данные, полученные с помощью камер NIRCam и MIRI в ходе прошлогодних наблюдений, недавно были опубликованы в каталоге MAST [5].

Согласно аннотации к программе, снимки этой и ряда других протозвезд позволяют «впервые эмпирически определить количественно, как концентрация пыли увеличивается по направлению к средней плоскости диска (необходимое условие для эффективного формирования планетезималей), и представляет данные фундаментальной важности для формирования нашего понимания эволюции протопланетных дисков».

Результаты исследования опубликованы в Astrophysical Journal: iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad0c4b

4. esahubble.org/images/opo9905q/

5. mast.stsci.edu/portal/Mashup/Clients/Mast/Portal.html

Остаток сверхновой SN 1993J в галактике Боде

SN 1993J — двойная звезда, один компонент которой вспыхнул в виде сверхновой 28 марта 1993 года. Открыл ее испанский любитель астрономии Франсиско Гарсия Диас. В то время она была второй по яркости сверхновой, наблюдаемой в XX веке. Пыль, видимая на этом изображении, — это не газ и пыль, выброшенные взрывом звезды, а часть рукава галактики. Остаток является самой яркой точкой в центре изображения.

Изначально казавшаяся вполне ординарной, сверхновая SN 1993J немало озадачила ученых, когда выяснилось, что ее выброс слишком богат гелием, и вместо того, чтобы постепенно гаснуть, продукты взрыва стали странным образом наращивать яркость.

Астрономы догадались, что обычная красная звезда-сверхгигант не могла превратиться в столь необычную сверхновую. Тогда и возникло предположение, что вспыхнувший сверхгигант составлял пару с еще одной звездой, гравитация которой и раскромсала внешнюю оболочку умиравшей соседки незадолго до взрыва.

И в 2004 году второй компонент звезды был обнаружен с помощью телескопа «Хаббл» [6]. Расстояние до SN 1993J удалось измерить довольно точно — оно составило 3,96±0,29 мегапарсека (12,9 млн св. лет).

Изображение получено телескопом JWST, инструмент MIRI.

6. arxiv.org/abs/astro-ph/0401090

Нейтронная звезда в SN 1987A обнаружена

И еще одна сверхновая в объективе «Уэбба» [7]. SN 1987A — сверхновая, открытая в феврале 1987 года. Она расположена в 168 тыс. световых годах от нас за пределами галактики Млечный Путь, в Большом Магеллановом Облаке. С момента своего открытия она стала объектом интенсивных наблюдений на всех длинах волн — от гамма-лучей до радио.

Тем не менее, несмотря на все эти усилия, на тот момент не было найдено никаких свидетельств того, что именно находится внутри нее на месте взрыва. Теория предсказывала, что эта коллизия должна была породить либо нейтронную звезду, либо черную дыру. Поиск доказательств существования такого компактного объекта долгое время не давал никаких результатов. Теперь новые наблюдения JWST предоставили первые прямые свидетельства того, что это, вероятно, всё же нейтронная звезда (это выявляется благодаря эффектам, вызываемым ее высокоэнергетическим излучением).

7. Пресс-релиз ESA — esawebb.org/news/weic2404/