С помощью космических телескопов Хаббл и Джеймс Уэбб астрономы изучили тысячи молодых звёздных скоплений в четырёх близких галактиках: M51, M83, NGC 628 и NGC 4449. Такая большая выборка помогает лучше понять, как рождаются и развиваются звёздные скопления и какую роль они играют в эволюции галактик.
Звёзды не рождаются поодиночке - они формируются группами. Всё начинается с гигантских газопылевых облаков, которые сжимаются под действием гравитации. Но по мере появления всё большего числа звёзд ситуация быстро меняется. Мощный звёздный ветер, интенсивное ультрафиолетовое излучение и взрывы сверхновых довольно быстро разгоняют окружающий газ. В итоге облако разрушается, и формирование новых звёзд прекращается. Фактически большая часть газа в галактике так и не используется для образования звёзд.
Но от чего зависит скорость этого процесса? Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи проанализировали почти 9000 скоплений на разных стадиях эволюции. Часть из них ещё скрыта внутри газопылевых облаков, часть уже частично рассеяла их, а некоторые полностью вышли из своих “колыбелей” и стали заметны в оптическом диапазоне. Здесь особенно важна совместная работа телескопов: Джеймс Уэбб позволяет заглянуть внутрь пылевых облаков в инфракрасном диапазоне, а Хаббл наблюдает уже “расчищенные” скопления.
Наблюдения показали, что чем массивнее звёздное скопление, тем быстрее оно “очищает” своё родительское облако. Самые массивные скопления справляются с этим примерно за 5 миллионов лет, тогда как менее массивным требуется около 7-8 миллионов лет.
Эти результаты важны не только для понимания звездообразования. Они помогают лучше описать эволюцию галактик в целом. Массивные скопления после рассеивания газа начинают активно излучать в ультрафиолете и влияют на соседние области звездообразования. Это определяет, как газ перераспределяется внутри галактики и где в дальнейшем будут возникать новые звёзды.
Есть и ещё одно важное следствие. Скорость “очистки” вещества в скоплении влияет на формирование планет. Вокруг молодых звёзд существуют протопланетные диски, из которых возникают планеты. Если газ исчезает слишком быстро, эти диски раньше подвергаются воздействию жёсткого ультрафиолетового излучения соседних звёзд. В таких условиях у них остаётся меньше времени накопить вещество, а значит, снижаются шансы на формирование планет.
Когда астрономы ищут экзопланеты, они анализируют свет далёких звёзд — крошечные сдвиги в спектре выдают присутствие орбитального спутника. Проблема в том, что сами звёзды «шумят». Пятна, вспышки, конвекция на поверхности искажают спектр и могут как заглушить сигнал реальной планеты, так и создать фантомный. Убрать этот шум сложно, потому что мы до конца не понимаем, как именно звёздная активность меняет наблюдаемый свет.
На обсерватории Паранал в чилийской пустыне Атакама получил первый свет новый инструмент, который призван это исправить. PoET — Paranal solar ESPRESSO Telescope — солнечный телескоп, созданный специально для охотников за экзопланетами.
Идея такая: чтобы научиться вычитать звёздный шум из далёких спектров, нужно досконально изучить его на ближайшей звезде. PoET состоит из двух телескопов. Основной, с зеркалом 60 сантиметров, наводится на конкретные участки солнечной поверхности — отдельные пятна, активные области. Второй, поменьше, собирает свет со всего диска целиком. Наблюдая одновременно и фрагмент, и целое, можно точно определить, как именно каждый элемент активности влияет на суммарный спектр.
Собранный свет поступает в ESPRESSO — один из самых точных спектрографов в мире, установленный на Очень Большом Телескопе ESO. Ночью ESPRESSO работает по прямому назначению: ловит спектры далёких звёзд в поисках планет. Днём переключается на PoET и анализирует Солнце. Инструмент не простаивает ни минуты. А климат Паранала обеспечивает примерно одинаковое количество пригодных дней и для дневных, и для ночных наблюдений.
Сейчас команда оптимизирует систему, научные наблюдения начнутся в ближайшие недели, а данные станут доступны всему научному сообществу через архив ESO.
Европа — один из самых интригующих спутников в Солнечной системе со средним диаметром в 3 122 километра. Эта ледяная луна Юпитера, названная в честь финикийской принцессы из древнегреческой мифологии, является шестым по размеру спутником в нашей космической окрестности. Под ее сверкающей ледяной поверхностью скрывается глобальный океан жидкой воды, который может иметь ключевое значение в поиске внеземной жизни.
Снимки, переданные космическим аппаратом NASA "Вояджер-2" в 1979 году, показали уникальный ландшафт: ледяная кора спутника испещрена сетью пересекающихся трещин и разломов. Эти линии, заполненные более темным материалом, создают впечатление потрескавшегося стекла или разбитой яичной скорлупы.
Особенно примечательно почти полное отсутствие крупных ударных кратеров. Это говорит о том, что поверхность Европы относительно молода и постоянно обновляется благодаря активным геологическим процессам. Ледяная кора юпитерианского спутника, предположительно имеющая среднюю толщину в 35 километров, не просто статичный слой — это динамическая система, которая постоянно меняется под воздействием внутренних сил.
Подледный океан — колыбель жизни?
Под ледяной корой Европы скрывается то, что делает этот спутник особенно интересным для ученых — глобальный океан жидкой воды. По оценкам исследователей, объем этого океана может вдвое превышать объем всех водных ресурсов Земли. Жидкое состояние воды поддерживается в основном благодаря приливному нагреву: гравитационное воздействие Юпитера создает напряжение в недрах спутника, что приводит к выделению большого количества тепла.
На дне этого океана могут существовать гидротермальные источники, похожие на "черные курильщики" в земных океанах. На нашей планете эти источники являются оазисами жизни, где процветают уникальные экосистемы, не зависящие от солнечного тепла и света. Не исключено, что подобные формы жизни могут обитать и в океане Европы.
Миссии к таинственному спутнику
В настоящее время к Европе летят два космических аппарата, начиненных передовыми научными инструментами:
Космический аппарат JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) Европейского космического агентства, запущенный 14 апреля 2023 года, будет изучать Юпитер и его ледяные спутники (Европу, Ганимед и Каллисто). Хотя основной целью миссии является Ганимед, JUICE также проведет детальные исследования Европы.
Миссия NASA Europa Clipper, запущенная 14 октября 2024 года, сфокусирована именно на изучении Европы. Аппарат оснащен девятью научными инструментами, которые помогут определить толщину ледяной коры, объем и распределение подледных водных ресурсов и исследовать состав поверхности. Особое внимание будет уделено поиску активных гейзеров — выбросов воды через трещины в ледяной коре, которые были замечены космическим телескопом NASA/ESA "Хаббл".
Оба зонда прибудут в систему Юпитера в начале 2030-х годов.
Исследование Европы может стать ключевым в понимании потенциала существования жизни за пределами Земли. Если в подледном океане Европы действительно существуют условия, подходящие для развития жизни, это может перевернуть наше представление о распространенности жизни во Вселенной.
Будущие миссии к Европе могут включать в себя посадочные аппараты или даже подледные зонды, способные проникнуть в океан через естественные разломы в коре и исследовать "внутренности" луны напрямую.
Европа остается одним из самых перспективных мест для поиска внеземной жизни в Солнечной системе. И хотя мы пока не можем с уверенностью сказать, существует ли жизнь в ее подледном океане, каждая новая миссия приближает нас к разгадке этой захватывающей тайны.
24 января 1986 года космический аппарат NASA "Вояджер-2" совершил то, что до сих пор не удалось повторить ни одному рукотворному объекту — он пролетел мимо таинственной планеты Уран и стал свидетелем удивительной космической драмы, разворачивающейся вокруг его ближайшего спутника Миранды (средний диаметр около 470 километров).
Находясь в 36 250 километрах от этого необычного небесного тела, зонд передал на Землю изображения, которые поразили ученых своей уникальностью. Поверхность Миранды оказалась настоящим геологическим хаосом, не имеющим аналогов в Солнечной системе.
Миранда испещрена многочисленными разломами глубиной до пяти километров, созданными чудовищными приливными силами. Особенно впечатляет уступ Верона (лат. Verona Rupes) — самый высокий известный утес во всей Солнечной системе, вздымающийся на 20 километров. В условиях слабой гравитации Миранды свободное падение с его вершины заняло бы около 12 минут!
Эти геологические особенности сформировались в результате мощнейших тектонических процессов, когда огромные блоки коры спутника сталкивались и наползали друг на друга под воздействием мощных гравитационных сил Урана. И словно космический скульптор, гравитация Урана продолжает "лепить" поверхность Миранды, заставляя одни участки погружаться, а другие — вздыматься над поверхностью. Уступ Верона по праву можно считать главным безмолвным свидетелем этих титанических процессов.
Но самое драматичное в истории Миранды — это ее будущее. Нынешний облик спутника — лишь промежуточная стадия его эволюции. Орбита Миранды постепенно снижается из-за приливного взаимодействия с Ураном, и спутник медленно, но неуклонно приближается к так называемому пределу Роша — критической отметке, где приливные силы планеты превышают силы собственной гравитации спутника.
Через несколько миллионов лет, когда Миранда достигнет этой границы, продолжающееся воздействие приливных сил и орбитальных резонансов с другими лунами неизбежно приведет к тому, что спутник расколется на несколько фрагментов, пополнив систему колец ледяного гиганта.
С момента исторического пролета "Вояджера-2" прошло почти четыре десятилетия, но ни один земной аппарат больше не приближался к этому загадочному миру, который заслуживает пристального внимания. Миранда остается одним из самых интригующих объектов дальнего космоса, продолжая хранить историю о непрерывной трансформации и неизбежных изменениях во Вселенной.
16 ноября 1974 года произошло историческое событие — гигантский радиотелескоп Аресибо в Пуэрто-Рико впервые использовали не для улавливания сигналов из космоса, а для отправки послания к звездам.
Спустя более полувека это сообщение остается одной из самых известных и в некотором смысле противоречивых попыток рассказать о себе внеземным цивилизациям.
Реальная попытка контакта?
На самом деле ученые никогда не рассматривали это послание как серьезную попытку связаться с "братьями по разуму". Все объясняется очень просто:
Мы не знали тогда и не знаем по сей день, существуют ли разумные внеземные цивилизации;
Цель, к которой устремилось послание, находится чрезвычайно далеко от Земли.
По сути, это была технологическая демонстрация, приуроченная к торжественному открытию обновленного радиотелескопа.
Послание было направлено в сторону шарового скопления M 13 — гигантского кластера гравитационно связанных звезд, насчитывающего несколько сотен тысяч светил, плотно упакованных в сфере диаметром примерно 145 световых лет. M 13 находится на расстоянии около 25 000 световых лет от Земли, и даже если там существует планета с разумной жизнью, нет никакой гарантии, что она окажется в нужном положении через десятки тысяч лет, когда наш сигнал достигнет скопления.
Концепция METI (англ. Messaging to Extra-Terrestrial Intelligence — послания внеземным цивилизациям) считается противоречивым ответвлением более известной программы SETI (англ. Search for Extraterrestrial Intelligence — поиск внеземного разума). Некоторые ученые (да и не только они) опасаются, что баловство с отправкой сигналов в космос может привести к тому, что однажды одно из наших посланий будет перехвачено потенциально воинственной цивилизацией, которая без проблем найдет источник...
А потом они как сядут в свои летающие тарелки — или в корабли, замаскированные под кометы, — и полетят быстрее света, нарушая законы мироздания, чтобы только поработить землян! Не так страшно, когда о подобном фантазирует обыватель, но когда такие опасения рождаются в сознании ученого — это беда.
Мы уже десятилетиями неосознанно сообщаем о своем существовании во всеуслышание: радио- и телевизионные передачи, радары и другие электромагнитные сигналы формируют след, который распространяется от Земли во все стороны со скоростью света. Никакое новое послание просто не способно обогнать* тот фронт сигналов, который мы уже оставили во Вселенной.
*Это связано с фундаментальным ограничением скорости света — примерно 300 000 километров в секунду. Любой электромагнитный сигнал, включая радиоволны, не может двигаться быстрее. Поэтому новые намеренные послания, независимо от их мощности, никогда не смогут догнать и тем более перегнать уже ушедшие от Земли сигналы.
Анатомия космического послания
Само послание представляет собой серию бинарных импульсов — последовательность "единиц" и "нулей", переданную за три минуты. В создании сообщения участвовали многие выдающиеся ученые, включая астрономов Фрэнка Дрейка и Карла Сагана, стремившиеся передать ключевую информацию о человечестве.
Числа от 1 до 10 в бинарном коде. Эта часть должна быть достаточно понятной и служит своеобразным ключом к расшифровке следующих разделов.
Атомные номера пяти элементов: водорода, углерода, азота, кислорода и фосфора. Эти элементы были выбраны из-за их ключевой роли в структуре ДНК.
Химические формулы компонентов ДНК, за которыми следует графическое изображение двойной спирали — структуры, на которой основана наша генетика.
Численность населения Земли на момент отправки — 4,3 миллиарда человек, а также схематическое изображение человека с числом 14. Если умножить это число на длину волны сигнала, получится 1,76 метра — средний рост взрослого мужчины в США. Примечательно, что создатели послания просто проигнорировали собственных женщин и представителей других стран.
Карта Солнечной системы с девятью планетами, включая Плутон, который в то время считался планетой. Позиция Земли смещена относительно остальных планет, чтобы четко обозначить, откуда отправлено сообщение.
Схематическое изображение самого радиотелескопа Аресибо.
Послание, пережившее создателей
В августе 2020 года сорвался вспомогательный трос, удерживающий массивную 900-тонную платформу, подвешенную над тарелкой радиотелескопа Аресибо. Это привело к серьезному повреждению конструкции и выводу обсерватории из эксплуатации. В декабре того же года платформа рухнула, окончательно разрушив знаменитый телескоп.
Таким образом, послание уже пережило свой источник и большинство ученых, работавших над его созданием. И хотя сигнал ослабевает по мере распространения в межзвездном пространстве, теоретически он может пережить и само человечество.
Большое Магелланово Облако — самый массивный спутник нашей Галактики. И вокруг него уже несколько лет кипит серьёзный спор: БМО пролетает мимо Млечного Пути впервые или уже возвращается после первого сближения 6–8 миллиардов лет назад? Вопрос не праздный — такой крупный объект при пролёте сильно влияет на структуру и эволюцию нашей Галактики.
Новое исследование команды Скотта Луккини ставит на «первый визит». Учёные подошли к задаче через гидродинамику. С помощью симуляционного пакета GIZMO они совместили модели тёмной материи обеих галактик с «живыми» газовыми частицами и сравнили результат с реальными данными — поглощением углерода IV и водорода II в свете фоновых квазаров.
Модель первого пролёта воспроизвела наблюдаемые профили скорости и плотности газа вокруг БМО практически идеально. При втором пролёте корона БМО — гало тёплого ионизированного газа — оказывалась значительно меньше наблюдаемой, потому что газ «стёсывался» при прохождении через среду Млечного Пути.
Но точку ставить рано. Буквально за несколько недель до публикации независимая группа с камерой Hyper Suprime-Cam телескопа Субару обнаружила приливные звёздные потоки на расстоянии около 30 килопарсек в гало Млечного Пути. Эти структуры хорошо ложатся на модель второго пролёта, предложенную физиком Евгением Васильевым ещё в 2024 году.
Разрешить спор окончательно может миссия NASA Aspera, которая позволит напрямую изучить морфологию магелланова газа. А пока — дискуссия продолжается.
25 декабря 2023 года космический телескоп NASA "Джеймс Уэбб" воспользовался своей камерой ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) и сделал серию снимков, раскрывающих удивительные детали северных сияний на Юпитере.
Проанализировав данные, ученые установили, что эти юпитерианские "танцы света" в сотни раз ярче земных полярных сияний. Особый интерес представляет трехатомный катион водорода (H3+) — соединение, которое образуется при столкновении высокоэнергетических электронов с молекулярным водородом в верхних слоях атмосферы Юпитера.
Именно излучение этого катиона создает яркое свечение, которое великолепно регистрируется инфракрасными приборами телескопа.
Наблюдения показали, что излучение H3+ гораздо более изменчиво, чем считалось ранее. Этот факт ставит перед учеными новые вопросы о процессах, происходящих в магнитосфере Юпитера и его взаимодействии с солнечным ветром.
В отличие от спорадических (единичных, не имеющих регулярного характера) земных полярных сияний, зависящих от активности Солнца, авроры Юпитера постоянны и весьма стабильны. Это связано с тем, что основным источником заряженных частиц для Юпитера служит не солнечный ветер, а его спутник Ио — самое вулканически активное тело в Солнечной системе. Вулканы на Ио постоянно выбрасывают газы и пыль, которые под воздействием радиации ионизируются, превращаясь в заряженные частицы. Мощное магнитное поле Юпитера направляет эти частицы к полюсам планеты, где они сталкиваются с атмосферой и создают непрерывное "световое шоу".
Благодаря уникальным возможностям телескопа "Джеймс Уэбб", ученые могут наблюдать за динамикой полярных сияний Юпитера с беспрецедентной детализацией, что поможет лучше понять не только процессы на газовом гиганте, но и физику магнитных полей и плазмы во Вселенной.
В далеком 1916 году Альберт Эйнштейн предсказал существование гравитационных волн, но впервые их зарегистрировать удалось почти век спустя. В 2015 году детектор LIGO уловил сигнал от слияния черных дыр и открыл новую эпоху в астрономии — эпоху гравитационно-волновых наблюдений. Теперь физики предлагают использовать подобные инструменты не только для изучения катастрофических событий во Вселенной, но и для поиска возможных следов внеземных технологий.
Принцип основан на фундаментальном следствии общей теории относительности: любой объект с массой при ускорении порождает гравитационные волны — возмущения пространства-времени, распространяющиеся со скоростью света. Обычно эти волны настолько слабы, что зарегистрировать их удается только от экстремальных астрофизических событий вроде слияний черных дыр или нейтронных звезд.
Но если гипотетическая инопланетная цивилизация строит аппараты планетарного масштаба (например, корабли поколений) и разгоняет их до релятивистских скоростей, то такие объекты тоже могут стать источниками гравитационных волн, доступных для регистрации.
LIGO — это лазерно-интерферометрическая обсерватория. Два лазерных луча проходят по четырехкилометровым трубам в перпендикулярных направлениях и отражаются от высокоточных зеркал. Когда через детектор проходит гравитационная волна, пространство слегка растягивается в одном направлении и сжимается в другом. Это вызывает микроскопические смещения зеркал, которые фиксирует интерферометр.
Международная команда физиков попыталась оценить, каким должен быть инопланетный аппарат, чтобы его ускорение можно было заметить с помощью наших технологий. Для этого они рассчитали ключевые параметры: массу объекта, скорость разгона, расстояние до него и силу сигнала, который могли бы уловить современные детекторы.
Такие гипотетические объекты ученые назвали RAMAcraft — отсылка к роману Артура Кларка "Свидание с Рамой", где человечество сталкивается с гигантским инопланетным объектом. В научной работе этот термин использовался для описания быстро ускоряющихся массивных космических аппаратов, которые в теории способны оставить след в данных гравитационно-волновых обсерваторий.
Расчеты показали: аппарат массой с Юпитер, ускоряющийся до 30% скорости света, можно было бы обнаружить на расстоянии до 326 000 световых лет — то есть в любой точке Млечного Пути. Объект массой с Луну при том же ускорении регистрировался бы на расстоянии до 32 600 световых лет.
Гравитационно-волновая обсерватория LIGO не создавалась для поиска инопланетных аппаратов, но, согласно исследованию, ее чувствительности уже достаточно, чтобы засечь космические корабли планетарного масштаба — если они обладают огромной массой и разгоняются до релятивистских скоростей. Однако здесь необходима крайняя осторожность: потенциальную техносигнатуру легко спутать с обычным астрофизическим событием, а инструментальную погрешность — принять за "любопытный сигнал".
Более точную картину смогут дать будущие обсерватории — LISA, DECIGO и Big Bang Observer, — а также уже работающие пульсарные тайминговые массивы. Часть этих инструментов может быть введена в эксплуатацию уже в 2030-е годы. Они позволят лучше определять параметры источника, проверять сигналы в других диапазонах и надежнее отличать возможную техносигнатуру от природных явлений или шума детектора.
Важно отметить, что сейчас LIGO не используется для целенаправленного поиска инопланетных кораблей. Но исследование показывает: гравитационно-волновая астрономия может стать новым инструментом в поиске разумной жизни во Вселенной — особенно если речь идет о цивилизациях, способных строить гигантские космические аппараты и совершать межзвездные перелеты.
Инструмент DESI досрочно завершил пятилетний обзор неба и построил крупнейшую в истории трёхмерную карту Вселенной. Вместо запланированных 34 миллионов галактик и квазаров набралось больше 47 миллионов, плюс 20 миллионов звёзд — в шесть раз больше космологических данных, чем все предыдущие измерения вместе взятые.
DESI установлен на четырёхметровом телескопе Мэйолла в Аризоне. Пять тысяч оптоволоконных «глаз» каждые двадцать минут наводятся на новый участок неба, а роботизированные позиционеры выставляют волокна с точностью до 10 микрон — тоньше человеческого волоса. Десять спектрографов разбивают свет на составляющие, определяя положение, скорость и химический состав каждого объекта.
Главный вопрос — тёмная энергия. Она разгоняет расширение Вселенной. Долгое время её считали константой, но первые три года данных DESI намекнули: тёмная энергия, возможно, меняется со временем. Если полный набор данных это подтвердит, представления о судьбе Вселенной придётся пересматривать.
Карта охватывает 11 миллиардов лет космической истории. И это пока только начало анализа.
Кинематограф и научная фантастика обожают изображать черные дыры как "космические пылесосы", безжалостно втягивающие все вокруг — от космических кораблей до планет и гигантских звезд.
Такие сцены выглядят эффектно и пугающе, но насколько они соответствуют реальности? К счастью, истинная физика черных дыр куда менее апокалиптична, но при этом гораздо интереснее.
Гравитационное поле
Черные дыры подчиняются тем же законам гравитации, что и любые другие объекты в нашей Вселенной. Их притяжение зависит от массы и расстояния — чем дальше вы находитесь, тем слабее их влияние. Никакой магической всепоглощающей силы у них нет.
Допустим, если бы наше Солнце внезапно превратилось в черную дыру, сохранив свою массу, то как бы изменилась организация Солнечной системы? Абсолютно никак! Все объекты продолжали бы вращаться по тем же орбитам, на том же расстоянии. Да, со временем климатические условия на Земле изменились бы в худшую сторону, но упорядоченность Солнечной системы осталась бы неизменной. Черная дыра с солнечной массой оказывает точно такое же гравитационное влияние на окружающее пространство, что и Солнце. Ни больше, ни меньше.
Галактика в безопасности
В центре нашей галактики Млечный Путь находится сверхмассивная черная дыра Стрелец А*, масса которой почти в 4,3 миллиона раз превышает массу Солнца. Звучит устрашающе? Но давайте посмотрим на цифры.
Диаметр Млечного Пути около 100 000 световых лет. Гравитационное влияние центральной черной дыры ощутимо лишь в радиусе нескольких световых лет от нее. Это как песчинка в центре футбольного стадиона — да, она там есть и взаимодействует с близлежащими песчинками, но на трибунах ее влияние уж точно никто не почувствует.
Звезды вблизи центра Галактики действительно вращаются вокруг черной дыры с огромными скоростями, испытывая ее чудовищное влияние. Например, астрономы давно ведут наблюдения за звездой S2, которая в момент максимального сближения со Стрельцом А* проходит на расстоянии около 120 а.е.* от сверхмассивной черной дыры — и ничего, избегает "засасывания"! Звезда продолжает свое уверенное движение по эллиптической орбите, как делала это миллионы или даже миллиарды лет.
*а.е. — астрономическая единица, среднее расстояние от Земли до Солнца, около 150 миллионов километров.
Более того, любая галактика — очень стабильная система, где все элементы удерживаются вместе благодаря темной материи и суммарной массе всех светил, обеспечивающих надежную гравитационную связь. На черную дыру в центре Млечного Пути — сколь бы грозной не выглядела ее масса на фоне Солнца — приходится менее 0,1% от общей массы Галактики. И Млечный Путь в этом плане не является исключением — это среднее значение для галактик в наблюдаемой Вселенной.
Так что спите спокойно — ни одна черная дыра не способна "проглотить" целую галактику. Законы физики надежно защищают нас от космических кошмаров, порожденных научной фантастикой. Черные дыры опасны только вблизи, а в целом же они ведут себя как обычные массивные объекты — притягивают ровно настолько, насколько позволяет их масса.
