;
Кейсы 12 мая 2021

Квазары, гамма-всплески и скопления галактик: как изучают самые далекие космические объекты

Далее

Новая рекордно далекая галактика GN-z11 явственно показывает, что астрономы не стоят на месте и все дальше отодвигают границу неизвестного нам космоса. Рассказываем о самых далеких объектах космоса и как их изучают.

Квазары

Первый квазар, 3C 48, был обнаружен в конце 1950-х годов Алланом Сэндиджем и Томасом Метьюзом во время радиообзора неба. В 1963 году было известно уже 5 квазаров. Новый тип объектов объединяли некоторые аномальные свойства, которые на тот момент не могли быть объяснены.

Они испускали большое количество излучения широкого спектра, но большая их часть оптически не обнаруживалась, хотя в некоторых случаях удавалось идентифицировать слабый и точечный объект, похожий на далекую звезду.

Спектральные линии, которые идентифицируют химические элементы, из которых состоит объект, тоже были чрезвычайно странными и не поддавались разложению на спектры всех известных на тот момент элементов и их различных ионизированных состояний.

Самые далекие квазары благодаря своей гигантской светимости, превосходящей в сотни раз светимость обычных галактик, регистрируются с помощью радиотелескопов на расстоянии более 12 млрд световых лет.

Самый удаленный рентгеновский квазар, открытый СРГ и подтвержденный учеными из КФУ, находится на z=4,23. Статью об исследовании первой группы далеких квазаров СРГ на телескопе РТТ-150 недавно опубликовали в ведущем научном издании — «Письмах в астрономический журнал».

Пока обнаружили не более тысячи далеких квазаров. Последний — J0313-1806 — открыли на красном смещении 7,6. Несколько лет назад его включили в список кандидатов — по данным нескольких крупных обзоров. И вот теперь подтвердили.

Масса — 1,6 миллиарда солнечной. Свет от него шел к нам 13,1 миллиардов лет. Это значит, что мы получили снимок объекта, существовавшего спустя всего 670 миллионов лет после Большого взрыва. Получается, это еще и самый молодой квазар из известных нам. В его родной галактике наблюдали активное звездообразование.

Гамма-всплески

Из космологической природы гамма-всплесков ясно, что они должны иметь огромную энергию. Причем эта энергия выделяется за очень короткое время.

Наличие релятивистских джетов означает, что мы видим малую долю всех происходящих во Вселенной всплесков. Оценка их частоты составляет порядка одного всплеска на галактику раз в 100  000 лет.

События, порождающие гамма-всплески, настолько мощные, что иногда их можно наблюдать невооруженным глазом, хотя они происходят на расстоянии в миллиарды световых лет от Земли.

Механизм, в результате которого за столь короткое время в малом объёме выделяется столько энергии, до сих пор не вполне ясен. Наиболее вероятно, что он различен в случае коротких и длинных гамма-всплесков. На сегодняшний день различают два основных подвида ГВ: длинные и короткие, имеющие существенные различия в спектрах и наблюдательных проявлениях.

Так, длинные гамма-всплески иногда сопровождаются взрывом сверхновой звезды, а короткие — никогда. Есть и две основные модели, объясняющие эти два типа катаклизмов.

Эти события происходят в далеких галактиках на красном смещении от двух до четырех и больше. Колоссальное количество энергии выделяется за сто секунд. Согласно рабочей гипотезе, это вспышки гиперновых звезд массой в тысячу и больше солнечных. В нашей галактике таких массивных звезд нет. Вспышки звезд поменьше, 10–30 масс Солнца, называются сверхновыми. За тысячу лет истории человечества в нашей галактике вспышки сверхновых происходили лишь несколько раз. А гамма-всплески современные орбитальные телескопы регистрируют практически каждый день. Мы тоже около десяти лет наблюдали оптическое послесвечение этих событий с помощью телескопа РТТ-150 и опубликовали около сотни астрономических телеграмм совместно с российскими учеными из ИКИ РАН и турецкими коллегами.

Ильфан Бикмаев, профессор Казанского федерального университета

Скопление галактик

Интересную информацию о межгалактическом газе в скоплениях галактик дали радионаблюдения в метровом диапазоне длин волн. Они показали наличие в скоплениях галактик радиоисточников неправильной формы, обладающих компактной «головой» и длинным «хвостом».

Эти данные легко интерпретируются, если предположить, что радиоисточник — облако релятивистских электронов, излучающих синхротронным механизмом в магнитном поле, движется относительно межгалактического газа.

Наличие скорости приводит к тому, что лобовое давление сжимает радиоисточник с одной стороны («голова»), а уменьшение давления с другой стороны приводит к образованию протяженного «хвоста». В центральной части богатых световых галактик часто находятся мощные радиогалактики, излучение которых особенно интенсивно в метровом диапазоне длин волн.

В сантиметровом диапазоне излучение радиогалактик очень слабо. Здесь, однако, может проявить себя излучение компактных радиоисточников в ядрах галактик.

В скоплении между галактиками находится газ, разогретый до одного-двух миллионов градусов. Он излучает в рентгене и доступен для наблюдения «Спектром-РГ». Откуда этот газ, пока неизвестно. Возможно, притекает из галактик, когда там вспыхивают сверхновые, что подтверждают линии железа в рентгеновском спектре межгалактического газа. Этот тяжелый элемент нарабатывается долго в недрах звезд.

Ильфан Бикмаев, профессор Казанского федерального университета

Согласно астрономическим наблюдениям и теоретическим расчетам, видимое вещество, то есть звезды, газ и пыль — это всего лишь несколько процентов массы Вселенной. Четверть приходится на темную материю, остальное, почти 70%, принадлежит еще более таинственной субстанции — темной энергии.

Ради разгадки этих тайн ученые продвигаются все дальше в пространстве-времени, к исходной точке, с которой все началось.

Самая далекая галактика

Ученые открыли галактику GN-z11: это самый далекий объект в космосе. Как показывает открытие, современные техники наблюдения вполне позволяют надежно фиксировать спектральные линии даже столь редких в космосе элементов, как кислород и углерод у исключительно ранней галактики.

Это важно, потому что, рассматривая такие рекордно далекие объекты, мы погружаемся в далекое прошлое Вселенной и видим ее такой, какой она была в своей ранней молодости. Так, в случае GN-z11 мы наблюдаем свет из нашей Вселенной, когда ей было 420 миллионов лет — то есть меньше 5% ее текущего возраста. 

Оказалось, что уже в эту раннюю эпоху существовали молодые, но достаточно массивные галактики, состоящие из нескольких миллионов звезд. Задача поиска еще более молодых (а если повезет, то самых молодых во Вселенной) галактик ляжет на плечи телескопа «Джеймс Уэбб», о запуске которого мы еще поговорим.

Как изучают самые далекие объекты?

  • CHIME

В 2020 году был запущен канадский радиотелескоп CHIME, который совместно с американским радиотелескопом STARE2 установил точное происхождение всплеска FRB 200428 — он идет от уже известного магнитара, который находится в нашем Млечном пути.

Это открытие позволит не только лучше изучить строение этой удивительной подгруппы нейтронных звезд, но и найти еще не открытые магнитары — на сегодняшний день астрономам известно всего около 30 подобных объектов.

  • «Спектр-РГ»

Запущенная в середине 2019 года флагманская обсерватория российской и германской астрономии «Спектр-РГ» завершила в середине июня первый, а в середине декабря — второй обзор неба в жестком рентгеновском диапазоне.

Данные каждого нового обзора складываются с предыдущими и позволяют увидеть все более тусклые объекты. Всего с момента запуска обсерватория обнаружила более тысячи новых источников рентгеновского излучения, практически удвоив их общее число.

  • «Вояджер-2»

В 1977 году он отправился в путешествие к внешним планетам солнечной системы. Космический корабль исследовал 4 планеты и стал единственным человеческим устройством, посетившим Нептун и Уран — с тех пор никто не мог добраться до этих планет.

Он не направляется к какой-либо конкретной звезде, но должен пролететь примерно в 4 световых годах от Сириуса.

  • «Новые горизонты»

«Новые горизонты» — единственный удаленный космический аппарат, запущенный в 2006 году, облетевший Плутон в 2015 году и MU69 в начале 2019 года.

В настоящее время (февраль 2021 года) находится примерно в 50 а. е. от Земли. Космический корабль «Новые горизонты» покинул гравитационное поле Земли с самой высокой скоростью в истории, а также стал самым быстродвижущимся искусственным телом вокруг Земли.

Читать далее

В атмосфере Венеры нашли естественное радиоизлучение

Ученые показали, как черная дыра разрывает звезду

Физики создали аналог черной дыры и подтвердили теорию Хокинга. К чему это приведет?