Представьте планету, которая примерно на четверть больше Юпитера, но при этом находится так же близко к своей звезде, как Меркурий к Солнцу. А теперь добавьте невероятную деталь — эта планета поглощает 99% падающего на нее света, что делает ее чернее любого известного природного материала на Земле.
Экзопланета TrES-2b, находящаяся на расстоянии около 750 световых лет от Земли, стала настоящей диковинкой для астрономов. Этот мир, классифицируемый как "горячий юпитер", примерно в 1,2 раза массивнее Юпитера. При этом экзопланета поглощает свет эффективнее, чем уголь (поглощает 96% света) или даже свежий асфальт (поглощает 97% света).
Причина такой необычной черноты кроется в экстремальных условиях на планете:
Средняя температура составляет 1 600 градусов, что переводит некоторые нетипичные компоненты атмосферы (натрий и калий) в газообразное состояние.
В атмосфере присутствуют испаренные натрий и калий, а также оксид титана, создающие уникальную химическую среду.
При такой высокой температуре эти вещества взаимодействуют особым образом, что приводит к исключительному поглощению света.
Кроме того, в атмосфере TrES-2b, скорее всего, отсутствуют отражающие облака, подобные тем, что делают Юпитер таким ярким, несмотря на его удаленность от Солнца.
Экзопланета TrES-2b была открыта 21 августа 2006 года транзитным методом* с помощью наземного телескопа TrES, но ее уникальные свойства были выявлены позже благодаря совместным наблюдениям нескольких инструментов. Космический телескоп NASA "Кеплер" измерил невероятно низкое альбедо (отражательная способность) планеты, а телескоп NASA "Спитцер" помог исследовать ее тепловое излучение, подтвердив экстремальные условия, царящие в атмосфере. На полный оборот вокруг родительской звезды, представленной красным карликом, TrES-2b нужно менее чем 2,5 земных дня. Для сравнения, Меркурий совершает оборот вокруг Солнца за 88 земных дней.
*Метод транзита — один из основных способов обнаружения экзопланет, который заключается в наблюдении за уменьшением яркости звезды, когда перед ней проходит планета.
Эта загадочная экзопланета не просто расширила наши представления о возможных свойствах небесных тел — она показала, что даже базовые характеристики планет, такие как отражательная способность, могут выходить за пределы всего, что мы знали ранее. В то время как Земля отражает около 30% падающего на нее солнечного света, а Луна — 12%, существование планеты, поглощающей 99% излучения, заставляет задуматься: какие еще удивительные объекты скрываются в глубинах Вселенной, терпеливо дожидаясь своего момента открытия?
Туманность Призрак (IC 63) в созвездии Цефей — загадочное космическое облако, парящее в 550 световых годах от Земли. В его очертаниях легко угадывается силуэт гигантской птицы с расправленными крыльями, словно феникс из древних легенд, застывший в звездном океане.
Свое призрачное свечение туманность получает от ближайшей яркой звезды Гаммы Кассиопеи, чье мощное излучение окрашивает космические газы в золотистые и темно-синие тона. Размеры этого небесного феномена впечатляют — около семи световых лет в поперечнике.
Интересно, что туманность постепенно испаряется под воздействием звездной радиации, словно тающий в лучах Солнца утренний туман, и через несколько десятков тысяч лет может полностью исчезнуть.
Все известные галактики, от карликовых до гигантских, демонстрируют признаки наличия сверхмассивной черной дыры (СЧД) в центре. Хотя прямые доказательства* есть лишь для 10% каталогизированных галактик, астрономы уверены: наличие центральной СЧД — это правило, а не исключение.
*Обнаружить "спящие" и менее массивные объекты такой природыкрайне трудноиз-за отсутствия активности, которая могла бы компенсировать огромные расстояния.
Эта космическая закономерность указывает на глубокую, фундаментальную связь между галактиками и их центральными "гравитационными монстрами". Но кто же является лидером в этом космическом тандеме? Отвечает ли галактика за формирование СЧД, или черная дыра вершит судьбу всей галактики?
Властелины галактической эволюции
В июне 2021 года астрономы наблюдали за галактикой со сложным названием HSC J124353.93+010038.5 (сокращенно HSC J124353), расположенной на расстоянии около 13,1 миллиарда световых лет от Земли. Ученые зафиксировали мощнейшие порывы "галактического ветра" — раскаленного газа и заряженных частиц, стремительно вырывающихся из центра галактики.
Источником этого космического урагана оказалась центральная СЧД. Механизм здесь следующий: материя, падая на черную дыру, формирует раскаленный аккреционный диск, который начинает вращаться с околосветовой скоростью. Из-за колоссального гравитационного и магнитного взаимодействия часть этой материи не поглощается черной дырой, а выбрасывается перпендикулярно диску в виде мощных струй плазмы — так называемых джетов. Эти джеты, разогретые до миллионов градусов, взаимодействуют с окружающим газом, создавая тот самый "галактический ветер", скорость которого в случае с HSC J124353 составляет более 1,8 миллиона километров в час. Этот галактический ветер приводит к разогреву окружающего газа, что фактически останавливает процесс звездообразования.
Важно отметить, что для зарождения новых звезд горячий газ необходим, но его непрерывный нагрев галактическим ветром делает сжатие газовых облаков невозможным. А без этого новые звезды не формируются или формируются запредельно медленно.
Созидательное разрушение
Однако не все черные дыры препятствуют зарождению звезд. Например, в карликовой галактике Henize 2-10, находящейся "всего" в 34 миллионах световых лет от нас, черная дыра играет прямо противоположную роль.
Механизм этого процесса элегантен: поглощая материю, СЧД позволяет части нагретого газа "сбежать" к периферии галактики. Там этот газ сталкивается с холодными газовыми облаками, передает им энергию, остывает и запускает процесс формирования новых звезд.
Возникает закономерный вопрос: почему в крупной галактике HSC J124353 галактический ветер препятствует звездообразованию, а в карликовой Henize 2-10 — наоборот, способствует ему? Все дело в масштабах и энергии. В крупных галактиках сверхмассивные черные дыры обычно имеют массу в миллиарды солнечных масс и, следовательно, генерируют более мощные выбросы. Эти мощные потоки разогревают газ по всему объему галактики, не давая ему остыть. В карликовых же галактиках черные дыры заметно меньше (в Henize 2-10 масса центральной черной дыры оценивается примерно в миллион солнечных масс). Вырывающиеся джеты имеют меньшую энергию и успевают ощутимо рассеяться еще до достижения периферии. Там разогретый, но уже не такой горячий газ, столкнувшись с холодными облаками, создает идеальные условия для запуска звездообразования.
Двойственная природа космических властителей
Эти особенности, наблюдаемые и в других галактиках разных форм и размеров, позволяют сделать вывод, что СЧД выполняют роль "вселенских регуляторов", которые:
Ограничивают рост крупных галактик, предотвращая их неконтролируемое расширение;
Помогают расти карликовым галактикам, запуская процессы звездообразования.
Такое избирательное поведение указывает на то, что именно СЧД, а не галактики, играют ведущую роль в этом космическом тандеме. Логично предположить, что сверхмассивные черные дыры появились раньше галактик, поскольку именно они контролируют звездообразование — ключевой процесс в эволюции любой галактической структуры.
Это не просто облако космического газа — перед нами настоящий звездный инкубатор! NGC 6357 представляет собой гигантскую область, где рождаются массивные звезды, до 100 раз тяжелее нашего Солнца.
Их мощное излучение заставляет окружающий газ интенсивно светиться. В сердце туманности прячется молодое звездное скопление Pismis 24, чьи светила так горячи, что буквально "выдувают" пузыри в космическом газе.
Расстояние до этого космического чуда — примерно 8 000 световых лет.
На расстоянии около 54 миллионов световых лет от Земли находится один из самых необычных объектов во Вселенной – галактика M60-UCD1. При диаметре всего 300 световых лет она является одной из самых компактных известных галактик. Для сравнения: диаметр нашего Млечного Пути составляет более 100 000 световых лет.
Феноменальная масса и плотность
Несмотря на компактные размеры, общая масса M60-UCD1 достигает 140 миллионов солнечных масс. Примечательно, что около 20 миллионов солнечных масс (почти 14,3% от массы галактики) приходится на сверхмассивную черную дыру в центре галактики.
По данным наблюдений космического телескопа NASA/ESA "Хаббл", концентрация звезд в M60-UCD1 достигает 100 светил на кубический световой год. Это экстраординарный показатель, учитывая, что ближайшая к Солнечной системе звезда находится на расстоянии чуть больше 4,24 световых года.
При наблюдении с поверхности гипотетической планеты, находящейся в M60-UCD1, невооруженным глазом можно было бы различить более миллиона звезд, в то время как с Земли при идеальных условиях можно увидеть лишь около 2 500 звезд.
Современные астрофизические модели указывают на то, что M60-UCD1 – это остаточное ядро некогда более крупной галактики. Около десяти миллиардов лет назад она пережила столкновение с массивной галактикой Messier 60 (M 60), в результате которого потеряла значительную часть своей массы.
Астрономические расчеты показывают, что в будущем M60-UCD1 ожидает повторное сближение с M 60, которое, вероятно, приведет к полному поглощению меньшей галактики.
Квазары — ярчайшие объекты из всех, что доводилось наблюдать человечеству. Яркость одного такого объекта может превосходить яркость Солнца в триллион раз — он светит ярче целой галактики с миллиардами звезд. Эти космические маяки, находящиеся на расстоянии в миллиарды световых лет от Земли, позволяют астрономам заглянуть в очень далекое прошлое Вселенной.
Но что представляют собой квазары и какие силы обеспечивают им столь невероятную яркость? Давайте разбираться.
Что такое квазар?
Слово "квазар" — сокращение от "квазизвездный радиоисточник". Первый объект такого рода, выглядевший как точечный источник света, похожий на яркую звезду, был обнаружен в 1960 году астрономами Алланом Сэндиджем и Томасом Мэтьюзом. Однако от типичного светила его отличало огромное количество энергии, излучаемой в радиодиапазоне. Несмотря на это, находка, получившая обозначение 3C 48, долгое время рассматривалась как "нетипичная звезда".
Сегодня мы знаем, что 3C 48 и подобные ему объекты — это квазары, представляющие собой активные ядра галактик, в центре которых находятся сверхмассивные черные дыры массой от нескольких миллионов до миллиардов солнечных масс. Такая черная дыра с лютой жадностью пожирает огромное количество материи, которая ее окружает — газ, пыль, целые звезды — и в ходе этого процесса генерирует колоссальное количество энергии.
Не секрет, что сама черная дыра не способна быть источником света — все, что падает за горизонт событий, не способно вырваться наружу. Но материя, устремляющаяся к черной дыре, разогревается до миллионов градусов, образуя вокруг нее светящийся аккреционный диск. Именно этот диск и джеты (струи вещества, выбрасываемые вдоль оси вращения черной дыры со скоростью, близкой к скорости света) обеспечивают запредельную яркость квазара.
Для сравнения, светимость Солнца около 3,8 × 10^26 ватт. По земным меркам это, конечно, впечатляющий показатель, но в масштабах космоса — капля в море.
Типичный квазар излучает энергию на уровне 10^40–10^41 ватт и светит ярче, чем вся наша галактика Млечный Путь, в которой может быть более 400 миллиардов звезд.
Просто представьте: объект размером с Солнечную систему (аккреционный диск квазара имеет диаметр в несколько световых дней или недель) светит ярче, чем галактика диаметром в 100 000 световых лет с сотнями миллиардов звезд.
Как работает квазар
Сверхмассивная черная дыра, по сути являющаяся сердцем квазара, поглощает материю с невероятной скоростью — в среднем несколько солнечных масс в год. Падающее вещество закручивается в аккреционный диск, где частицы сталкиваются, трутся друг о друга, разгоняются до релятивистских (околосветовых) скоростей.
Трение и сжатие разогревают диск до 10-100 миллионов градусов, из-за чего материя начинает излучать в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах, то есть в одних из самых энергетичных форм света.
Примечательно, что не вся материя попадает в черную дыру — часть выбрасывается вдоль ее магнитных полюсов в виде релятивистских джетов — узких струй плазмы, способных двигаться со скоростью 99,999<...>% скорости света. При этом протяженность джетов может составлять миллионы световых лет, что позволяет наблюдать их далеко за пределами родительской галактики.
Если джет направлен в сторону наблюдателя, квазар кажется еще ярче из-за релятивистского усиления — эффекта, при котором излучение от объекта, движущегося почти со скоростью света, фокусируется в узкий конус.
Рекордсмен среди квазаров
Самый яркий из известных квазаров — QSO J0529−4351, идентифицированный* в 2024 году. Его светимость превышает светимость Солнца в 500 триллионов раз!
*На самом деле объект оказался в данных наблюдений еще в 1980 году. Однако его десятилетиями считали просто звездой.
QSO J0529−4351 находится на расстоянии около 12 миллиардов световых лет от нас, а значит свет от него, который мы видим сегодня, был испущен, когда возраст Вселенной составлял примерно 1,8 миллиарда лет — она была еще совсем юной.
В центре этого квазара находится сверхмассивная черная дыра массой около 17–20 миллиардов масс Солнца. И эта черная дыра — одна из наиболее быстрорастущих в известной Вселенной. Каждый день она поглощает около одной солнечной массы.
Есть ли квазары рядом с нами?
Абсолютно все известные квазары удалены на миллиарды световых лет от нас. В близлежащих галактиках их нет. Почему?
Потому что квазары существовали исключительно в молодой Вселенной, когда галактики были переполнены газом и пылью — топливом для сверхмассивных черных дыр. В те времена черные дыры активно питались, стабилизируя свои галактики и интенсивно светясь.
Со временем сверхмассивные черные дыры расчистили свои окрестности — поглотили все до чего позволяло "дотянуться" гравитационное поле — и перешли в "спящий режим". То есть сверхмассивные черные дыры никуда не делись, они продолжают пребывать в центрах всех крупных галактик, включая Млечный Путь, — но они больше не светятся** как квазары, потому что нет для этого ресурсов.
**И все же в центрах некоторых галактик есть активные черные дыры. Однако в сравнении с квазарами они светятся крайне тускло, потому что вокруг уже нет такого количества "свободной" материи.
Квазары и судьба галактик
Энергия, выделяемая квазаром, настолько велика, что способна остановить звездообразование в родительской галактике.
Связано это с тем, что джеты и мощное излучение нагревают окружающий газ и часть его выбрасывают из галактики, лишая ее ключевого материала для формирования новых звезд. Это подтверждают наблюдения: в наиболее массивных галактиках практически прекратилось звездообразование.
Интересное наблюдение: в нашей Галактике каждый год рождается всего около 2-3 новых звезд, что является очень низким показателем. Можно предположить, что Стрелец А*, сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути, в свое время питала квазар, который "выжег" львиную долю газа.
Квазары — это одновременно разрушители и созидатели. Они отвечали за рост галактик и распределение материи в ранней Вселенной, формируя ее структуру.
Эра квазаров закончилась миллиарды лет назад. Однако свет, испущенный ими, все еще продолжает свое путешествие по просторам Вселенной, рассказывая о том, каким было это таинственное мироздание в самом начале своей истории.
12 декабря 1972 года астронавты миссии "Аполлон-17" Харрисон Шмитт и Юджин Сернан работали в районе лунного кратера Шорти, когда Шмитт внезапно остановился и воскликнул:
Это событие стало одной из самых громких геологических находок всей программы "Аполлон" и дало начало научной дискуссии, которая продолжается до сих пор.
"Откровенно говоря, когда Джек [Харрисон Шмитт] сказал, что видит оранжевый грунт, я начал задаваться вопросом, не сказалось ли на нем длительное пребывание на Луне. Однако потом я увидел все сам", — вспоминал Юджин Сернан.
Оранжево-коричневый цвет грунта на фоне серого ландшафта настолько выбивался из привычной картины лунного пейзажа, что Шмитт — единственный профессиональный геолог среди астронавтов программы "Аполлон" — сразу понял: перед ними нечто исключительное. Он предположил, что астронавты обнаружили следы вулканической активности, и если бы она оказалась относительно недавней по геологическим меркам, это означало бы, что Луна не полностью мертвый мир.
Образцы оранжевого грунта собрали, упаковали и доставили на Землю. Первые исследования показали, что это не типичная лунная пыль, а масса микроскопических стеклянных шариков и их обломков — пирокластический материал, выброшенный на поверхность во время древних взрывных извержений. Это подтвердило предположение Шмитта о том, что вулканизм действительно имел место, но не в недавнем прошлом, а около 3,6 миллиарда лет назад, когда Луна еще сохраняла заметную геологическую активность.
Специфический цвет оранжевого грунта был связан с присутствием железа и титана. Шарики же по сути представляют собой капли лунной магмы, выброшенные в ходе фонтанирующих извержений, застывшие и осевшие на поверхность подобно вулканическому пеплу в безвоздушной среде.
Однако настоящий сюрприз ждал ученых десятилетия спустя. В 2008 году, когда в их распоряжении появились более совершенные инструменты, вулканическое стекло изучили более чувствительными методами. В итоге внутри частиц обнаружили следы летучих компонентов, включая гидроксильные группы и молекулярную воду, "впечатанные" в структуре стекла.
Это открытие стало одним из самых сильных ударов по старому представлению о Луне как о полностью "сухом" мире. Исследования показали, что содержание воды в источнике этих магм могло составлять от 260 до 745 частей на миллион — величину, сопоставимую с некоторыми земными базальтовыми магмами.
Позднейшие исследования показали, что значительная часть лунной воды имеет "земное происхождение". Это говорит о том, что вода изначально присутствовала в веществе, из которого сформировались и Земля, и Луна. Кроме того, данное открытие является весомым аргументом в пользу гипотезы ударного формирования Луны, предполагающей, что около 4,5 миллиарда лет назад протоземля столкнулась по касательной с протопланетой, примерно вдвое меньшей ее. И, что особенно интересно, это катастрофическое столкновение не испарило всю воду — часть ее сохранилась в глубинах спутника.
Обнаружение оранжевого грунта — один из тех случаев, когда случайное наблюдение приводит к последствиям, которые невозможно было предсказать заранее. Астронавты увидели необычный цвет и зафиксировали его. Затем собрали образцы и доставили их на Землю. После этого исследователи первого поколения поняли природу материала. Ученые следующих поколений, вооруженные уже совсем другими технологиями, извлекли из тех же образцов новую информацию, изменившую представления о внутреннем строении Луны и истории ее формирования.
Так работает наука. И это — прекрасно.
Сегодня оранжевый грунт "Аполлона-17" остается одним из самых ценных лунных материалов на Земле. Эти крошечные стеклянные шарики позволили заглянуть в далекое прошлое Луны, лучше понять формирование системы Земля-Луна и показали, что когда-то на нашем естественном спутнике действовали вулканы, а в его недрах до сих пор сохраняются летучие вещества — немые свидетели катастрофических событий ранней истории.
NGC 6872 — самая большая известная спиральная галактика в наблюдаемой Вселенной, раскинувшаяся на 717 000 световых лет. Для сравнения: наш Млечный Путь имеет диаметр около 100 000 световых лет.
Эта галактика находится в созвездии Павлина на расстоянии примерно 212 миллионов световых лет от Земли. Ее гигантские размеры — результат гравитационного взаимодействия с соседней галактикой IC 4970 (сверху), которая растянула спиральные рукава NGC 6872, придав им нетипичную форму.
Поэтому, несмотря на колоссальные размеры, по массе NGC 6872 не выделяется на фоне крупных спиральных галактик вроде нашей. Большая часть ее "объема" приходится на чрезвычайно разреженные газовые потоки и области молодых звезд.
Изображение было получено 1 октября 2014 года наземным Очень большим телескопом (VLT), находящимся под управлением Европейской южной обсерватории (ESO).
В XIX веке астрономы столкнулись с проблемой, которая выглядела как мелкая погрешность, но вела к далеко идущим выводам. Наблюдения показывали, что орбита Меркурия медленно поворачивается в пространстве: точка перигелия смещается примерно на 574 угловые секунды за столетие. Однако ньютоновская (классическая) механика предсказывала смещение на 531 угловую секунду, связанное с гравитационным влиянием других планет Солнечной системы.
Оставшийся "хвостик" в 43 угловые секунды за столетие некоторые ученые того времени связали с еще одним источником тяготения, который пока никому не удавалось наблюдать напрямую. Так родилась гипотеза о планете Вулкан — невидимом теле между Солнцем и Меркурием. Объяснение звучало довольно убедительно: планета небольшая, наблюдать ее трудно из-за яркости Солнца, но когда появятся новые телескопы и более чувствительные инструменты, существование Вулкана непременно будет подтверждено.
Впрочем, далеко не все пытливые умы человечества разделяли эту концепцию. Появилась более смелая мысль: возможно, проблема не в "скрытой планете", а в том, что наша теория гравитации в ее классическом виде может быть неполной.
Ответ был найден уже в XX веке. Общая теория относительности Альберта Эйнштейна дала естественное объяснение аномалии: возле массивного тела (Солнца) пространство-время искривляется, и орбита планеты (Меркурия) прецессирует сильнее, чем предсказывает ньютоновская модель. Те "лишние" 43 угловые секунды за столетие оказались не доказательством существования еще одной планеты, а прямым эффектом релятивистской гравитации, в рамках которой гравитация рассматривается не как сила, а как результат кривизны пространства-времени, вызванной массой-энергией.
Что между Солнцем и Меркурием на самом деле
Планеты Вулкан не существует, но это не значит, что пространство между Солнцем и Меркурием должно быть абсолютно стерильным. Теоретически внутри орбиты Меркурия есть область динамической устойчивости, где могли бы существовать "вулканоиды" — небольшие астероиды, вращающиеся на относительно безопасном расстоянии от светила.
Их искали в данных космических аппаратов и специализированных солнечных обсерваторий, но ничего массивного не нашли. Современная астрономия исключает существование вулканоидов диаметром более шести километров, поэтому если между Меркурием и Солнцем что-то и вращается, то это очень малые небесные тела, которые просто теряются в солнечной засветке.
История Вулкана — важное напоминание: если наблюдения не сходятся с расчетами, не нужно торопиться с радикальными объяснениями. Иногда это говорит о том, что теория, находящаяся у нас на вооружении, описывает реальность не полностью и требует пересмотра.
Яркий пример — наблюдения космического телескопа NASA "Джеймс Уэбб", который обнаружил "невозможные" зрелые галактики в ранней Вселенной. Это не доказательство того, что Большого взрыва не было, но серьезный аргумент в пользу того, что наше понимание зарождения и эволюции галактик нуждается в уточнении.
Есть такая планетарная туманность "Улитка" в созвездии "Водолея", расположена она от нас примерно в 650 световых годах. Иногда называют «Око Бога» или «Глаз Бога» за её форму.
Ляпота в видимом диапазоне.
Образовалась туманность в результате взрыва звезды солнечного типа, прямо в центре можно увидеть её остаток - белый карлик. Светить такой карлик может до десятков триллионов лет, а не как наше Солнце, которому осталось 4-5 миллиарда лет.
Но вот если взглянуть на туманность в другом, инфракрасном диапазоне, что умеет "Джеймс Уэбб", то открывается совсем другая картинка, которая даёт море информации астрономам.
Видно, как излучение звезды как бы сдувает пыль после взрыва и образуются эдакие вытянутые сгустки
Перринский регион (лат. Perrine Regio) — обширная область в северном полярном регионе Ганимеда, крупнейшего спутника Юпитера и Солнечной системы в целом. Средний диаметр этого небесного тела составляет 5 268 километров, что делает его примерно на 389 километров больше Меркурия (средний диаметр 4 879 километров), который является полноценной планетой.
Изображение было получено 27 декабря 2000 года космическим аппаратом NASA "Галилео", и его можно рассматривать как косвенное доказательство того, что в некоторых местах кора спутника достаточно тонка, чтобы подповерхностный океан взаимодействовал с космосом.
Обратите внимание на яркие белые пятна. Это залежи чистейшего водяного льда, отражающие большую часть падающего солнечного света. Присутствие большого количества льда в кратерах можно объяснить тем, что его доставило ударное тело, или же тем, что часть ледяной коры была расплавлена, обновив материал под слоем пыли. Но лед в разломах, вероятно, связан с океаном.
Приливные силы со стороны газового гиганта непрерывно сжимают и растягивают спутник, что приводит к появлению небольших трещин и крупных разломов на его поверхности. Там, где кора заметно тоньше — формируются наиболее глубокие трещины, через которые внутреннее содержимое Ганимеда получает возможность вырваться наружу. Это как если взять пластиковую бутылку без крышки, наполнить ее водой, а после резко сдавить.
Для проверки гипотезы нужны дополнительные данные, которые будут получены во второй половине 2031 года, когда к работе приступит зонд Европейского космического агентства (ESA) JUICE. Запуск аппарата, созданного для изучения ледяных спутников Юпитера — Европы, Ганимеда и Каллисто — состоялся 14 апреля 2023 года.
Если информация подтвердится, то Ганимед получит статус потенциального обитаемого мира.
Черные дыры — одни из самых экстремальных и загадочных объектов во Вселенной. Их гравитация настолько сильна, что ничто — даже свет — не может вырваться из них. Но почему? Давайте разберемся в физических причинах этого феномена.
Гравитационное притяжение черной дыры огромно, но не бесконечно. Его интенсивность зависит от массы черной дыры. Однако не столько сама гравитация, сколько ее влияние на пространство-время создает уникальные свойства черных дыр. Чтобы понять это, нам нужно разобраться с ключевым понятием — скоростью убегания.
Скорость убегания (вторая космическая скорость) — это минимальная скорость, которую нужно развить объекту, чтобы преодолеть гравитационное притяжение того или иного тела и улететь восвояси. Для обычных небесных тел, вроде планет или звезд, эта скорость вполне достижима. Но в случае с черными дырами ситуация кардинально меняется.
Например, для Земли скорость убегания составляет 11,2 км/с, для Солнца - 617,7 км/с.
У черной дыры есть внешняя граница, называемая горизонтом событий. На этой границе скорость убегания в точности равна скорости света (299 792 458 м/с). За горизонтом событий, внутри черной дыры, скорость убегания превышает скорость света. Это превышение увеличивается по мере приближения к центру черной дыры.
Все дело в колоссальной плотности черных дыр. Например, если Солнце сжать до сферы диаметром в 2,95 км, то оно станет черной дырой, а его гравитационное поле станет экстремально сильным.
Скорость убегания рассчитывается по формуле: v = √(2GM/r), где G - гравитационная постоянная (6,6743 × 10^-11 Н·м²/кг²), M - масса объекта, r - расстояние от центра.
Давай рассмотрим это на примере сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики — Стрелец A*:
Масса Стрелец A* (M): примерно 4,3 миллиона солнечных масс;
Одна солнечная масса = 1,989 × 10^30 кг (таким образом, масса Стрелец A* = 4,3 × 10^6 × 1,989 × 10^30 кг = 8,5527 × 10^36 кг);
Гравитационный радиус (радиус Шварцшильда) Стрелец A* (r): около 1,2 × 10^10 метра.
Из этого следует, что для того, чтобы покинуть черную дыру, объекту нужно было бы разогнаться до скорости, превышающей скорость света. Согласно Специальной теории относительности, ничто, обладающее массой, не может двигаться со скоростью, равной или превышающей скорость света. Это фундаментальное ограничение нашей Вселенной. Более того, черная дыра настолько искривляет пространство-время, что внутри горизонта событий все траектории неизбежно ведут к центру черной дыры, делая побег принципиально невозможным.
Таким образом, экстремальная гравитация и геометрия пространства-времени создают идеальную космическую ловушку, из которой нет выхода для всего, что подчиняется известным законам физики.
Поверхность Дионы, 1123-километрового спутника Сатурна, поражает контрастами — темные, древние области соседствуют с яркими серо-белыми участками. Эти светлые регионы представляют собой водяной лед, который был обнажен в результате метеоритных ударов и/или тектонической активности.
Преимущественно темный цвет обеспечивает относительно тонкий слой пыли (меньше метра), которая неторопливо оседала на поверхность после бесчисленных столкновений Дионы с "космическими камнями".
Снимок был получен узкоугольной камерой космического аппарата NASA "Кассини" 23 июля 2012 года с расстояния примерно 418 000 километров от спутника.
Около трети массы спутника составляет скалистое ядро, а остальные две трети — водяной лед. Средняя температура на поверхности Дионы составляет -186 градусов Цельсия, так что местный лед настолько тверд, что по механическим свойствам практически не отличается от камня. Это объясняет, почему геологические структуры и ударные образования Дионы способны сохранять столь четкие формы на протяжении миллиардов лет.
Диона совершает полный оборот вокруг Сатурна за 2,737 земных суток (65 часов 41 минуту), находясь на среднем расстоянии в 377 400 километров от планеты. Спутник движется по практически идеальной круговой орбите с эксцентриситетом всего 0,0022 и находится в приливном захвате, подобно нашей Луне, поэтому всегда обращен к Сатурну одной стороной.
Интригующая особенность Дионы — ее магнитное взаимодействие с Сатурном. Во время близких пролетов "Кассини" зафиксировал возмущения в магнитосфере планеты, вызванные Дионой, что позволило предположить существование слабого магнитного поля у самого спутника либо наличие проводящей жидкости под его ледяной корой (соленого подповерхностного океана).
Подповерхностные океаны на спутниках газовых гигантов — не редкость в нашей Солнечной системе. К Европе и Ганимеду у Юпитера, Энцеладу и Дионе у Сатурна и, возможно, Тритону у Нептуна теперь можно добавить еще одного кандидата — Мимас, спутник Сатурна.
Мимас — небольшой спутник Сатурна диаметром всего 396 километров, внешне напоминающий «Звезду Смерти» из киноэпопеи «Звездных войн» из-за огромного 140-километрового кратера Гершель. Поверхность сатурнианского спутника, испещренная множеством ударных образований, не давала ученым никаких намеков на существование жидкого океана под ледяной корой.
Однако данные миссии "Кассини" показали странные неравномерности в орбите этого маленького спутника. Такие аномалии могли быть вызваны двумя причинами:
Наличием каменного ядра очень необычной формы;
Присутствием жидкого подповерхностного океана.
Компьютерное моделирование, проведенное международной командой исследователей, указывает на второй вариант как наиболее вероятный. Первая гипотеза оказалась ошибочной — чтобы вызывать наблюдаемые орбитальные аномалии, ядро Мимаса должно было бы иметь форму блина, что физически крайне маловероятно.
Самый молодой океан Солнечной системы
"Мимас — небольшая луна, и ее сильно кратерированная поверхность не давала никаких намеков на скрытый океан под ней, — объясняет доктор Ник Купер, соавтор исследования из Лондонского университета королевы Марии. — Наше открытие добавляет Мимас в эксклюзивный клуб спутников с подповерхностными океанами, но с особым отличием: его океан удивительно молод, его возраст не превышает 25 миллионов лет".
В зависимости от используемой модели, возраст подповерхностного океана Мимаса может составлять от 2 до 25 миллионов лет. Для сравнения, подповерхностному океану юпитерианской Европы около 4,5 миллиарда лет — примерно столько же, сколько самой Солнечной системе.
Если модели верны, то океан Мимаса надежно изолирован от агрессивной среды космоса ледяным панцирем толщиной от 20 до 30 километров.
"Существование относительно недавно образовавшегося океана делает Мимас главным кандидатом для изучения учеными, исследующими происхождение жизни", — подчеркивает доктор Купер.
Подповерхностный океан Мимаса может подарить ученым уникальную возможность изучить, как быстро могут формироваться условия, потенциально пригодные для возникновения жизни. Если в таком молодом океане будут обнаружены хотя бы предбиотические соединения, то это может полностью изменить наше понимание скорости эволюционных процессов.
Наследие легендарной миссии "Кассини"
Это открытие стало возможным благодаря данным космического аппарата «Кассини» — результату международного сотрудничества NASA, Европейского и Итальянского космических агентств. Зонд провел в системе Сатурна 13 лет, детально изучая планету, ее кольца и многочисленные спутники. Данные, собранные за это время, продолжают приводить к значимым открытиям.
Миссия «Кассини» завершилась 15 сентября 2017 года, когда аппарат был преднамеренно направлен в атмосферу Сатурна, где сгорел, чтобы избежать возможного химического загрязнения потенциально обитаемых спутников, которое могло бы создать ложные биомаркеры при будущих исследованиях.
"Это была замечательная командная работа: коллеги из пяти разных учреждений и трех разных стран объединились под руководством доктора Валери Лэйни, чтобы раскрыть еще одну интересную и неожиданную особенность системы Сатурна", — резюмировал доктор Купер.
Туманность NGC 6357 — одна из самых удивительных звездных фабрик нашей галактики, расположенная в созвездии Скорпиона, на расстоянии около 5 500 световых лет от Земли. Внутри нее формируются не отдельные звезды, а целые звездные скопления.
Недавние наблюдения с помощью космического телескопа NASA "Джеймс Уэбб" выявили, что в этой туманности рождаются преимущественно массивные звезды, в 10-20 раз тяжелее Солнца. Ученые предполагают, что за это ответственные уникальные турбулентные потоки газа, которые создают в NGC 6357 идеальные условия для формирования гигантов.
Особую научную ценность представляют недавние наблюдения звездообразования в NGC 6357 с помощью комплекса радиотелескопов ALMA. Ученым удалось зафиксировать несколько протозвездных дисков на разных стадиях формирования, что позволяет изучать эволюцию звездных систем в реальном времени. Некоторые из этих систем, вероятно, сформируют двойные звезды, вращающиеся вокруг общего центра масс.
Перед вами один из самых удивительных снимков космического аппарата NASA "Кассини" — галактика Сомбреро, расположенная в 28 миллионах световых лет от нас.
Ее необычная форма, напоминающая мексиканскую шляпу, создается благодаря двум компонентам — яркому центральному балджу (выпуклости в центре галактики) и темной полосе космической пыли, опоясывающей галактику по экватору.
Интересно, что масса этой галактики примерно в 800 миллиардов раз больше массы нашего Солнца, а в ее центре находится сверхмассивная черная дыра, масса которой равна миллиарду солнечных масс! Именно из-за этого центр галактики светится так ярко — это свечение создается раскаленным газом, падающим в черную дыру.
Удивительно, но этот снимок "Кассини" сделал, находясь у Сатурна — на расстоянии около 1,4 миллиарда километров от Земли.
Туманность Лагуна (NGC 6523) — завораживающее космическое образование в созвездии Стрельца, раскинувшееся на 50 световых лет и находящееся на расстоянии около 5 000 световых лет от Земли.
Эта эмиссионная туманность, состоящая из ионизированного газа или плазмы, представляет собой удивительное зрелище даже при наблюдении через простой бинокль.
В окуляр наблюдателя Лагуна предстает как четко очерченное овальное облакоподобное пятно с ярко выраженным ядром. Его неземная красота часто сравнивается с бледным звездным цветком, распустившимся в глубинах космоса.
Свое поэтичное название "Лагуна" туманность получила благодаря характерной форме, напоминающей лагуну или залив. Яркое свечение этого небесного объекта обусловлено процессами ионизации газа под воздействием излучения молодых, горячих звезд, находящихся внутри туманности.
Туманность Лагуна не только восхищает своей красотой, но и представляет огромный интерес для астрономов, изучающих процессы звездообразования и эволюции газопылевых облаков в нашей Галактике.
Спиральная галактика с перемычкой NGC 1512, раскинувшаяся на 70 000 световых лет, находится на расстоянии около 30 миллионов световых лет от Земли в созвездии Часов.
