Наше место в этом мире
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Вселенная и Солнечная система
 Исследователи
Космические аппараты
Страница: Космические аппараты, Оптический диапазон (Part #1, Part #2); Инфракрасный диапазон (Part #1, Part #2); Микроволновый диапазон (Part #1, Part #2); Радиодиапазон. Спектр-Р; Ультрафиолетовый диапазон; Рентгеновский диапазон (Part #1, Part #2);
Наше место в этом мире
Способы изучения космического пространства

Загадочные компактные объекты

    Вблизи центров остатков сверхновых часто располагаются массивные компактные объекты (ССО). По-видимому, это пульсары — быстровращающиеся нейтронные звезды, образовавшиеся при гравитационном коллапсе ядер массивных светил. Чаще всего ССО выглядят как слабые точечные источники, погруженные в сверкающее рентгеновское сияние самих остатков. Если они не излучают в импульсном режиме или сами по себе не очень яркие, обнаружить их в остатках сверхновых весьма проблематично.
    ССО, найденный телескопом Chandra в Кассиопее А, стал одним из первых его научных открытий.
    Было показано, что это должен быть объект радиусом около 5 км со слабым магнитным полем и водородной атмосферой, но в таком случае требуется, чтобы он был даже не нейтронной, а т.н. кварковой звездой с очень низкой массой. Разработана довольно интересная альтернативная модель, в которой атмосфера нейтронной звезды состоит не из водорода или гелия, а из газообразного углерода. Эта модель хорошо согласуется с наблюдательными данными для нейтронных звезд.

Chandra «подслушал» черную дыру в Персее

    Наблюдения активной галактики NGC 1275, в центре которой расположена сверхмассивная черная дыра (мощнейший радиоисточник Персей А в центральной области одноименного скопления галактик), производились телескопом Chandra на протяжении в общей сложности 53 часов. В ходе них были найдены волнообразные фигуры, вероятно, представляющие собой звуковые волны. Их обнаружили с применением специальной техники обработки изображений с целью выявления мелкомасштабных изменений яркости. Эти звуковые волны предположительно инициированы взрывными событиями, происходящими в окрестностях сверхмассивной черной дыры (яркое белое пятно в середине снимка) в огромной галактике вблизи центра кластера. Высота звука соответствует ноте си-бемоль — на 57 октав ниже среднего-С. Это в миллион миллиардов раз ниже предела человеческого слуха.

Крупная активная галактика NGC 1275 - центральный объект галактического скопления в Персее. ) центре галактики находится гигантская черная дыра - мощный источник радиоизлучения Персей А.
КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

    На изображении также заметны две пузыреобразные полости, каждая диаметром около 50 тыс. световых лет. Эти полости, являющиеся мощными источниками радиоволн, на самом деле не пустые. Они заполнены частицами высоких энергий и магнитными полями, которые разгоняют горячий газ, создавая звуковые волны, протянувшиеся на сотни тысяч световых лет.
    Обнаружение звуковых волн может решить давнюю загадку — почему горячий газ в центральной галактике кластера Персея и ее окрестностях не охладился за последние десять миллиардов лет до температуры, способствующей образованию новых поколений звезд. По мере движения звуковых волн сквозь газ они постепенно замедляются, и их энергия преобразуется в тепло. Этот процесс может поддерживать высокую температуру на протяжении весьма длительного времени.
    Взрывная активность в окрестностях сверхмассивной черной дыры, вероятно, вызвана большими количествами выпадающего на нее газа из меньших галактик, которые в свое время были поглощены своим крупным и массивным соседом — системой NGC 1275. Темные «капли» в центральной области изображения могут быть фрагментами таких обреченных галактик.

Большая кооперация

    Особого внимания заслуживает опыт работы обсерватории Chandra совместно с другими космическими и наземными телескопами во всем спектральном диапазоне. Приведем несколько самых ярких примеров такой кооперации.
    Центавр A (NGC 5128) — ближайшая галактика с активным ядром. На составном изображении ее радиоизлучение показано зеленым и розовым цветом, рентгеновское излучение — голубым, данные оптических телескопов — желтым и оранжевым. Широкая темная полоса пыли и холодного газа пересекает галактику и «разделяет» два огромных джета, испускаемых практически перпендикулярно к ней из галактического ядра, содержащего, как сейчас принято считать, сверхмас-сивную черную дыру. Галактику вдобавок окружает разорванное кольцо разогретого до миллионов градусов газа диаметром около 25 тыс. световых лет. Возможно, оно возникло в результате гигантского взрыва, имевшего место в центре NGC 5128 около 10 млн лет назад. Примерно тогда же, как показывают наблюдения в инфракрасном диапазоне, в этой галактике резко возросла интенсивность звездообразования. Все эти процессы, по-видимому, были вызваны ее слиянием с небольшой галактикой-спутником, начавшимся еще на сотню миллионов лет раньше.

Центавр А - ближайшая галактика с активным ядром.
КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

    Туманность «Розетка» (NGC 2244) расположена на расстоянии около 5 тыс. световых лет. Она является частью огромного межзвездного молекулярного облака, в котором идут активные процессы звездообразования. Данные, полученные обсерваторией Chandra, нанесены на приведенное изображение красным цветом (отснятый им участок неба ограничен белым пунктиром). В данном случае рентгеновские лучи испускают недавно «загоревшиеся» массивные звезды, сгруппированные в несколько скоплений. Съемка в оптическом диапазоне спектра, проводившаяся в рамках Цифрового обзора неба (Digitized Sky Survey) и представленная голубым, зеленым и оранжевым цветом, выявила здесь огромные массивы газа и пыли, почти непрозрачные для видимого света, но высокоэнергетическое излучение сквозь них проникает почти беспрепятственно.

Туманность "Розетка"
КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

    Chandra исследовал также звездное скопление NGC 2237 (в правой части снимка), позволив ученым впервые сделать достоверные оценки содержания в нем звезд низкой массы — главным образом красных карликов, более легких, чем Солнце. Ранее в скоплении было открыто 36 молодых маломассивных звезд, но теперь их уже известно около 160. Наличие рентгеновских источников и потоков горячего газа в той части пространства, которая на снимках в оптическом диапазоне выглядит темной, свидетельствует о продолжающемся формировании звезд внутри обширных газово-пылевых облаков.

Прямые доказательства сушествования темной материи

    Сверхскопление галактик 1Е 0657-56, известное под названием «Пуля», образовалось в результате столкновения двух больших галактических скоплений, ставшего самым «энергетичным» событием во Вселенной после Большого Взрыва.
    Основная часть «нормальной» (барионной) материи в сверхскоплении присутствует в виде горячего газа, излучающего в рентгеновском диапазоне. Межгалактический газ одного кластера при столкновении прошел сквозь газовую компоненту другого, более крупого кластера. Оптическое изображение, полученное с помощью телескопа Hubble, содержит компактные галактики, показанные условным оранжевым цветом. Синие области представляют собой участки скопления, где найдены концентрации его массы. Их поиск производился с использованием эффекта так называемого гравитационного линзирования, в ходе которого свет от удаленных объектов искажается гравитацией материи, оказавшейся на пути его распространения. Большая часть массы скоплений «обособлена» от обычного вещества, а это служит прямым доказательством того, что львиная доля материи в кластерах является темной.

Составное изображение сверхскопления галактик 1Е 0657-56 «Пуля», расположенного на расстоянии 3,4 млрд световых лет. Отдельные галактики, сфотографированные в оптическом диапазоне, показаны белым и желтоватым цветом. Их общая масса составляет лишь небольшую часть от массы окружающих сверхскопление облаков горячего водорода, обнаруженных по их рентгеновскому излучению (красный цвет). Синим цветом нанесено распределение гравитирующей массы в этой области пространства - основная часть ее представлена темной материей, не излучающей электромагнитных волн и регистрируемой только по эффектам гравитационного линзирования света более далеких галактик. Хорошо заметен конический фронт ударной волны, сформировавшийся при столкновении газовых облаков, и два сгустка темной материи, уже «разлетевшихся» на достаточно большое расстояние, превышающее видимый размер сверхскопления - благодаря тому, что ее частицы не сталкиваются друг с другом, как частицы «обычной» материи. Такое разделение астрономам удалось на данном примере пронаблюдать впервые.
КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

    Горячий газ в каждом скоплении замедляется силой сопротивления, похожей на сопротивление воздуха. Темная же материя не испытывала такого замедления, поскольку она не взаимодействует сама с собой или с газом непосредственно, а только благодаря силам всемирного тяготения. Таким образом, во время столкновения сгустки темной материи из обоих кластеров «опередили» горячий газ, при этом произошло их разделение. Если, как предполагается в альтернативных теориях гравитации, межгалактический газ является самым тяжелым компонентом скоплений, такой эффект возникать не будет. Этот результат наглядно показывает, что для интерпретации наблюдений требуется допустить наличие темной материи.

Телескоп Chandra «видит» темную энергию

    Понимание природы темной энергии является одной из самых больших проблем в науке. Предлагаемые варианты включают в себя космологическую постоянную (эквивалент энергии пустого пространства), модификации Общей теории относительности (ОТО) для больших масштабов, более общие физические поля. Для внесения ясности в этот вопрос с помощью телескопа Chandra изучалось увеличение массы скоплений галактик со временем за последние 7 млрд лет. Полученные при выполнении этого масштабного проекта результаты неплохо согласуются с данными предыдущих исследований, в которых были использованы измерения расстояний до удаленных объектов: в обоих случаях четко подтверждалась незыблемость положений ОТО применительно к большим масштабам. Таким образом, ученые получили весомые доказательства того, что основные положения ОТО остаются неизменными в расширяющейся Вселенной, т.е. на больших космологических масштабах.

Поиск гравитационных волн

    «Отметился» Chandra и в области, к которой, казалось бы, он никакого касательства иметь не может. Отношение к ней он все же имеет (хоть и не прямой и последствия обнаруженного явления могут быть далеко не однозначными. На одном из полученных телескопом изображений галактики CID-42 был замечен яркий источник высокоэнергетического излучения. Ученые предположили, что его испускает разогретое до сверхвысоких температур вещество, окружающее одну или несколько черных дыр. В дальнейшем выяснилось, что превосходных качеств обсерватории Chandra оказалось недостаточно для подтверждения или опровержения такой гипотезы, но ситуацию помог «разрядить» телескоп Hubble. На снимках в оптическом диапазоне ответ был найден: на месте источника обнаружились два ярких пятнышка. Наиболее правдоподобная интерпретация увиденного предполагает, что одно из них — сама галактика, второе — яркое звездное скопление позади галактического центра. Совместными усилиями нескольких космических обсерваторий удалось доказать, что CID-42 представляет собой продукт недавнего столкновения двух галактик — об этом свидетельствует длинный изогнутый «звездный хвост», идущий от одного из пятен.

Составное изображение скопления галактик Abell 85, расположенного на расстоянии 740 млн световых лет. Фиолетовым цветом условно показано излучение нагретого до миллиона градусов газа, выявленное рентгеновским телескопом Chandra. Другие цвета относятся к изображениям скопления в оптическом диапазоне, полученным в ходе Слоуновского цифрового обзора неба (SDSS). Это скопление - одно из 86 наблюдаемых телескопом Chandra по программе исследования механизмов замедления роста галактик темной энергией. Галактические скопления представляют собой наибольшие коллапсирующие объекты, идеальные для изучения свойств этой таинственной формы «антигравитации», которая является движущей силой ускоренного расширения Вселенной.
КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

    Компьютерное моделирование процесса галактического столкновения подтвердило, что, действительно, в одном из сценариев возможен подобный вариант, при условии наличия в центре каждой из столкнувшихся систем традиционных в этом случае сверхмассивных ЧД. При определенных соотношениях их масс и скоростей они могут слиться с образованием одной черной дыры, причем побочным следствием этого катаклизма становятся настолько мощные гравитационные возмущения, что она, как камень из пращи, вылетает далеко за пределы возникшей галактики, при этом скорость ее может достичь нескольких миллионов километров в час. Именно такую черную дыру, «убегающую во всю прыть» из своей звездной системы, и зарегистрировал телескоп Chandra.

Приведены результаты моделирования Фолькера Спрингеля (VolkerSpringel), представляющие структуризацию материи при возрасте Вселенной в 0,9, 3,2 и 13,7 млрд лет. Эти данные показывают, насколько Вселенная развилась из однородного состояния до нынешнего, содержащего огромное количество разнообразных структур. Белым цветом отмечены области преобладания звездной компоненты, входящей в состав галактик и галактических скоплений. Рост этих структур первоначально был спровоцирован только силой всемирного тяготения, но впоследствии ей «составили конкуренцию» отталкивающие силы темной энергии.
КОСМИЧЕСКИЕ ТЕЛЕСКОПЫ

    Несмотря на то, что «выбрасывание» сверхмассивных ЧД из центров галактик случается крайне редко, сам его факт говорит о возможности существования странствующих по Вселенной одиноких черных дыр. Не исключено, что таких объектов в ней на самом деле множество, но, лишенные возможности регулярно и полноценно «питаться» (именно этот процесс позволяет астрономам обнаруживать черные дыры), они становятся практически невидимыми.
    Мощные проявления сил всемирного тяготения, сопровождающие слияния сверхмассивных ЧД, должны приводить к возникновению таинственных, до сих пор не обнаруженных гравитационных волн, предсказываемых Общей теорией относительности. Ученые надеются разглядеть их «внешние проявления» в галактиках, в которых произошли подобные события.

Если нужны окуляры к телескопу рекомендую магазин оптической техники и телескопов
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru