Коли ми спостерігаємо далекі небесні об’єктми, може бути заковика: чи справді зоря, яку спостерігаємо, така червоняста, як здається? Чи зоря просто має червонуватий вигляд, бо її світло пройшло крізь хмару космічного пилу, щоб досягти нашого телескопа?
Для точних спостережень астрономам потрібно знати кількість пилу між ними та їхніми віддаленими цілями. Пил не тільки робить об’єкти червонуватими («почервоніння»), він також робить їх тьмянішими, ніж вони є насправді («затухання»). Ми ніби дивимося в космос крізь брудне вікно. Тепер два астрономи опублікували 3D-мапу, яка безпрецедентно докладно документує властивості пилу навколо нас. Це допоможе нам зрозуміти те, що ми спостерігаємо. Результати дослідження опубліковано в журналі Science.
За цим стоїть той факт, що, на щастя, дивлячись на зорі, існує спосіб реконструювати ефект пилу. Частинки космічного пилу не поглинають і не розсіюють рівномірно світло на всіх довжинах хвиль. Натомість вони сильніше поглинають світло на коротших довжинах хвиль (до синього краю спектра) і слабше на довгих хвилях (до червоного краю).
Залежність від довжини хвилі можна побудувати як «криву екстинкції» [екстинкція — ослаблення світла через розсіювання і поглинання, Ред.], і її форма надає інформацію не лише про склад пилу, але й про його локальне оточення, наприклад кількість і властивості випромінювання в різних регіонах міжзоряного простору.
Отримання інформації про пил із 130 мільйонів спектрів
Саме таку інформацію використали Сянью Чжан (Xiangyu Zhang), аспірант Інституту астрономії Макса Планка (Max Planck Institute for Astronomy, MPIA), і Ґреґорі Ґрін (Gregory Green), керівник незалежної дослідницької групи (група Софії Ковалевської) в MPIA та керівник дисертаційного дослідження Чжана, щоб побудувати найдокладнішу 3D-мапу властивостей пилу в галактиці Молочний Шлях.
Чжан і Ґрін звернулися до даних місії Європейського космічного агентства Gaia («Ґайя»), яка тривала 10,5 років, щоб отримати надзвичайно точні вимірювання положення, руху та додаткових властивостей понад мільярда зір у нашому Молочному Шляху та в наших найближчих галактиках-сусідах, Магелланових Хмарах. Третій випуск даних (The third data release, DR3) місії Gaia, опублікований у червні 2022 року, надає 220 мільйонів спектрів, і перевірка їхньої якості вказала Чжану та Ґріну на те, що близько 130 мільйонів з них підійдуть для пошуку пилу.
Спектри «Ґайя» мають низьку роздільну здатність. Тобто метод, яким вони поділяють світло на різні ділянки довжин хвиль, є порівняно грубим. Два астрономи знайшли спосіб обійти це обмеження: для 1% обраних ними зір є спектроскопія високої роздільної здатності з огляду LAMOST, виконаного Національними астрономічними обсерваторіями Китаю. Такі спектри дають достовірну інформацію про основні властивості зір, обрані науковцями, наприклад, температуру поверхні, яка визначає те, що астрономи називають «спектральним типом» зірки.
Реконструкція 3D-мапи
Чжан і Ґрін навчили нейронну мережу генерувати модельні спектри на основі властивостей зір та властивостей пилу, що міститься між ними. Вони порівняли результати зі 130 мільйонами відповідних спектрів від «Ґайя» та використали статистичні (байєсовські) методи, щоб зробити висновок про властивості пилу між нами та цими 130 мільйонами зір.
Результати дали змогу астрономам реконструювати першу докладну тривимірну мапу кривої згасання пилу в Молочному Шляху. Ця мапа стала можливою завдяки вимірюванню Чжаном і Ґріном кривої згасання до безпрецедентної кількості зір — 130 мільйонів, як порівняти з попередніми роботами, що містили приблизно 1 мільйон вимірювань.
Але не тільки пил турбує астрономів. Він важливий для утворення зір, яке відбувається у гігантських газових хмарах, захищених пилом від навколишнього випромінювання. Коли зорі утворюються, вони оточені дисками газу та пилу, які є місцями народження планет. Самі порошинки є будівельними блоками для того, що з часом стане твердим тілом планет, схожих на Землю. Насправді в міжзоряному середовищі нашої галактики більшість елементів, важчих за водень і гелій, замкнені в міжзоряному пилу.
Несподівані властивості космічного пилу
Нове дослідження дало не лише точну 3D-мапу. Воно також виявило дивовижну властивість хмар міжзоряного пилу. Досі науковці вважали, що крива екстинкції для регіонів з більшою щільністю пилу має бути більш плоскою (менш залежною від довжини хвилі). «Вища щільність», звичайно, — у цьому разі — це однаково ще дуже мало. Приблизно десять мільярдних мільярдних грамів пилу на кубічний метр, що еквівалентно лише 10 кг пилу в кулі з радіусом Землі. У таких регіонах частинки пилу мають тенденцію до збільшення розміру, що змінює загальні властивості поглинання.
Натомість астрономи виявили, що в ділянках із проміжною щільністю крива затухання насправді стає крутішою, причому менші довжини хвиль поглинаються набагато ефективніше, ніж довші. Чжан і Ґрін припускають, що поглинання може бути спричинене не зростанням пилу, а наявністю молекул, які називають поліциклічними ароматичними вуглеводнями (polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs). Це найпоширеніші вуглеводні в міжзоряному середовищі, які, можливо, навіть зіграли певну роль у виникненні життя. Дослідники вже вирішили перевірити свою гіпотезу майбутніми спостереженнями.
За інф. з сайту https://phys.org
