Традиційно наприкінці календарного року «Наше небо» вміщує матеріал про здобутки в астрономії за рік, що минув. Нижче коротко (але із посиланням на докладніший матеріал) ідеться про сім (+ одне) найважливіших, як на наш погляд, досягнень астрономії в 2021 році, а також про нові телескопи й космічні астрономічні місії, які стали до ладу та були розпочаті в цьому році. Матеріал підготовлено за публікаціями в розділах «Новини» на Українському астрономічному порталі, інтернет-журналі «Наше небо» та сайті «Астроосвіта».
ВІДКРИТТЯ
Виявлено подвійну зорю нового типу, існування якого астрономи передбачали давно
Науковці Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики спостерігали подвійну зорю нового типу, існування якої давно передбачили в астрономії. Відкриття підтверджує, нарешті, процес утворення та еволюцію рідкісного типу зір у Всесвіті.
Уявлення художника про новий тип подвійної зорі — попередницю білого карлика надзвичайно малої маси (pre-extremely low mass, ELM). Зоря, зображена синім кольором, втрачає масу внаслідок її перетікання на інший компонент подвійної системи (білий карлик) і зрештою перетворюється на маломасивного білого карлика. Фото з сайту https://pweb.cfa.harvard.edu/news/9453/imagelist.
Новий клас зір, описаний в журналі «Щомісячні повідомлення Королівського астрономічного товариства» за грудень 2021 року, виявив докторант Карім Ель-Бадрі (Kareem El-Badry) за допомогою телескопа Шейна в Лікській обсерваторії в Каліфорнії та даних кількох астрономічних оглядів.
Астрономи відкрили третій тип наднових зір
Міжнародна група астрономів виявила перші переконливі докази існування наднових зір, що виникають внаслідок захоплення електронів у ядрі масивної зорі на кінцевому етапі її існування. Досі в астрономії розрізняли два основні типи наднових: термоядерні наднові та наднові, що виникають після колапсу залізного ядра зорі на кінцевому етапі її еволюції.
Уявлення художника про зовнішній вигляд зорі (ліворуч), що належить до над-асимптотичного відгалуження гігантів, та її ядро (праворуч) з кисню (O), неону (Ne) й магнію (Mg). Зорі над-асимптотичного відгалуження гігантів — це зорі в діапазоні мас близько 8—10 мас Сонця на кінцевому етапі еволюції. Їхнє ядро утримується якийсь час в рівноважному стані завдяки тиску електронів (e-). Коли щільність ядра досягає певної межі, неон і магній починають поглинати електрони (так звані реакції захоплення електронів). Це спричиняє зменшення тиску в ядрі, що призводить до його швидкого стискання (колапсу) і появи наднової. Фото з сайту http://cdn.sci-news.com/images/enlarge8/image_9808_2e-SN-2018zd.jpg.
Наднові, що виникають внаслідок захоплення електронів, лежать між цими двома типами наднових. Їх існування у 1980 р. передбачив астрономом Токійського університету доктор Кен’ічі Номото (Ken’ichi Nomoto).
Пояснено походження дуже масивних подвійних нейтронних зір
Нове дослідження, де показано, як вибух масивної зорі, позбавленої верхніх шарів, може привести до утворення важкої нейтронної зорі або маломасивної чорної діри, вирішує одну з найскладніших головоломок, що виникають при спробі науковців пояснити результати реєстрації за допомогою гравітаційно-хвильових обсерваторій LIGO і Virgo сигналів від злиття нейтронних зір.
На пізніх стадіях формування подвійної нейтронної зорі один із компаньйонів — нормальна зоря велетенських розмірів — розширюється і охоплює супутника (нейтронну зорю). Цю стадію розвитку подвійної зоряної системи називають еволюцією із загальною оболонкою (а). Після скидання верхніх шарів зорею-гігантом поряд із нейтронною зорею залишається зоря без оболонки, тобто гелієва зоря. Подальша еволюція системи залежить від співвідношення мас. Менш масивні зорі без оболонки переживають додаткову фазу масообміну, яка ще позбавляє зорю частини її маси, спричиняючи перетворення її супутника у пульсара. Цей механізм уможливлює появу таких систем, як спостережувані подвійні нейтронні зорі в Молочному Шляху та GW170817 (b). Більш масивні гелієві зорі не розширюються так сильно, що дозволяє уникнути подальшої втрати маси та перетворення компаньйонів на пульсари. Цей процес приводить до появи таких систем, як GW190425 (c). Нарешті, ще масивніші зорі без оболонки спричиняють утворення подвійної системи із нейтронної зорі та чорної діри, таких як GW200115 (d). Фото з сайту https://phys.org.
Гравітаційні хвилі, виявлені уперше за допомогою вдосконаленої Лазерної інтерферометричної гравітаційно-хвильової обсерваторії (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO) у 2017 році, були спричинені злиттям двох нейтронних зір, що головно відповідало очікуванням астрофізиків. Але друге виявлення, що трапилося в 2019 році, було спричинене злиттям двох нейтронних зір, загальна маса яких виявилася несподівано великою.
«Це було так неочікувано, що нам довелося міркувати над тим, як створити важку нейтронну зорю так, щоб вона не стала пульсаром», — сказав Енріко Рамірес-Руїс (Enrico Ramirez-Ruiz), професор астрономії та астрофізики Університету Санта-Крус.
Розкрито загадку походження гамма-променів з «порожніх» ділянок неба
Галактики з активним зореутворенням відповідальні за появу гамма-променів, походження яких досі не було невідомим, підтвердили науковці з Австралійського національного університету. Головний автор дослідження, доктор Метт Рот (Matt Roth) з Школи астрономічних та астрофізичних досліджень АНУ, сказав, що дотепер науковці не розуміли, що спричиняє гамма-промені — один з найенергетичніших видів випромінювання у Всесвіті, які «спалахують» на, здавалося би, «порожніх» ділянках неба.
Докладний вигляд неба в гамма-променях. Фото з сайту https://phys.org.
«Це знаменна віха, адже нам, нарешті, вдалося зрозуміти походження цих гамма-променів і розгадати таємницю Всесвіту, яку астрономи намагалися розшифрувати з 1960-х років», — сказав доктор Рот.
Межу геліосфери вперше нанесли на мапу
Використавши дані, отримані протягом 2009—2019 років за допомогою космічного апарата NASA IBEX (Interstellar Boundary Explorer), науковці створили першу в історії 3D мапу межі між Сонячною системою та міжзоряним простором. Це допоможе кращому розумінню того, як сонячний вітер взаємодіє з міжзоряними вітрами.
Схема геліосфери Сонячної системи. Вперше науковці нанесли на мапу геліопаузу, яка є межею між геліосферою (коричневий) та міжзоряним простором (темно-синій). Фото з сайту https://discover.lanl.gov.
«На підставі теоретичних фізичних моделей цю межу вивчали роками», — сказав Ден Рейзенфельд (Dan Reisenfeld), науковець з Лос-Аламоської національної лабораторії та головний автор статті, яку оприлюднив Astrophysical Journal. «Але ми вперше змогли її виміряти та скласти тривимірну мапу».
Пояснено рентгенівське полярне сяйво Юпітера
Китайські та британські дослідники розгадали 40-річну головоломку: як на Юпітері виникають регулярні та разючі сплески рентгенівських променів? Виявляється, все пов’язано з магнітним полем газового гіганта.
Накладені зображення полюсів Юпітера, отримані за допомогою космічного зонда NASA «Юнона» (Juno) та рентгенівського телескопа NASA «Чандра» (Chandra). Ліворуч показано проекцію північного полярного сяйва Юпітера (фіолетового кольору), накладеного на видиме зображення Північного полюса. Праворуч — аналогічне зображення Південного полюса планети. Фото з сайту https://cosmosmagazine.com.
«Ми бачили протягом чотирьох десятиліть, як на Юпітері спалахували рентгенівські полярні сяйва, але ми не знали, як це відбувається», — сказав Вільям Данн (William Dunn) з Університетського коледжу Лондона. «Ми знали, що вони утворюються лише тоді, коли іони потрапляють в атмосферу планети».
Тепер Данн та його колеги з Китайської академії наук виявили, що спалахи рентгенівських променів спричиняють періодичні коливання магнітного поля Юпітера. Такі коливання приводять до появи хвиль плазми, які уможливлюють іонам рухатися вниз в атмосферу, де вони стикаються на високій швидкості з її частинками. Це й спричиняє появу рентгенівських променів.
Вперше виявлено пиловий диск навколо екзопланети
За допомогою Великої міліметрової/субміліметрової антени Атакама (Atacama Large Millimetre/submillimeter Array, ALMA), яку Європейська південна обсерваторія (European Southern Observatory, ESO) використовує на умовах партнерства, астрономи вперше виявили пиловий диск навколо екзопланети, тобто планети за межами Сонячної системи. Спостереження проливають нове світло на те, як у молодих зоряних системах формуються планети та їхні супутники.
На цьому знімку, зробленому за допомогою Великої міліметрової/субміліметрової антени Атакама (Atacama Large Millimetre/submillimeter Array, ALMA), яку Європейська південна обсерваторія (European Southern Observatory, ESO) використовує на умовах партнерства, видно панорамний (ліворуч) та крупний (праворуч) вигляд пилового диска, що оточує PDS 70c — молоду екзопланету типу Юпітера, що лежить на відстані майже 400 світлових років від Землі. На зображенні крупним планом видно в центрі PDS 70c та частину її пилового диска, що займає більшу частину правої частини зображення. Зоря PDS 70 міститься в центрі широкоформатного зображення ліворуч. У системі знайдено дві екзопланети, PDS 70c і PDS 70b, яку на цьому зображенні не видно. Вони вирізали порожнину в навколозоряному диску, поглинаючи речовину з диска й збільшуючи завдяки цьому свої розміри. У цьому процесі PDS 70c сформувала власний навколопланетний диск, який сприяє зростанню планети і де можуть утворюватися її супутники. Діаметр цього навколопланетного диска такий же, як відстань від Землі до Сонця, і його маси достатньо для формування трьох супутників розміром з Місяць. Фото з сайту www.eso.org.
«Результат нашої роботи — чітке виявлення диска, в якому можуть формуватися супутники планети», — сказала Міріам Беністі (Myriam Benisty), дослідниця з Гренобльського університету (Франція) та Чилійського університету, яка очолювала нове дослідження. «Наші спостереження на ALMA були виконані з такою дивовижною роздільною здатністю, що ми вперше змогли чітко виявити пов’язаний з планетою диск і оцінити його розміри», — додала вона.
Обсерваторія «Чандра» знайшла докази можливої екзопланети в іншій галактиці
Уперше, можливо, виявлено ознаки екзопланети, що проходить перед диском своєї материнської зорі, за межами галактики Молочний Шлях. Цей разючий результат, здобутий за допомогою рентгенівської обсерваторії NASA Chandra («Чандра»), відкриває нове вікно для пошуку екзопланет на більших відстанях, ніж це було досі. Можливий кандидат в екзопланети міститься в спіральній галактиці Мессьє 51 (M51), яку також називають галактика Вир через її характерний профіль.
На фото ліворуч — світлина галактики M51, отримана завдяки поєднанню рентгенівського зображення від обсерваторії «Чандра» та оптичного від Космічного телескопа імені Габбла. Білий квадрат на світлині позначає місце можливого кандидата в екзопланети. Праворуч (це ілюстрація художника) показано затемнення рентгенівських променів із системи, де масивна зоря міститься на орбіті навколо нейтронної зорі або чорної діри. Фото з сайту NASA.
«Ми намагаємося відкрити абсолютно нову арену для пошуку інших світів, шукаючи кандидатів у екзопланети в рентгенівському діапазоні електромагнітного спектра, — стратегія, яка дає змогу виявляти їх в інших галактиках», — сказала Розанне Ді Стефано (Rosanne Di Stefano) з Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian) в Кембриджі, штат Массачусетс. Вона керувала дослідженням, результати якого оприлюднив журнал Nature Astronomy.
НОВІ ТЕЛЕСКОПИ ТА КОСМІЧНІ МІСІЇ
Телескоп Джеймса Вебба — новий космічний телескоп-флагман
Серед телескопів космічного базування, які досі використовували астрономи, з’явився новий флагман. Ним став телескоп Джеймса Вебба (James Webb Space Telescope, JWST), який 25 грудня 2021 року з космодрому Куру в Французькій Гвіані вивела в космос ракета-носій Аріан-5.
Уявлення художника про космічний телескоп Джеймса Вебба (James Webb Space Telescope, JWST) в розгорнутому, тобто робочому, стані. Фото з сайту NASA.
JWST часто називають наступником HST. Це так і, водночас, не зовсім так. Джеймса Вебба справді наступник «Габбла», бо його наукові цілі мотивовані результатами, які астрономи отримали завдяки HST. Однак можливості цих телескопів різні: «Габбл» виконував спостереження в ультрафіолетовому, видимому, й частково інфрачервоному світлі, а «Вебб» — тільки в червоній ділянці видимого світла та в інфрачервоному діапазоні.
За можливостями JWST має перевершити HST: в інфрачервоних ділянках електромагнітного спектра він буде спостерігати далі, ніж «Габбл». Це означає, що за його допомогою астрономи зможуть побачити більш ранню історію нашого всесвіту.
Планова тривалість роботи JWST становить п’ять років, а верхня її межа, яку визначає кількість палива на борту космічного зонда, — десять років.
Космічний телескоп для полювання за астероїдами працюватиме ще два роки
Ширококутний інфрачервоний оглядовий дослідник для пошуку біляземних об’єктів (Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer, NEOWISE) NASA ще два роки, до червня 2023 р., буде «полювати» на астероїди та комети, зокрема й ті об’єкти, які можуть становити небезпеку для Землі.
Космічний телескоп WISE буде працювати щонайменше до червня 2023 року. Фото з сайту NASA.
Ширококутний інфрачервоний оглядовий дослідник (Wide-field Infrared Survey Explorer, WISE) було запущено в грудні 2009 року. Космічний телескоп оглядав все небо в інфрачервоних довжинах хвиль, виявляючи астероїди, тьмяні зорі та деякі найменші галактики далекого космосу. Після того, як вичерпалася охолоджувальна рідина для інфрачервоних приймачів, WISE завершив свою основну місію і його в лютому 2011 р. перевели в режим «сну». Спостереження відновилися в грудні 2013 року, коли підрозділ планетології NASA вирішив використати космічний телескоп для виявлення астероїдів і комет у Сонячній системі, з особливою увагою до тих, що підходять близько до орбіти Землі. Нова місія отримала назву NEOWISE.
Спектроскопічний прилад темної енергії розпочав 5-річне дослідження
Виконання п’ятирічного завдання зі створення мапи Всесвіту та розкриття таємниць темної енергії розпочато офіційно 17 травня 2021 р. в Національній обсерваторії Кітт Пік поблизу Тусона, штат Аризона. По завершенню цього завдання Спектроскопічний прилад темної енергії (Dark Energy Spectroscopic Instrument, DESI) зареєструє світло від десятків мільйонів галактик та інших далеких об’єктів у Всесвіті.
DESI встановлено на модернізованому 4-метровому телескопі імені Ніколаса Ульріха Мейолла в Національній обсерваторії Кітт Пік, що працює за програмою NOIRLab Національного наукового фонду. Прилад має нову оптику, що збільшує поле зору телескопа, і оснащений 5000 оптичними волокнами, якими управляє робот. Це дає змогу збирати спектроскопічні дані від однакової кількості об’єктів у полі зору телескопа. Фото з сайту https://noirlab.edu/public/images/noirlab-mayall-desi-4/.
DESI — це міжнародна наукова співпраця, керована Національною лабораторією імені Лоуренса в Берклі, або Лабораторією Берклі, за базового фінансування від Управління науки Міністерства енергетики США (Department of Energy, DOE).
Зібравши світло від 30 мільйонів галактик, науковці проєкту кажуть, що DESI допоможе їм побудувати 3D-карту Всесвіту з безпрецедентними деталями. Дані допоможуть краще зрозуміти силу відштовхування, пов’язану з темною енергією, що прискорює розширення Всесвіту на величезних космічних відстанях.
Нова місія NASA з дослідження найекзотичніших об’єктів Всесвіту
Астрономічна обсерваторія Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) — це перша місія, яку NASA спільно з Італійським космічним агентством спорядили для вимірювання поляризації рентгенівських променів від найекстремальніших та найзагадковіших об’єктів у Всесвіті — залишків наднових, надмасивних чорних дір та інших високоенергетичних об’єктів.
Космічний зонд IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) в уявленні художника. Фото з сайту NASA.
Під час своєї дворічної основної місії IXPE буде спостерігати за 50 джерелами рентгенівського випромінювання, серед яких знаменитий пульсар в Крабоподібній туманності та Sgr A*, надмасивну чорну діру в центрі нашої галактики. Основні наукові завдання — пояснити, як такі джерела випромінюють рентгенівське випромінювання, і перевірити загальну теорію відносності в екстремальних умовах.
Місія «Люсі» з вивчення астероїдів троянців
Космічний апарат Lucy (Люсі) стартував з поверхні Землі 16 жовтня 2021 р. і до 2033 року досліджуватиме вісім астероїдів — усі вони, крім одного з Головного пояса астероїдів, належать до об’єктів, що містяться в точках Лагранжа L5 та L6 системи Сонце—Юпітер.
Космічний зонд Lucy (Люсі) для вивчення астероїдів троянців. Фото з сайту http://lucy.swri.edu/img/1000days.png.
«Те, що людський предок, який жив так давно, стимулював місію, що обіцяє додати цінну інформацію про формування Сонячної системи, неймовірно захопливо», — сказав палеоантрополог Дональд Йохансон, який знайшов Люсі. Він спостерігав на мисі Канаверал за стартом ракети-носія, що вивела зонд в космос.
«Люсі» пройде в межах 965 кілометрів від кожної цілі; найбільша — близько 113 км у поперечнику.
Космічна місія з відхилення астероїда
24 листопада 2021 року стартував космічний зонд NASA DART (Double Asteroid Redirection Test) щоб у 2022 році змінити напрямок руху 170-метрового астероїда Діморфос. Це небесне тіло є компонентом подвійної астероїдної системи, що існує завдяки силі тяжіння. Другий її компонент — майже уп’ятеро більший астероїд Дідимос.
Схема місії DART (зіткнення космічного зонда з астероїдом Діморфосом — його на схемі позначено як Didymos В). Фото з сайту www.esa.int.
Обидва космічні об’єкти не становлять загрози для Землі. Коли DART вдарить по Діморфосу, орбіта астероїда заледве зміниться, але на його поверхні утвориться кратер. Дані експерименту DART, частково отримані за допомогою наступної місії Європейського космічного агентства Hera («Гера»), допоможуть міжнародній групі науковців зрозуміти, як цей метод «кінетичного ударника» (kinetic impactor) можна буде застосувати у випадку, якщо великий астероїд коли-небудь буде виявлено на шляху зіткнення із Землею.
Підготував Іван Крячко
