Астрономы обнаружили гигантский расширяющийся газово-пылевой пузырь, окружающий красного сверхгиганта — крупнейшую структуру такого рода, когда-либо зафиксированную в Млечном Пути. Масса пузыря сопоставима с массой Солнца. Он образовался около 4000 лет назад в результате загадочного звездного извержения. Ученые до сих пор не понимают, как звезда смогла пережить столь мощное событие.

Результаты исследования были приняты к публикации в журнале Astronomy and Astrophysics и доступны на сервере препринтов arXiv. Руководителем команды выступил Марк Зиберт из Технологического университета Чалмерса. С помощью радиотелескопа ALMA в Чили исследователи наблюдали красного сверхгиганта DFK 52, который по своим характеристикам напоминает известную звезду Бетельгейзе.

«Мы были поражены тем, что показали нам данные ALMA. DFK 52 — своего рода близнец Бетельгейзе, но она окружена огромным и беспорядочным пузырем вещества», — рассказывает Зиберт.

Пузырь представляет собой сложный комплекс облаков газа и пыли с массой, равной массе Солнца, и находится на расстоянии около 1,4 светового года от звезды, что в десятки тысяч раз больше размеров нашей Солнечной системы. Если бы DFK 52 находилась на таком же расстоянии от Земли, как Бетельгейзе, пузырь занимал бы на небе примерно треть диаметра полной Луны.

Радионаблюдения ALMA позволили измерить движение молекул в облаке, что подтвердило расширение пузыря. Ученые считают, что он образовался в результате внезапного выброса внешних слоев звезды, вызванного мощным взрывом несколько тысяч лет назад.

«Пузырь состоит из вещества, которое ранее входило в состав звезды. Вероятно, оно было выброшено в ходе драматического события — взрыва, произошедшего около 4000 лет назад. С космической точки зрения это совсем недавнее явление», поясняет астроном Элвир Де Бек из университета Чалмерса.

Причины, по которым DFK 52 потеряла столь значительную массу, не взорвавшись при этом как сверхновая, остаются неизвестными. Одна из гипотез предполагает наличие у звезды скрытого спутника, который мог способствовать сбросу внешних слоев.

«Нам непонятно, как звезде удалось так быстро выбросить огромное количество вещества. Возможно, как и у Бетельгейзе, у DFK 52 есть компаньон — звезда, которую еще предстоит обнаружить», — отмечает Зиберт.

Красные сверхгиганты, к которым относится DFK 52, находятся на поздних этапах своей эволюции и в конечном итоге должны взорваться как сверхновые. Вопрос в том, станет ли эта звезда следующей.

«Если DFK 52 — типичный красный сверхгигант, она может взорваться в течение следующего миллиона лет. Мы планируем продолжить наблюдения, чтобы лучше понять процессы, происходящие вокруг нее, и определить, может ли она стать следующей сверхновой в Млечном Пути», заключает Де Бек.

Протопланетный диск — это окружение из холодного молекулярного газа и пыли, окружающее протозвезду. Наличие планеты в таком диске вызывает гравитационное скопление или отток материала, что приводит к формированию характерных структур — колец или спиралей. Таким образом, субструктуры дисков можно рассматривать как «послания» формирующихся планет. Для их детального изучения необходимы сверхточные радиотелескопы, например, ALMA.

Наблюдения с помощью ALMA, включая крупные проекты DSHARP и eDisk, позволили получить сверх четкие изображения распределения пыли в протопланетных дисках.

Проект DSHARP показал, что характерные структуры часто встречаются в дисках около 20 молодых звёзд, которым более миллиона лет с момента их образования.

В то же время проект eDisk выявил меньше выраженных субструктур в дисках 19 протозвезд, находящихся в активной фазе аккреции — спустя 10–100 тысяч лет после рождения звезды. Это указывает на различия в свойствах дисков в зависимости от возраста звёзд.

Возникает вопрос: когда именно появляются субструктуры, свидетельствующие о рождении планет? Для ответа нужны наблюдения дисков среднего возраста, которые до сих пор изучены недостаточно. Однако ограничения по расстоянию и времени наблюдений усложняют проведение статистически значимых исследований больших выборок.

Для решения этой задачи команда исследователей применила метод сверхвысокой визуализации на основе разреженного моделирования. В радиоастрономии традиционные методы реконструкции компенсируют недостающие данные с определёнными допущениями. Новая методика позволяет восстанавливать изображения с большей точностью, обеспечивая более высокое разрешение без необходимости дополнительных данных.

В исследовании использовался открытый программный модуль PRIISM (Python module for Radio Interferometry Imaging with Sparse Modeling), разработанный японской командой. На основе архивных данных ALMA было проанализировано 78 протопланетных дисков в области звездообразования в созвездии Змееносца, расположенном на расстоянии 460 световых лет.

Более половины полученных изображений достигли разрешения, превышающего традиционные методы более чем в три раза, сопоставимого с проектами DSHARP и eDisk.

Кроме того, общий объём данных в данном исследовании почти в четыре раза превышает количество образцов из предыдущих двух проектов, что значительно повышает надёжность статистического анализа. Среди изученных 78 дисков у 27 были обнаружены кольцевые или спиральные структуры, причём 15 из них выявлены впервые именно в этой работе.

Исследователи объединили выборку из созвездия Змееносца с данными проекта eDisk для комплексного статистического анализа. Результаты показали, что характерные субструктуры дисков начинают формироваться на радиусах более 30 астрономических единиц уже на ранней стадии звездообразования — спустя всего несколько сотен тысяч лет после появления звезды.

Это свидетельствует о том, что процессы формирования планет начинаются значительно раньше, чем считалось ранее, когда диск ещё богат газом и пылью. Иными словами, планеты растут и развиваются вместе со своими очень молодыми звёздными хозяевами.

Айюму Сёси отметил: «Эти открытия, заполняющие разрыв между проектами eDisk и DSHARP, стали возможны благодаря инновационным методам визуализации, обеспечивающим высокое разрешение и одновременно увеличивающим размер выборки. Хотя результаты относятся только к дискам в созвездии Змееносца, дальнейшие исследования в других регионах звездообразования помогут определить, насколько данный тренд универсален.»

Примечание: стадия эволюции протозвезды определяется по болометрической температуре — условной температуре, рассчитанной на основе суммарной светимости объекта во всех длинах волн. Более высокая болометрическая температура указывает на более продвинутую эволюционную стадию. Температура около 650 К соответствует примерно одному миллиону лет с момента рождения звезды.

C/2014 UN271 представляет собой настоящего гиганта, его диаметр составляет около 140 км — более чем в десять раз превышает размер большинства известных комет. До настоящего времени о том, как ведут себя такие холодные, удаленные объекты, было известно немного. Новые наблюдения выявили сложные и динамичные гейзеры угарного газа, извергающиеся из ядра кометы, предоставив первые прямые доказательства факторов, которые приводят к ее активности на таком значительном удалении от Солнца.

"Эти измерения дают нам возможность понять, как функционирует этот огромный, ледяной мир," — утверждает ведущий автор Натан Рот из Американского университета и Центра космических полетов имени Годдарда NASA. "Мы наблюдаем взрывы которые ставят новые вопросы о том, как эта комета будет эволюционировать по мере приближения к внутренней солнечной системе."

Телескоп ALMA наблюдал C/2014 UN271, фиксируя свет от угарного газа возле ядра и тепловое излучение, когда комета находилась еще очень далеко от Солнца. Благодаря высокой чувствительности и разрешающей способности ALMA ученые смогли сосредоточиться на крайне слабом сигнале от столь холодного, удаленного объекта.

Основываясь на предыдущих наблюдениях ALMA, которые впервые охарактеризовали большой размер ядра UN271, новые данные позволили измерить тепловой сигнал для более точного расчета размера кометы и количества пыли, окружавшей ее ядро.

Их оценки размеров ядра и массы пыли согласуются с предыдущими наблюдениями ALMA и подтверждают статус этой кометы как крупнейшей, найденной в Облачной области Оорта. Способность ALMA точно измерять эти сигналы сделала это исследование возможным, предоставив более ясное представление о этом далеком, ледяном гиганте.

Это открытие не только означает первое обнаружение молекулярного облака в комете-рекордсмене, но и предлагает редкое понимание химии и динамики объектов, происходящих из самых удаленных уголков нашей солнечной системы. По мере приближения C/2014 UN271 к Солнцу ученые ожидают, что больше замороженных газов начнет испаряться, открывая новые аспекты примитивного состава кометы и ранней солнечной системы.

Подобные открытия помогают ответить на фундаментальные вопросы о происхождении Земли и ее воды, а также о том, как могут формироваться условия, благоприятные для жизни, в других местах.

Международная команда, возглавляемая Университетом Женевы (UNIGE), обнаружила самый удалённый кандидат на звание спиральной галактики на сегодняшний день. Эта ультрамассивная система существовала всего через один миллиард лет после Большого взрыва и уже демонстрирует удивительно зрелую структуру с центральным старым бугром, большим диском, формирующим звёзды, и четко определёнными спиральными рукавами.

Открытие было сделано с использованием данных телескопа Джеймса Уэбба (JWST) и предоставляет важные сведения о том, как галактики могут формироваться и эволюционировать так быстро в ранней Вселенной. Исследование опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics.

Ожидается, что крупные спиральные галактики, такие как Млечный Путь, формируются в течение нескольких миллиардов лет. В течение первого миллиарда лет космической истории считается, что галактики маленькие, хаотичные и имеют неправильную форму.

Однако JWST начинает раскрывать совершенно другую картину. Его глубокая инфракрасная съемка обнаруживает удивительно массивные и хорошо структурированные галактики на гораздо более ранних этапах, чем ожидалось ранее, что побуждает астрономов пересмотреть, как и когда галактики формировались в ранней Вселенной.

Среди новых находок — Zhúlóng, самый удалённый кандидат на звание спиральной галактики, обнаруженный на красном смещении 5.2 — всего через 1 миллиард лет после Большого взрыва. Несмотря на этот ранний период, галактика демонстрирует зрелую структуру: центральный старый бугор, большой диск, формирующий звёзды, и спиральные рукава, что обычно наблюдается в близлежащих галактиках.

«Мы назвали эту галактику Zhúlóng, что в китайской мифологии означает 'Дракон-факел'. В мифе Zhúlóng — мощный красный солнечный дракон, который создает день и ночь, открывая и закрывая свои глаза», — говорит доктор Мэньюань Сяо, постдокторант кафедры астрономии факультета наук UNIGE и ведущий автор исследования.

Её диск простирается более чем на 60 000 световых лет и содержит более 100 миллиардов солнечных масс в звёздах. Это делает её одной из самых убедительных аналогий Млечного Пути, когда-либо найденных на таком раннем этапе, поднимая новые вопросы о том, как массивные, хорошо организованные спиральные галактики могли сформироваться так рано после Большого взрыва.

Zhúlóng была обнаружена в результате глубокого наблюдения в рамках PANORAMIC-сервиса JWST (GO-2514), широкомасштабной экстрагалактической программы, возглавляемой Кристиной Уильямс (NOIRLab) и Паскалем Оешем (UNIGE). PANORAMIC использует уникальный режим «чистой параллели» JWST для сбора высококачественных изображений.

«Это открытие подчеркивает потенциал программ чистой параллели для обнаружения редких, удалённых объектов, которые проверяют модели формирования галактик», — говорит доктор Кристина Уильямс, помощник астронома в NOIRLab и главный исследователь программы PANORAMIC.

«Это открытие показывает, как JWST кардинально меняет наше представление о ранней Вселенной», — добавляет профессор Паскаль Оеш, доцент кафедры астрономии факультета наук UNIGE и сопредседатель программы PANORAMIC.

Атакамская большая миллиметровая антенная массив (ALMA) — это выдающийся комплекс радиотелескопов, расположенный в безжизненной чилийской пустыне Атакама, который осуществляет наблюдения за электромагнитным излучением в диапазоне миллиметровых и субмиллиметровых длин волн. Обсерватория возведена на высоте 5000 метров на плато Чайнантор, что обеспечивает ей уникальные условия для астрономических исследований.

Комплекс включает 66 антенн, из которых 54 имеют диаметр 12 метров, а 12 — 7 метров. Эти антенны объединены в единую систему астрономического радиоинтерферометра, что позволяет значительно повысить разрешающую способность наблюдений. Для обработки данных, поступающих с каждой антенны, на станции установлен специализированный суперкомпьютер — коррелятор, способный выполнять впечатляющие 17 квадриллионов операций в секунду.

Основная цель обсерватории — изучение процессов, происходивших в первые сотни миллионов лет после Большого Взрыва, когда зарождалось первое поколение звёзд. С помощью ALMA планируется получить новые данные, которые помогут глубже понять механизмы эволюции Вселенной и ее структуры.

ALMA является крупнейшим и наиболее затратным астрономическим проектом, реализованным на Земле. Стоимость этого амбициозного предприятия оценивается в 1,5 миллиарда долларов, что подчеркивает его значимость и вклад в современную астрономию.