Chandra сфотографировал газовый хвост протяженностью в миллион световых лет

Воспользовавшись помощью рентгеновской обсерватории Chandra, астрономы получили изображения газового хвоста общей протяженностью свыше миллиона световых лет. Он оставлен группой галактик, втягиваемой в центр скопления Abell 2142.

Скопление Abell 2142 является одной из крупнейших известных нам структур во Вселенной. Оно расположено в созвездии Северная Корона на расстоянии 1.2 миллиарда световых лет от Млечного пути. Abell 2142 образовался в результате слияния двух галактических скоплений. Его общая протяженность превышает 6 миллионов световых лет. Он содержит сотни галактик и имеет запасы вещества, достаточные для формирования еще тысяч новых галактик.

Скопление Abell 2142 в рентгеновском диапазоне

Сфотографированный Chandra хвост состоит из горячего газа, разогретого до температуры в несколько миллионов градусов и активно излучающего в рентгеновском диапазоне (фиолетовый цвет на фотографиях). Он оставлен группой из четырех ярких галактик, движущихся по направлению к центру Abell 2142. На снимках Chandra они обозначены как G1, G3, G4 и G5 (G2 — фоновая галактика, не входящая в состав группы). Ядра по меньшей мере двух из этих галактик (G3 и G4) содержат сверхмассивные черные дыры.

Снимки демонстрируют, что по мере удаления от группы из четырех галактик, хвост меняет свою форму. На протяжении около 800 тыс. световых лет он прямой и относительно узкий, а затем начинает расширяться. По мнению астрофизиков, это объясняется действием галактических магнитных полей. Подобно щиту, они сдерживают газ, но по мере удаления от галактик их влияние начинает ослабевать. Также на форму хвоста могут воздействовать выбросы, возникшие в результате активности сверхмассивных черных дыр.

Что у бога под одеждой

Почти два года на орбите у планеты-гиганта Юпитера работает автоматическая межпланетная станция NASA Juno. Несмотря на технические проблемы, станция собрала немало интересных данных, наснимала изобилие красочных фото и значительно приблизилась к целям своего исследования — узнать, что скрывается в облачных недрах самой большой планеты Солнечной системы.

Juno (Юнона — жена Юпитера в римской мифологии, бэкроним Jupiter Near-polar Orbiter) прибыла к планете-гиганту в июне 2016 года. С тех пор она вращается вокруг планеты по сильно вытянутой эллиптической орбите, которая позволяет пролетать над полюсами планеты. Juno второй искусственный спутник Юпитера, первый — Galilleo летал в плоскости экватора и изучал естественные спутники.

Благодаря новой орбите, позволяющей тесные сближения и осмотр издалека, Juno получает уникальную информацию. Комплект научных приборов предназначен для изучения газовых недр планеты. В его число входят ультрафиолетовый и инфракрасный спектрометры, радар микроволнового излучения, детекторы космических частиц и плазмы. Магнитометр предназначается для изучения мощного магнитного поля планеты, а цветная камера — для съемки верхнего слоя атмосферы. При помощи радиокомплекса для связи с Землей проводится изучение гравитационного поля планеты, которое влияет на скорость полета космического аппарата.

В отличие от большинства дальних космических станций, Juno оборудована солнечными батареями, которые раскинулись на огромную площадь 64 кв м. На расстоянии Юпитера поступление энергии от Солнца составляет примерно 4% от земного уровня, поэтому солнечные батареи Juno вырабатывают примерно столько энергии сколько выдаст обычная земная солнечная батарея для дачи площадью 3 кв м. Такое решение было вынужденным, т.к. у NASA закончился плутоний-238, который использовали для радиоизотопных термоэлектрических генераторов. (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BE...) Последние запасы изотопа, в 90-е годы купленные в России, ездят по Марсу в составе марсохода Curiosity, и полетели ко внешним пределам Солнечной системы в зонде New Horizons. Сейчас NASA возобновило производство плутония-238, но временно перешло на солнечную энергию.

Juno находится на вытянутой орбите вокруг Юпитера, ближайшая точка полета над облачным слоем планеты-гиганта проходит на высоте 4200 км, а дальняя — на расстоянии 8 млн км. Полный облет станция совершает за 53,5 земных дня. Предварительный план полета предполагал сокращение эллипса орбиты, до расстояния от 4200 км до 3 млн км. План пришлось менять, когда Juno столкнулась с техническими проблемами. Заело два клапана на гелиевых баках наддува топливных баков. Двигатель не смог выполнить маневр торможения и понижения орбиты, поэтому пришлось оставаться на переходной. Благодаря новой орбите возможно продление миссии аппарата, т.к. на ней меньше воздействие радиационных поясов планеты, и бортовая электроника с научными приборами прослужит дольше. Летом 2018 года ученые рассмотрят возможности продления научной деятельности Juno.

С лета 2016 года до мая 2018-го Juno совершила двенадцать оборотов по своей орбите и смогла передать новые данные о распределении атмосферных слоев планеты, проникнуть под облачное покрывало полюсов Юпитера, открыть новый радиационный пояс и узнать о неожиданной связи недр гиганта с его магнитным полем. Все желающие имеют доступ к архиву снимков (https://www.missionjuno.swri.edu/junocam/) цветной камеры Juno, и энтузиасты самостоятельно занимаются их обработкой, создавая настоящие художественные полотна. Примеры таких работ можно найти на каналах авторов: Björn Jónsson, Seán Doran, Roman Tkachenko.

Наиболее эффектные картины тайфунов в инфракрасном диапазоне получились у полюса Юпитера. Один центральный полярный тайфун планеты окружен восемью другими стабильными тайфунами, причем они плохо заметны при взгляде “невооруженным глазом”, и находятся на глубине.

Юпитер не единственная планета Солнечной системе с постоянными атмосферными структурами на полюсе. Венера обладает парой тайфунов, которую тоже рассмотрели на облачной глубине в инфракрасном диапазоне. Полюс Сатурна украшает правильный шестиугольник, и хотя точно не установлены причины его возникновения, но экспериментально подтверждена возможность (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001910350...) формирования шести тайфунов вокруг одного центрального.

Принес Юпитер сюрпризы и у более изученного экватора. Оказалось, что светлая экваториальная полоса — это поток аммиака, который поднимается из более глубокого слоя.

Ранее считалось, что верхняя атмосфера планеты-гиганта на глубину до 100 км однородна, теперь же ясно, что это не так.

Происхождение коричневых и оранжевых оттенков в атмосфере пока неизвестно, по одной из гипотез — это углеводороды, которые меняют свой цвет под воздействием солнечного ультрафиолета. Другое возможное соединение — гидросульфид аммония, желтоватая соль на основе азота, серы и водорода. Белые облака — это кристаллы аммиака. Скорость движения встречных потоков ветра достигает 360 км/ч.

Знаменитое Красное пятно Юпитера — это большой тайфун, который возникает на стыке встречных атмосферных потоков в южном полушарии. Тайфун поднимается на восемь километров выше окружающих облаков, и уходит в недра планеты. Красное пятно имеет около 16 тыс км в поперечнике, т.е. больше диаметра Земли, оно наблюдается почти 200 лет, и за это время сократило свои размеры вдвое, постепенно уменьшаясь и сегодня. По краю Красного пятна дуют ветры на скоростях до 430 км/ч, но внутри движение медленнее.

Причины возникновения и длительной стабильности Большого красного пятна Юпитера не известны, возможно это как-то связано с неоднородностью магнитного поля планеты.

Магнитное поле Юпитера сложнее в северном полушарии планеты, где между экватором и полюсом наблюдается обширная область положительно заряженного поля, интенсивность которого падает к северному полюсу. Южнее экватора магнитное поле имеет в основном отрицательный заряд. Как считается, магнитное поле возникает от токов протекающих во внешнем ядре Юпитера, состоящего из жидкого “металлического” водорода, который формируется в условиях высокого давления на глубине ниже 15 тыс км.

Магнитное поле планеты-гиганта, взаимодействуя с солнечным ветром, а также плазмой и заряженными частицами, которые выбрасываются с естественных спутников, формирует мощные радиационные пояса. Радиационные пояса Земли пополняются в основном от Солнца, у Юпитера же главный источник ионизирующего излучения — выбросы газов с Ио и других больших спутников: Европы, Ганимеда, Каллисто. Ио располагается ближе всех к Юпитеру и является самым вулканически активным телом в Солнечной системе: постоянно там извергаются десятки вулканов, и Juno смогла увидеть их в инфракрасном диапазоне.

Пролетая на близком расстоянии от облачной поверхности планеты, Juno смогла уточнить характеристики радиационных поясов, и даже обнаружить новый. Три луны Юпитера вращаются внутри радиационных поясов, которые представляют угрозу для электроники и будущих покорителей космоса. Электроны и тяжелые заряженные частицы: протоны, ионы различных газов, обладающие высокой энергией и скоростью вращаются вокруг планеты-гиганта на расстояниях до 1 млн км. Оказалось и на близком расстоянии от планеты в плоскости экватора имеется радиационный пояс наполненный ионами водорода, кислорода и серы, которые движутся на скоростях близких к скорости света. Ближе к полюсам ожидалась встреча с элементами радиационного пояса наполненного легкими и быстрыми электронами.

Но и там Juno зарегистрировала наличие тяжелых заряженных частиц, которые создают большой шум в приборах.

Хотя Юпитер — газовый гигант и не имеет твердой поверхности, но он далеко не весь наполнен облачными тайфунами. Так называемый “погодный слой” Юпитера, который демонстрирует эффекты атмосферной динамики, простирается вглубь примерно на 3 тыс км. Дальше высокое давление и температура превращает основной компонент атмосферы планеты-гиганта — водород — в электропроводящую жидкость. Благодаря электропроводности жидкий “океан” Юпитера попадает в зависимость от мощного магнитного поля планеты, и ветер “погодного слоя” уже не властен над ним. Глубже 3 тыс км планета ведет себя как твердое тело, что установлено (https://www.nature.com/articles/nature25775) при помощи анализа гравитационного поля. Предполагается, что у Сатурна облачный “погодный слой” должен быть еще толще, а у коричневых карликов, которые тоже родственны Юпитеру — наоборот тоньше.

Исследование Юпитера продолжается. Пока не обработаны все накопленные Juno данные, и возможно продление миссии аппарата на год и более, поэтому впереди новые открытия, разгадки, и новые тайны из недр самой большой планеты Солнечной системы.

Астрономы нашли массивный газовый гигант в широкой двойной системе

Список известных миров у других звезд пополнился еще одним наименованием. На сайте arxiv.org был опубликован препринт статьи команды американских астрономов, посвященный открытию экзопланеты в системе KELT-22, удаленной от нас на 700 световых лет. Находка была сделана благодаря транзитному обзору KELT (The Kilodegree Extremely Little Telescope). Он осуществляется двумя роботизированными телескопами с апертурой в 4.2 см, расположенными в США и ЮАР.

Система KELT-22 состоит из пары звезды. Ее основной компонент это светило KELT-22A спектрального класса G2. Ее масса и радиус примерно на 10%, а светимость на 20% больше солнечной. Звезда отличается повышенным содержанием тяжелых элементов — их в 1.8 раза больше, чем в составе Солнца. Еще одна интересная особенность KELT-22А заключается в ее атипичных, по сравнению с другими звездами галактического диска, орбите и скорости собственного движения.

Возраст KELT-22A оценивается в 1.5 — 5 милиардов лет. Учитывая достаточно высокий уровень активности звезды астрономы склоняются к нижней границе этого диапазона. На расстоянии 1400 а.е. от KELT-22A расположена звезда-компаньон примерно вдвое меньшей светимости. Практически наверняка светила гравитационно связаны и образуют широкую двойную систему.

Открытая астрономами экзопланета вращается вокруг KELT-22A . Она относится к классу горячих Юпитеров. Ее радиус оценивается в 1.28, а масса в 3.5 юпитерианских. Это дает среднюю плотностью в районе 2.02 г/см3. Орбита гиганта проходит на расстоянии менее 4 млн км от поверхности звезды. На один оборот вокруг KELT-22A ему требуется всего 1.38 земных суток. Как показывают расчеты, эффективная температура атмосферы планеты должна превышать 1500°C .

Анализ радиальной скорости KELT-22A говорит о том, что вокруг нее скорее всего вращается как минимум еще один массивный компаньон. Это может быть газовый гигант или же коричневый карлик.

Исследователи особо отмечают, что период вращения KELT-22A вокруг своей оси составляет 8.3 земных суток, что заметно меньше чем у большинства других солнцеподобных звезд аналогичного возраста. Авторы публикации предполагают, что звезда может раскручиваться под воздействием гравитации ее массивной планеты. При этом сценарии сама планета должна постепенно приближаться к светилу. По расчетам астрономов, она будет поглощена звездой в течение следующего миллиарда лет.