Совместные наблюдения радиотелескопа ALMA и космического телескопа James Webb (JWST) позволили зафиксировать уникальный момент: протозвезду HOPS-315, находящуюся вблизи отражательной туманности M78 (NGC 2068) в созвездии Ориона. Это самая ранняя стадия формирования планетной системы из всех, что когда-либо наблюдали астрономы.

Что происходит в HOPS-315?

На расстоянии 1360 световых лет (420 парсек) от Земли, в протопланетном диске HOPS-315, прямо сейчас (с поправкой на время распространения света) идёт процесс конденсации вещества, из которого в будущем сформируются планеты.

• Температура в диске достигает 1027°C, что позволяет испаряться и снова конденсироваться сложным соединениям.

• На расстоянии ~2,2 а.е. (примерно там, где в Солнечной системе находится пояс астероидов) обнаружены кристаллические силикаты (форстерит Mg₂SiO₄, энстатит MgSiO₃) — те же минералы, из которых состоят земные породы и астероиды.

• В газовой фазе присутствуют водяной пар, оксид кремния (SiO), угарный газ (CO), ацетилен (C₂H₂) и синильная кислота (HCN) — ключевые "строительные блоки" органики и будущих атмосфер планет.

Аналогия с молодой Солнечной системой

Если бы 4,5 миллиарда лет назад JWST направил свои инструменты на формирующееся Солнце, он увидел бы почти идентичную картину:

• Горячий протопланетный диск, где пыль и газ начинают слипаться под действием гравитации.

• Первые сгустки вещества — будущие планетезимали (зародыши планет), которые впоследствии станут ядрами газовых гигантов или каменистыми мирами.

• Химические процессы, ведущие к образованию воды и сложных молекул, которые позже могут попасть на планеты и стать основой для жизни.

Почему это открытие важно?

1. Прямое наблюдение ранних стадий планетообразования — мы видим, как из хаотичного диска рождается упорядоченная система.

2. Химия протопланетных дисков помогает понять, откуда взялись вода и органика на Земле.

3. Сравнение с другими системами позволит выяснить, насколько типичен был процесс формирования Солнечной системы.

HOPS-315 — это "космическая лаборатория", где прямо сейчас разворачиваются процессы, которые миллиарды лет назад привели к появлению Земли и других планет. Благодаря ALMA и JWST мы можем изучать эти явления в беспрецедентных деталях, приближаясь к разгадке тайны нашего собственного происхождения.

ALMA показала место формирования экзопланеты

На сегодняшний день астрономы открыли свыше 5 тысяч экзопланет. Считается, что они возникли из пылевых зерен микронного размера в протопланетных дисках, которые окружают молодые звезды. Однако как именно эти пылевые зерна накапливаются на месте и приводят к образованию планетарных систем, остается неизвестным.

Находящаяся в 370 световых годах от Земли PDS 70 — единственная известная нам звездная система, где имеются уже две сформировавшиеся экзопланеты внутри протопланетного диска, существование которых подтверждено оптическими и инфракрасными наблюдениями. Выяснение распределения пылевых зерен в этом объекте позволит астрономам лучше понять, как они взаимодействуют между собой и влияют на последующее планетообразование. Для этого они задействовали комплекс радиотелескопов ALMA.

Предыдущие наблюдения с помощью ALMA в диапазоне 0,87 мм выявили кольцеобразную эмиссию от пылевых зерен за пределами планетарных орбит. Однако источник излучения может быть оптически толстым (непрозрачным, когда пылевые зерна на ближней стороне заслоняют те, что находятся позади них), и наблюдаемое распределение излучения может неточно отражать распределение пылевых зерен.

Поэтому исследователи провели новые наблюдения на длине волны 3 мм, чтобы более достоверно определить распределение пылевых зерен. Они показали, что эмиссия пыли сосредоточена в определенном направлении в пылевом кольце за пределами экзопланет. Это говорит о том, что пылевые зерна, являющиеся строительными блоками экзопланет, скапливаются в узкой области и образуют локализованное скопление.

Находка предполагает, что уже сформировавшиеся экзопланеты взаимодействуют с окружающим диском, концентрируя пылевые зерна в узкой области на внешнем краю своей орбиты. В будущем из этих сгустков пыли вырастает новая экзопланета. Формирование планетарных систем, таких как наша Солнечная, можно объяснить последовательным формированием планет изнутри наружу путем повторения процесса, наблюдающегося в PDS 80.

По словам ученых, это открытие стало огромные вкладом в наше понимание того, как именно формируются экзопланеты. Кроме того, оно еще раз показало важность проведения наблюдений в различных диапазонах длин волн. В случае с PDS 70 экзопланеты были обнаружены в оптическом и инфракрасном диапазонах, а протопланетный диск наблюдался в миллиметровом диапазоне.

Очень Большой телескоп сфотографировал гиперсветящуюся галактику

Сотрудники Европейской южной обсерватории (ESO), опубликовали эффектное изображение того, что выглядит как огромное космическое кольцо. На самом деле запечатленный на снимке объект представляет собой гиперсветящуюся инфракрасную галактику (HyLIRG), известную под обозначением PJ0116-24. Эти невероятно яркие объекты светятся из-за того, что внутри них происходят весьма интенсивные процессы звездообразования.

Но что приводит к подобной активности? Предыдущие исследования показали, что такие экстремальные галактики, как правило, возникают в результате слияния. Считается, что в результате галактического столкновения образуются области плотного газа, в которых происходит интенсивное звездообразование.

Но изолированные галактики тоже могут превратиться в HyLIRG и в результате внутренних процессов, если звездообразующий газ быстро направляется к ядру, что и демонстрирует пример PJ0116-24. Ее изображение было получено в ходе совместных наблюдений, выполненных комплексом радиотелескопов ALMA и Очень Большим телескопом ESO.

ALMA отслеживал холодный газ, показанный здесь синим цветом, в то время как VLT с его новым спектрографом с улучшенным разрешением отслеживал теплый газ, показанный красным цветом. Благодаря этим наблюдениям астрономы обнаружили, что газ в PJ0116-24 вращается организованно, а не хаотично, как было бы после галактического столкновения. Это убедительно показывает, что слияние не всегда необходимо для того, чтобы галактика стала HyLIRG.

PJ0116-24 находится так далеко, что ее свету потребовалось около 10 миллиардов лет, чтобы дойти до нас. Это в два раза больше, чем время существования Солнца и Земли! При обычных обстоятельствах, астрономы попросту никогда бы не сумели ее сфотографировать. К счастью, галактика переднего плана (здесь не показана) выступила в роли гравитационной линзы, усилив свет от PJ0116-24 и превратив его в т. н. кольцо Эйнштейна, которое и запечатлено на снимке. Астрономы очень активно используют подобные возможности, поскольку они позволяют изучать объекты на краю наблюдаемой Вселенной.

Закат над ALMA

Представленное изображение было сделано на чилийском плато Чахнатор. Оно демонстрирует закатное небо над одной из антенн комплекса радиотелескопов ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array).

Плато Чахнатор находится на высоте свыше пяти тысяч метров над уровнем моря в пустыне Атакама и является одним из лучших мест на планете для размещения астрономических инструментов, способных вести наблюдения в инфракрасном и субмиллиметровом диапазоне. Воздух на этой отметке отличается невероятной сухостью, что значительно уменьшает эффект поглощение излучения на этих длинах волн водяным паром, содержащимся в атмосфере. А удаленность от цивилизации снижает риск воздействия случайных электромагнитных помех на приемники астрономов.

Представленный снимок был сделан во время заката. Он демонстрирует весьма редкие для этого региона облака, окрасившиеся в разные оттенки красного и синего. Также можно увидеть солнечный столб. Это оптическое явление возникает из-за наличия кристалликов льда в атмосфере.

Запечатленная на фото антенна является частью комплекса ALMA. В общей сложности, он состоит из 66 антенн. 54 из них имеют диаметр 12 метров, еще 12 — диаметр 7 метров. Они не являются стационарными и могут устанавливаться на разные площадки, расположенные на расстоянии до 16 км друг от друга. Для их транспортировки по плато Чахнатор используется два 20-метровых тягача.

Все 66 антенн ALMA объединены в единый радиоинтерферометр, на данный момент являющийся мощнейшим из всех когда-либо построенных. Обсерватория является одним из важнейших инструментов современной астрономии. Она используется для изучения туманностей, регионов активного звездообразования, поиска новорожденных экзопланет, а также приняла участие в получении исторического снимка тени черной дыры.

Международная команда астрономов впервые пронаблюдала сужение джета квазара. Для этого исследователи задействовали сеть радиотелескопов, расположенных в разных частях Земли.

В центре практически каждой известной нам галактики находится сверхмассивные черные дыры. Иногда они поглощают очень значительное количества газа, что сопровождается выделением огромного количества энергии. Это явление называется квазаром.

Квазары испускают узкие коллимированные (коллимацией называют процесс создания тонкого параллельно идущего потока излучения при помощи щелей) струи вещества со скоростью, близкой к скорости света. Однако, как и где коллимируются струи квазаров, долгое время оставалось загадкой.

Чтобы ответить на этот вопрос международная команда астрономов задействовала комплексы радиотелескопов GMVA, ALMA и HSA. Им удалось получить наиболее детальное на сегодняшний день изображение джета. Он испущен квазаром 3C 273, расположенным на расстоянии 2.4 млрд световых лет от Земли.

Оказалось, что джет сужается на очень большом расстоянии от квазара. Эта его часть простирается невероятно далеко за пределы области, где преобладает гравитация сверхмассивной черной дыры. По словам исследователей, структура струи аналогична джетам, что исходят из центров соседних галактик, не демонстрирующих высокой яркости. Это говорит о том, что сужение джетов не зависит от уровня активности черных дыр, что дает важный ключ к разгадке их строения.