10 важных вопросов, на которые ответили телескопы ALMA

3 Декабря 2014 в 12:00, Илья Хель 6 010 просмотров 1

ALMA

Атакамский большой миллиметровый/субмиллиметровый массив (ALMA) — это самый мощный набор радиотелескопов в мире. Он расположен на плато Чахнантор на севере Чили на высоте 5000 метров. Это выше плотных слоев атмосферы Земли.

Эти телескопы позволяют нам расшифровывать длины волн, которые длиннее оптического диапазона, раскрывая свет (или цвет), который мы не можем увидеть своими глазами. Также ALMA, что означает «душа», является в некотором роде машиной времени. Массив заглядывает в прошлое, чтобы подтвердить научные теории о том, как наша Вселенная сформировалась более 13 миллиардов лет назад. Также он продвигает нас в будущее, помогая искать новые миры и внеземную жизнь, которая их населяет. Перед вами десять методов поиска ответов на важные вопросы телескопа ALMA.

Молекула жизни

Молекула жизни

В гигантском газовом облаке Sagittarius B2 рядом с центром нашей галактики ALMA обнаружил впервые в истории в межзвездном пространстве богатую водородом углеродную молекулу, одну из тех, что необходимы жизни на Земле. Это открытие говорит о том, что межзвездные молекулы вроде этой могли в далеком прошлом прийти на Землю и подтолкнуть жизнь к развитию. Также оно предполагает, что инопланетная жизнь на основе углерода может существовать в другом месте во Вселенной.

Молекулярные облака вроде Sagittarius B2 известны как «звездные ясли», потому что их компактные области газа и пыли хорошо подходят для создания звезд. До сих пор все органические молекулы, обнаруженные в межзвездном пространстве, состояли из одной прямой цепочки атомов углерода. Но в Sagittarius B2 ALMA нашел новую молекулу, изопропил цианида, с разветвленной углеродной структурой, которая содержится в аминокислотах. Аминокислоты являются строительными блоками белка, который, в свою очередь, является ключевым компонентом жизни на Земле.

Это открытие позволяет предположить, что молекулы, необходимые для жизни такой, как мы ее знаем, были созданы вместе с появлением звезд еще до того, как появились землеподобные планеты. Изопропил цианида весьма распространен в Sagittarius B2, поэтому таких разветвленных молекул может быть множество в межзвездном пространстве. Астрономы планируют найти аминокислоты и там.

Слияние галактик

Слияние галактик

Жестокое слияние галактик — весьма распространенное явление. Но их звезды и солнечные системы на самом деле не сталкиваются. Галактики проходят друг друга насквозь, как призраки, потому что их звезды слишком далеки друг от друга, чтобы столкнуться.

Слияние характеризуется бешеным образованием новых звезд и гравитационным хаосом. Долгое время считалось, что это уничтожает оригинальную структуру галактик, превращая их в одну галактику эллиптической формы. Это, как думали, происходит, даже если обе изначальных галактик были дисковыми — как наш Млечный Путь.

В 1970-х, когда проводились первые расчеты слияния галактик, эта точка зрения была превалирующей. Но последние моделирования противоречат этим результатам, поскольку приводят к выводу, что некоторые слияния галактик могут образовывать дисковые галактики. Пока, правда, у ученых нет никаких доказательств этого.

ALMA и другие радиотелескопы предоставили намеки на то, что 24 наблюдаемых галактики, которые прошли через слияние, образовали дисковые галактики. Это 65% из 37 галактик, наблюдаемых международной группой ученых во главе с Джунко Уэдой из Японского общества содействия развитию науки.

Как рассказал сам Уэда, «мы знаем, что большинство галактик в далекой Вселенной также в форме дисков. Однако мы пока не знаем, несут ли за это ответственность слияния галактик, или же они образуются путем постепенного накопления холодного газа в галактике. Возможно, мы нашли общий механизм, который работал на протяжении всей истории Вселенной».

Эксцентричные и наклонные орбиты экзопланет

Эксцентричные и наклонные орбиты

Некоторые экзопланеты, планеты за пределами нашей Солнечной системы, вращаются вокруг своих звезд по сильно вытянутой или овальной (эксцентричной) орбите, либо под серьезным углом от экватора их звезды (наклоненная орбита). Чтобы узнать, почему это происходит в бинарных системах, когда звезды вращаются одна вокруг другой, ученые использовали ALMA, чтобы взглянуть на HK Tauri, молодую бинарную систему в созвездии Тельца.

ALMA помогает узнать, из чего состоят звезды и планеты. Когда облако межзвездного газа коллапсирует само в себя под действием собственной гравитации, оно начинает вращаться быстрее, пока не выравнивается в диск. В центре этого диска образуется протозвезда, как младенец в утробе матери. Когда температура ядра протозвезды становится достаточно высокой, чтобы вызвать ядерную реакцию, рождается новая звезда. Газ и пыль, оставшиеся после рождения звезды, вращаются вокруг новой звезды в виде протопланетарного диска. В конечном итоге из этого материала могут образоваться планеты, луны и другие объекты.

В бинарной системе, если две звезды и их протопланетарные диски не вращаются в одной плоскости, новые планеты могут получить орбиту или наклонную, или с высоким эксцентриситетом. Согласно одной теории, механизму Козаи, гравитационная тяга второй звезды и награждает планеты первой звезды такими странными орбитами.

ALMA подтвердил эту теорию с HK Tauri. Тусклая звезда системы, HK Tauri B, обладает протопланетарным диском, который блокирует блики света звезды, что позволяет легко разглядеть диск в видимом спектре. Но протопланетарный диск HK Tauri A так наклонен, что ослепительный свет звезды приводит к невозможности увидеть его в видимом спектре. ALMA обнаружил оба диска на миллиметровой длине света, показав, что они смещены относительно друг друга по меньшей мере на 60 градусов. Как минимум один диск находится не в той же плоскости, что и орбита двух звезд.

Хотя это и не объясняет все странные орбиты экзопланет во Вселенной, это показывает, что условия для искривления орбиты экзопланеты выполняются, если планета образуется в бинарной системе.

Планетообразующий спасательный круг

Протопланетарный диск

В системе из нескольких звезд, известной как GG Tau-A, в созвездии Тельца, ALMA обнаружил поток газа и пыли. Этот поток перетекает из огромного внешнего диска, окружающего всю звездную систему, в меньший внутренний диск, окружающий основную центральную звезду. Похоже на колесо внутри колеса.

Ученые давно знают о внутреннем диске, но не могли объяснить, как он вообще выжил. Его материал поглощается центральной звездой так быстро, что внутренний диск должен был испариться давным-давно. Тогда ALMA обнаружил доселе невиданное явление: сгустки газа в области между двумя дисками, которые действуют как спасательный круг, передавая материал из внешнего диска внутреннему, чтобы накормить его. Таким образом, внутренний диск значительно увеличил срок своей жизни, дав планетам замечательный шанс развиться вокруг центральной звезды.

Если и другие системы с несколькими звездами обладают такими спасательными структурами, которые подпитывают протопланетарный диск, у нас есть больше мест для поиска экзопланет — и внеземной жизни — в будущем.

Туманность Бумеранг

Туманность Бумеранг

В 5000 световых лет от Земли туманность Бумеранг в созвездии Центавра получает приз как самый холодный из известных объектов во Вселенной. Ее температура — один Кельвин, или -272 градуса по Цельсию и -458 градусов по Фаренгейту. Это холоднее, чем космический микроволновый фон (2,8 градуса Кельвина), который определяет естественную фоновую температуру космоса.

Ученые изучили холодные свойства туманности Бумеранг с помощью ALMA. В процессе также выяснилась реальная форма туманности. Ранее оптические телескопы изображали туманность в видимом свете как галстук-бабочку из двух скрещенных бумерангов. Однако ALMA смог визуализировать длины волн света, которые ранее затемнялись толстой полосой пыли, окружающей звезду внутри туманности. Оказалось, что форма туманности гораздо шире, да еще и расширяется.

Заодно астрономам удалось выяснить, почему туманность Бумеранг такая холодная. Ее центральная звезда умирает. Это порождает поток быстрого газа, который одновременно расширяет и охлаждает туманность, точно так же, как расширение газа охлаждает холодильник. По мере того, как газ замедляется, внешняя оболочка туманности становится теплее.

«Это важно для понимания того, как звезды умирают и становятся планетарными туманностями, — говорит Рахвендра Сахаи из Лаборатории реактивного движения NASA. — Используя ALMA, мы смогли буквально и фигурально пролить свет на агонию похожей на Солнце звезды».

Космический пузырь

Космический пузырь

Эта находка интересна тем, что не увидели телескопы. Но стоит начать с того, что они увидели.

В 2009 году астрономы обнаружили светящийся и горячий газовый пузырь, охватывающий более 55 000 световых лет. Они назвали его «Химико», в честь легендарной королевы Японии. Учитывая почти 13 миллиардов световых лет от Земли и время, которое необходимо свету для прохождения этого пути, ученые увидели Химико в то время, когда размер Вселенной составлял всего 6% от текущего. Пузырь казался слишком большим и мощным для своего времени.

Используя космический телескоп Хаббл и ALMA, астрономы смогли решить несколько загадок пузыря. Хаббл показал, что Химико состоит из трех звездных сгустков, каждый из которых размером с обычную галактику того времени. Эти три сгустка образуют звезды с удивительной скоростью: порядка 100 солнечных масс в год. Ричард Эллис из Калифорнийского технологического института объясняет:

«Эта чрезвычайно редкая тройная система, которую мы видим, когда Вселенной было всего 800 миллионов лет,  предоставляет важные сведения о ранних этапах формирования галактик, известных как «Космический рассвет», когда Вселенная только-только наполнялась лучами ранних звезд. Что более интересно, эти галактики могут слиться в одну массивную галактику, которая превратится в нечто похожее на Млечный Путь».

Однако есть и небольшая загвоздка. В зоне с таким активным звездообразованием должны образоваться тяжелые элементы: углерод, кислород и кремний. При нагревании светом звезд эти элементы производят радиоволны, которые ALMA мог подхватить. Однако ALMA не уловил никаких радиоволн. Также он не обнаружил газообразный углерод, тоже появляющийся в процессе яростного звездообразования.

Астрономы полагают, что межзвездный газ Химико состоит из водорода и гелия. Следовательно, мы видим одну из первородных галактик, сформированных вскоре после Большого Взрыва.

Фабрика пыли

Фабрика пыли

Без пыли никого из нас бы не было. Пыль имеет решающее значение в формировании звезд и планет. Мы знаем, что Вселенная заполнена пылью, но ученые не уверены в том, как пыль образовалась в ранней Вселенной.

Сегодня большая часть пыли во Вселенной остается от звезд любых размеров, когда они умирают. Но в юной Вселенной только массивные звезды становились сверхновыми. Они оставляли немого пыли, но недостаточно для того, чтобы объяснить ее количество в удаленных юных галактиках. Тогда астрономы исследовали останки сверхновой 1987A с помощью ALMA и нашли ответ.

Как показывает имя, сверхновая 1987A взорвалась в 1987 году в 168 000 световых лет от Земли. Ученые ожидали увидеть большое количество пыли, поскольку атомы углерода, кислорода и кремния соединяются в молекулы в центре охлаждающегося после взрыва газа. С телескопами того времени они обнаружили только небольшое количество пыли. Но когда дело дошло до ALMA, они обнаружили облако пыли с массой 25% от солнечной. С возможностью ALMA видеть в миллиметровом/субмиллиметровом диапазоне длин волн, в котором холодная пыль светится ярче, загадка была решена.

«Самые юные галактики невероятно пыльные, и эта пыль играет важную роль в эволюции галактик, — говорит Микако Матсууро из Университетского колледжа Лондона. — Сегодня мы знаем, что пыль может образоваться несколькими путями, но в юной Вселенной большая ее часть пришла от сверхновых. Мы, наконец, нашли прямые доказательства в поддержку этой теории».

Жестокие звезды Ориона

Жестокие звезды Ориона

В переполненных звездных яслях туманности Ориона скрываются планеты-убийцы.

Как мы выяснили ранее, большие молекулярные облака пыли и газа вроде туманностей представляют собой отличную среду для создания звезд и планет. Однако есть и старые звезды О-типа в туманности Ориона, которые гораздо массивнее нашего Солнца и у которых температура поверхности намного выше. Эти О-звезды властвуют над жизнью и смертью развивающихся планетарных систем в своем регионе. Когда такие массивные звезды становятся сверхновыми, ученые считают, что их взрыв создает облако газа и пыли, которое начинает следующий раунд формирования звезд и планет. Но пока такие О-звезды живут, они могут уничтожать протопланетарные диски, если те подходят слишком близко.

С возможностью ALMA видеть объекты, скрытые в пыли, астрономы смогли визуализировать в два раза больше известных протопланетарных дисков в туманности Ориона. Эти данные показали, что если молодые звезды оказываются в пределах одной десятой светового года от О-звезды, интенсивная ультрафиолетовая радиация сдувает протопланетарный диск юной звезды раньше, чем успевает сформироваться планета. Это чрезвычайно мощное электромагнитное излучение часто вытягивает юные звезды в форму капель.

Телескоп горизонта событий

Черная дыра

В середине 2014 года ученые установили чрезвычайно точные атомные часы на месте работы массива ALMA, чтобы синхронизировать телескопы с мировой сетью радиотелескопов. Это было частью процесса по созданию инструмента размером с Землю под названием Телескоп горизонта событий (EHT).

«Объединив передовые миллиметровые и субмиллиметровые тарелки радиотелескопов по всему миру, Телескоп горизонта событий создал принципиально новый инструмент с самой мощной силой увеличения, — рассказал Шеп Доулеман из обсерватории Хайстек в MIT. — EHT откроет новое окно исследованиям черных дыр и сосредоточит внимание на таких местах во Вселенной, в которых теория Эйнштейна разбивается вдребезги: горизонт событий».

Горизонт событий — это теоретическая граница, окружающая черную дыру и представляющая собой точку невозврата, преодолев которую, ничто, даже свет, не может вернуться обратно. Ученые хотят использовать EHT, чтобы убедиться, что горизонт событий действительно существует, на примере сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики Млечный Путь. Черная дыра Sagittarius A*, как предполагают, обладает приблизительной массой в четыре миллиона солнц, сосредоточенной на чрезвычайно маленькой площади.

Для дальнейшей проверки общей теории относительности Эйнштейна, EHT также будет сканировать Sagittarius A* на предмет затененной области, в которой черная дыра поглощает свет. Данные EHT могут также раскрыть, как искривляется пространство и время в этом регионе. Астрономы также хотят понаблюдать за столкновением Sagittarius A* с G2, гигантским облаком пыли и газа, чтобы увидеть, как это повлияет на гравитацию черной дыры. Это столкновение будет длиться больше года.

Рождение Солнечной системы

Рождение Солнечной системы

В начале ноября 2014 года ALMA предоставил нам первый детальный вид планет, образующихся в протопланетарном диске вокруг юной солнцеподобной звезды. Это была звезда HL Tau, расположенная в созвездии Тельца в 450 световых годах от Земли. Это удивительно четкое изображение показывает рождение новой солнечной системы, а также позволяет заглянуть в наше прошлое, показав, как наша Солнечная система могла образоваться более четырех миллиардов лет назад.

В видимом свете HL Tau скрывается за гигантским облаком газа и пыли. Однако ALMA смог увидеть ее в гораздо более длинных волнах, проникнув сквозь пыль и газ в ядро облако, где происходит процесс образования планет.

Также ALMA подарил астрономам еще один крупный сюрприз. HL Tau считалась слишком молодой, чтобы предполагать наличие крупных планетарных тел вокруг нее. Но ALMA ясно указал на концентрические кольца, проходящие через протопланетарный диск HL Tau. Когда планеты увеличиваются в размерах, они создают такие концентрические кольца, разделенные промежутками, в которых вращаются планеты.

По крайней мере восемь планет образуется в этой системе, по одной на каждое концентрическое кольцо. Как хорошо подметила ученый ALMA Катрин Влаакис, «только один этот снимок может произвести революцию в теории формирования планет».

По материалам listverse.com

10 важных вопросов, на которые ответили телескопы ALMA

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

1 комментарий

  1. trynm

    Вселенной было всего 800 миллионов лет, предоставляет важные сведения о ранних этапах формирования галактик, известных как «Космический рассвет», когда Вселенная только-только наполнялась лучами ранних звезд. Что было до зарождения Вселенной? Тьма и пустота? Как можно так говорить, мне кажется это неправильная интерпретация, она Вселенная существовала всегда не подчиняясь времени, просто реакция происходила разная, погибали одни системы и зарождались другие, так и идет процесс по сей день (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.