Что мультиволновая астрономия видит в недрах звезд и галактик
NASA опубликовало шесть мультиволновых изображений объектов глубокого космоса, созданных на основе наблюдений крупных космических обсерваторий. Редакция N + 1 предлагает вам ощутить, насколько больше мы способны узнать о Вселенной, вглядываясь в далекие туманности и галактики при помощи не одного, а целых плеяд телескопов, каждый из которых позволяет увидеть то, что ранее было скрыто от человеческих глаз.
Основной метод изучения Вселенной — регистрация электромагнитного излучения от различных объектов на небе. Долгое время единственным доступным нам приемником излучения был человеческий глаз, который работает лишь в узком диапазоне длин волн — от 400 до 780 нанометров. С появлением телескопов чувствительность этого приемника увеличилась, но диапазон не изменился.
Открыв инфракрасное излучение, Гершель «прорубил» еще одно наблюдательное окно во Вселенную, однако по-настоящему исследовать космос мы стали с середины прошлого века: вначале появились первые наземные радиотелескопы, а с появлением орбитальных телескопов астрономы смогли вести наблюдения на тех длинах волн, которые частично или полностью поглощает атмосфера, таких как ультрафиолетовый, рентгеновский или гамма-диапазоны. Это привело к рождению мультиволновой астрономии, к которой в дальнейшем подключились детекторы нейтрино, космических лучей и гравитационных волн. Так как каждый тип излучения или частиц несет определенную информацию о механизмах их генерации и свойствах наблюдаемого объекта, разнообразие наблюдаемых астрономами феноменов выросло. Началась эра многоканальной астрономии.
Ниже — шесть фотографий самых разных объектов космоса, сделанных в видимом диапазоне волн. Перетащив ползунок вправо можно увидеть, как меняется изображение, если добавить к нему данные наблюдений в инфракрасном, ультрафиолетовом, радио или рентгеновском диапазонах длин волн.
650 световых лет от Солнца
NGC 7293 — это пример конца света в масштабе отдельно взятой звездной системы. Звезда-прародитель Улитки 10,6 тысяч лет назад исчерпала запасы водорода в ядре, стала красным гигантом, расширившись в несколько десятков раз и — развалилась. В центре туманности сейчас находится бывшее ядро звезды, превращающееся в белого карлика, а внешние слои умершей звезды уже «расплылись» друг от друга на расстояние до 2,8 световых года. Что-то подобное через пять миллиардов лет произойдет и в Солнечной системе.
Данные: NASA/CXC; NASA/JPL-Caltech/SSC; NASA/STScI(M. Meixner)/ESA/NRAO(T.A. Rector); NASA/JPL-Caltech/K. Su
Снимок в видимом диапазоне, полученный космическим телескопом «Хаббл» и наземной обсерваторией Серро-Тололо с помощью узкополосных фильтров, позволяет увидеть сложную форму туманности и понять распределение в ней кислорода (синий) и водорода (красный и оранжевый). Однако в полной мере структуру остатка звезды можно оценить, взглянув на мультиволновой снимок. Зеленым и красным цветами на нем показаны данные, собранные инфракрасным космическим телескопом «Спитцер», оранжевым и синим — оптические данные, голубым — данные ультрафиолетового телескопа GALEX и белым — данные, полученные рентгеновским телескопом «Чандра». На нем видны отдельные газовые оболочки, а также множество кометарных глобул — плотных вытянутых сгустков газа, частично ионизированного излучением белого карлика в центре изображения.
7,5 тысяч световых лет от Солнца
Эта звездная система входит в состав области звездообразования в созвездии Киля. В ней две звезды: первая считается одной из самых тяжелых звезд в Млечном Пути — она тяжелее Солнца больше, чем в сто раз — а вторая, скорее всего, является звездой спектрального класса O или звездой Вольфа-Райе с массой около тридцати масс Солнца.
Эти звезды разделяют 225 миллионов километров, а полный оборот вокруг общего центра масс они совершают за 5,54 года. В середине XIX века η Киля пережила Великую вспышку — мощный выброс вещества, скорее всего, вызванный слиянием звезд. В результате вокруг системы образовалась туманность Гомункул. Ученые считают, что система нестабильна и в ближайшие полмиллиона лет может взорваться как сверхновая.
Данные: NASA/CXC; NASA/STScI; NASA/ESA/N. Smith (University of Arizona), J. Morse (BoldlyGo Institute) and A. Pagan
На снимке «Хаббла» в видимом и ближнем ультрафиолетовом диапазоне, η Киля выглядит как яркая точка в центре гантелеобразной туманности. Целиком систему из звезд и облаков газа и пыли разной температуры и плотности можно разглядеть, если к оптическим данным (белый цвет на мультиволновом изображении) добавить данные ультрафиолетовых наблюдений (голубой цвет), показывающих теплый газ, и рентгеновских данных (пурпурный цвет), отмечающих кольцо горячего газа диаметром около 2,3 световых года. Яркие нити на изображении считаются результатом взаимодействия излучения звезды с пылью.
168 тысяч световых лет от Солнца
Вспышка сверхновой в Большом Магеллановом Облаке стала подарком для астрофизиков. Во-первых, она случилась близко. Во-вторых, она случилась в 1987 году — у ученых уже были хорошие и разнообразные инструменты для ее наблюдения: от детекторов нейтрино, которые первые ее зарегистрировали, до всех прочих телескопов. Взрыв SN 1987A произошел в результате гравитационного коллапса голубого сверхгиганта на окраине крупной области звездообразования, а последующие наблюдения на разных длинах волн позволили проследить расширение и эволюцию остатка сверхновой, внешне похожего на песочные часы.
Данные: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), P. Cigan and R. Indebetouw; NRAO/AUI/NSF, B. Saxton; NASA/CXC/SAO/PSU/K. Frank et al.; NASA/STScI
На снимке в видимом диапазоне видны кольцо и центральная структура, которая, как считают ученые, может содержать в себе нейтронную звезду, образовавшуюся в результате коллапса. Рентгеновские данные (синий цвет на мультиволновом изображении) показывают распределение горячего газа в распространяющейся через кольцо ударной волне, а данные радиотелескопов показывают большое количество пыли в центре остатка.
12 миллионов световых лет от Солнца
«Сигара» М 82 в созвездии Большой Медведицы относится к спиральным галактикам и видна земному наблюдателю почти с ребра. Сейчас галактика переживает вспышку звездообразования, вызванную взаимодействием с галактикой М 81 и начавшуюся несколько сотен миллионов лет назад — в центральной части М 82 найдено почти двести молодых звездных скоплений, а новые звезды в М 82 образуются в десять раз быстрее, чем во Млечном Пути, который за год «переводит» в звезды несколько масс Солнца.
Данные: NASA/CXC; Dietmar Hager, Torsten Grossmann, NASA/STScI
Потоки излучения от массивных звезд и взрывы сверхновых привели к образованию биполярного оттока вещества из галактики, названного сверхветром. Он хорошо виден оптическом спектре: это огромное скопление красноватых нитей. Однако его размер больше, чем кажется на первый взгляд — это подтверждается данными рентгеновских наблюдений, показанных синим и розовым цветами на мультиволновом изображении. Длина выбросов оценивается в двадцать тысяч световых лет.
500 миллионов световых лет от Солнца
Когда астрофизик Фриц Цвикки открыл эту систему в 1941 году, он назвал ее одной из самых сложных структур, ожидающих своего объяснения с точки зрения звездной динамики. Сегодня, благодаря данным наблюдений в разных диапазонах волн, мы знаем, что ESO 350-40 в созвездии Скульптора — это результат лобового столкновения крупной спиральной галактики с ее галактикой-спутником, которое произошло около двухсот миллионов лет назад. Ударная волна столкновения породила мощную вспышку звездообразования в крупной галактике.
Данные: NASA/CXC; NASA/STScI
На оптическом изображении видны обе галактики, составляющие Колесо Телеги (еще одна, в левом нижнем углу, в систему не входит и находится гораздо дальше). Внешнее кольцо крупной галактики состоит из множества молодых звезд, а наблюдения в рентгеновском диапазоне (пурпурный цвет на мультиволновом изображении) показывают, что среди них есть яркие источники излучения — считается, что это двойные системы, содержащие черную дыру или нейтронную звезду. Кроме того, в рентгеновском диапазоне виден горячий газ, который на десятки тысяч световых лет выбросило из галактики при столкновении.
Чудовищно далеко от Солнца
Скопление Abell 2744 в созвездии Скульптора представляет собой результат столкновения по крайней мере четырех скоплений галактик. Оно началось около 350 миллионов лет назад и будет длиться еще очень долго. Все это происходит так далеко от нас, что указывать дистанцию до Солнца бессмысленно — галактики удаляются от нас из-за расширения Вселенной, в настоящий момент мы видим события, которые происходили почти четыре миллиарда лет назад (это число получается, если перевести значение красного смещения скопления Пандоры в световые года). В таких случаях астрофизики оперируют уже временем испускания галактиками излучения, которое мы регистрируем сейчас. Наблюдения на разных длинах волн позволяют построить распределение видимого вещества и темной материи в скоплениях, а также понять механизмы взаимодействия и слияния этих крупнейших объектов во Вселенной.
Данные: NASA/CXC; NASA/STScI
На оптическом изображении видно огромное количество галактик разных форм и размеров, а данные рентгеновских наблюдений (синий цвет на мультиволновом изображении) показывают, как распределяется по скоплению горячий межгалактический газ. Последний составляет всего около 20 процентов массы скопления Пандоры — большая часть массы приходится на долю темной материи.
Александр Войтюк