«Радиоастрон» разглядел водный мазер размером с Солнце
Космический телескоп «Радиоастрон», который образует вместе с наземными телескопами интерферометр со сверхдлинной базой, разглядел в мазерном излучении, исходящем от области активного образования звезд Цефея A, объект с угловым размером около 24 микросекунд, что сопоставимо с размерами Солнца. Статья опубликована в The Astrophysical Journal, препринт работы выложен на сайт arXiv.org.
Космический телескоп «Радиоастрон» — единственный российский научный космический аппарат. Главная задача телескопа — наблюдение в радиоволновом диапазоне за активными ядрами галактик, пульсарами, квазарами и межзвездными газовыми облаками. «Радиоастрон» имеет одну из самых больших антенн среди космических радиотелескопов (диаметром около 10 метров) и обращается вокруг Земли по сильно вытянутой эллиптической орбите с длиной большой полуоси около 190 тысяч километров и периодом обращения около 8,3 суток. Подробнее про аппарат можно прочитать в серии интервью Виталия Егорова (1, 2, 3).
Как правило, «Радиоастрон» работает не в одиночку, в связке с ним за тем же участком неба наблюдают еще несколько наземных телескопов. Это позволяет получить интерферометр со сверхдлинной базой, (превышающей в несколько раз диаметр Земли), который имеет угловое расширение порядка нескольких десятков угловых микросекунд — такой угловой размер имел бы спичечный коробок, находящийся на поверхности Луны. Высокая разрешающая способность достигается благодаря синхронизации и последующей обработке изображений, приходящих от разных телескопов — из-за того, что они находятся в разных точках, излучение до них доходит с небольшой задержкой, и это позволяет уточнить направление на источник.
Группа ученых из России, Великобритании, Японии, Нидерландов и США под руководством Андрея Соболева из Уральского федерального университета провела наблюдения области активного образования звезд в созвездии Цефея (Cepheus A), удаленной от Земли на расстоянии около 700 ± 40 парсек (около 2 тысяч световых лет). Радиоизлучение этой области в основном образуется в одном из 16 тепловых ядер, связанных с формированием новых горячих звезд спектрального класса O или B. Ранее астрономы регистрировали от этих источников когерентное излучение с частотой около 22 гигагерц, отвечающее переходам в молекулах воды (так называемый водный космический мазер). Впрочем, низкое разрешение не позволяло изучить этот регион в подробностях.
Наблюдения за этим участком неба «Радиастрон» вел совместно с наземными радиотелескопами в испанской провинции Гвадалахара, на Сицилии и обсерваторией «Зеленчукская» на Северном Кавказе в течение 40 минут 18 ноября 2012 года. Диаметры наземных телескопов составляли от 32 до 40 метров. Затем собранные данные были отправлены в вычислительный центр в Москве, где астрономы искали между ними корреляции. В результате ученые обнаружили в области наблюдений четыре источника мазерного излучения, имеющих относительные скорости движения 0,6, −9,7, −14,8, −16,2 и −16,9 километра в секунду. Тем не менее, космический телескоп сам по себе разглядел только источники со скоростью 0,6 и −16,9 километра в секунду, а дальнейшие наземные наблюдения проводились только для источника 0,6 километра в секунду. Поэтому ученые сфокусировались именно на нем.
Более детальный анализ с учетом наблюдений «Радиоастрона» и наземных телескопов показал, что на самом деле излучение источника расщепляется на два сигнала с относительными скоростями около 0,36 и 0,9 километра в секунду. В то же время, по отдельности телескопы это расщепление не видели. Сравнивая задержку фаз каждого из этих сигналов в начале и конце 40-минутного периода наблюдений, ученые получили, что расстояние между источниками не превышает 24 микросекунд угловой дуги. А зная, что исследуемая область находится примерно в 700 парсеках от Земли, несложно пересчитать угловое расстояние в линейное — оказывается, что расстояние между источниками сравнимо с радиусом Солнца.
Кроме того, ученые предложили несколько гипотез, которые объясняют появление такой структуры со сравнительно небольшими размерами. Теоретически ее можно объяснить, рассматривая кеплерово движение источников излучения по протозвездному или протопланетному диску, перекрытие двух газовых облаков практически идеально сферической формы или образование вихрей при обтекании неподвижного препятствия (вихри фон Кармана). Лучше всего теоретические предсказания и экспериментальные данные совпадают для последней гипотезы.
В ноябре прошлого года телескоп «Радиоастрон» остался без часов — находящийся на его борту водородный стандарт частоты вышел из строя в связи с исчерпанием запаса нейтрального водорода, и синхронизация аппарата с наземными телескопами стала невозможна. Тем не менее, ученые нашли альтернативный способ синхронизации, и сейчас телескоп продолжает свою работу.
Ранее астрономы уже использовали «Радиоастрон», чтобы сфотографировать джеты блазара из созвездия Ящерицы BL Lac с рекордно высоким разрешением порядка 21 угловой микросекунды. Теоретически, при базе интерференции около 340000 километров аппарат может получить фотографии и с большим разрешением (вплоть до семи угловых микросекунд). Стоит отметить, что существуют и другие проекты, аналогичные «Радиоастрону» (например, Event Horizon Telescope), но их апертура не дотягивает до апертуры интерферометра, создаваемого российским спутником вместе с наземными телескопами.
Дмитрий Трунин
Чем астрономов привлекает это событие и как его наблюдать
Мнение редакции может не совпадать с мнением автора
27 августа Сатурн выстроится примерно в одну линию с Землей и Солнцем. В астрономии этот момент называют противостоянием или оппозицией. За счет своего расположения в космическом пространстве окольцованная планета достигнет максимальной яркости и угловых размеров для земных наблюдателей. Это лучшее время, чтобы наблюдать Сатурн в телескоп или зрительную трубу. Александр Смирнов, автор YouTube-канала Astro Channel, рассказывает, почему не стоит пропускать это событие и как начинающим астрономам к нему подготовиться. Противостояние бывает только у Сатурна? Нет, оно случается у всех внешних планет — Марса, Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Реже всего противостояние происходит у красной планеты — раз в 780 дней. Однако именно оппозиция Марса самая красочная: из невзрачной красноватой точки он превращается в заметный объект. Его яркость может меняться от 1 до −2 звездной величины — планета почти так же хорошо видна на небе, как Сириус и Юпитер. Еще раз в 15 лет случаются Великие противостояния — в это время Марс находится ближе всего к Земле. У остальных внешних планет противостояния менее выражены и происходят чаще: раз в 12-13 месяцев. Но у окольцованной планеты оно особенное. Чем интересен Сатурн? В момент противостояния кольца Сатурна становятся заметно ярче. Дело в том, что они не монолитны, а состоят из фрагментов льда и пыли: в обычном состоянии кольца отбрасывают друг на друга тени — это влияет на общую яркость. В момент противостояния тени направлены строго от наблюдателя, поэтому частицы колец друг друга не затмевают и суммарный блеск становится больше. Выражен этот эффект в течение недели-двух до и после противостояния. Затем яркость колец снова уменьшается. Наблюдая Сатурн в течение месяца после 27 августа, можно заметить плавное снижение яркости. Кстати, не каждый раз кольца Сатурна одинаково красивы. Дважды за сатурнианский год — примерно раз в 13-15 лет — они совсем исчезают. Это случается из-за того, что ось вращения Сатурна наклонена к его орбите на 27 градусов. И вблизи сатурнианских равноденствий для земных наблюдателей тонкие кольца (шириной около 1 км) видны с ребра. В этом году кольца у́же, чем в прошлом. А в марте 2025 года они практически исчезнут. К сожалению, увидеть это будет крайне сложно, поскольку Сатурн в это время окажется вблизи Солнца для земных наблюдателей — и будет слишком светло, чтобы что-то разглядеть. Какая техника понадобится? Чтобы разглядывать Сатурн в деталях, нужно вооружиться зрительной трубой или телескопом. Увидеть кольца можно при увеличении от 30 крат и выше, поэтому в большинстве случаев бинокли не подходят для таких наблюдений — у них фиксированное увеличение и, как правило, не более 20 крат. При 100-кратном увеличении на Сатурне можно различить облачные пояса, а также увидеть не только кольца, но и щель Кассини между ними. Рядом будет заметен еще и спутник планеты — Титан. Самый важный параметр для подбора телескопа — диаметр объектива. Чем он больше, тем больше света соберет, а также лучше его разрешающая способность и увеличение. При наблюдениях с помощью зрительной трубы пригодится штатив — позволит избежать сильной тряски изображения. Конечно, картинка будет не столь детализирована, как на снимках с космических аппаратов и астрокамер. Но мой опыт говорит, что Сатурн — одна из самых впечатляющих планет. Особенно если это ваше первое наблюдение. Чтобы разглядеть планету как следует, ее можно заснять. Профессиональные фотографы используют астрокамеры, увеличивают фокусное расстояние с помощью линзы Барлоу и специальным корректором минимизируют влияние атмосферной дисперсии. Причем они делают не фото, а видео — из ролика можно извлечь несколько максимально четких кадров. Лучшие из них складывают, обрабатывают, и на выходе получают детальную фотографию — наподобие тех, что можно найти на просторах интернета. Любители, у которых нет дорогостоящего оборудования, могут попробовать заснять планету на смартфон — для этого нужно подставить объектив к окуляру телескопа и сделать фотографию. Чтобы планета на картинке не была пересвечена, можно использовать профессиональный режим и самостоятельно подобрать чувствительность и экспозицию. Кроме того, можно попробовать снять видеоролик и обработать его по алгоритму профессиональных фотографов. Обрезать и центрировать объект в кадре в программе PIPP, выровнять и сложить лучшие кадры — в Autostakkert 3. А финальную обработку для увеличения четкости сделать в Registax 6. Нужно ли куда-то ехать? С наблюдением Сатурна справятся даже новички. Он довольно яркий, поэтому его без проблем можно наблюдать в городе, выезжать за пределы не обязательно. Хотя созерцать звездное небо вдали от засветки намного приятнее. Главная проблема, с которой мы можем столкнуться при наблюдении планет, — это атмосфера Земли. Часто она нестабильна: потоки теплого воздуха, испарение и туман могут размывать изображение. Универсального инструмента для борьбы с дрожанием картинки нет. Иногда помогает просто подождать. Во-первых, телескоп или зрительная труба, выставленные на улицу, спустя некоторое время примут температуру окружающего воздуха, а это большой плюс для качества изображения. Во-вторых, в течение ночи состояние атмосферы может меняться несколько раз, и поймать «спокойные» минуты вполне возможно. В-третьих, есть старое астрономическое правило — чем больше смотришь, тем больше видишь. Глазам нужна тренировка, как в спортзале: сделали подход к окуляру, понаблюдали, отдохнули. Потом с новыми силами опять смотрим. Спустя некоторое время вы поймете, что уже различаете больше деталей, чем при первом взгляде. Кроме того, для наблюдения планет может быть полезным оптический прибор — корректор атмосферной дисперсии. Благодаря ему края изображения не будут окрашиваться в сине-желтые цвета. Как найти Сатурн на небе? Если вы ориентируетесь по звездному небу, то без проблем отыщете Сатурн. В этом году он находится в созвездии Водолея. В момент противостояния (примерно в час ночи по местному времени) он займет наивысшую точку над южной стороной неба. Безусловно, можно перепутать Сатурн с Юпитером — в это же время он будет сиять высоко на востоке. Если боитесь ошибиться, воспользуйтесь компьютерными планетариями для подстраховки. Самый популярный и при этом бесплатный — Stellarium. Для смартфонов также существуют приложения StarWalk 2 и SkySafari. А для мониторинга погоды можно воспользоваться сервисом Windy. Что еще понаблюдать? Вблизи Сатурна на небе будет светить яркая луна — сейчас она стремится к полнолунию. В телескоп можно разглядывать поверхность спутника. Из ярких планет поблизости с Сатурном будет Юпитер. Помимо облачных поясов, рядом с ним можно будет увидеть четыре галилеевых спутника — Ио, Европу, Каллисто и Ганимеда. Ранним утром будет восходить недавно открытая комета C/2023 P1 (Nishimura). В середине сентября, если она переживет сближение с Солнцем, будет хорошо видна на небе. Но точных прогнозов для нее сейчас нет. Ведь кометы — одни из самых непредсказуемых объектов в Солнечной системе.