Астрономы обнаружили новый класс космических объектов?
Иногда открытия совершают не новые телескопы, а другой взгляд на уже накопленные данные.
Изучая архив наблюдений рентгеновской обсерватории Chandra, астрономы обнаружили 84 необычных источника в шести близких галактиках.
Они оказались настолько непохожи на известные рентгеновские объекты, что исследователи выделили их в новый класс - гипермягкие рентгеновские источники (HSX, hypersoft X-ray sources).
Но что значит «гипермягкие»?
Рентгеновское излучение - это такое же электромагнитное излучение, как видимый свет или радиоволны, только его фотоны обладают гораздо большей энергией. В астрономии энергию рентгеновских фотонов обычно измеряют в электронвольтах (эВ), а чаще - в килоэлектронвольтах (кэВ).
Чем меньше энергия рентгеновского фотона, тем более «мягким» называют такое излучение. Чем больше - тем оно «жёстче».
У HSX почти всё наблюдаемое рентгеновское излучение находится ниже примерно 0,3 кэВ. Это чрезвычайно мягкий рентген, расположенный практически у границы с экстремальным ультрафиолетом. Более того, значительная часть энергии этих объектов, вероятно, вообще излучается уже в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне. Вы спросите, а чего тогда не посмотрят? К сожалению, непосредственно увидеть его у источников в других галактиках крайне сложно: EUV очень эффективно поглощается межзвёздным газом...
Кстати, нашли их довольно необычным способом. Астрономы искали источники, которые хорошо видны Chandra на самых низких рентгеновских энергиях, но практически исчезают при переходе к более высоким. У HSX отношение числа фотонов в диапазонах 0,15–0,3 кэВ и 0,3–1 кэВ превышает восемь - именно такая экстремальная “мягкость” и выделила их среди обычных рентгеновских источников.
При этом эти источники совсем не слабые. Некоторые достигают светимости порядка 10³⁸ эрг/с только в наблюдаемом мягком рентгеновском диапазоне. Эрг - это единица энергии в системе СГС, которой исторически очень любят пользоваться астрофизики. Один эрг равен 10⁻⁷ джоуля. Поэтому 10³⁸ эрг/с - это примерно 10³¹ ватт.
Для сравнения, полная светимость Солнца во всех диапазонах составляет около 3,8 × 10²⁶ ватт. То есть речь идёт о мощности, эквивалентной полной светимости примерно 26 000 Солнц, причём у некоторых HSX такая мощность наблюдается только в мягком рентгеновском диапазоне.
И вот здесь начинается самое интересное: астрономы пока точно не знают, что это за объекты.
Среди возможных объяснений всплывают белые карлики, активно поглощающие вещество звезды-компаньона, системы после вспышек новых и некоторые типы аккрецирующих чёрных дыр.
Особенно интересен вариант с белыми карликами. Такие системы потенциально связаны с происхождением сверхновых типа Ia, да, тех самых «стандартных свечей», которые астрономы используют для измерения космологических расстояний.
История немного напоминает открытие быстрых радиовсплесков (FRB).
Когда их обнаружили, астрономы тоже увидели совершенно новый класс явлений и долго не понимали, что способно создавать настолько короткие и мощные радиосигналы. Сегодня мы знаем, что по крайней мере некоторые такие FRB способны производить магнетары, хотя происхождение всей популяции быстрых радиовсплесков окончательно не установлено. Если что, HSX и FRB никак не связаны).
Возможно, сейчас с HSX мы наблюдаем похожий момент: новый класс источников уже обнаружен, а физику процессов, которые за ним стоят, нам только предстоит ещё понять.
И есть в этой истории ещё одна интересная деталь.
Для открытия не понадобился новый телескоп. Эти источники уже находились в архивных данных Chandra, накопленных за годы наблюдений. Иногда неизвестные нам типы объектов во Вселенной уже находятся в наших старых данных. Нужно только понять, что именно искать...
Фото: Галактика M101. Кружками отмечены семь недавно обнаруженных гипермягких рентгеновских источников (HSX).
Рентген: NASA/CXC/Univ. of Alabama/M. Muhibullah et al.
Оптика: NASA/ESA/STScI
Обработка: NASA/CXC/SAO/N. Wolk
Перевод и редактура: И. Тирский
Иногда открытия совершают не новые телескопы, а другой взгляд на уже накопленные данные.
Изучая архив наблюдений рентгеновской обсерватории Chandra, астрономы обнаружили 84 необычных источника в шести близких галактиках.
Они оказались настолько непохожи на известные рентгеновские объекты, что исследователи выделили их в новый класс - гипермягкие рентгеновские источники (HSX, hypersoft X-ray sources).
Но что значит «гипермягкие»?
Рентгеновское излучение - это такое же электромагнитное излучение, как видимый свет или радиоволны, только его фотоны обладают гораздо большей энергией. В астрономии энергию рентгеновских фотонов обычно измеряют в электронвольтах (эВ), а чаще - в килоэлектронвольтах (кэВ).
Чем меньше энергия рентгеновского фотона, тем более «мягким» называют такое излучение. Чем больше - тем оно «жёстче».
У HSX почти всё наблюдаемое рентгеновское излучение находится ниже примерно 0,3 кэВ. Это чрезвычайно мягкий рентген, расположенный практически у границы с экстремальным ультрафиолетом. Более того, значительная часть энергии этих объектов, вероятно, вообще излучается уже в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне. Вы спросите, а чего тогда не посмотрят? К сожалению, непосредственно увидеть его у источников в других галактиках крайне сложно: EUV очень эффективно поглощается межзвёздным газом...
Кстати, нашли их довольно необычным способом. Астрономы искали источники, которые хорошо видны Chandra на самых низких рентгеновских энергиях, но практически исчезают при переходе к более высоким. У HSX отношение числа фотонов в диапазонах 0,15–0,3 кэВ и 0,3–1 кэВ превышает восемь - именно такая экстремальная “мягкость” и выделила их среди обычных рентгеновских источников.
При этом эти источники совсем не слабые. Некоторые достигают светимости порядка 10³⁸ эрг/с только в наблюдаемом мягком рентгеновском диапазоне. Эрг - это единица энергии в системе СГС, которой исторически очень любят пользоваться астрофизики. Один эрг равен 10⁻⁷ джоуля. Поэтому 10³⁸ эрг/с - это примерно 10³¹ ватт.
Для сравнения, полная светимость Солнца во всех диапазонах составляет около 3,8 × 10²⁶ ватт. То есть речь идёт о мощности, эквивалентной полной светимости примерно 26 000 Солнц, причём у некоторых HSX такая мощность наблюдается только в мягком рентгеновском диапазоне.
И вот здесь начинается самое интересное: астрономы пока точно не знают, что это за объекты.
Среди возможных объяснений всплывают белые карлики, активно поглощающие вещество звезды-компаньона, системы после вспышек новых и некоторые типы аккрецирующих чёрных дыр.
Особенно интересен вариант с белыми карликами. Такие системы потенциально связаны с происхождением сверхновых типа Ia, да, тех самых «стандартных свечей», которые астрономы используют для измерения космологических расстояний.
История немного напоминает открытие быстрых радиовсплесков (FRB).
Когда их обнаружили, астрономы тоже увидели совершенно новый класс явлений и долго не понимали, что способно создавать настолько короткие и мощные радиосигналы. Сегодня мы знаем, что по крайней мере некоторые такие FRB способны производить магнетары, хотя происхождение всей популяции быстрых радиовсплесков окончательно не установлено. Если что, HSX и FRB никак не связаны).
Возможно, сейчас с HSX мы наблюдаем похожий момент: новый класс источников уже обнаружен, а физику процессов, которые за ним стоят, нам только предстоит ещё понять.
И есть в этой истории ещё одна интересная деталь.
Для открытия не понадобился новый телескоп. Эти источники уже находились в архивных данных Chandra, накопленных за годы наблюдений. Иногда неизвестные нам типы объектов во Вселенной уже находятся в наших старых данных. Нужно только понять, что именно искать...
Фото: Галактика M101. Кружками отмечены семь недавно обнаруженных гипермягких рентгеновских источников (HSX).
Рентген: NASA/CXC/Univ. of Alabama/M. Muhibullah et al.
Оптика: NASA/ESA/STScI
Обработка: NASA/CXC/SAO/N. Wolk
Перевод и редактура: И. Тирский
❤18
Решил продолжить проводить научно-популярные онлайн-лекции по астрономии и космонавтике.
Но немного меняю формат: теперь встречи будут закрытыми, по билетам и с ограниченным количеством участников.
Вместе с билетом будет доступ в закрытый Telegram-чат, где можно обсуждать науку со мной и другими участниками, задавать вопросы и продолжать разговор уже после лекции.
Первая встреча - совсем скоро, 10 октября в 13:00. Расскажу о поисках жизни во Вселенной: "Есть ли жизнь во Вселенной?"🌌
Лекция пройдёт онлайн, задавать вопросы можно будет в чате до лекции и после. А также обсудить с участниками любые вопросы, связанные с наукой.
Ссылка для записи:
https://app.lava.top/products/558bd82a-f59e-4bf6-9fc8-557050afe477
Но немного меняю формат: теперь встречи будут закрытыми, по билетам и с ограниченным количеством участников.
Вместе с билетом будет доступ в закрытый Telegram-чат, где можно обсуждать науку со мной и другими участниками, задавать вопросы и продолжать разговор уже после лекции.
Первая встреча - совсем скоро, 10 октября в 13:00. Расскажу о поисках жизни во Вселенной: "Есть ли жизнь во Вселенной?"🌌
Лекция пройдёт онлайн, задавать вопросы можно будет в чате до лекции и после. А также обсудить с участниками любые вопросы, связанные с наукой.
Ссылка для записи:
https://app.lava.top/products/558bd82a-f59e-4bf6-9fc8-557050afe477
❤9👍5😁2🔥1
Как водород превращается в машину времени
Начнём с самого водорода. В обычном атоме водорода есть один протон и один электрон. Если атом не ионизирован, то есть электрон всё ещё связан с протоном, такой водород называют нейтральным. Именно его астрономы обозначают H I.
У нейтрального водорода есть радиолиния с длиной волны около 21 сантиметра. В лабораторной системе отсчёта ей соответствует частота 1420,4 МГц. Когда атом излучает или поглощает радиоволну этой линии, мы можем узнать, что это водород и о том, как он распределён в космосе.
Для таких наблюдений и построили CHIME - канадский радиотелескоп, название которого расшифровывается как Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment. Он состоит из четырёх длинных цилиндрических отражателей и сканирует небо, картируя не отдельные галактики, а распределение водорода на больших масштабах.
CHIME работает в диапазоне 400–800 МГц. Его выбрали, чтобы ловить растянутую расширением Вселенной линию 21 сантиметр при красных смещениях примерно z = 0,8–2,5. Это важная эпоха для измерения того, как расширялась Вселенная и как на это влияла тёмная энергия.
Зачем нужны такие измерения? В распределении галактик и водорода сохранился след древних звуковых волн - барионные акустические осцилляции (БАО) - характерный масштаб, который можно использовать как «стандартную линейку». Измеряя, как этот масштаб выглядит на разных расстояниях и в разные эпохи, астрономы восстанавливают историю расширения Вселенной и проверяют модели тёмной энергии. CHIME должен позволить делать это, измеряя суммарное излучение водорода сразу во множестве галактик, даже если каждую из них по отдельности не удаётся увидеть.
Почему одна и та же линия оказывается на разных частотах? Пока радиоволна летит к нам, расширение Вселенной растягивает её. Чем дальше источник, тем сильнее растяжение, и тем ниже частота, которую мы принимаем. Красное смещение можно оценить по простой формуле:
z = 1420,4 / ν − 1
Здесь ν — наблюдаемая частота в мегагерцах.
Например, если приняли сигнал на 600 МГц:
z = 1420,4 / 600 − 1 ≈ 1,37
Значит, волна растянулась примерно в 2,37 раза (1 + 1,37). При таком красном смещении Вселенной было около 4,6 миллиарда лет. Это получается не просто делением нынешнего возраста на 2,37: возраст вычисляют по модели расширения Вселенной.
А на частоте 313,6 МГц обнаружили линию нейтрального водорода при z ≈ 3,53. В опубликованной работе авторы назвали это рекордом для такого типа наблюдений: водород поглощал радиосигнал далёкого радиоисточника. Тогда Вселенной было около 1,8 миллиарда лет. Замечу, что это наблюдение водорода в конкретной далёкой галактике, а не сигнал от всей ранней Вселенной.
Недавно CHIME зарегистрировал космологический сигнал (спектр мощности крупномасштабной структуры) водорода в диапазоне 608–708 МГц - это красные смещения примерно z = 1,34–1,01, когда Вселенной было около 5–6 миллиардов лет.
После 94 ночей наблюдений сигнал обнаружили со значимостью 12,5 сигма, при пороге в 5 сигма. Это не фотография отдельного облака газа: телескоп измерил статистику неоднородностей (спектр мощности) распределения водорода на больших масштабах, без опоры на каталоги галактик других телескопов.
Наблюдения CHIME должны со временем помочь точнее восстановить, как менялось расширение в предшествующую эпоху, и проверить модели тёмной энергии. Но само обнаружение сигнала пока подтверждает метод измерений, а не даёт нового открытия о природе тёмной энергии.
Получается, частота работает как метка космического времени. Одна и та же линия водорода на разных частотах рассказывает о разных эпохах: чем ниже частота, тем сильнее растянулась волна и тем дальше в прошлое мы заглядываем.
Текст: И. Тирский
P.S. Домашнее задание, угадайте, на какой частоте и красном смещении надо наблюдать нейтральный водород, таким, каким он появился, после Большого Взрыва, и когда это точно произошло?
Начнём с самого водорода. В обычном атоме водорода есть один протон и один электрон. Если атом не ионизирован, то есть электрон всё ещё связан с протоном, такой водород называют нейтральным. Именно его астрономы обозначают H I.
У нейтрального водорода есть радиолиния с длиной волны около 21 сантиметра. В лабораторной системе отсчёта ей соответствует частота 1420,4 МГц. Когда атом излучает или поглощает радиоволну этой линии, мы можем узнать, что это водород и о том, как он распределён в космосе.
Для таких наблюдений и построили CHIME - канадский радиотелескоп, название которого расшифровывается как Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment. Он состоит из четырёх длинных цилиндрических отражателей и сканирует небо, картируя не отдельные галактики, а распределение водорода на больших масштабах.
CHIME работает в диапазоне 400–800 МГц. Его выбрали, чтобы ловить растянутую расширением Вселенной линию 21 сантиметр при красных смещениях примерно z = 0,8–2,5. Это важная эпоха для измерения того, как расширялась Вселенная и как на это влияла тёмная энергия.
Зачем нужны такие измерения? В распределении галактик и водорода сохранился след древних звуковых волн - барионные акустические осцилляции (БАО) - характерный масштаб, который можно использовать как «стандартную линейку». Измеряя, как этот масштаб выглядит на разных расстояниях и в разные эпохи, астрономы восстанавливают историю расширения Вселенной и проверяют модели тёмной энергии. CHIME должен позволить делать это, измеряя суммарное излучение водорода сразу во множестве галактик, даже если каждую из них по отдельности не удаётся увидеть.
Почему одна и та же линия оказывается на разных частотах? Пока радиоволна летит к нам, расширение Вселенной растягивает её. Чем дальше источник, тем сильнее растяжение, и тем ниже частота, которую мы принимаем. Красное смещение можно оценить по простой формуле:
z = 1420,4 / ν − 1
Здесь ν — наблюдаемая частота в мегагерцах.
Например, если приняли сигнал на 600 МГц:
z = 1420,4 / 600 − 1 ≈ 1,37
Значит, волна растянулась примерно в 2,37 раза (1 + 1,37). При таком красном смещении Вселенной было около 4,6 миллиарда лет. Это получается не просто делением нынешнего возраста на 2,37: возраст вычисляют по модели расширения Вселенной.
А на частоте 313,6 МГц обнаружили линию нейтрального водорода при z ≈ 3,53. В опубликованной работе авторы назвали это рекордом для такого типа наблюдений: водород поглощал радиосигнал далёкого радиоисточника. Тогда Вселенной было около 1,8 миллиарда лет. Замечу, что это наблюдение водорода в конкретной далёкой галактике, а не сигнал от всей ранней Вселенной.
Недавно CHIME зарегистрировал космологический сигнал (спектр мощности крупномасштабной структуры) водорода в диапазоне 608–708 МГц - это красные смещения примерно z = 1,34–1,01, когда Вселенной было около 5–6 миллиардов лет.
После 94 ночей наблюдений сигнал обнаружили со значимостью 12,5 сигма, при пороге в 5 сигма. Это не фотография отдельного облака газа: телескоп измерил статистику неоднородностей (спектр мощности) распределения водорода на больших масштабах, без опоры на каталоги галактик других телескопов.
Наблюдения CHIME должны со временем помочь точнее восстановить, как менялось расширение в предшествующую эпоху, и проверить модели тёмной энергии. Но само обнаружение сигнала пока подтверждает метод измерений, а не даёт нового открытия о природе тёмной энергии.
Получается, частота работает как метка космического времени. Одна и та же линия водорода на разных частотах рассказывает о разных эпохах: чем ниже частота, тем сильнее растянулась волна и тем дальше в прошлое мы заглядываем.
Текст: И. Тирский
P.S. Домашнее задание, угадайте, на какой частоте и красном смещении надо наблюдать нейтральный водород, таким, каким он появился, после Большого Взрыва, и когда это точно произошло?
❤11🔥2