1. «Джеймс Уэбб» увидел кристаллы кремнезема в облаках экзопланеты
В высоких облаках «раздутого» горячего юпитера ученые впервые засекли нанокристаллы кремнезема — одного из самых распространенных минералов на Земле.
Аэрозоли — будь то облака из жидких частиц или дымка из твердых частиц — один из фундаментальных компонентов атмосфер экзопланет. Эти частицы заглушают, отражают и рассеивают свет звезды и тем вносят большой вклад в весь энергетический баланс космического тела, а также химию и динамику его атмосферы.
Астрономы видят наличие облаков или дымки по изменениям света звезды, когда экзопланета пролетает на ее фоне. Но определить точный состав этих аэрозолей — более сложная задача. Вместе с тем она весьма интересна, потому что аэрозоли много говорят о самой планете: в аэрозолях земной атмосферы, к примеру, есть алюминий и литий, остающиеся от последствий пусков космической техники. Поэтому пока что каждое открытие нового соединения в атмосфере экзопланеты привлекает внимание.
Теперь впервые в атмосфере экзопланеты астрономы увидели нанокристаллы кремнезема. Все благодаря работе инструмента MIRI космической обсерватории «Джеймс Уэбб». Результаты исследования опубликованы в Astrophysical Journal Letters.
Объектом наблюдений стала экзопланета WASP-17b, горячий юпитер в 1300 световых годах от Земли. По массе WASP-17b в два раза меньше Юпитера, зато по объему примерно в семь раз больше. Это одна из крупнейших и «пухлых» экзопланет из числа известных нам. Ее орбитальный период — всего 3,7 земного дня, что значительно упрощяет исследования.
В этот раз наблюдения вели на протяжении 10 часов, пока объект пролетал на фоне своей звезды. Инструмент MIRI для наблюдений в средней части инфракрасного диапазона сделал более 1275 измерений яркости излучения в диапазоне волн от пяти до 12 микронов.
Когда ученые «вычли» из этих данных чистое излучение звезды, они увидели на графике «холмик» в районе 8,6 микрона, который лучше всего объясняется наличием кристаллов кремнезема. По размеру эти кристаллы очень маленькие — всего 10 нанометров. Диаметр человеческого волоса в 10 тысяч раз больше.
«Данные „Хаббла” сыграли ключевую роль в определении размеров этих частиц. Для уверенности в наличии там кремнезема нам достаточно данных MIRI, инструмента „Уэбба”. Но чтобы понять, насколько большие эти кристаллы, нам понадобились наблюдения „Хаббла” в видимом и близком инфракрасном диапазонах», — рассказала соавтор работы Николь Льюис, профессор астрономии и руководитель исследования по созданию трехмерной модели атмосферы горячего юпитера, которое проводится в рамках программы Webb Guaranteed Time Observations (GTO).
Силикаты — минералы, богатые кремнием и кислородом — составляют значительную массу Земли, Луны и других каменистых объектов Солнечной системы. Они уже встречались астрономам в атмосферах экзопланет и в составе коричневых карликов, но в форме богатых магнием минералов вроде оливина и пироксена, а не чистого кремнезема.
Причем если в облака Земли частицы минералов попадают с поверхности планеты благодаря ветру, то на горячем юпитере WASP-17b нанокристаллы кремнезема формируются в верхних слоях самой атмосферы, в условиях высокой температуры, примерно 1500 градусов Цельсия, и очень низкого давления — одной тысячной земного.
«В этих условиях твердые кристаллы могут формироваться напрямую из газа, минуя фазу жидкого состояния», — объяснил главный автор исследования Дэвид Грант из Бристольского университета (Великобритания).
По словам ученого, из данных «Хаббла» они знали, что в атмосфере WASP-17b должны быть аэрозоли, но не ожидали, что в составе будет кремнезем.
«Мы ожидали увидеть силикаты магния, а засекли, вероятно, их „кирпичики” — маленькие частицы, необходимые для формирования более сложных силикатов, которые мы видим на более прохладных экзопланетах и коричневых карликах», — объяснила соавтор Ханна Уэйкфорд из Бристольского университета.
Горячие юпитеры вроде WASP-17b состоят в основном из водорода и гелия с небольшими примесями водяного пара и углекислого газа. И если учитывать лишь эти примеси, общая оценка количества кислорода в планете окажется сильно заниженной. Впрочем, и сейчас оценить объем кремнезема в облаках WASP-17b не удастся, потому что в рамках этого исследования инструмент MIRI наблюдал лишь окрестности терминатора — линии между дневной и ночной стороной экзопланеты.
2. Звезда M31-V1, изменившая представление о размере Вселенной и о нашем месте в ней, на свежем снимке Йеспера Соренсена
В начале XX века подавляющее большинство астрономов считало, что наша Вселенная ограничивается Млечным путем, а необычные объекты спиральной формы — не более чем туманности. Впрочем, существовало и более радикальное предположение, согласно которому далекие спирали это такие же галактики, как наша.
6 октября 1923 года Эдвин Хаббл сделал снимок, на котором ему удалось опознать переменную звезду (цефеиду) в туманности Андромеды. В дальнейшем, астроном смог измерить расстояние до неё и доказать, что Андромеда это никакая не туманность, а галактика минимум в миллионе световых лет от Земли.
Это открытие в буквальном смысле обрушило границы мироздания. Вряд ли мы в состоянии представить, какова были сила воздействия этого перелома, почти в одночасье превратившего Вселенную из статичного острова диаметром в пару сотен тысяч световых лет в бесконечность.
3. Джеймс Уэбб нашёл кристаллы кварца в облаках экзопланеты WASP-17b. Это первый случай, когда SiO2 был обнаружен на экзопланете
WASP-17 b, объём которой более чем в 7 раз превышает объём Юпитера при вдвое меньшей массе, является одной из крупнейших и наименее плотных экзопланет. Её температура достигает 1500°C, а атмосферное давление составляет лишь одну тысячную от давления на поверхности Земли, что позволяет кристаллам твердого кварца образовываться непосредственно из газа.
4. После Большого взрыва сверхмассивные черные дыры могли формироваться без звезд
Астрофизики из Университета Западного Онтарио показали, что сверхмассивные молодые черные дыры могли появиться независимо от звезд при условии очень быстрого формирования в течение очень короткого времени. Исследование было опубликовано на страницах Astrophysical Journal Letters.
«Наша теория свидетельствует, что черные дыры рождаются от прямых коллапсов материи, не в качестве продуктов звездной жизнедеятельности. Эти сверхмассивные черные дыры выросли за короткий период времени молодой Вселенной. Однако со временем излучение, генерируемое другими небесными телами, остановило их рост», — объяснил один из соавторов публикации Шантану Басу.
Чтобы получить черную дыру, вам нужна сверхновая весом более 20-40 солнечных масс, набирающая массу нейтронная звезда или просто много материи, сконцетрированной в одном месте. За последние 10 лет астрономы открыли множество черных дыр, превышающих массу Солнце в 104-105 раз, и со значительным красноволновым сдвигом. Последний позволяет заключить, что эти дыры сформировались всего через 800 млн лет после Большого Взрыва. Молодые и сверхтяжелые, они не могли быть продуктами первых двух сценариев, а значит сформировались в результате прямого коллапса черной дыры, сценарий которого подразумевает начальные массы много больше, чем подразумевается сценариями звездного остатка.
Исследователи первыми нашли объяснение наблюдаемому распределению масс и яркостей такой черной дыры. Модель основана на очень простом предположении: сверхмассивные черная дыра из облака межзвездного газа образуется очень-очень быстро в течение очень-очень короткого времени.
Математическая модель рассчитала функцию массы сверхмассивных черных дыр, которые подвергаются экспоненциальному росту массы за короткий период. Рост массы может регулироваться пределом Эддингтона — максимальной светимостью небесного тела при условии равновесия гравитационных сил и давления излучения. У черных дыр, описанных в модели, в течение непродолжительного — около 150 млн лет — времени аккреция превышала этот предел. При этом большая часть вещества проваливалась под горизонт событий, не испуская излучение.
