Астроновости: следы первых звезд, прозрения «Евклида», измерения двойной системы UZ Draconis… - Троицкий вариант — Наука
В последние годы астрономы ведут целенаправленный поиск первого поколения звезд — так называемых звезд популяции III (Pop III), реликтовых объектов ранней Вселенной. Недавний анализ данных космического телескопа «Джеймс Уэбб» для далекого объекта LAP1-B выявил наиболее вероятного кандидата на подобную популяцию [1]. По теоретическим представлениям, такие первые звезды должны практически целиком состоять из водорода и гелия (с небольшой примесью «металлов») и образоваться примерно через 200 млн лет после Большого взрыва.
Согласно современным моделям, такие звезды возникали в небольших гало темной материи с исключительно низким содержанием тяжелых элементов. Звезды первого населения должны обладать огромными массами — от десятков до тысячи масс Солнца — и формироваться в относительно небольших скоплениях общей массой всего лишь несколько тысяч солнечных. Ранее подобные кандидаты отвергались, поскольку они не соответствовали ключевым предсказаниям (например, формировались не в гало или их суммарная масса превышала ожидаемые значения).
В новом исследовании показано, что объект LAP1-B удовлетворяет всем трем вышеуказанным требованиям [2]. Он находится в гало темной материи порядка 5 × 107 солнечных масс и представляет собой скопление массивных звезд общей массой в несколько тысяч солнечных. Газ вокруг этой системы содержит лишь следовые количества «металлов» — более тяжелых элементов. Это указывает на то, что звезды популяции III в системе действительно очень молоды: некоторые из них могли недавно взорваться как сверхновые, обогащая окружающий газ первыми элементами. Кроме того, спектральный анализ подтверждает, что LAP1-B, по-видимому, представляет собой скопление звезд Pop III, а обнаруженные «металлы» могли образоваться после взрывов сверхновых из этих звезд.
Несмотря на многообещающие результаты, обнаружение первых звезд остается предварительным. Сохраняются существенные неопределенности, связанные, например, с количеством вещества, выброшенного первыми сверхновыми (с точностью современных моделей) в очень ранней Вселенной. Для окончательного подтверждения требуется более глубокая спектроскопия и анализ влияния линзирования на структуру наблюдаемых источников.
Сочетание высокой чувствительности «Джеймса Уэбба» с эффектом гравитационного линзирования позволяет обнаруживать аналогичные удаленные объекты. По расчетам при таких наблюдательных условиях следует ожидать обнаружения подобных систем в диапазоне красных смещений z = 6…7. Таким образом, открытие LAP1-B укладывается в рамки теоретических ожиданий, хотя считается, что подавляющее большинство звезд популяции III формируется гораздо раньше. Это открытие может оказаться лишь первым шагом к систематическому изучению звезд первого поколения.
1. arxiv.org/abs/2508.03842;
iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae122f
Аккреция планетарного вещества на белый карлик
Астрономами зафиксировано событие аккреции вещества планетарного происхождения на белый карлик, расположенный от нас на расстоянии около 260 световых лет. Химический состав поглощаемого материала указывает на то, что его источником является объект, по своим характеристикам сходный с Плутоном. Это открытие предоставляет возможность прямого изучения состава объектов в другой планетной системе и позволяет заглянуть в отдаленное будущее нашей собственной [3].
Белые карлики представляют собой конечную стадию эволюции звезд Главной последовательности, подобных Солнцу. После исчерпания термоядерного топлива звезда сбрасывает внешние оболочки, оставляя после себя горячее и чрезвычайно плотное ядро размером с Землю. Гравитационное поле такого объекта столь велико, что планеты и малые тела, оказавшиеся вблизи него, могут быть разорваны на части и аккрецированы на его поверхность.
Ключевую роль в обнаружении этого процесса сыграл космический телескоп «Хаббл». С помощью ультрафиолетового спектрографа Cosmic Origins Spectrograph были получены спектры атмосферы белого карлика, в которых идентифицированы химические элементы, входящие в состав аккрецируемого вещества. Анализ показал наличие летучих элементов — углерода, серы и азота, а также высокое содержание кислорода, что свидетельствует о значительной доле водяного льда. Расчетный состав фрагментов показал, что примерно 64% их массы составляет водяной лед.
Особый интерес представляет высокая концентрация азота — самая большая из когда-либо зарегистрированных в подобных системах. Этот факт, наряду с общим составом вещества, указывает на то, что разрушенный объект сформировался в аналоге пояса Койпера своей системы — удаленной области, населенной ледяными телами. Его характеристики позволяют рассматривать его как аналог Плутона, а аккрецируемое вещество, вероятно, представляет собой фрагменты его коры и мантии.
Обнаружение столь богатого летучими веществами материала стало неожиданностью. Считалось, что кометы и объекты, аналогичные телам пояса Койпера, выбрасываются из планетных систем на ранних стадиях эволюции звезды, предшествующих образованию белого карлика. Однако данное наблюдение демонстрирует, что резервуары летучих веществ могут сохраняться в планетных системах на протяжении миллиардов лет и влиять на химический состав белых карликов.
Дальнейшие исследования, в частности, с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», позволят детальнее изучить молекулярные особенности летучих веществ, таких как водяной пар. Подобные исследования вносят вклад в понимание процессов формирования планетных систем и механизмов доставки воды на каменистые планеты.
3. doi.org/10.1093/mnras/staf1424
Euclid обнаруживает скрытые звезды в темном облаке LDN 1641
Космический телескоп Euclid Европейского космического агентства (совместная миссия ESA и NASA) получил изображение участка межзвездного газа и пыли в созвездии Ориона [4]. На этом снимке запечатлена область туманности, относящаяся к темному облаку LDN 1641, расположенная примерно в 1300 световых годах от Земли.
В видимом свете этот участок выглядит почти пустым, но при наблюдениях в ближнем инфракрасном диапазоне инструмент NISP обнаруживает множество звезд, просвечивающих сквозь пылевую завесу.
Пылевые частицы эффективно блокируют видимый свет, но гораздо слабее ослабляют излучение в ближнем ИК-диапазоне. Благодаря этому камера NISP «видит» звезды, скрытые за пылевым покрывалом туманности. LDN 1641 изобилует очень молодыми звездами, некоторые из погребенных в пыли объектов выбрасывают вещество наружу — явный признак продолжающегося звездообразования. При детальном рассмотрении эти выбросы видны как пурпурные пятна и завитки, свидетельствующие о потоках вещества из околозвездных дисков.
В левом верхнем углу кадра экранирование пылью ослабевает, и открывается вид на далекие объекты за пределами нашей галактики. Снимок охватывает область неба около 0,64 квадратного градуса (свыше трех полных лунных дисков) и был получен менее чем за пять часов наблюдений. Эта область неба была исследована телескопом Euclid в сентябре 2023 года в рамках тестов наведения. Для проверки требовалось поле со слабым видимым фоном, и LDN 1641 оказался наиболее подходящим выбором. Испытания прошли успешно, подтвердив надежность и высокую точность наведения аппарата.
Основная цель миссии Euclid — создание самой обширной трехмерной карты внегалактической Вселенной и изучение природы темной материи и темной энергии. Вместе с тем аппарат собирает ценные данные и для исследований нашей галактики: помимо изучения пылевых облаков, Euclid получит множество детализированных изображений других галактик, открывая новые направления в различных областях астрономии.
4. esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Euclid
Измерения двойной системы UZ Draconis по данным TESS
Астрономия основывает наши знания о физике звезд на точных измерениях их фундаментальных свойств. Среди различных «астрофизических лабораторий» особое место занимают затменные двойные системы, в особенности те, что находятся близко и полностью затмевают друг друга. Именно к этому классу относится система UZ Draconis в созвездии Дракона, которая недавно была изучена с беспрецедентной точностью благодаря данным, полученным космическим телескопом TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) [5].
Затменные двойные системы ценны тем, что их орбитальная плоскость расположена вдоль луча зрения земного наблюдателя. Это позволяет непосредственно видеть периодические падения блеска, вызванные взаимными затмениями двух звезд. Анализ кривых блеска в сочетании с данными о лучевых скоростях позволяет напрямую, без привлечения модельных предположений, определить массы и радиусы компонентов. В системах с полным затмением, к которым относится UZ Dra, моменты контакта дисков звезд во время затмений позволяют измерить их радиусы с высочайшей точностью.
Система UZ Draconis состоит из двух звезд спектрального класса F, обращающихся по круговой орбите с периодом около 3,26 суток. Новое исследование этой системы основано на анализе огромного количества высококачественных фотометрических измерений, собранных телескопом TESS в течение наблюдений. Такой исключительный объем данных, наряду с ранее опубликованными измерениями лучевых скоростей, позволил определить параметры системы с рекордной точностью.
Согласно уточненным измерениям, масса более крупной и массивной звезды (компонент A) составляет 1,291 ± 0,012 массы Солнца, а ее радиус равен 1,278 ± 0,004 солнечного. Менее массивный компонент B имеет массу 1,193 ± 0,009 массы Солнца и радиус 1,122 ± 0,003 солнечного. Сравнение с предыдущими исследованиями демонстрирует несколько меньшие размеры обеих звезд.
Высокая точность, достигнутая в определении размеров, стала возможной благодаря ранее не отмеченному факту полного затмения в системе, а также исключительному богатству данных TESS. Помимо основных параметров, анализ подтвердил расстояние до системы, которое составило 185,7 ± 2,4 парсека (около 605 световых лет), что превосходно согласуется с независимыми измерениями космической обсерватории Gaia. Совместимость определенных масс, радиусов и светимостей звезд с теоретическими эволюционными моделями указывает на возраст системы около 600 млн лет и на слегка повышенную, по сравнению с солнечной, «металличность».
Кривые блеска UZ Draconis также демонстрируют модуляцию, вызванную наличием звездных пятен, активность которых синхронизирована с орбитальным периодом. Это наблюдение указывает на приливную синхронизацию вращения обеих звезд с их орбитальным движением. В то же время в системе не было обнаружено признаков пульсаций, орбитального эксцентриситета или изменений орбитального периода.
Изображение номера: галактика в Малом Льве
NGC 3344 — относительно изолированная спиральная галактика с перемычкой, расположенная на расстоянии 22,5 млн световых лет от Земли в созвездии Малого Льва. Эта галактика принадлежит к группе, известной как Шпора Льва (Leo Spur), которая является ответвлением Сверхскопления Девы.
Представленное изображение спиральной галактики NGC 3344 — это совокупность снимков, сделанных с помощью семи различных фильтров. Они охватывают диапазоны длин волн от ультрафиолетового до оптического и ближнего инфракрасного, вместе создавая детальное изображение галактики и позволяя астрономам изучать ее разными способами.
Алексей Кудря