Для подрастающего поколения (Вселенная)

[skroznik]

Симпатичную группу туманностей можно наблюдать в направлении на Хамелеон. Это созвездие видно на небе в основном к югу от земного экватора. Мы можем наблюдать здесь такие небесные объекты, как голубые отражательные туманности, состоящие из частиц пыли. В центре полученного снимка видны яркие звезды, окруженные такими туманностями. Вверху и в нижнем правом углу находятся темные молекулярные облака. Они состоят из плотной пыли и задерживают свет от звезд, находящихся за ними. Молекулярное облако Хамелеон I расположено примерно в 450 световых годах от Земли.

[skroznik]

Здесь впервые показано изображение известной под именем Водоворот пары взаимодействующих галактик, полученное орбитальной рентгеновской обсерваторией Чандра в диапазоне высоких энергий, за пределами области видимого света. Более 80 сверкающих рентгеновских звезд можно увидеть на этом рентгеновском изображении - не менее замечательный вид, чем фотография в видимом свете. Количество ярких рентгеновских источников, находящихся в M51, которые скорее всего являются нейтронными звездами и черными дырами в двойных системах, необычно высоко для обычных спиральных или эллиптических галактик. Это позволяет предположить, что в космическом водовороте произошла интенсивная вспышка образования массивных звезд. Яркие ядра обеих галактик, NGC 5194 и NGC 5195 (соответственно справа и слева), также показывают признаки активности. На этом рентгеновском изображении в искусственных цветах видно размытое свечение газа, нагретого до температуры в несколько миллионов градусов. На увеличенном изображении области около ядра NGC 5194 видно рентгеновское излучение остатка вспышки сверхновой - вещества, выброшенного при эффектном взрыве звезды, который был обнаружен астрономами в 1994 году.

[skroznik]

Где находится большая часть обычного вещества во Вселенной? Недавние наблюдения рентгеновской обсерватории Чандра подтвердили, что оно находится в волокнах горячего газа, разбросанных по Вселенной. "Обычное вещество" - это известные химические элементы и фундаментальные частицы. Ранее существовало противоречие между наблюдениями и теорией ранней Вселенной: количество обычного вещества, предсказываемое теорией, превышало наблюдаемое количество обычного вещества в галактиках и скоплениях галактик. При наблюдениях обсерватории Чандра свидетельства существования массивных и горячих волокон в межгалактической среде были получены в результате обнаружения небольшого уменьшения интенсивности рентгеновского излучения далеких квазаров, вероятно, вызванного поглощением в горячем газе. Это изображение получено в результате компьютерного моделирования ожидаемого распределения горячего газа в огромном слое Вселенной, имеющем в поперечнике 2.7 миллиардов световых лет и толщину 0.3 миллиарда световых лет. Распределение гораздо более обильного темного вещества, вероятно, похоже на распределение обычного вещества, хотя природа темного вещества остается загадочной. Распределение и природа еще более распространенной темной энергии пока неизвестны.

[skroznik]

На рисунке слева показано оптическое изображение галактики NGC 6240, полученное с помощью космического телескопа им. Хаббла. Эта гигантская галактика, находящаяся на расстоянии 400 миллионов световых лет от нас, показана в момент грандиозной космической катастрофы - столкновения с другой галактикой. В процессе слияния из галактик выбрасываются деформированные приливные хвосты, состоящие из звезд, газа и пыли. При этом начинается интенсивная вспышка звездообразования. С помощью рентгеновской обсерватории Chandra астрономы смогли заглянуть в яркие центральные области NGC 6242 и обнаружили характерное рентгеновское излучение от межзвездных остатков, падающих по спирали на черные дыры, т.е. считается, что в первый раз получены серьезные свидетельства о существовании в этой галактике двух огромных черных дыр. Справа дано изображение в рентгеновских лучах крупным планом, где условно голубым цветом показаны черные дыры, между которыми примерно 3 000 световых лет. Эйнштейновская теория гравитации предсказывает, что такая пара черных дыр должна сближаться, что приведет к окончательному слиянию в одну, еще более массивную черную дыру по прошествии нескольких сотен миллионов лет. В последний момент слияния сверхмассивных черных дыр должна произойти чрезвычайно мощная вспышка гравитационного излучения.

[skroznik]

Из коллекции фотографий телескопа Хаббл.
Сталкивающиеся галактики

[skroznik]

Когда две галактики сталкиваются, с входящими в них звездами этого обычно не происходит. Ведь галактики в основном состоят из пустоты: какими бы яркими ни были звезды, они занимают очень малую часть объема галактик. Во время столкновения одна галактика может разорвать другую гравитационными силами, и тогда пыль и газ, общие для обеих галактик, действительно сталкиваются. Если две галактики сливаются, то черные дыры, которые, вероятно, находятся в центрах каждой галактики, также могут слиться. Так как расстояния очень велики, весь процесс происходит как бы в замедленной съемке и длится несколько сотен миллионов лет. Кроме двух больших спиральных галактик, слева на изображении видна гораздо меньшая третья галактика. Размер системы Арп 274, известной также как NGC 5679, достигает 200 000 световых лет, она находится на расстоянии около 400 миллионов световых лет в созвездии Девы.

[skroznik]

Близкая спиральная галактика в созвездии Циркуля - это арена действия могущественных сил. Раскаленный газ (на фото он розоватого цвета) выбрасывается из ее центральной области, но большая его часть сосредоточена в двух кольцах галактики Циркуля. В красном внешнем кольце на расстоянии ~700 световых лет от центра происходит чудовищная вспышка звездообразоования. Приведенное цветное фото с Космического телескопа имени Хаббла позволило впервые увидеть внутреннее кольцо, что расположено внутри зеленого диска на расстоянии всего 130 световых лет от центра галактики. В самом сердце галактики находится активное ядро, которое светится благодаря излучению вещества, падающего по спирали на мас-сивную черную дыру. Несмотря на близость галактики в созвездии Циркуля, до которой всего каких-то 15 миллионов световых лет, еще четверть века назад никто даже и не подозревал о ее существовании из-за сильного поглощения света веществом в плоскости нашей собственной Галактики.

[skroznik]

Гамма-лучи - самый энергичный вид света. Их фотоны могут иметь энергию в миллард раз больше, чем обычное "медицинские" рентгеновское излучение. Они с легкостью проходят через линзы и зеркала телескопов, поэтому получить изображение космического источника в гамма-лучах - очень непростая задача. Однако, группа больших телескопов предназначенных для детектирования гамма-лучей по (черенковским) вспышкам в атмосфере - эксперимент HESS (High Energy Stereoscopic System) - смогла воссоздать с высоким разрешением изображение остатка исторической сверхновой в гамма лучах высоких энергий. Астрономы отмечают, что премьерное гамма-изображения разлетающихся остатков звезды оказалось очень похожим на рентгеновские изображения остатков сверхновых, что убедительно подтверждает идею о генерации галактических космических лучей на фронтах мощных ударных волн. На данном изображении различными цветами показана интенсивность галла излучения. Темными контурами показаны линии равной интенсивности излучения объекта. Оценка расстояния до данного объекта составляет примерно 3000 световых лет, то есть остаток сверхновой лежит вблизи галактической плоскости, а его поперечные размеры составляют 50 световым лет.



Где случаются гамма-всплески? Эти самые мощные взрывы во Вселенной были зарегистрированы недавно с рекордной точностью. Однако не ясно, происходят ли гамма-всплески в галактиках или они локализованы одиноко в глубоком космосе. Эта фото поля около гамма-всплеска 970228, сделанная космическим телескопом, возможно поможет разрешить этот вопрос. На фото видна протяженная структура справа внизу от гамма-всплеска, который показан стрелкой. Многие астрономы говорят, что протяженная структура представляет собой далекую галактику, у которой определены цвета и постоянное излучение. Другие астрономы беспокоятся, что это излучение переменно и не может быть испущено галактикой. Астрономы, надеющиеся на другие возможности для изучения гамма-всплесков, были вознаграждены событием в прошлый понедельник, когда был обнаружен гамма-всплеск 970616, у которого было хорошо определено положение. Координаты этого гамма-всплеска были определены с беспретендентной точностью, благодаря сотрудничеству спутников НАСА Комптон, Улисс и Росси.

[skroznik]

Насколько стара эта галактика? Ближайшая галактика Локальной группы называется карликовой неправильной галактикой в Стрельце (SagDIG). Она не только очень мала, но и относительно бедна химическими элементами более массивными, чем гелий. С одной стороны, отсутствие тяжелых элементов может означать, что SagDIG очень молодая галактика, ее звездам не хватило времени, чтобы произвести и распространить тяжелые элементы. А с другой стороны, крохотный размер SagDIG может указывать на то, что она сформировалась в ранней вселенной и представляет собой сохранившийся "строительный блок" из которых строились современные большие галактики. На показанном выше детальном изображении с Хаббловского космического телескопа удалось разрешить достаточно звезд, чтобы решить это загадку: галактика SagDIG - старая. Хотя в SagDIG есть группы молодых звезд, большая часть ее звезд очень старые. В целом эта галактика помогает астрономам понять как эволюционировала Вселенная и по-казать, что по крайней мере одна бедная металлами галактика почти столь же стара, как и Вселенная. Показанная выше, SagDIG имеет в поперечнике примерно 1500 световых лет и удалена от нас на примерно 3.5 миллиона световых лет в направлении созвездия Стрельца.

[skroznik]

Эта галактика, записанная в каталоге как NGC*2683, лежит в 16 миллионах световых лет в северном созвездии Рыси. NGC*2683 - спиральная галактика, сопоставимая с нашим Млечный Путём, - видна нам почти с ребра. Она прекрасно смотрится на фоне разбросанных по небу гораздо более далеких галактик. Свет от большой популяции старых желтых звезд выделяет необычно яркое ядро этой галактики. В свете звезд видны силуэты полос пыли вдоль изгибов спиральных рукавов, отмеченные точками розового сияния областей ионизованного водорода вокруг мест, где в этой галактике формируются звезды.

[skroznik]

На картинке представлена инфракрасная карта центральной области Галактики, на которой отмечено положение кандидатов в магнетары - вероятно самых сильных магнитов в Галактике. Эти космические электростанции, классифицированные наблюдателями как Мягкие Повторные Гамма-всплески (SGR) и Аномальные Рентгеновские Пульсары (AXP), вероятно являются вращающимися нейтронными звездами с очень сильным магнитным полем размерами с город. Насколько велико магнитное поле магнетара? Земное магнитное поле, которое заставляет отклоняться стрелку компаса, составляет 1 Гаусс. Самое сильное магнитное поле, созданное в земных лабораториях – 10^5 Гаусс. А магнитное поле магнетара оценивается в 10^15 Гаусс. Магнит такой силы, расположенный на половине расстояния от Земли до Луны, с легкостью сотрет информацию с Вашей кредитной карточки и притянет к себе ручку из Вашего кармана. В 1998 году, с расстояния в 20 000 световых лет от Земли магнетар SGR*1900+14 недавно произвел мощную вспышку гамма-излучения, которая была зарегистрирована многими космическими аппаратами. Теперь ясно, что эта вспышка высокоэнергичного излучения имела измеримое влияние на земную ионосферу. Под действием мощного магнитного поля на поверхности магнетара кора нейтронной звезды изгибается и трясется, порождая интенсивные гамма-всплески.

[skroznik]

Свет от звезды, взорвавшейся на расстоянии нескольких десятков тысяч световых лет от Солнца, дошел до нашей планеты в 1181 г. То, что осталось от звезды, остаток Сверхновой 3C58, показано на этом фото (цвета искусственны). От области исходит рентгеновское излучение, которое порождает быстро вращающаяся нейтронная звезда, или пульсар - плотный остаток сколлапсировавшего звездного ядра. Электромагнитное поле пульсара ускоряет частицы до огромных энергий, работая наподобие космического динамо, чья масса больше массы Солнца. В результате образуется структура, состоящая из джетов, колец и петель (см. это рентгеновское изображение, полученное орбитальной обсерваторией Чандра). В списке туманностей, возбуждаемых свечением пульсаров, которые были исследованы обсерваторией Чандра, 3C58 оказался слишком холодным для своих молодых лет. Поэтому пульсар 3C58 отмечается как необычный случай с экстремальными физическими законами (показана область размером 6 световых лет).

[skroznik]

Как наша Галактика Млечный Путь выглядит издали? Никто точно не знает этого, так как мы находимся внутри нашей Галактики, кроме того, непрозрачная пыль ограничивает наш обзор в видимом свете. Однако на этом рисунке показано достаточно правдоподобное предположение, основанное на многочисленных наблюдениях. В центре Млечного Пути находится очень яркое ядро, окружающее гигантскую черную дыру. В настоящее время предполагается, что яркий центральный балдж Млечного Пути представляет собой асимметричную перемычку из сравнительно старых красных звезд. Во внешних областях находятся спиральные рукава, их вид обусловлен рассеянными скоплениями молодых, ярких голубых звезд, красными эмиссионными туманностями и темной пылью. Спиральные рукава находятся в диске, основную часть массы которого составляют относительно слабые звезды и разреженный газ - большей частью водород. На рисунке не показано огромное сферическое гало из невидимой темной материи, которая составляет большую часть массы Млечного Пути и определяет движение звезд вдали от его центра.



Обзор звезд, недавно осуществленный космическим телескопом Спитцера, убеждает, что наш Млечный Путь - не обыкновенная спиральная галактика. Находясь внутри диска Галактики, очень трудно определить истинную структуру нашего Млечного Пути. Однако перепись около 30 миллионов звезд в инфракрасном свете показывает, что отличительной особенностью Галактики является очень большая центральная перемычка, или бар, длиной примерно в 27 000 световых лет. Действительно, с точек зрения, откуда наша Галактика видна плашмя, астрономы в далеких галактиках, возможно, увидят замечательную спира-льную галактику с перемычкой, как на этой картинке. Если предыдущие исследования обнаруживали небольшую центральную перемычку, новые результаты свидетельствуют, что направление большого центрального бара в Млечном Пути составляет угол примерно в 45 градусов с линией, соединяющей Солнце и центр Галактики. Астрономы все еще считают, что Солнце находится за пределами области центрального бара, от Солнца до внешнего края Млечного Пути составляет ~1/3 его радиуса.

[skroznik]

Настройте ваш радиотелескоп на частоту 408 Мгц и "посмотрите" на небо в радиодиапазоне. В 1970-х годах это было сделано на больших антеннах-тарелках в трех радиообсерваториях, Джодрел Бэнк, в институте радиоастрономии Макса Планка и обсерватории Паркс. Затем полученные данные объединены и построена карта всего неба. Космические радиоволны на этой частоте генерируются электронами высоких энергий, которые двигаются по спирали вокруг магнитных силовых линий. На рисунке плоскость галактики проходит горизонтально по центру (цвета искусственные), но звезд не видно. Яркие источники вблизи плоскости галактики - это удаленные пульсары, области звездообразования и остатки Сверхновых. Петлеобразные структуры указывают на огромные пузыри, образованные в результате локальной звездной активности. На небе в радиодиапазоне видны также другие галактики, как, например, Центавр A над галактической плоскостью справа от центра или БМО (ниже и правее центра).

[skroznik]

В декабре 2004 года солнечной системы достигла плотная волна направленного гамма-излучения. Размеры пучка были всего в несколько раз больше Земли. Излучение было зарегистрировано спутниками, наблюдалось заметное отражение от Луны. Источником этой вспышки был магнитар вблизи центра Галактики SGR (Soft Gamma Repeater) 1806-20. Он испускает редкие непериодические вспышки мягкого гамма-излучения, и декабрьская вспышка была самой сильной, из когда-либо зарегистрированных. По яркости и малой продолжительности главного пика вспышка была похожа на наблюдаемую издалека короткую вспышку гамма-излучения (GRB). По мнению многих, короткие GRB существенно отличаются от своих "кузенов", длительных вспышек GRB, которые, по-видимому, связаны с далекими Сверхновыми. На иллюстрации показана серия рисунков, изображающих взрывной процесс в начальной стадии SGR. На рисунках быстро движущаяся волна излучения удаляется от центрального магнитара. Возможно, связь между SGR и GRB станет более явной с накоплением наблюдений с использованием спутника Свифт.

[skroznik]

Космическая оболочка на этом изображении появилась в результате взрыва чудовищной силы. Звезда с массой, в 20 раз больше массы Солнца, взорвалась как Сверхновая, и ее внешние слои разлетелись в результате этого взрыва. При разлете осколков в окружающем межзвездном пространстве образовалась ударная волна, которая нагрела газ, и остаток Сверхновой начал излучать в рентгеновском диапазоне. По-видимому, образование таких оболочек - обычное дело при вспышках Сверхновых. Этот остаток Сверхновой с оболочкой занесен в каталог под номером G21.5-0.9. Он довольно слабый, чтобы получить данное изображение в искусственных цветах, понадобилось его наблюдать 150 часов в рентгеновском диапазоне с помощью обсерватории Чандра. G21.5-0.9 находится на расстоянии 20 000 световых лет в созвездии Щит и простирается в пространстве на 30 световых лет. На основании размера остатка астрономы оценили его возраст: первое излучение от вспышки Сверхновой пришло на Землю несколько тысяч лет тому назад.

[skroznik]

Это скопление галактик в Геркулесе, архипелаг "островных вселенных" на расстоянии 650 миллионов световых лет. В этом скоплении много спиральных галактик, богатых газом и пылью, способствующих звездообразованию, но относительно мало эллиптических галактик, в которых мало газа и пыли и, следовательно, молодых звезд. На этом составном изображении звездообразующие галактики имеют голубой оттенок, а эллиптические - слегка желтоватый. Многие галактики из этого ансамбля испытывают столкновения друг с другом и сливаются, другие выглядят искаженными. Это свидетельствует о том, что галактики скопления часто взаимодействуют друг с другом. С течением времени такие столкновения, по-видимому, повлияют на состав скопления. Исследователи полагают, что скопление в созвездии Геркулеса очень похоже на молодые скопления галактик в ранней Вселенной, которые сейчас из-за расширения Вселенной уже удалились на значительные расстояния. Исследование типов галактик и их взаимодействий в близком скоплении в Геркулесе поможет прояснить детали эволюции галактик и скоплений галактик.



На этом фото вы видите один из самых больших объектов на небе - скопление Персей. Каждое туманное пятно представляет из себя галактику, а все вместе они входят в скопление Персей, одно из ближайших к нам скоплений галактик. На переднем плане - слабые звезды, принадлежащие Млечному Пути. Из этой области Вселенной свет доходит до нас за 300 млн. лет, поэтому мы видим скопление таким, каким оно было до появления на Земле динозавров. В центре скопления Персей находится мощный источник рентгеновского излучения Abell 426. Его исследование помогает астрономам понять процессы формирования скоплений галактик и взаимодействия газа с темной материей. Это скопление галактик в Персее входит в состав еще более крупного образования, суперскопления Рыбы-Персей, которое содержит более 1000 галактик и имеет размеры более 15 угловых градусов.

[skroznik]

Спиральная галактика NGC 3370 находится на расстоянии 100 миллионов световых лет от Солнца и видна на небе в созвездии Льва. По размерам и структуре она похожа на наш Млечный Путь. Это превосходное фото большой и красивой спиральной галактики, развернутой к нам своей плоскостью, получено на космическом телескопе им. Хаббла. По качеству и разрешению оно действительно является непревзойденным. На фото видны более далекие галактики фона. Изображение NGC 3370 оказалось настолько четким, что в этой галактике удалось исследовать индивидуальные пульсирующие звезды – цефеиды. С их помощью можно определить точное расстояние до галактики. Галактика NGC 3370 была выбрана для этого исследования, потому что в 1994 году в ней произошел взрыв сверхновой типа Ia, которая была хорошо изучена. Объединяя результаты определения рас-стояния до этой сверхновой, которая считается "стандартной свечой", с наблюдениями более далеких сверхновых, можно оценить размеры и скорость расширения всей Вселенной.

[skroznik]

В двойной звездной системе J0806, находящейся на расстоянии около 1600 световых лет, два плотных белых карлика обращаются один вокруг другого за 321 секунду. Интерпретируя результаты рентгеновских наблюдений, проведенных обсерваторией Чандра, астрономы утверждают, что впечатляюще короткий орбитальный период постоянно уменьшается, и звезды все больше сближаются. Хотя сейчас рас-стояние между ними составляет около 80 000 км, эти звезды должны слиться. Изображенная на этом рисунке "смертельная спираль" замечательной системы J0806 является следствием Общей теории относительности Эйнштейна, которая предсказывает, что белые карлики потеряют энергию своего орбитального движения в результате излучения гравитационных волн. Действительно, J0806 может быть одним из самых мощных источников гравитационных волн в нашей Галактике, и его излучение можно будет обнаружить с помощью будущих космических детекторов гравитационных волн.

[skroznik]

Как могли звезды образовать зловещий и такой узнаваемый рисунок человеческого черепа? В результате сложного процесса звездообразования возникают туманности самого различного вида и размера, а человеческое восприятие улавливает в них сходство с теми или иными предметами, в данном случае с черепом. Физические причины образования больших и почти пустых областей в туманности DR 6, напоминающих глаза и рот черепа, - сильный звездный ветер и мощное излучение от десятка ярких молодых звезд в центральной части туманности, напоминающей "нос". Длина центральной носовой перемычки ~3,5 светового года. Область звездообразования DR 6 расположена на расстоянии 4000 световых лет от Солнца. Данное изображение получено ИК-цветах на космическом телескопе им. Спитцера.