Самые дальние космические объекты, наблюдаемые без телескопа
Посмотрев на ночное небо нетрудно понять, почему древние греки считали, что все звезды на ночном небе зафиксированы на небесной сфере. И вращаются вокруг Земли. Наблюдателю, находящемуся на Земле кажется, что все звезды находятся на строго фиксированных расстояниях друг от друга не небосводе. И при этом никогда не изменяют свое положение относительно друг друга.
Сегодня мы знаем, что Земля — это не центр космоса. Это всего лишь крошечный мир в огромной расширяющейся Вселенной…
Интересно, а какие космические объекты можно увидеть без помощи специальных инструментов? И на каком расстоянии они находятся от Земли?
Самая удаленная звезда, видимая невооруженным глазом
При современных условиях наблюдения за небом самая отдаленная звезда, которую можно увидеть без каких-либо больших трудностей, — это Денеб. Она находится в созвездии Лебедя. Расстояние до нее около 1550 световых лет. Это по одной методике. По другой — 3000 световых лет. Но, несмотря на трудности с точным определением расстояния до этой звезды, это все равно однозначно самая удаленная звезда, которую мы можем видеть. Денеб также входит в двадцатку самых ярких видимых звезд.
Считается, что в условиях идеального темного неба человеческий глаз может видеть объекты, имеющие значение звездной величины до +6. (Чем меньше это число, тем ярче объект. Солнце имеет звездную величину -26, полная Луна -12, Денеб — + 1,25 ). На вершине этой границы есть несколько звезд, которые, по разным оценкам, находятся дальше, чем Денеб. Например, μ Cephei, обнаруженная Гершелем, имеет звездную величину +4. И, по разным оценкам, находится на расстоянии 4300-9300 световых лет от нас. Но эту звезду, в отличие от Денеба, трудно разглядеть без телескопа даже в идеальных условиях.
Некоторые астрономы утверждают, что еще дальше, чем μ Cephei, находится переменная звезда V762 Cas. Ее можно увидеть в созвездии Кассиопеи. Она имеет величину 5,8, что в теории позволяет разглядеть ее без помощи специальных приборов. Но опять же только при идеальных условиях наблюдения. Считается, что расстояние до этой звезды составляет 16 000 световых лет. Однако расчеты носят весьма приблизительный характер. И основаны на устаревших данных. В каталоге Hipparcos 2007 говорится, что годовой параллакс этой звезды составляет 1,18 миллисекунды (с неопределенностью 0,45 миллисекунды). Это эквивалентно расстоянию 2760 световых лет (но из-за большой неопределенности оно может составлять от 2000 до 4465 световых лет). Миссия ESA Gaea, вероятно, в конечном итоге даст точное значение расстояния до V762 Cas.
Самый далекий космический объект, видимый невооруженным глазом
Галактики — это огромные города, полные звезд. И самая отдаленная из них, но все еще видимая невооруженным глазом, наблюдается здесь, в северном полушарии. Это галактика Андромеды. Она является самой большой галактикой в нашей локальной группе галактик, в которую входит Млечный путь и более 30 галактик поменьше. Галактика Андромеды находится на расстоянии 2,5 миллиона световых лет от нас. И имеет звездную величину +3,4. Поэтому ее вполне можно увидеть без оптического устройства, если над Вашей головой чистое ночное небо. Эта галактика не видна во всем Южном полушарии. Но зато здесь Вы можете увидеть Магеллановы Облака. Эти галактики — спутники нашего Млечного Пути. Большое Магелланово Облако имеет около 160 000 световых лет в поперечнике. А его звездная величина +0,9. Поэтому его легко можно разглядеть даже в небе с небольшим световым загрязнением.
Самая дальняя сверхновая
Когда большая звезда умирает, это событие может привести к взрыву сверхновой. Самая яркая и самая отдаленная сверхновая, когда-либо наблюдавшаяся с Земли без телескопа, — это сверхновая Кеплера. Этот взрыв был обнаружен Иоганном Кеплером в 1604 году. И первоначально ученый решил, что в созвездии Змееносца родилась новая звезда. Этот объект имел звездную величину -2,5. И был ярче, чем планеты. Но в течение нескольких недель заметно потускнел. Считается, что этот взрыв произошел на расстоянии около 20 000 световых лет от Земли в нашей галактике — Млечный Путь.
С помощью оптических устройств и телескопов, базирующихся в космосе, таких как орбитальная обсерватория Хаббл, мы можем обнаруживать объекты, которые находятся в глубоком космосе. И они никогда не будут видны невооруженным глазом. В апреле 2013 года широкоугольная камера Хаббла обнаружила одну из самых отдаленных сверхновых звезд, когда-либо зафиксированных. Эта сверхновая родилась на расстоянии 10 миллиардов световых лет от нас.
Видеть дальше
Благодаря телескопу Хаббл мы можем видеть не только далекие сверхновые, но и далекие галактики. В течение последних 10 лет Хаббл частенько заглядывал в космос в районе созвездия Печь в Южном полушарии. Данные, полученные от Хаббла, позволили астрономам обнаружить самый отдаленный из когда-либо наблюдавшихся объект — UDFj-39546284. Это галактика — представитель самого первого поколения подобных объектов в космосе. Расстояние до нее — более 13,2 миллиардов световых лет. В те времена когда свет, достигший наших глаз, покинул эту галактику, Вселенная была очень молода.
В космосе есть много далеких звезд, которых мы никогда не увидим. Потому что Вселенная продолжает расширяться. И все удаленные объекты продолжают улетать от нас со все увеличивающимися скоростями. Но даже среди тех объектов, которые продолжают быть доступными нам для наблюдения, можно сделать еще очень много интересных и важных открытий.
Источник
Дальние огни: обнаружены самые далекие звезды Млечного Пути
Точно так же, как каждая планета в Солнечной системе вращается вокруг Солнца, так же каждая звезда в Млечном Пути вращается вокруг большой черной дыры в центре нашей галактики. Но как далеко простирается Млечный Путь? Астрономы подобрались ближе к ответу на этот вопрос с открытием двух удаленных газовых гигантов.
«Это самые далекие звезды, которые мы когда-либо видели в Млечном Пути», — рассказал Джон Бочански из колледжа Хаверфорд, астроном, обнаруживший эти звезды. Эти же две звезды помогут зондировать неисследованную область космоса и помочь в оценке общей массы нашей галактики, которая плохо известна.
Обе звезды — красные гиганты, стареющие солнца, которые светят так ярко, что их довольно легко обнаружить. Одна звезда находится в 890 000 световых лет от Земли, в созвездии Рыб — в 33 раза дальше от центра Млечного Пути, чем мы. Единственный член Млечного Пути, который находится на сопоставимом расстоянии, — это небольшая галактика по имени Лео I, орбита которой проходит на расстоянии 850 000 световых лет от центра. Если бы звезда в созвездии Рыб двигалась по круговому пути так же быстро, как мы, ей бы понадобилось около 8 миллиардов лет, чтобы завершить одну орбиту вокруг галактики. Это больше, чем половина возраста Вселенной.
Другая новообретенная звезда находится в 780 000 световых лет от Земли в созвездии Близнецов и более чем в миллионе световых лет от другой звезды. Для сравнения, предыдущий рекорд звезда-одиночка поставила только в полумиллионе световых лет от Земли, если говорить о расстоянии.
Астроном Розмари Вайс из Университета Джон Хопкинса, которая не принимала участие в открытии, похвалила работу:
«Они доказали, что в глубинке есть звезды. И это завораживает. Проект только начался, поэтому, скорее всего, будет гораздо больше звезд. И это будет очень важно для целого ряда научных тем».
Чтобы искать удаленных резидентов Млечного Пути, команда Бочански начала с почти семи миллионов звезд, используя данные инфракрасного спектра для выбора тех, чьи цвета совпадают со спектральным типом M, которым обозначают холодные и красные звезды. Применяя другие критерии, астрономы сузили список до 404 звезд типа M. В прошлом ноябре Бочански получил спектры нескольких из них. Большинство оказались просто красными карликами — тусклыми слабыми солнцами рядом с галактическим диском — но пять оказались M-гигантами. Два из них были настолько тусклыми, что сразу стало понятно, что они крайне далеки от Земли. Об этом открытии 20 июля сообщил Astrophysical Journal Letters.
Однако открытие поднимает вопрос: «Что, во имя всех святых, гигант типа M делает там?», спрашивает Джон Норрис из Австралийского национального университета, независимый от исследования астроном. К концу своей жизни звезда типа этой расширяется и остывает; наше солнце станет желтым гигантом со спектром типа G, а потом оранжевым гигантом типа K, и только потом — холодным красным гигантом типа M. Но звезды в гало Млечного Пути — древнее население галактического диска — отличаются от Солнца, поскольку в них больше тяжелых элементов. Когда такие звезды становятся гигантами, они не остывают дальше типа K. Два гиганта типа M ненормально богаты металлами для нашего гало, будто миллионеры, живущие на бедной окраине города.
Возможно, они пришли из другой галактики. И действительно, примерно два десятка галактик вращаются самостоятельно. Два самых ярких спутника Млечного Пути — Большое и Малое магеллановы облака — содержат множество звезд, которые изобилуют тяжелыми элементами, и свободно добираются до красного типа M. В противовес, большинство других спутников настолько ничтожны, что им не хватает энергии для производства обилия тяжелых элементов, поэтому M-гигантов у них мало. По этой причине Бочански предположил, что два удаленных гиганта типа M могли взять свое начало из статистически крупной спутниковой галактики. Но такая галактика должна сильно светиться и быть заметной. Возможно, она распалась. Возможно, самые далекие M-гиганты являются самыми яркими звездами в галактиках, настолько рассредоточенных, что мы пока не знаем об их существовании.
В любом случае лишние звезды на таких гигантских расстояниях помогут вычислить массу Млечного Пути, поскольку чем более массивна галактика, тем быстрее звезды кружатся вокруг нее, и тем лучше для измерения общей массы подходят самые дальние звезды. Таким образом, даже при том, что новые звезды могут быть и не родными для Млечного Пути, они могут показать ее вес лучше, чем все многочисленные звезды нашей галактики, освещающие ее блестящий диск.
Источник
Самая далекая из всех известных звезд
Бесконечные дали и огромные расстояния становятся доступными в поле зрения современной техники. И астрономы теперь нацелены на небесные тела, которые находятся невообразимо далеко от нас. Но какая же звезда на сегодняшний день является рекордсменом по удаленности от Земли?
На этом снимке телескопа «Хаббл» самая далекая известная звезда видна как точка света. Фото: NASA, ESA, and P. Kelly (University of Minnesota)
Обычно астрономы могут различать отдельные звезды, выделяя их из звездных скоплений, на расстоянии до 100 миллионов световых лет — даже лучшие телескопы пока что не могут сделать больше. Но благодаря космической удаче, ученым удался более глубокий взгляд в космическую бездну. И теперь можно утверждать: самая дальняя звезда, из когда-либо увиденных ранее, — это голубой сверхгигант в девяти миллиардах световых лет от нас. Это наблюдение стало возможным благодаря тому обстоятельству, что скопление галактик на переднем плане очень сильно усилило свет этой звезды.
Во вселенной существуют миллиарды звезд, но астрономы обычно имеют возможность увидеть только те, которые находятся в нашем относительном космическом соседстве. На расстояниях примерно от 100 миллионов световых лет их свет доходит до нас уже слишком слабым, чтобы звезды можно было рассмотреть по отдельности даже с помощью самых мощных телескопов. Но иногда на помощь астрономам приходит счастливый случай, который зачастую и предусмотреть заранее невозможно: на передний план перед далеким источником света выплыла массивная галактика или галактическое скопление. Невероятная гравитация этого объекта переднего плана привела к тому, что свет удаленных объектов исказился и усилился — то есть она сыграла роль гигантской космической увеличительной линзы. Этот эффект гравитационной линзы делает видимыми галактики, сверхновые и другие источники яркого света, которые чрезвычайно далеки и, следовательно, очень стары.
Расстояние в девять миллиардов световых лет
Астрономы команды во главе с Патриком Келли из Университета Миннесоты смогли сделать свое рекордное открытие именно благодаря такой гравитационной линзе. Когда они нацелили космический телескоп «Хаббл» на скопления галактик MACS J1149 + 2223, удаленное от нас на пять миллиардов световых лет, они просто хотели поближе и подробнее рассмотреть далекую сверхновую. Оказалось, что этот звездный взрыв произошел в спиральной галактике за девять миллиардов световых лет от нас, непосредственно позади галактического скопления. Фактически, галактический кластер действовал как гравитационная линза, усиливая свет сверхновой.
Но, к своему удивлению, исследователи обнаружили там и вторую обращающую на себя внимание точку света. Как оказалось, это была одна необычно яркая звезда в той же галактике, что и сверхновая. А благодаря гравитационной линзе на переднем плане, ее свет был усилен в две тысячи раз. Этот свет стал видимым для телескопа, хотя и находился на расстоянии около девяти миллиардов световых лет от него. То есть в обычном случае ни один телескоп не был бы в состоянии различить свет этой звезды. «Эта звезда как минимум в 100 раз дальше, чем самая дальняя звезда, которую мы когда-либо могли наблюдать», — говорит Келли. Свет звезды происходит из периода лишь в 4,4 миллиарда лет после Большого взрыва.
Голубой гигант в двойном увеличении
Как сообщают астрономы, звезда под названием Lensed Star 1 (LS1) была увеличена не только общей гравитацией галактического скопления, но и неким тяжелым объектом в ней. Такое явление астрономы называют гравитационным микролинзированием. «Мы знаем, что это микролинзирование было вызвано звездой, нейтронной звездой или звездной черной дырой», — говорит соавтор исследования Стивен Родни из Университета Южной Каролины. Этот объект по своей массе равен примерно трем солнечным массам. Поскольку звезда находилась точно за этим объектом, обычно лишь примерно 50-кратное увеличение, достигаемое через скопления галактик, в этом случае усилилось до 2000-кратного — и только тогда удалось увидеть звезду LS1.
Из спектра света объекта LS1 астрономы пришли к выводу, что эта далекая звезда представляет собой голубой супергигант — голубоватую массивную звезду, поверхность которой нагрета до 11 000 — 14 000 градусов по Цельсию — более чем в два раза горячее Солнца. Такие звезды способны сиять в сотни тысяч раз ярче нашего Солнца. Тем не менее, без космического счастливого случая с эффектом двойной линзы звезда LS1 так и осталась бы невидимой для земных астрономов.
Источник
Квазары, гамма-всплески и скопления галактик: как изучают самые далекие космические объекты
Новая рекордно далекая галактика GN-z11 явственно показывает, что астрономы не стоят на месте и все дальше отодвигают границу неизвестного нам космоса. Рассказываем о самых далеких объектах космоса и как их изучают.
Квазары
Первый квазар, 3C 48, был обнаружен в конце 1950-х годов Алланом Сэндиджем и Томасом Метьюзом во время радиообзора неба. В 1963 году было известно уже 5 квазаров. Новый тип объектов объединяли некоторые аномальные свойства, которые на тот момент не могли быть объяснены.
Они испускали большое количество излучения широкого спектра, но большая их часть оптически не обнаруживалась, хотя в некоторых случаях удавалось идентифицировать слабый и точечный объект, похожий на далекую звезду.
Спектральные линии, которые идентифицируют химические элементы, из которых состоит объект, тоже были чрезвычайно странными и не поддавались разложению на спектры всех известных на тот момент элементов и их различных ионизированных состояний.
Самые далекие квазары благодаря своей гигантской светимости, превосходящей в сотни раз светимость обычных галактик, регистрируются с помощью радиотелескопов на расстоянии более 12 млрд световых лет.
Самый удаленный рентгеновский квазар, открытый СРГ и подтвержденный учеными из КФУ, находится на z=4,23. Статью об исследовании первой группы далеких квазаров СРГ на телескопе РТТ-150 недавно опубликовали в ведущем научном издании — «Письмах в астрономический журнал».
Пока обнаружили не более тысячи далеких квазаров. Последний — J0313-1806 — открыли на красном смещении 7,6. Несколько лет назад его включили в список кандидатов — по данным нескольких крупных обзоров. И вот теперь подтвердили.
Масса — 1,6 миллиарда солнечной. Свет от него шел к нам 13,1 миллиардов лет. Это значит, что мы получили снимок объекта, существовавшего спустя всего 670 миллионов лет после Большого взрыва. Получается, это еще и самый молодой квазар из известных нам. В его родной галактике наблюдали активное звездообразование.
Гамма-всплески
Из космологической природы гамма-всплесков ясно, что они должны иметь огромную энергию. Причем эта энергия выделяется за очень короткое время.
Наличие релятивистских джетов означает, что мы видим малую долю всех происходящих во Вселенной всплесков. Оценка их частоты составляет порядка одного всплеска на галактику раз в 100 000 лет.
События, порождающие гамма-всплески, настолько мощные, что иногда их можно наблюдать невооруженным глазом, хотя они происходят на расстоянии в миллиарды световых лет от Земли.
Механизм, в результате которого за столь короткое время в малом объёме выделяется столько энергии, до сих пор не вполне ясен. Наиболее вероятно, что он различен в случае коротких и длинных гамма-всплесков. На сегодняшний день различают два основных подвида ГВ: длинные и короткие, имеющие существенные различия в спектрах и наблюдательных проявлениях.
Так, длинные гамма-всплески иногда сопровождаются взрывом сверхновой звезды, а короткие — никогда. Есть и две основные модели, объясняющие эти два типа катаклизмов.
Эти события происходят в далеких галактиках на красном смещении от двух до четырех и больше. Колоссальное количество энергии выделяется за сто секунд. Согласно рабочей гипотезе, это вспышки гиперновых звезд массой в тысячу и больше солнечных. В нашей галактике таких массивных звезд нет. Вспышки звезд поменьше, 10–30 масс Солнца, называются сверхновыми. За тысячу лет истории человечества в нашей галактике вспышки сверхновых происходили лишь несколько раз. А гамма-всплески современные орбитальные телескопы регистрируют практически каждый день. Мы тоже около десяти лет наблюдали оптическое послесвечение этих событий с помощью телескопа РТТ-150 и опубликовали около сотни астрономических телеграмм совместно с российскими учеными из ИКИ РАН и турецкими коллегами.
Ильфан Бикмаев, профессор Казанского федерального университета
Скопление галактик
Интересную информацию о межгалактическом газе в скоплениях галактик дали радионаблюдения в метровом диапазоне длин волн. Они показали наличие в скоплениях галактик радиоисточников неправильной формы, обладающих компактной «головой» и длинным «хвостом».
Эти данные легко интерпретируются, если предположить, что радиоисточник — облако релятивистских электронов, излучающих синхротронным механизмом в магнитном поле, движется относительно межгалактического газа.
Наличие скорости приводит к тому, что лобовое давление сжимает радиоисточник с одной стороны («голова»), а уменьшение давления с другой стороны приводит к образованию протяженного «хвоста». В центральной части богатых световых галактик часто находятся мощные радиогалактики, излучение которых особенно интенсивно в метровом диапазоне длин волн.
В сантиметровом диапазоне излучение радиогалактик очень слабо. Здесь, однако, может проявить себя излучение компактных радиоисточников в ядрах галактик.
В скоплении между галактиками находится газ, разогретый до одного-двух миллионов градусов. Он излучает в рентгене и доступен для наблюдения «Спектром-РГ». Откуда этот газ, пока неизвестно. Возможно, притекает из галактик, когда там вспыхивают сверхновые, что подтверждают линии железа в рентгеновском спектре межгалактического газа. Этот тяжелый элемент нарабатывается долго в недрах звезд.
Ильфан Бикмаев, профессор Казанского федерального университета
Согласно астрономическим наблюдениям и теоретическим расчетам, видимое вещество, то есть звезды, газ и пыль — это всего лишь несколько процентов массы Вселенной. Четверть приходится на темную материю, остальное, почти 70%, принадлежит еще более таинственной субстанции — темной энергии.
Ради разгадки этих тайн ученые продвигаются все дальше в пространстве-времени, к исходной точке, с которой все началось.
Самая далекая галактика
Ученые открыли галактику GN-z11: это самый далекий объект в космосе. Как показывает открытие, современные техники наблюдения вполне позволяют надежно фиксировать спектральные линии даже столь редких в космосе элементов, как кислород и углерод у исключительно ранней галактики.
Это важно, потому что, рассматривая такие рекордно далекие объекты, мы погружаемся в далекое прошлое Вселенной и видим ее такой, какой она была в своей ранней молодости. Так, в случае GN-z11 мы наблюдаем свет из нашей Вселенной, когда ей было 420 миллионов лет — то есть меньше 5% ее текущего возраста.
Оказалось, что уже в эту раннюю эпоху существовали молодые, но достаточно массивные галактики, состоящие из нескольких миллионов звезд. Задача поиска еще более молодых (а если повезет, то самых молодых во Вселенной) галактик ляжет на плечи телескопа «Джеймс Уэбб», о запуске которого мы еще поговорим.
Как изучают самые далекие объекты?
В 2020 году был запущен канадский радиотелескоп CHIME, который совместно с американским радиотелескопом STARE2 установил точное происхождение всплеска FRB 200428 — он идет от уже известного магнитара, который находится в нашем Млечном пути.
Это открытие позволит не только лучше изучить строение этой удивительной подгруппы нейтронных звезд, но и найти еще не открытые магнитары — на сегодняшний день астрономам известно всего около 30 подобных объектов.
Запущенная в середине 2019 года флагманская обсерватория российской и германской астрономии «Спектр-РГ» завершила в середине июня первый, а в середине декабря — второй обзор неба в жестком рентгеновском диапазоне.
Данные каждого нового обзора складываются с предыдущими и позволяют увидеть все более тусклые объекты. Всего с момента запуска обсерватория обнаружила более тысячи новых источников рентгеновского излучения, практически удвоив их общее число.
В 1977 году он отправился в путешествие к внешним планетам солнечной системы. Космический корабль исследовал 4 планеты и стал единственным человеческим устройством, посетившим Нептун и Уран — с тех пор никто не мог добраться до этих планет.
Он не направляется к какой-либо конкретной звезде, но должен пролететь примерно в 4 световых годах от Сириуса.
«Новые горизонты» — единственный удаленный космический аппарат, запущенный в 2006 году, облетевший Плутон в 2015 году и MU69 в начале 2019 года.
В настоящее время (февраль 2021 года) находится примерно в 50 а. е. от Земли. Космический корабль «Новые горизонты» покинул гравитационное поле Земли с самой высокой скоростью в истории, а также стал самым быстродвижущимся искусственным телом вокруг Земли.
Источник