Перейти к содержимому

У ближайшей к Солнцу одиночной звезды есть экзопланета массой по крайней мере в 3.2 раза больше массы Земли — так называемая «сверхземля». Этот ледяной, тускло освещенный мир открыт в ходе одной из самых масштабных на сегодняшний день астрономических наблюдательных кампаний по данным, полученным на целом ряде телескопов по всему миру, в том числе и с знаменитым инструментом ESO, «охотником за планетами» HARPS. Обнаруженная планета – вторая из ближайших к Земле экзопланет, известных науке. Звезда Барнарда – самая быстролетящая из звезд нашего неба.

Зарегистрирована планета у звезды Барнарда, на расстоянии всего 6 световых лет от нас. Это открытие, о котором сообщается в статье, публикуемой сегодня в журнале Nature — результат осуществления проектов «Красные точки» и CARMENES: в рамках этих кампаний по поиску близлежащих каменистых экзопланет уже была открыта планета у Проксимы Центавра, нашего ближайшего звездного соседа.

Новая планета, обозначаемая «звезда Барнарда b», теперь вторая по близости к Земле из известных экзопланет [1]. Данные наблюдений говоря о том, что эта планета, вероятно, принадлежит к классу «сверхземель»: ее масса не менее 3.2 масс Земли, и она обращается вокруг материнской звезды примерно за 233 дня. Звезда Барнарда – красный карлик, холодная маломассивная звезда, очень тускло освещающая новооткрытый мир. Планета звезды Барнарда получает от своего светила всего 2% энергии, которую Земля получает от Солнца.

Несмотря на относительную близость к материнской звезде — примерно 0.4 расстояния между Землей и Солнцем — экзопланета лежит вблизи линии снега, границы, за которой летучие компоненты, такие, как водяной пар, могут конденсироваться в лед. В этом замороженном и темном мире температура, вероятно, близка к –170,  для жизни в известной нам форме эти условия нельзя назвать благоприятными.

Звезд Барнарда, названная в честь астронома E.E.Барнарда – ближайшая к Солнцу одиночная звезда. Эта звезда старая — вероятно, вдвое старше нашего Солнца — и относительно неактивная, но отличается самой большой видимой скоростью движения среди всех звезд, видимых на небе Земли [2]. «Сверхземли» - наиболее распространенный тип планет у таких маломассивных звезд, как звезда Барнарда, что лишний раз подтверждает достоверность сделанного открытия. Более того, современные теории образования планет предсказывают, что «линия снега» - идеальное место для формирования таких планет.

Предыдущие поиски планет у звезды Барнарда ни к чему не приводили. Прорыв был осуществлен только в результате объединения измерений на нескольких высокоточных инструментах, смонтированных на телескопах в разных частях мира [3].

“После очень тщательного анализа мы на 99% уверены, что открыли планету”, - говорит ведущий ученый группы Игнасий Рибас (Ignasi Ribas) из Института космических исследований Каталонии и Института наук о космосе Испании (CSIC). “Однако, мы продолжим наблюдения этой быстролетящей звезды, чтобы исключить возможные – хоть и крайне маловероятные – естественные вариации ее яркости, которые могли бы ошибочно быть интерпретированы как вызванные присутствием планеты”.

Среди инструментов, использованных при наблюдениях, были и знаменитые «охотники за планетами» ESO: спектрографы HARPS и UVES. “Приемник HARPS сыграл важнейшую роль в этом проекте. Мы объединили архивные данные, полученные другими исследователями, с новыми перекрывающимися измерениями звезды Барнарда, выполненными с разным оборудованием”, - рассказывает Гильем Англада Эскуде (Guillem Anglada Escude) из Университета Королевы Марии в Лондоне, еще один ведущий ученый в группе, получившей этот замечательный результат [4]. “Именно комбинация различных инструментов оказалась ключевым фактором в перекрестной проверке результатов измерений”.

Для поиска экзопланеты астрономы использовали эффект Допплера. Когда планета обращается вокруг звезды, ее притяжение заставляет звезду немного смещаться. Когда звезда движется от Земли, ее спектр испытывает красное смещение, то есть, длины волн в спектре немного увеличиваются, а когда звезда движется к Земле, длины волн ее излучения смещаются в короткую, голубую сторону.

Астрономы используют этот эффект, чтобы измерить изменения скорости звезды, вызванные присутствием экзопланеты, для чего нужна необыкновенная точность. Приемник HARPS способен регистрировать изменения скорости звезды в 3.5 км/ч, что примерно соответствует скорости человека при ходьбе. Такой способ «ловли» экзопланет называется методом лучевых скоростей. Этот метод впервые использован для регистрации «сверхземли» на столь далекой от материнской звезды орбите.

“Мы использовали наблюдения, выполненные с семью различными инструментами на протяжении 20 лет, получив таким образом один из самых протяженных и больших массивов данных, когда-либо использовавшихся для точных измерений лучевых скоростей”, - говорит Рибас. ”В результате объединения всех данных мы получили массив из 771 измерения — огромное количество информации!”

“Мы все очень много работали для того, чтобы добиться этого результата”, - резюмирует Англада-Эскуде. “Наше открытие стало возможно благодаря широкому сотрудничеству в рамках проекта «Красные точки», в котором участвовали исследовательские группы всего мира. И до сих пор в различных обсерваториях мира продолжаются наблюдения, идет сбор новых данных для подтверждения и уточнения наших выводов”.

Примечания
[1] Ближе к Солнцу, чем звезда Барнарда, только тройная звезда альфа Центавра. В 2016 году на телескопах ESO и других инструментах астрономы получили ясные доказательства существования планеты у ближайшей к Земле звезды Проксимы Центавра. Эта планета, находящаяся чуть больше, чем в четырех световых годах от Земли, была открыта группой Гиллема Англада Эскуде.

[2] Общая скорость звезды Барнарда относительно Солнца примерно 500 000 км/ч. Но, хоть эта скорость и огромна, есть и еще более быстрые звезды. Заметным делает движение звезды быстрота ее видимого с Земли смещения по небу среди других звезд – так называемого видимого движения. Звезда Барнарда проходит по небу расстояние, равное видимому диаметру лунного диска, за 180 лет — хоть это, как будто, и не очень впечатляет, все же это намного быстрее видимого движения любой другой звезды.

[3] В исследованиях были задействованы следующие инструменты: HARPS на 3.6-м телескопе ESO; UVES на VLT ESO; HARPS-N на Национальном телескопе Галилея; HIRES на 10-метровом телескопе Кека; PFS на 6.5-м телескопе Магеллана института Карнеги; APF на 2.4-м телескопе Ликской обсерватории; CARMENES в обсерватории Калар Альто. Дополнительные наблюдения были выполнены на 90-см телескопе обсерватории Сьера Невада, 40-см робот-телескопе обсерватории SPACEOBS и на 80-см телескопе Хуана Оро астрономической обсерватории Монтсек (OAdM).

[4] История открытия во всех подробностях будет рассказана на этой неделе в ESOBlog.

 

 

 

 

 

 

Сверхчувствительный приемник ESO GRAVITY позволил получить еще одно подтверждение устоявшегося представления о существовании сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. Новые наблюдения выявили скопления газа, с огромной скоростью – около 30% световой – несущиеся по круговой орбите в непосредственной близости от её горизонта событий. Это первый случай, когда вещество наблюдалось столь близко к «точке невозврата», и наиболее детальные на сегодняшний день наблюдения вещества, обращающегося по орбите, настолько близкой к черной дыре.

Используя приемник ESO GRAVITY на Очень Большом Телескопе (VLT) в режиме интерферометра, ученые из консорциума европейских институтов, в который входит и ESO [1], наблюдали вспышку инфракрасного излучения от аккреционного диска вокруг массивного объекта Стрелец A* в самом сердце Млечного Пути. Эти наблюдения стали долгожданным подтверждением того, что объект в центре нашей Галактики действительно, как это долго предполагалось, является сверхмассивной черной дырой. Вспышка была порождена веществом, находящимся на орбите, очень близкой к горизонту событий черной дыры. Таким образом, это самое детальное на сегодняшний день наблюдение вещества на столь близком расстоянии от черной дыры.

Большая часть вещества аккреционного диска — газового пояса вокруг Стрельца A*, вращающегося с релятивистской скоростью [2] — остается на своей орбите вокруг черной дыры. Однако, все, что окажется слишком близко к черной дыре, обречено: это вещество будет втянуто под горизонт событий. Наименьшее расстояние от черной дыры, на котором вещество еще может остаться не вовлеченным внутрь нее ее мощным тяготением, называется самой внутренней устойчивой круговой орбитой, и именно здесь произошла наблюдавшаяся вспышка.

"Просто сносит крышу, когда видишь в реале, как вещество вращается вокруг сверхмассивной черной дыры со скоростью 30% световой" – признается Оливер Пфуль (Oliver Pfuhl), ученый из MPE. "Фантастическая чувствительность приемника GRAVITY позволила нам наблюдать процесс аккреции в реальном времени в небывалых подробностях".

Эти измерения стали возможными только благодаря международному сотрудничеству и сверхсовременной технике [3]. Приемник GRAVITY, который помог осуществить это исследование, собирает световые потоки одновременно от всех четырех телескопов комплекса ESO VLT. В результате образуется виртуальный супер-телескоп с диаметром апертуры 130 метров. Именно так и удалось прозондировать ближайшие окрестности объекта Стрелец A*.

Ранее в этом же году тот же коллектив исследователей при помощи GRAVITY и другого приемника VLT, SINFONI, сумел точно измерить координаты звезды S2 в момент ее прохождения через область крайне мощного гравитационного поля объекта Стрелец A*. В результате впервые были зарегистрированы эффекты, предсказываемые общей теорией относительности Эйнштейна для столь экстремальной среды. Кроме того, во время прохождения S2 вблизи черной дыры наблюдалось сильное инфракрасное излучение.

"Мы тщательно отслеживали звезду S2 и, конечно, не спускаем глаз с объекта Стрелец A* ", -- говорит Пфуль. "И вот, во время наших наблюдений нам повезло зарегистрировать три ярких вспышки в окрестности черной дыры. Это было счастливым совпадением!"

Излучение, испускаемое высокоэнергетическими электронами в непосредственной близости к черной дыре, наблюдалось в виде трех исключительно ярких вспышек, параметры которых в точности соответствуют теоретическим предсказаниям для горячих пятен в окрестности черной дыры с массой в четыре миллиона солнечных масс [4]. По-видимому, причиной этих вспышек являются магнитные взаимодействия в очень горячем газе, обращающемся вокруг объекта Стрелец A* на очень близком расстоянии от него.

Руководитель исследования Райнхард Гензель (Reinhard Genzel) из Института внеземной физики Макса Планка (MPE) в Гархинге (Германия), говорит: "Это один из проектов, о которых мы всегда мечтали, но не смели поверить, что он мог бы осуществиться так скоро". Упомянув устоявшееся представление о том, что Стрелец A* является сверхмассивной черной дырой, Гензель заключил, что "полученный результат является ярким подтверждением парадигмы черной дыры".

Примечания
[1] Исследование было предпринято учеными из Института внеземной физики Макса Планка (MPE), Парижской обсерватории, Альпийского университета в Гренобле, CNRS, Института астрономии Макса Планка, Кёльнского университета, Португальского центра астрофизики и гравитации CENTRA и ESO.

[2] Релятивистскими скоростями называются скорости, при которых становятся заметными эффекты теории относительности Эйнштейна. В аккреционном диске вокруг объекта Стрелец A* газ движется со скоростью, составляющей примерно 30% скорости света.

[3] Приемник GRAVITY разработан коллаборацией в составе Института внеземной физики Макса Планка (Германия), LESIA (Парижская обсерватория–PSL/CNRS/Университет Сорбонна / Университет Дидро в Париже) и IPAG (Альпийский университет в Гренобле / CNRS -- Франция), Института астрономии Макса Планка (Германия), Кёльнского университета (Германия), Центра астрофизики и гравитации CENTRA (Португалия) и ESO.

[4] Солнечная масса – единица массы, используемая в астрономии. Она равна массе ближайшей к нам звезды, Солнца: 1.989 * 1030 кг. Другими словами, масса объекта Sgr A* в 1.3 триллиона раз больше массы Земли.

Узнать больше
Результаты исследования представлены в статье "Detection of Orbital Motions Near the Last Stable Circular Orbit of the Massive Black Hole SgrA*", под авторством коллаборации GRAVITY. Статья публикуется в журнале Astronomy & Astrophysics 31 октября 2018 г.

Состав коллаборации GRAVITY: R. Abuter (ESO, Garching, Germany), A. Amorim (Universidade de Lisboa, Lisbon, Portugal), M. Baubock (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Germany [MPE]), J.P. Berger (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, France [IPAG]; ESO, Garching, Germany), H. Bonnet (ESO, Garching, Germany), W. Brandner (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany [MPIA]), Y. Clenet (LESIA, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universites, UPMC Univ. Paris 06, Univ. Paris Diderot, Meudon, France [LESIA])), V. Coude du Foresto (LESIA), P. T. de Zeeuw (Sterrewacht Leiden, Leiden University, Leiden, The Netherlands; MPE), C. Deen (MPE), J. Dexter (MPE), G. Duvert (IPAG), A. Eckart (University of Cologne, Cologne, Germany; Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Germany), F. Eisenhauer (MPE), N.M. Forster Schreiber (MPE), P. Garcia (Universidade do Porto, Porto, Portugal; Universidade de Lisboa Lisboa, Portugal), F. Gao (MPE), E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE; University of California, Berkeley, California, USA), S. Gillessen (MPE), P. Guajardo (ESO, Santiago, Chile), M. Habibi (MPE), X. Haubois (ESO, Santiago, Chile), Th. Henning (MPIA), S. Hippler (MPIA), M. Horrobin (University of Cologne, Cologne, Germany), A. Huber (MPIA), A. Jimenez Rosales (MPE), L. Jocou (IPAG), P. Kervella (LESIA; MPIA), S. Lacour (LESIA), V. Lapeyrere (LESIA), B. Lazareff (IPAG), J.-B. Le Bouquin (IPAG), P. Lena (LESIA), M. Lippa (MPE), T. Ott (MPE), J. Panduro (MPIA), T. Paumard (LESIA), K. Perraut (IPAG), G. Perrin (LESIA), O. Pfuhl (MPE), P.M. Plewa (MPE), S. Rabien (MPE), G. Rodriguez-Coira (LESIA), G. Rousset (LESIA), A. Sternberg (School of Physics and Astronomy, Tel Aviv University, Tel Aviv, Israel, Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute, New York, USA), O. Straub (LESIA), C. Straubmeier (University of Cologne, Cologne, Germany), E. Sturm (MPE), L.J. Tacconi (MPE), F. Vincent (LESIA), S. von Fellenberg (MPE), I. Waisberg (MPE), F. Widmann (MPE), E. Wieprecht (MPE), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO, Garching, Germany), S. Yazici (MPE; University of Cologne, Cologne, Germany).

Европейская Южная Обсерватория (ESO, European Southern Observatory) -- ведущая межгосударственная астрономическая организация Европы, намного обгоняющая по продуктивности другие наземные астрономические обсерватории мира. В ее работе участвуют 16 стран: Австрия, Бельгия, Великобритания, Германия, Дания, Ирландия, Испания, Италия, Нидерланды, Польша, Португалия, Финляндия, Франция, Чешская Республика, Швейцария и Швеция, а также Чили, предоставившая свою территорию для размещения обсерваторий ESO, и Австралия, являющаяся ее стратегическим партнером. ESO проводит в жизнь масштабную программу проектирования, строительства и эксплуатации мощных наземных наблюдательных инструментов, позволяющих астрономам выполнять важнейшие научные исследования. ESO также играет ведущую роль в организации и поддержке международного сотрудничества в области астрономии. ESO располагает тремя уникальными наблюдательными пунктами мирового класса, находящимися в Чили: Ла Силья, Параналь и Чахнантор. В обсерватории Параналь установлен Очень Большой Телескоп ESO (The Very Large Telescope, VLT), способный работать в формате Очень Большого Телескопа-Интерферометра VLTI, и два крупнейших широкоугольных телескопа: VISTA, выполняющий обзоры неба в инфракрасных лучах, и обзорный телескоп оптического диапазона VLT (VLT Survey Telescope). ESO также является одним из основных партнеров по эксплуатации двух инструментов субмиллиметрового диапазона на плато Чахнантор: телескопа APEX и крупнейшего астрономического проекта современности ALMA. На Серро Армазонес, недалеко от Параналя, ESO ведет строительство 39-метрового Чрезвычайно Большого Телескопа ELT, который станет «величайшим оком человечества, устремленным в небо».

Текст переводил: Павел Головин

Астрономы, использующие Очень Большой Телескоп ESO, обнаружили космический титан, скрывающийся в ранней Вселенной

 


Международная команда астрономов, использующая инструмент VIMOS Очень Большого Телескопа ESO, обнаружила титановую структуру в ранней Вселенной. Этот протосверхскопление галактики, который они прозвали Гиперионом, был представлен новыми измерениями и сложным исследованием архивных данных. Это самая крупная и самая массивная структура, найденная в столь отдаленном времени и на расстоянии - всего 2 миллиарда лет после Большого взрыва.

Команда астрономов во главе с Ольгой Куччиати из Болонского Института Астрофизики (INAF) использовала инструмент VIMOS на Очень Большом Телескопе (VLT) ESO, чтобы идентифицировать гигантское прото-сверхскопление галактик, образующихся в ранней Вселенной, всего 2,3 миллиарда лет после Большого взрыва. Эта структура, которую исследователи прозвали Гиперионом, является самой крупной и массивной структурой, которая была обнаружена так рано в процессе формирования Вселенной [1]. Огромная масса протосверхскопления , по подсчетам, в миллион раз больше Солнца. Эта титановая масса похожа на массу самых больших структур, наблюдаемых сегодня во Вселенной, но обнаружение такого массивного объекта в ранней Вселенной удивило астрономов.

«Впервые такая большая структура была обнаружена при таком большом красном смещении, чуть более чем через 2 миллиарда лет после Большого взрыва», - пояснила первая авторская исследовательская работа Ольга Куччиати [2]. «Обычно такого рода структуры известны при меньших красных смещениях, что означает, что у Вселенной было гораздо больше времени для развития и создания таких огромных вещей. Было удивительно видеть, что это развивалось, когда Вселенная была относительно молода! »

Гиперион, расположенный в области COSMOS в созвездии Секстанов, был идентифицирован путем анализа огромного количества данных, полученных в результате сверхглубокой съемки VIMOS под руководством Оливье Ле Февра (Университет Экс-Марсель, CNRS, CNES). VIMOS Ultra-Deep Survey предоставляет беспрецедентную трехмерную карту распределения более 10 000 галактик в далекой Вселенной.

Исследователи обнаружили, что Гиперион имеет очень сложную структуру, содержащую, по крайней мере, 7 областей высокой плотности, связанных нитями галактик, и его размер сопоставим с соседними сверхскоплениями, хотя и имеет совершенно другую структуру.

«Сверхскопления ближе к Земле имеют тенденцию к гораздо более концентрированному распределению массы с четкими структурными особенностями», - объясняет Брайан Лемо, астроном из Калифорнийского университета, Дэвис и LAM, и один из руководителей группы, которая стояла за этим результатом. «Но в Гиперионе масса распределена гораздо более равномерно в серии связанных капель, населенных рыхлыми ассоциациями галактик».

Этот контраст, скорее всего, связан с тем фактом, что близлежащие сверхскопления обладали миллиардами лет гравитации, чтобы собирать вещество в более плотные области - процесс, который действует гораздо меньше в гораздо более молодом Гиперионе.

Учитывая его размеры, столь ранние в истории Вселенной, ожидается, что Гиперион превратится в нечто похожее на огромные структуры в локальной вселенной, такие как сверхскопления, составляющие Великую стену Слоана, или сверхскопление Девы, которое содержит нашу собственную галактику, Млечный Путь. «Понимание Гипериона и его сравнения с аналогичными недавними структурами может дать представление о том, как развивалась Вселенная в прошлом и будет развиваться в будущем, и дает нам возможность оспорить некоторые модели формирования сверхскопления», - заключила Куччиати. «Раскрытие этого космического титана помогает раскрыть историю этих крупномасштабных структур».

Заметки

[1] Название «Гиперион» было выбрано в честь Титана из греческой мифологии из-за огромных размеров и массы прото-суперкластера. Источником вдохновения для этой мифологической номенклатуры является ранее обнаруженный протокластер, найденный в Гиперионе и получивший название Колосс. Отдельным областям высокой плотности в Гиперионе были присвоены мифологические имена, такие как Тея, Эос, Селена и Гелиос, последние изображены на древней статуе Колосса Родосского.

Титановая масса Гипериона, в миллион миллиардов раз больше Солнца, в научных обозначениях составляет 1015 солнечных масс.

[2] Свет, достигающий Земли из чрезвычайно далеких галактик, занимал много времени, давая нам окно в прошлое, когда Вселенная была намного моложе. Эта длина волны этого света была расширена расширением Вселенной в течение ее путешествия, эффект, известный как космологическое красное смещение. Более удаленные, более старые объекты имеют соответственно большее красное смещение, что приводит к тому, что астрономы часто используют красное смещение и возраст взаимозаменяемо. Красное смещение Hyperion 2,45 означает, что астрономы наблюдали прото-сверхскопление, так как оно было 2,3 миллиарда лет после Большого взрыва.

Дополнительная информация

Это исследование опубликовано в статье «Потомство Космического Титана: массивный многокомпонентный прото-суперкластер в формировании при z = 2,45 в VUDS», который будет опубликован в журнале Astronomy & Astrophysics.

Команда, стоящая за этим результатом, состояла из О. Куччиати (INAF-OAS Болонья, Италия), Б. С.

 Текст переводил: Матвей Сунцов