Рубрика: Космос

Міжнародна група астрономів повідомляє про відкриття нової екзопланети «супер-Земля» за допомогою супутника NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Новознайдений інопланетний світ, позначений TOI-1680 b, приблизно на 50% більший за Землю та обертається навколо зірки М-карлика, розташованої приблизно за 120 світлових років від нас. Відкриття було детально описано в статті, опублікованій 11 липня на сервері препринтів arXiv.

TESS проводить дослідження близько 200 000 найяскравіших зірок поблизу Сонця з метою пошуку транзитних екзопланет. Наразі він ідентифікував майже 6700 екзопланет-кандидатів (TESS Objects of Interest, або TOI), з яких 363 підтверджені.

У недавній дослідницькій роботі група астрономів під керівництвом Мурада Гашуї з Університету Льєжа, Бельгія, підтвердила ще один TOI, який спостерігав TESS. Ghachoui та його колеги повідомляють, що транзитний сигнал був ідентифікований у кривій блиску неактивного М-карлика, відомого як TOI-1680. Планетарна природа цього сигналу була підтверджена подальшою наземною фотометрією, зображеннями з високою роздільною здатністю та спектроскопічними спостереженнями.

«Ми повідомили про відкриття та початкову характеристику TOI-1680 b, суперземлі, що обертається навколо слабкого карлика середнього масштабу (V=15,87)», — пишуть дослідники в статті.

TOI-1680 b має радіус 1,46 радіуса Землі та прогнозовану масу приблизно 3,18 маси Землі, що дає середню щільність 5,5 г/см ³ . Планета обертається навколо зірки-господаря кожні 4,8 дня на відстані приблизно 0,03 астрономічних одиниць від неї. Рівноважна температура TOI-1680 b оцінюється в 404 K.

Батьківська зірка TOI-1680 (також відома як TIC 259168516) є слабкою та неактивною зіркою спектрального типу M4.5. Він приблизно в п’ять разів менший і менший за Сонце. Розрахована відстань до TOI-1680 становить 121 світловий рік, а ефективна температура зірки — близько 3211 К.

Дослідження показало, що TOI-1680 b має спектроскопічну метрику пропускання (TSM) на рівні 7,82. Цей результат свідчить про те, що TOI-1680 b може бути підходящою мішенню для вивчення характеристик атмосфери за допомогою приладу NIRSpec/PRISM на борту космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST).

«Згідно з метрикою спектроскопії пропускання (TSM) Кемптона та інших (2018), TOI-1680 b може бути перспективним кандидатом для визначення характеристик атмосфери за допомогою JWST… Зокрема, серед 63 цілей TOI-1680 b займає тринадцяте місце як найбільш придатна ціль для цих досліджень», — зазначили автори статті.

Окрім досліджень характеристик атмосфери, команда Гачуї пропонує вимірювання радіальної швидкості TOI-1680 b за допомогою оптичного ешелле-спектрографа MAROON-X з високою роздільною здатністю, що живиться волокном, на 8,1-метровому телескопі Gemini North. Таке дослідження повинно забезпечити безпосереднє вимірювання маси, яке буде вирішальним для визначення складу цієї планети. Джерело

Під час останнього року місії NASA Mars InSight сильний землетрус дозволив дослідникам з ETH Zurich визначити глобальну товщину та щільність кори Марса. Марсіанська кора виявилася значно товстішою, ніж земна чи місячна, а основним джерелом тепла планети є радіоактивність.

У травні 2022 року Служба землетрусів ETH Zurich виявила найсильніший землетрус, який коли-небудь фіксувався на небесних тілах, окрім Землі. Ця подія, яка мала приблизну магнітуду 4,6, була задокументована на поверхні Марса за допомогою сейсмометра, встановленого в рамках NASA Mars. Місія InSight.

«Цей землетрус викликав сильні сейсмічні хвилі, які поширювалися поверхнею Марса», — каже Дойон Кім, сейсмолог з Інституту геофізики ETH Zurich.

Поверхневі хвилі пропонують глобальну перспективу

Після більш ніж трьох років щоденного моніторингу та зниження рівня потужності на сейсмометрі InSight дослідники отримали дані про значний землетрус. Поверхневі хвилі, які спостерігалися під час цього великого землетрусу, не лише поширювалися від джерела землетрусу до вимірювальної станції, вони також продовжували обертатися навколо всієї планети кілька разів. Ці дані не тільки дали інформацію про конкретні області Марса, але й дозволили отримати глобальний огляд планети.

«Від цього землетрусу, найбільшого землетрусу, зареєстрованого за всю місію InSight, ми спостерігали поверхневі хвилі, які охопили Марс до трьох разів», — говорить сейсмолог і провідний автор дослідження, щойно опублікованого в журналі Geophysical Research Letters .

Щоб отримати інформацію про структуру, через яку пройшли хвилі, дослідники виміряли, наскільки швидко ці хвилі поширюються на різних частотах.

Топографічна карта поверхні Марса (ліворуч) і зображення товщини земної кори (праворуч). Авторство зображення: наукова команда MOLA / Дойон Кім, ETH Zurich

Ці сейсмічні швидкості дозволяють зрозуміти внутрішню структуру на різних глибинах. Раніше спостережувані поверхневі хвилі від ударів двох великих метеоритів також дозволяли знайти регіональні знахідки вздовж їхніх конкретних шляхів поширення.

«Тепер у нас є сейсмічні спостереження, які представляють глобальну структуру», — каже Кім.

Порівняння даних з Марса з даними Землі та Місяця

Поєднавши нещодавно отримані результати з наявними даними про гравітацію та топографію Марса, дослідники змогли визначити товщину марсіанської кори. У середньому вона становить від 42 до 56 кілометрів (26-35 миль). В середньому кора найтонша в ударному басейні Ісідіс на відстані ~10 км (6 миль), а найтовща в провінції Фарсіс на відстані ~90 км (56 миль).

Щоб пояснити це в перспективі, сейсмічні дані вказують на те, що земна кора має середню товщину від 21 до 27 кілометрів (13-17 миль), тоді як місячна кора, як визначено сейсмометрами місії «Аполлон», становить від 34 до 43 кілометрів (21-17 миль). 27 миль) товщиною.

«Це означає, що марсіанська кора набагато товщі, ніж земна чи місячна», — каже Кім. Як правило, менші планетні тіла в нашій Сонячній системі мають більш товсту кору, ніж більші тіла. Кім пояснює: «Нам пощастило спостерігати цей землетрус. На Землі нам було б важко визначити товщину земної кори, використовуючи ту саму силу землетрусу, що стався на Марсі. Хоча Марс менший за Землю, він транспортує сейсмічну енергію ефективніше».

Один з найважливіших результатів цього дослідження стосується різниці між північною та південною півкулями Марса. Цей контраст спостерігався стільки часу, скільки існують телескопи; це особливо видно на зображеннях супутників Марса. Північна півкуля Марса складається з плоских низовин, а на півдні є високі плато. Поділ між північними низовинами та південними нагір’ями називають марсіанською дихотомією.

Подібна щільність кори і радіоактивне тепло

«Можна подумати, що цю різницю можна пояснити двома різними композиціями порід, — каже Кім. — Одна порід буде щільнішою за іншу». Хоча склад може бути однаковим на півночі та півдні, товщина земної кори різна. Якщо кора товща на півдні, під нею буде менш щільний матеріал марсіанської мантії, тоді як більш тонка кора на півночі матиме більше цього щільного, важчого матеріалу.

Що саме вдалося довести дослідникам? «Грунтуючись на сейсмічних спостереженнях і гравітаційних даних, ми показуємо, що щільність земної кори на північних низинах і південних нагір’ях подібна», – пишуть вони. Навпаки, кора в південній півкулі простягається на більшу глибину, ніж у північній півкулі. «Це відкриття є дуже захоплюючим і дозволяє покласти край давній науковій дискусії про походження та структуру марсіанської кори», — говорить Кім. Зрештою, аналіз падіння метеоритів на Марс минулого року вже дав докази того, що кори на півночі та півдні зроблені з одного матеріалу.

Подальші висновки також можна зробити з товстої марсіанської кори. «Наше дослідження показує, як планета генерує тепло, і пояснює термічну історію Марса», — каже Кім. Будучи планетою з однією пластиною, основним джерелом тепла, що утворюється в надрах Марса сьогодні, є результат розпаду радіоактивних елементів, таких як торій, уран і калій. Дослідження показало, що від 50 до 70 відсотків цих елементів, що виробляють тепло, знаходяться в корі Марса. Таке велике накопичення могло б пояснити, чому існують місцеві регіони, де процеси танення можуть відбуватися й сьогодні. Джерело

Завдяки законам фізики існує два основних правила щодо телескопів. Перший полягає в тому, що чим більша основна лінза або дзеркало, тим вища роздільна здатність вашого телескопа. По-друге, лінзи та дзеркала мають бути вигнутими, щоб сфокусувати світло на зображенні. Отже, якщо вам потрібен космічний телескоп, достатньо чутливий, щоб побачити атмосферу далеких екзопланет, вашому телескопу знадобиться велике вигнуте дзеркало або лінза. Але жодна з цих речей технічно не відповідає дійсності, як демонструє нещодавно запропонований дизайн телескопа.

Вимоги до телескопів з високою роздільною здатністю є реальними, але є способи їх трохи обійти. Наприклад, сучасні оптичні телескопи використовують великі дзеркала, які важко виготовити у справді великих розмірах. Ось чому нові обсерваторії використовують комбінацію менших шестикутних дзеркал замість одного великого. Навіть космічний телескоп Джеймса Вебба використовує кілька дзеркал у тандемі. В оптичних телескопах усі дзеркала згруповані разом, але це не обов’язково.

Необхідний розмір дзеркала залежить від довжини хвилі світла, яке ви використовуєте. Довжина хвилі оптичного світла становить кілька сотень нанометрів, тому навіть дзеркало шириною 4 метри дає вам дуже детальне зображення небес. Довжина радіохвиль набагато більша, від міліметрів до кількох метрів, і радіодзеркало має мати кілометри завширшки, щоб створити зображення з високою роздільною здатністю. Тож сучасні радіотелескопи, такі як Atacama Large Millimeter Array (ALMA), використовують ряд антенних тарілок. Об’єднуючи дані за допомогою процесу, відомого як кореляція, масив може працювати як один великий віртуальний телескоп. Радіоастрономи використали цю техніку для створення телескопа горизонту подій (EHT) розміром із Землю, який може спостерігати надмасивну чорну діру в іншій галактиці.

Оптичні обсерваторії також можуть використовувати ряд телескопів для створення великого віртуального, але набагато коротші довжини хвилі видимого світла ускладнюють це на Землі. Навіть найменша вібрація землі може зрушити ваші телескопи з орієнтації. Але в космосі вібрація не є великою проблемою, тому ми могли б побудувати великі оптичні масиви та запустити їх на орбіту. Є кілька інженерних проблем, але одна велика полягає в тому, що телескопи з вигнутими лінзами або дзеркалами важкі, тому їх запуск десятків є непомірно дорогим.

Увійдіть до космічної обсерваторії Nautilus (NSO). Запропонована місія передбачає використання масиву з 35 8-метрових телескопів. Працюючи разом як єдиний віртуальний масив телескопів, NSO зможе аналізувати атмосферу понад тисячі земних світів. Замість того, щоб використовувати криві дзеркала, кожен телескоп буде використовувати велику лінзу. Але замість того, щоб використовувати важку вигнуту лінзу, кожна з них використовувала б плоску.

Це можливо завдяки фізичному трюку. Хоча лінзи мають бути вигнутими, щоб сфокусувати світло, заломлення виконує лише поверхня лінзи. Вам не потрібен весь товстий матеріал за вигнутою поверхнею, тому ви можете просто мати кільця зігнутих секцій з плоскою підкладкою. Цей трюк вперше популяризував французький фізик Огюстен-Жан Френель і тепер називається лінзами Френеля. Лінзи Френеля вперше використовувалися на маяках, але зараз використовуються в усьому, від проекторів до гарнітур VR. Їх можна зробити настільки тонкими, що ви навіть можете отримати гнучкі пластикові листи. Причина, чому їх не використовували в оптичній астрономії, полягає в тому, що їх сегментований дизайн зазвичай дає зображення, які є занадто нечіткими для телескопів. Пропозиція NSO подолала цю проблему, створивши лінзу Френеля без нечітких зображень.

Замість того, щоб просто використовувати кільцеві ділянки вигнутої поверхні лінзи, у новій конструкції використовується складний вигравіруваний візерунок на лінзі, який використовує переваги оптичної дифракції. У результаті світло фокусується в одній точці, що забезпечує чітке зображення. Ця конструкція масштабується, тому великі об’єктиви залишаються плоскими та легкими.

Завдяки такому дизайну лінз телескопи NSO можуть бути набагато легшими за звичайні космічні телескопи. Телескопи також можна скласти в плоский пакет, щоб десятки телескопів можна було запускати одночасно, що робить обсерваторію економічно ефективною. Пройдуть десятиліття, перш ніж космічну обсерваторію «Наутілус» можна буде побудувати та запустити. Але ця пропозиція показує, що в майбутньому космічні телескопи стануть потужним інструментом для астрономів. Джерело

Астрономи виявили найвіддаленіше «розслаблене» скупчення галактик на сьогоднішній день — найдальше скупчення з коли-небудь помічених, яке не порушується сильними зіткненнями з іншими скупченнями галактик. Це відкриття прокладає шлях до вивчення того, як і коли утворюються деякі з цих гігантських структур і чому Всесвіт виглядає так, як він виглядає сьогодні.

Щоб знайти це далеке й молоде скупчення галактик, групи вчених використовували дані рентгенівської обсерваторії Чандра НАСА, космічного телескопа Спітцера, що залишився в експлуатації, телескопа Південного полюса Національного наукового фонду/Департаменту енергетики та проекту дослідження темної енергії в Чилі. Вони повідомили про результати в серії з трьох робіт.

Це скупчення галактик під назвою SPT-CL J2215-3537 (скорочено SPT2215) знаходиться на відстані приблизно 8,4 мільярдів світлових років від Землі, і його можна побачити, коли вік Всесвіту становить лише 5,3 мільярда років, у порівнянні з його поточним віком у 13,8 мільярда років. Це означає, що SPT2215 отримав фору у своєму формуванні порівняно з іншими скупченнями подібного розміру, і що він «рухався» протягом останнього мільярда років, дозволяючи йому розслабитися. За оцінками астрономів, маса скупчення приблизно в 700 трильйонів разів перевищує масу Сонця.

Скупчення галактик — це сукупність від десятків до сотень галактик разом із величезною кількістю гарячого газу та темної матерії, що заповнюють простір між галактиками, і всі вони утримуються силою тяжіння. Цей газ, який має температуру в мільйони градусів і випромінює рентгенівське випромінювання, може діяти як індикатор того, що відбувається з кластером.

Скупчення галактик з часом ростуть, зливаючись з іншими скупченнями або групами галактик, викликаючи порушення в газі скупчення, такі як асиметрія або гострі риси. Проте, маючи достатньо часу для «розслаблення» без злиття, газ може набути гладкого, спокійного вигляду.

«До цих пір ми не бачили такого віддаленого розслабленого скупчення галактик, як SPT2215», — сказав Майкл Калзаділла з Массачусетського технологічного інституту (MIT), провідний автор останньої з трьох робіт, яка підтвердила, що скупчення є розслабленим, і повідомляє про інші ключові властивості скупчення.

У центрі SPT2215 знаходиться велика галактика, у центрі якої знаходиться гігантська чорна діра. Стаття Кальзаділли виявила величезну кількість нових зірок, що утворюються в цій великій галактиці. Утворення зірок у центральній галактиці скупчення відбувається за рахунок охолодження гарячого газу, коли скупчення стає розслабленим.

На швидкість охолодження газу для утворення зірок впливає поведінка гігантської чорної діри в центрі скупчення. Якщо чорна діра викликає занадто багато потужних спалахів, більшість газу в скупченні не охолоне настільки, щоб утворити потік нових зірок. На відміну від більшості розслаблених скупчень, які спостерігаються за допомогою Чандри, гігантська чорна діра в SPT2215, здається, не перешкоджає такому охолодженню.

«Схоже, що чорна діра в SPT2215 досить тиха, щоб дозволити зореутворенню процвітати», — сказав Майкл Макдональд, також з MIT, який є співавтором усіх трьох робіт.

Ще однією ключовою особливістю SPT2215 є ізоляція його центральної галактики. Немає інших галактик у радіусі приблизно 600 000 світлових років, які були б настільки ж яскравими чи протяжними. Це означає, що кластер не зазнав злиття з іншим кластером приблизно за останній мільярд років, що є ще одним доказом того, що SPT2215 розслаблений.

Вчені не були впевнені, що знайдуть скупчення галактик, яке було розслабленим у цю епоху Всесвіту, тому що вони зазвичай все ще переживають неспокій злиття з іншими скупченнями або групами галактик, коли вони збільшуються в розмірі.

«Той факт, що це скупчення настільки масивне, що так рано у Всесвіті, свідчить про справді захоплюючу, швидку історію формування», — сказав Ліндсі Блім з Аргонської національної лабораторії Міністерства енергетики США в Лемонті, штат Іллінойс, чия команда вперше повідомила про виявлення скупчення в 2020 році в першій із трьох публікацій. «Однак той факт, що він розслаблений, свідчить про протилежне. Це було б схоже на те, що знайти охайну кухню відразу після обіду».

Ці результати на SPT2215 добре збігаються з результатами космічного телескопа Джеймса Вебба NASA, який показав, що галактики формуються в дуже ранньому віці.

«Спокійні кластери, такі як SPT2215, є одним із покажчиків, які використовувалися для вимірювання розширення Всесвіту», — сказав Адам Манц зі Стенфордського університету, який вперше повідомив про розслаблений статус SPT2215, використовуючи дані Chandra у 2022 році, у другій статті. «Додавання таких віддалених об’єктів до нашої вибірки розслаблених скупчень дозволяє нам краще стримувати прискорення космічного розширення та властивості темної енергії, яка його приводить». Джерело

Двоє вчених із Південно-західного науково-дослідного інституту (SwRI) були членами групи космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST), яка спостерігала величезний шлейф водяної пари, що тягнеться понад 6000 миль — відстань, порівнянну з відстанню між США та Японією — вивергається з поверхню супутника Сатурна Енцелада. Це видатне відкриття, зроблене під час 1-го циклу NASA JWST, призвело до того, що доктору Крістоферу Глейну з SwRI було надано дозвіл на 2-й цикл для дослідження як шлейфу, так і важливих хімічних сполук на поверхні, щоб краще зрозуміти можливу придатність для життя цього океанічне небесне тіло.

Під час ретельного 13-річного дослідження системи Сатурна космічний корабель Cassini встановив існування підземного океану рідкої води на Енцеладі. Космічний корабель проаналізував зразки, коли шлейфи крижаних крупинок і водяної пари виривалися в космос із тріщин на крижаній поверхні Місяця.

«Енцелад є одним із найдинамічніших об’єктів у Сонячній системі та є головною мішенню для пошуку життя за межами Землі», — сказав Глейн, провідний експерт із позаземної океанографії. Він є співавтором статті, нещодавно прийнятої Nature Astronomy . «За роки, відколи космічний корабель НАСА «Кассіні» вперше подивився на Енцелад, ми не перестаємо дивуватися тому, що відбувається на цьому незвичайному Місяці».

Знову ж таки, останні спостереження, зроблені за допомогою спектрографа ближнього інфрачервоного діапазону Вебба, дали чудові результати.

«Коли я дивився на дані, я спочатку думав, що я помилявся, це було просто шокуюче відобразити шлейф, діаметр якого більш ніж у 20 разів перевищує діаметр Місяця», — сказав Джеронімо Вільянуева з Центру космічних польотів імені Годдарда NASA. і провідний автор останньої статті. «Шлейф простягається далеко за межі того, що ми могли собі уявити».

Чутливість Вебба розкриває нову історію про Енцелад і те, як він живить водою всю систему Сатурна та його кілець. Коли Енцелад обертається навколо газового гіганта всього за 33 години, Місяць вивергає воду, залишаючи за собою ореол, майже як пончик. Шлейф не тільки величезний, але й вода поширюється по щільному E-кільцю Сатурна. Дані JWST показують, що приблизно 30 відсотків води залишається в сліді Місяця, тоді як інші 70 відсотків витікають, щоб забезпечити решту системи Сатурна.

«Спостереження Вебба вперше наочно ілюструють, як шлейфи водяної пари Місяця відіграють роль у формуванні тора», — сказала доктор Сільвія Протопапа з SwRI, експерт з аналізу складу крижаних тіл на Сонці. системи, який також був у команді циклу 1. «Це служить приголомшливим свідченням надзвичайних здібностей Вебба. Я дуже радий бути частиною команди циклу 2, коли ми починаємо пошуки нових ознак придатності для проживання та активності шлейфів на Енцеладі».

Підштовхнутий неймовірними відкриттями, зробленими Веббом під час першого швидкоплинного погляду на Енцелад, Глейн очолює ту саму команду, яка знову спостерігатиме за Енцеладом з JWST наступного року.

«Ми будемо шукати конкретні показники придатності для життя, такі як органічні ознаки та перекис водню», — сказав Глейн. «Пероксид водню особливо цікавий, оскільки він може забезпечити набагато потужніші джерела метаболічної енергії, ніж те, що ми ідентифікували раніше. «Кассіні» не дав нам чіткої відповіді щодо наявності таких сильних окислювачів на Енцеладі».

Нові спостереження забезпечать найкращу дистанційну можливість шукати індикатори придатності для проживання на поверхні, підвищуючи співвідношення сигнал/шум до 10 разів порівняно з циклом 1. Розуміння мінливості викиду газів у часі також важливо для план майбутніх планетарних наукових місій, спрямованих на шлейф.

«Вебб може служити мостом між «Кассіні» та запропонованою місією пошуку життя, Орбіландер», — сказав Глейн. «Після циклу 2 ми матимемо краще уявлення про те, чи зразки океану широко поширені на поверхні Енцелада, а не лише біля південного полюса. Ці наступні спостереження можуть допомогти нам визначити, чи може Орбіландер отримати доступ до зразків океану поблизу екватора, що може допомогти нам швидше повернутися на Енцелад». Джерело