Згідно з новим дослідженням, проведеним дослідниками з Університетського коледжу Лондона та Університету Потсдама, дві масивні зірки в сусідній галактиці мають намір стати чорними дірами, які зрештою зіб’ються разом, створюючи хвилі в тканині простору-часу. Дослідження, прийняте для публікації в журналі Astronomy & Astrophysics, розглядало відому подвійну зірку (дві зірки, що обертаються навколо спільного центру тяжіння), аналізуючи світло зірок, отримане від ряду наземних і космічних телескопів.

Дослідники виявили, що зірки, розташовані в сусідній карликовій галактиці під назвою Мала Магелланова Хмара, частково контактують і обмінюються матеріалом одна з одною, причому одна зірка в цей момент «живиться» іншою. Вони обертаються одна над одною кожні три дні і є наймасивнішими торкаючимися зірками (відомими як контактні подвійні), які спостерігалися.

Порівнюючи результати своїх спостережень з теоретичними моделями еволюції подвійних зірок, вони виявили, що в найкращій моделі зірка, яка зараз харчується, стане чорною дірою та харчуватиметься своєю зіркою-компаньйоном. Зірка, що вижила, незабаром стане чорною дірою.

Ці чорні діри утворяться всього за пару мільйонів років, але потім будуть обертатися одна проти одної мільярди років, перш ніж зіткнутися з такою силою, що породять гравітаційні хвилі – брижі в тканині простору-часу, – які теоретично можна виявити за допомогою приладів на Землі.

Аспірант Метью Рікард (UCL Physics & Astronomy), провідний автор дослідження, сказав: «Завдяки детекторам гравітаційних хвиль Virgo та LIGO за останні кілька років було виявлено десятки злиття чорних дір. Але поки що нам ще належить спостерігати зірки, які, за прогнозами, колапсуватимуть у чорні діри такого розміру та зливатимуться в часовому масштабі, меншому за вік Всесвіту або навіть приблизно порівнянному з ним.

«Наша найкраща модель передбачає, що ці зірки зіллються у чорні діри через 18 мільярдів років. Знаходження зірок на цьому еволюційному шляху так близько до нашої галактики Чумацький Шлях дає нам чудову можливість дізнатися ще більше про те, як утворюються ці двійкові чорні діри». 

Співавтор Даніель Паулі, докторант Університету Потсдама, сказав: «Ця подвійна зірка є наймасивнішою контактною подвійною системою, яку спостерігали досі. Менша, яскравіша, гарячіша зірка, яка в 32 рази перевищує масу Сонця, наразі втрачає масу від свого більшого супутника, який має масу нашого Сонця в 55 разів».

Чорні діри, які сьогодні бачать злиття астрономів, утворилися мільярди років тому, коли у Всесвіті було менше заліза та інших важчих елементів. Частка цих важких елементів зросла в міру старіння Всесвіту, і це зменшує ймовірність злиття чорних дір. Це пояснюється тим, що зірки з більшою часткою важких елементів мають сильніші вітри, і вони швидше розносяться.

Добре вивчена Мала Магелланова Хмара, розташована приблизно за 210 000 світлових років від Землі, за примхою природи містить приблизно сьому від кількості заліза та інших важких металів у нашій галактиці Чумацький Шлях. У цьому відношенні він імітує умови далекого минулого Всесвіту. Але на відміну від старших, більш віддалених галактик, вона досить близька, щоб астрономи могли вимірювати властивості окремих і подвійних зірок.

У своєму дослідженні дослідники виміряли різні смуги світла, що надходить від подвійної зірки (спектроскопічний аналіз), використовуючи дані, отримані за кілька періодів часу інструментами на космічному телескопі Хаббл (HST) NASA та Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE). на Дуже великому телескопі ESO в Чилі, серед інших телескопів, у діапазоні хвиль від ультрафіолетового до оптичного та ближнього інфрачервоного.

За допомогою цих даних команда змогла розрахувати радіальну швидкість зірок, тобто рух, який вони здійснили до нас або від нас, а також їх масу, яскравість, температуру та орбіти. Потім вони зіставили ці параметри з найкращою еволюційною моделлю.

Їхній спектроскопічний аналіз показав, що велика частина зовнішньої оболонки меншої зірки була знята її більшим супутником. Вони також помітили, що радіус обох зірок перевищував їх пелюстки Роша – тобто область навколо зірки, де матеріал гравітаційно зв’язаний із цією зіркою – підтверджуючи, що частина матеріалу меншої зірки переливається та переходить до зірки-компаньйона.

Говорячи про майбутню еволюцію зірок, Рікард пояснив: «Спочатку менша зірка стане чорною дірою, лише через 700 000 років, через вражаючий вибух, який називається надновою, або вона може бути настільки масивною, що зруйнується в чорну діру. отвір без зовнішнього вибуху.

«Вони будуть неспокійними сусідами протягом приблизно трьох мільйонів років, перш ніж перша чорна діра почне нарощувати масу свого супутника, мстивши своєму супутнику».

Паулі, який проводив роботу з моделювання, додав: «Всього лише через 200 000 років, через мить в астрономічних термінах, зірка-компаньйон також колапсує в чорну діру. Ці дві масивні зірки продовжуватимуть обертатися навколо одна одної, обертаючись кожні кілька днів протягом мільярдів років.

«Поступово вони будуть втрачати цю орбітальну енергію через випромінювання гравітаційних хвиль, поки вони не обертатимуться навколо один одного кожні кілька секунд, нарешті зливаючись разом через 18 мільярдів років із величезним викидом енергії через гравітаційні хвилі».

Робота заснована на новому моделюванні та досліджує, як океани можуть існувати в малоймовірних місцях нашої Сонячної системи. Нове комп’ютерне моделювання та повторний аналіз даних «Вояджера» свідчать про те, що чотири з найбільших супутників Урана, ймовірно, мають океанські шари між ядрами та крижаною кіркою. Ізоляція та потенційні джерела тепла в мантіях супутників можуть сприяти збереженню тепла океану, тоді як незамерзаючі речовини, такі як хлориди, аміак і солі, ймовірно, у великій кількості в їхніх океанах.

Повторний аналіз даних космічного корабля NASA «Вояджер» разом із новим комп’ютерним моделюванням привів вчених NASA до висновку, що чотири з найбільших супутників Урана, ймовірно, містять шар океану між своїми ядрами та крижаною кіркою. Їхнє дослідження є першим, де детально описується еволюція внутрішнього складу та структури всіх п’яти великих супутників: Аріель, Умбріель, Титанія, Оберон і Міранда. Дослідники припускають, що чотири супутники містять океани глибиною в десятки миль.

Загалом, щонайменше 27 супутників оточують Уран, чотири найбільші — від Аріеля, діаметр якого становить 720 миль (1160 кілометрів), до Титанії, що має діаметр 980 миль (1580 кілометрів). Вчені давно вважали, що Титанія, враховуючи її розмір, швидше за все зберігає внутрішнє тепло, викликане радіоактивним розпадом. Інші супутники раніше вважалися занадто малими, щоб утримувати тепло, необхідне для запобігання замерзанню внутрішнього океану, особливо тому, що нагрівання, створене гравітаційним тяжінням Урана, є лише незначним джерелом тепла.

Десятирічне опитування Національної академії наук про планети та астробіологію 2023 року визначило пріоритет дослідження Урана. Готуючись до такої місії, планетологи зосереджуються на крижаному гіганті, щоб підкріпити свої знання про таємничу систему Урана. Нова робота , опублікована в Journal of Geophysical Research: Planets, може дати інформацію про те, як майбутня місія може досліджувати супутники, але стаття також має наслідки, які виходять за межі Урана, сказала провідний автор Джулі Кастільо-Рогез з Лабораторії реактивного руху НАСА в Південній Каліфорнії.

«Що стосується малих тіл — карликових планет і супутників — планетологи раніше знаходили докази існування океанів у кількох малоймовірних місцях, включаючи карликові планети Церера та Плутон , а також супутник Сатурна Мімас», — сказала вона. «Тож діють механізми, які ми до кінця не розуміємо. У цьому документі досліджується, що це може бути і як вони стосуються багатьох тіл у Сонячній системі, які можуть бути багаті водою, але мають обмежене внутрішнє тепло».

У дослідженні були переглянуті висновки прольотів НАСА «Вояджер-2» повз Уран у 1980-х роках і наземних спостережень. Автори створили комп’ютерні моделі, доповнені додатковими висновками NASA Galileo, Cassini, Dawn і New Horizons (кожен з яких відкрив океанські світи), включаючи розуміння хімії та геології супутника Сатурна Енцелада, Плутона та його супутника Харона та Церери. – усі крижані тіла приблизно такого ж розміру, як супутники Урану.

Що лежить зверху і знизу

Дослідники використовували це моделювання, щоб оцінити, наскільки пористими є поверхні супутників Урану, виявивши, що вони, ймовірно, достатньо ізольовані, щоб утримувати внутрішнє тепло, яке було б необхідне для розміщення океану. Крім того, вони виявили, що може бути потенційним джерелом тепла в кам’янистих мантіях супутників, які виділяють гарячу рідину, і допомагають океану підтримувати тепле середовище – сценарій, який особливо вірогідний для Титанії та Оберона, де океани можуть навіть бути достатньо теплим, щоб потенційно підтримувати життєздатність.

Досліджуючи склад океанів, вчені можуть дізнатися про матеріали, які також можуть бути знайдені на крижаних поверхнях супутників, залежно від того, чи були речовини підштовхнуті знизу геологічною активністю. Телескопи свідчать про те, що принаймні один із супутників, Аріель, має матеріал, який витік на його поверхню, можливо, з крижаних вулканів, порівняно недавно.

Насправді Міранда, внутрішній і п’ятий за величиною супутник, також має поверхневі особливості, які, здається, виникли нещодавно, що свідчить про те, що вона, можливо, утримувала достатньо тепла, щоб у певний момент підтримувати океан. Нещодавнє термічне моделювання показало, що Міранда навряд чи буде довго зберігати воду: вона надто швидко втрачає тепло і, ймовірно, зараз замерзла.

Але внутрішнє тепло не буде єдиним фактором, що впливає на океан під поверхнею Місяця. Ключовий висновок дослідження показує, що хлориди, а також аміак, ймовірно, у великій кількості містяться в океанах найбільших супутників крижаного гіганта. Давно відомо, що аміак діє як антифриз. Крім того, моделювання припускає, що солі, ймовірно присутні у воді, будуть іншим джерелом антифризу, який підтримує внутрішні океани тіл.

Звичайно, є ще багато питань щодо великих супутників Урана, сказав Кастільо-Рогес, додавши, що ще багато роботи потрібно зробити: «Нам потрібно розробити нові моделі для різних припущень щодо походження супутників у, щоб керувати плануванням майбутніх спостережень».

Дослідження того, що лежить під і на поверхні цих супутників, допоможе вченим та інженерам вибрати найкращі наукові інструменти для їх дослідження. Наприклад, визначення того, що аміак і хлориди можуть бути присутніми, означає, що спектрометри, які виявляють сполуки за відбитим світлом, повинні використовувати діапазон довжин хвиль, який охоплює обидва типи сполук.

Крім того, вони можуть використовувати ці знання для розробки інструментів, які можуть досліджувати глибину рідини. Пошук електричних струмів, які сприяють магнітному полю Місяця, як правило, є найкращим способом знайти глибокий океан, як це зробили вчені місії Галілео на супутнику Юпітера Європі. Проте холодна вода у внутрішніх океанах супутників, таких як Аріель і Умбріель, може зробити океани менш здатними переносити ці електричні струми, і стане новим викликом для вчених, які працюють над з’ясуванням того, що лежить під ними.

Галактика-медуза, JO175, здається висить на цьому зображенні, зробленому космічним телескопом Хаббл NASA/ESA. Ця галактика розташована на відстані понад 650 мільйонів світлових років від Землі в сузір’ї Телескопа, що має відповідну назву, і була знята з кришталево чіткими деталями ширококутною камерою Хаббла  3. Кілька більш віддалених галактик ховається по всій сцені, а яскрава чотирикутна зірка лежить внизу праворуч.

Галактики-медузи отримали свою незвичайну назву завдяки вусикам газу та пилу, що утворюють зірки, які тягнуться за ними, як мацак медузи. Ці яскраві вусики містять згустки утворення зірок і надають галактикам-медузам особливо вражаючого вигляду. На відміну від своїх однофамільців, що живуть в океані, галактики-медузи живуть у скупченнях галактик, і тиск розрідженої перегрітої плазми, яка пронизує ці скупчення галактик, є тим, що витягує характерні вусики галактик-медуз.

Хаббл нещодавно завершив глибоке занурення в скупчення медуз, зокрема, у згустки газу та пилу, що утворюють зірки, які вкривають їхні вусики. Вивчаючи походження та долю зірок у цих згустках, астрономи сподівалися краще зрозуміти процеси, що лежать в основі утворення зірок в інших частинах Всесвіту. Цікаво, що їхні дослідження показують, що утворення зірок у дисках галактик подібне до утворення зірок в екстремальних умовах, які спостерігаються в вусиках галактик-медуз.