Нещодавно запропонована силова установка теоретично може вивести важкий космічний корабель за межі нашої Сонячної системи менш ніж за 5 років – досягнення, на досягнення якого історичному зонду «Вояджер-1» знадобилося 35 років. Концепція, відома як «пеллетно-променева» установка, на початку цього року отримала грант NASA у розмірі $175 000 для подальшого розвитку. Щоб було зрозуміло, концепція наразі не існує, крім розрахунків на папері, тому ми поки не можемо надто хвилюватися.

З усім тим, він привернув увагу не лише завдяки своєму потенціалу доставити нас у міжзоряний простір протягом людського життя – те, що традиційні ракети на хімічному паливі не можуть – а й тому, що він стверджує, що може зробити це з набагато більшими апаратами.

«Ця пропозиція розглядає нову архітектуру силової установки для швидкого транзиту важких (1 тонна і більше) корисних вантажів через Сонячну систему та міжзоряне середовище», — пояснює провідний дослідник пропозиції, аерокосмічний інженер Артур Давоян з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі.

Концепція кульової балки була частково натхненна ініціативою Breakthrough Starshot, яка працює над руховою системою «легкого вітрила». За допомогою мільйонів лазерів крихітний зонд теоретично зможе допливти до сусідньої Проксими Центавра всього за 20 років.

Нова пропозиція починається з подібної ідеї – кинути паливо в ракету замість того, щоб вибухнути з ракети – але вона розглядає, як зрушувати більші об’єкти. Зрештою, невеликий зонд — це не обов’язково те, що нам потрібно, якщо ми хочемо одного разу самостійно досліджувати або колонізувати світи за межами нашої Сонячної системи.

Для роботи концептуальної силової установки потрібні два космічні кораблі – один, який відправляється в міжзоряний простір, і інший, який виходить на орбіту навколо Землі. Космічний корабель, що обертається навколо Землі, випустить пучок крихітних мікроскопічних частинок на міжзоряний корабель. Ці частинки будуть нагріватися лазерами, змушуючи частину їх плавитися в плазму, яка ще більше прискорює гранули, процес, відомий як лазерна абляція.

Ці гранули можуть досягати 120 км/с (75 миль/с) і або врізатися у вітрило міжзоряного космічного корабля, або відштовхнути магніт у ньому, допомагаючи рухати космічний корабель до величезних швидкостей, які дозволять йому вилетіти з нашої геліосфери – бульбашки. сонячного вітру навколо нашої Сонячної системи.

«За допомогою пучка гранул можна досягти зовнішніх планет менше ніж за рік, 100 астрономічних одиниць — приблизно за 3 роки, а сонячної гравітаційної лінзи на відстані 500 астрономічних одиниць — приблизно за 15 років», — каже Давоян.

Для контексту AU, що означає «астрономічну одиницю», приблизно представляє відстань між Землею та Сонцем, або близько 150 мільйонів кілометрів (93 мільйони миль). У 2012 році зонду «Вояджер-1» знадобилося 35 років подорожі, щоб перейти в міжзоряний простір на відстані приблизно 122 астрономічних одиниць. Згідно з поточними прогнозами, космічний корабель із гранульованим пучком вагою в 1 тонну міг би зробити те саме менш ніж за 5 років.

Ще в лютому Давоян пояснив Метту Вільямсу з Universe Today, що його команда обрала підхід із застосуванням гранул, а не просто використовувала лазери, як в інших вітрильних проєктах, оскільки гранули можуть рухатися лазерами відносно малої потужності. За їхніми поточними прогнозами, можна використовувати лише лазерний промінь потужністю 10 мегаватт.

«На відміну від лазерного променя, гранули не розходяться так швидко, що дозволяє нам прискорити більш важкий космічний корабель», — сказав Давоян Вільямсу.

«Гранули, будучи набагато важчими за фотони, несуть більший імпульс і можуть передавати вищу силу космічному кораблю».

Звісно, ​​поки що все це чисті припущення. Але перша фаза гранту NASA на інноваційні та передові концепції (NIAC) допоможе. Цей проєкт був одним із 14, які були профінансовані на цій ранній стадії, і наступним кроком стане підтвердження концепції за допомогою експериментів.

«На першому етапі ми продемонструємо здійсненність запропонованої концепції силової установки, виконавши детальне моделювання різних підсистем запропонованої архітектури силової установки та виконавши експериментальні дослідження для підтвердження концепції», — говорить Давоян.

Біла карликова зірка може вибухнути як наднова, коли її маса перевищує межу приблизно в 1,4 маси Сонця. Команда під керівництвом Інституту позаземної фізики Макса Планка (MPE) у Гархінге та за участю Боннського університету тепер знайшла подвійну зоряну систему, у якій матерія тече на білого карлика від його супутника.

Система була знайдена завдяки яскравому, так званому надм’якому рентгенівському випромінюванню, яке виникає в результаті ядерного синтезу газу, що переповнився біля поверхні білого карлика. Незвичайність цього джерела полягає в тому, що переливається і горить гелій, а не водень. Виміряна яскравість свідчить про те, що маса білого карлика зростає повільніше, ніж вважалося раніше, що може допомогти зрозуміти кількість наднових, викликаних вибухом білих карликів. Результати опубліковані в журналі Nature.

Білі карлики, що вибухають, вважаються не тільки основним джерелом заліза у Всесвіті, вони також є важливим інструментом для космології. Як так звані наднові типу Ia (SN Ia), усі вони стають приблизно однаково яскравими, що дозволяє астрофізикам точно визначити відстань до галактик-господарів.

Однак навіть після багатьох років інтенсивних досліджень залишається неясним, за яких обставин маса білого карлика може зрости до так званої межі Чандрасекара. Це теоретична верхня межа маси білого карлика, встановлена ​​в 1930 році індійсько-американським астрофізиком і нобелівським лауреатом Субрахманьяном Чандрасекаром.

На початку 1990-х надм’які джерела рентгенівського випромінювання зі стабільним горінням водню на їхніх поверхнях були створені як новий клас об’єктів з ROSAT, і деякий час їх вважали потенційними кандидатами на попередники SN Ia. Проблема з цими джерелами, однак, полягає в надлишку водню: наднові типу Ia не виявляють жодних слідів водню.

Понад 30 років передбачали подвійні зоряні системи, в яких білий карлик зрощується і стабільно спалює гелій на своїй поверхні, але такі джерела ніколи не спостерігалися. Міжнародна група під керівництвом Інституту позаземної фізики Макса Планка (MPE) знайшла джерело рентгенівського випромінювання, в оптичному спектрі якого повністю домінує гелій.

«Надм’яке джерело рентгенівського випромінювання [HP99] 159 відоме з 1990-х років, коли його вперше спостерігали за допомогою ROSAT, нещодавно за допомогою XMM-Newton і тепер за допомогою eROSITA», — пояснює Йохен Грейнер, який проводить аналіз цього джерело в MPE. «Тепер ми змогли ідентифікувати його як оптичне джерело у Великій Магеллановій Хмарі. У його спектрі ми виявили в основному лінії випромінювання гелію, що походять від акреційного диска».

Однак це не розв’яже проблему попередників SN Ia: теоретичні моделі передбачають, що приблизно 2-5% речовини гелієвої зірки-компаньйона буде винесено вибухом SN Ia та викинуто в навколишнє середовище. Однак така кількість гелію не була знайдена в більшості наднових зірок Ia, які спостерігалися на сьогодні. Існує, однак, підклас з меншою світністю, SN Iax, у якому вибух слабший, і тому менше гелію здувається.

Виявлена ​​зараз система [HP99] 159 може опинитися в такій SN Iax відповідно до поточних відомостей, оскільки вимірювання вказують на те, що безперервне горіння гелію в білих карликах можливе навіть при нижчих темпах акреції, ніж теоретично передбачено. Виміряна світність [HP99] 159 приблизно в десять разів менша, ніж очікувалося при канонічній швидкості, в той самий час виміряна рентгенівська температура точно знаходиться в очікуваному діапазоні для стабільного горіння гелію.

«Спостережувана яскравість рентгенівського випромінювання свідчить про те, що спалювання гелію, що надходить у білий карлик, стабілізується його швидким обертанням, що робить ймовірним остаточний вибух наднової системи», — говорить професор, доктор Норберт Лангер з Інституту астрономії Аргеландера, який також є членом відділу трансдисциплінарних досліджень Matter Боннського університету.

Оскільки попередні вимірювання показують, що яскравість залишалася незмінною протягом приблизно 50 років, має бути можливим широкий діапазон швидкості акреції, що призводить до вибухів.

«Зірки без водневих оболонок, такі як зірка-компаньйон, знайдена в [HP99] 159, є важливим проміжним кроком у життєвому циклі подвійних зірок, який має зустрічатися приблизно в 30% таких систем», — каже Джулія Боденштайнер з ESO, яка вивчає масивні зірки з часу її магістерської роботи в MPE. «Таких зірок мало б бути багато, але поки спостерігали лише декілька».

Тепер команда сподівається знайти десятки подібних джерел у двох Магелланових хмарах за допомогою eROSITA. Це повинно дозволити їм додатково обмежити умови для попередників SN Ia.