Астроновости: рекордная черная дыра, необычная спиральная галактика, экстремальная гелиевая звезда и стрекозы над Марсом и Титаном

Рекордная черная дыра звездной массы

Анализируя данные миссии Gaia Европейского космического агентства, астрономы обнаружили черную дыру, расположенную всего в 590 парсеках от Земли в направлении созвездия Орла. Астрономам удалось определить ее массу, которая оказалась равной 32,70 ± 0,82 солнечной. Статья опубликована на сервере препринтов arXiv.org [1].

Большинство из известных черных дыр звездного происхождения (образовавшихся в результате коллапса массивной звезды в конце ее жизненного цикла) были идентифицированы в рентгеновских двойных системах. Те, что были обнаружены в пределах Млечного Пути, в среднем в 10–20 раз массивнее Солнца. Даже самая крупная из известных прежде черных дыр звездной массы в нашей галактике — Cygnus X-1 — содержит всего примерно 21 массу Солнца [2].

Обнаружение черной дыры в двойных системах происходит за счет детектирования рентгеновского излучения из обращающегося вокруг нее аккреционного диска. Когда у черной дыры нет спутника, находящегося достаточно близко, чтобы «воровать» у него материю, она не испускает никакого излучения, отсюда и крайняя сложность их обнаружения.

Новонайденная черная дыра получила обозначение Gaia BH3. Открытие стало возможным благодаря наличию у нее компаньонки — низкометалличной звезды, наблюдения за которой позволили не только точно определить массу черной дыры, но и проверить некоторые предсказания теории. В частности, того, что массивные черные дыры могут образовываться преимущественно в результате коллапса звезд, в составе которых очень мало элементов тяжелее водорода и гелия. Считается, что такие светила теряют меньше массы за время своей жизни и, следовательно, у них остается больше материала для образования массивных черных дыр после гибели.

Для подтверждения своего открытия коллаборация Gaia использовала данные наземных обсерваторий, в частности, спектрографа ультрафиолетового и видимого света UVES, установленного на Очень большом телескопе (VLT) Европейской южной обсерватории на горе Серро-Параналь в Чили. Эти наблюдения позволили выявить ключевые свойства звезды-компаньона и тем самым (совместно с данными Gaia) — точно измерить массу BH3.

Следует отметить, что в гравитационно-волновых событиях слияния черных дыр, зарегистрированных за последние несколько лет, участвовали значительно более массивные черные дыры звездного происхождения, вплоть до 90 солнечных масс. Но эти события происходили на гораздо бо́льших расстояниях — за миллиарды световых лет от нас.

1. arxiv.org/abs/2404.10486

2. cosmos.esa.int/web/gaia/iow_20240416

‌

«Стрекоза» летит

В то время, как марсианский вертолет из летающего превратился в стационарный, к полету готовится новый геликоптер. Новичку предстоит поработать в еще более суровых условиях. NASA подтвердило миссию беспилотного аппарата Dragonfly к спутнику Сатурна Титану [3]. Данное решение переводит его на финальный этап проектирования, за которым последуют создание и тестирование всего космического аппарата и научных приборов.

В начале 2023 года миссия успешно прошла все фазы предварительной проверки проекта. На этом этапе были утверждены обновленный бюджет и график работ, чтобы соответствовать текущим условиям финансирования. Обновленный план был представлен и условно утвержден в ноябре 2023 года в ожидании результатов бюджетного процесса на 2025-й финансовый год. Тем временем исследователям было разрешено продолжить работу по окончательному проектированию и изготовлению эскизных макетов, чтобы гарантировать выполнение миссии в соответствии с графиком.

Общая стоимость программы отправки Dragonfly была утверждена в размере 3,35 млрд долл., а дата запуска назначена на июль 2028 года. Увеличение затрат составило примерно в два раза по сравнению с первоначальной стоимостью и сдвинуло график работ вправо более чем на два года по сравнению с первоначальным планированием миссии в 2019 году.

После этого выбора NASA пришлось несколько раз переформатировать проект из-за финансовых ограничений в 2020–2022 финансовых годах. Проект повлек за собой дополнительные расходы из-за пандемии COVID-19, увеличения цепочки поставок и результатов углубленной итерации проектирования. Чтобы компенсировать задержку прибытия на Титан, NASA также выделило дополнительное финансирование на ракету-носитель большей грузоподъемности, чтобы сократить этап полета к Сатурну.

Беспилотный аппарат, который должен прибыть на Титан в 2034 году, совершит перелеты в десятки интересных мест на этом спутнике в поисках пребиотических химических процессов, предположительно протекающих как на Титане, так и на ранней Земле до появления жизни. Также в его задачи входит картографирование поверхности и изучение состава поверхностного слоя Титана как минимум в трех разных ландшафтах: дюны, окрестности кратеров и области вблизи речных русел; определение содержания в грунте водяного льда; определение сейсмической активности Титана; изучение метанового гидрологического цикла Титана; мониторинг температуры, давления, химического состава атмосферы (в частности, содержания водорода, метана, а также неона и аргона), скорости и направления ветра.

Согласно проекту, Dragonfly имеет восемь несущих винтов и будет летать как большой беспилотник. Конструктивно он представляет собой крупный квадрокоптер со сдвоенными винтами — т. е. октокоптер. Подобная конфигурация позволит аппарату перемещаться даже в случае потери одного из винтов либо выхода из строя одного из двигателей. Диаметр каждого винта — около 1 м. Скорость аппарата — 36 км/ч, он сможет подниматься на высоту до 4 км.

3. science.nasa.gov/missions/dragonfly/nasas-dragonfly-rotorcraft-mission-to-saturns-moon-titan-confirmed/

Экстремальная гелиевая звезда

Используя Большой южноафриканский телескоп (SALT), астрономы провели наблюдения с высоким разрешением за недавно обнаруженной экстремальной гелиевой звездой, обозначаемой как EC 19529–4430. Оказалось, что EC 19529–4430 обладает самой низкой металличностью среди всех известных гелиевых звезд. Статья об этом исследовании опубликована в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society и на сервере препринтов arXiv [4].

Экстремальная гелиевая звезда (EHе) — это очень редкий класс звезд — сверхгигант малой массы с низким содержанием водорода. Экстремальные гелиевые звезды образуют подгруппу в более обширной категории звезд с дефицитом водорода, включающую в себя холодные углеродные звезды; переменные типа R Coronae Borealis; богатые гелием звезды спектрального класса O или B; звезды Вольфа — Райе; звезды типа AM Гончих Псов; белые карлики и переходные звезды типа PG 1159. Звезды класса EHe характеризуются относительно резкими и сильными спектральными линиями нейтрального гелия, что указывает на низкую поверхностную гравитацию и атмосферу, в которой преобладает гелий. Помимо гелия, эти звезды содержат также в значительных количествах углерод, азот и кислород (CNO).

Первая звезда EHe (HD 124448) была обнаружена в 1942 году Дэниелом М. Поппером.

Существуют два теоретически возможных механизма образования таких светил. Первый — это слияние гелиевого и углеродно-кислородного белых карликов в двойной системе, причем масса получившейся звезды не должна превысить предел Чандрасекара, иначе произойдет термоядерный взрыв. За счет термоядерного «горения» гелия такая звезда вначале превратится в сверхгиганта, а затем — в белого карлика. Второй механизм предполагает, что экстремальные гелиевые звезды являются поздними стадиями эволюции некоторых звезд, покинувших асимптотическую ветвь гигантов и начавших свое превращение в белого карлика. В этом случае термоядерное «горение» гелия в слоях вокруг ядра звезды вызывает быстрое расширение внешних слоев светила и дефицит водорода.

Обнаруженная в галактическом гало EC 19529–4430 удалена от Солнца на 4,4 ^+1,2_–0,8 кпк. Ее эффективная температура составляет 20 700 ± 250 K, а ее поверхность, по-видимому, состоит в основном из гелия с присутствием углерода, азота и кислорода (CNO). Также исследователями было подтверждено, что звезда принадлежит к галактическому гало, что согласуется с ее низкой общей металличностью и нахождением на ретроградной орбите.

4. arxiv.org/abs/2404.03972

Не тот аппарат назвали Perseverance

Казалось бы, человечество уже попрощалось с марсианским вертолетиком, который удивил всех своей продолжительной работой в непростых условиях Марса. Вертолетик за неполные три года с момента первого взлета провел в марсианской атмосфере 129 минут, поднялся на 24 м над поверхностью планеты и преодолел расстояние в 17,7 км, совершив 72 перелета. 18 января 2024 года Ingenuity повредил одну из лопастей и 25 января NASA сообщило, что вертолетик больше не в состоянии взлетать, что ставит крест на его дальнейшей карьере.

Однако не всё так просто. Инженеры Лаборатории реактивного движения (JPL) NASA, отвечавшие за миссию марсианского вертолета Ingenuity («Изобретательность»), решили, что рано отправлять на покой аппарат, у которого всего-то поврежден кончик лопасти [5]. Ведь остальная аппаратура исправно работает. Они передали аппарату обновленное программное обеспечение, которое даст возможность Ingenuity продолжать сбор данных даже после прекращения связи с марсоходом. Винтокрылый аппарат не сможет летать, поэтому останется в Холмах Валинора, в то время как марсоход Perseverance («Настойчивость») выйдет из зоны действия средств связи вертолетика, продолжая исследовать западную оконечность кратера Езеро.

Ingenuity будет ежедневно «просыпаться», активировать свои бортовые системы, проверять работу солнечной панели, заряд аккумуляторов и состояние оборудования. Кроме того, вертолет продолжит фотографировать поверхность планеты и собирать данные о температуре с датчиков, размещенных по всему корпусу.

В NASA полагают, что такой долгосрочный сбор данных может не только принести пользу проектировщикам будущих аппаратов, но также получить данные о погодных условиях на Марсе. Инженеры подсчитали, что памяти вертолетика должно хватить примерно на 20 лет ежедневного сбора данных.

«Возможно, человечество вновь посетит Холмы Валинора — будь то марсоход или будущие астронавты, — и Ingenuity будет ждать там со своим последним подарком в виде собранных данных, последнего свидетельства того, почему мы отваживаемся на великие поступки», — сказал руководитель проекта Ingenuity Тедди Тзанетос из JPL [6].

5. jpl.nasa.gov/images/pia26243-ingenuity-spots-the-shadow-of-its-damaged-rotor-blade

6. jpl.nasa.gov/news/nasas-ingenuity-mars-helicopter-team-says-goodbye-for-now

Алексей Кудря