Астрофизика итоги. 2021г

«Джеймс Уэбб» обладает составным зеркалом 6,5 метра в диаметре с площадью собирающей поверхности 25 м², скрытым от инфракрасного излучения со стороны Солнца и Земли тепловым экраном[прим. 2]. Телескоп будет размещён на гало-орбите в точке Лагранжа L2 системы Солнце — Земля.
Дата запуска: 25 декабря 2021г

JWST имеет следующие научные инструменты для проведения исследования космоса:
Камера ближнего инфракрасного диапазона (англ. Near-Infrared Camera);
Прибор для работы в среднем диапазоне инфракрасного излучения (англ. Mid-Infrared Instrument, MIRI);
Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (англ. Near-Infrared Spectrograph, NIRSpec);
Датчик точного наведения (англ. Fine Guidance Sensor, FGS) и устройство формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевой спектрограф (англ. Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph, NIRISS).

https://nplus1.ru/news/2021/12/22/rogue-planets
Астрономы открыли от 70 до 170 кандидатов в молодые планеты-сироты, входящих в звездную ассоциацию Верхнего Скорпиона
https://www.nature.com/articles/s41550-021-01513-x
Положение 115 потенциальных планет-сирот, найденных в направлении верхней части созвездия Скорпиона и в Змееносце.
N. Risinger (skysurvey.org), ESO
Практически все известные на сегодняшний день экзопланеты были найдены у своих родительских звезд. Однако в конце прошлого века астрономы открыли первые планеты-сироты — тела планетарной массы (до 13 масс Юпитера), находящиеся в межзвездном пространстве и не связанные гравитационно со звездой или коричневым карликом. За последние два десятилетия их было обнаружено чуть более двадцати штук, чаще всего подобные открытия делаются методом гравитационного микролинзирования.

В работе использовались данные наблюдений телескопов VLT, VISTA, MPG и других наземных и космических телескопов. В общей сложности исследователи обработали 80,8 тысяч широкоугольных снимков, полученных с помощью 18 различных камер за последние 20 лет.
Участок неба в направлении верхней части созвездия Скорпиона. В центре кадра находится крохотная ярко-красная точка — один из кандидатов в планету-сироту.
Miret-Roig et al. / ESO

Число найденных планет-сирот в звездной ассоциации превышает в несколько раз значения, которые дают теоретические модели в случае, если подобные объекты формируются путем коллапса небольшого молекулярного облака. Исследователи считают, что немалый вклад в популяцию планет-сирот должен давать механизм выброса планет-гигантов из их систем, в этом случае подобные события должны происходить в течение первых 3-10 миллионов лет существования системы. Ожидается, что всего в Млечном Пути может быть несколько миллиардов газовых гигантов-сирот и еще больше подобных экзопланет, сравнимых по массе с Землей.

Планета-гигант на широкой орбите в массивной двойной системе B Центавра
https://www.nature.com/articles/s41586-021-04124-8
https://nplus1.ru/news/2021/12/08/b-centauri-planet
Изображение b Cen (AB)b. Планета обозначена буквой b, фоновые звезды — bg.
Markus Janson et al. / Nature, 2021
Астрономы при помощи метода прямых наблюдений открыли массивную экзопланету-гигант b Cen (AB) b с кратной и широкой орбитой. Она находится от очень массивной пары звезд на расстоянии, в 560 раз превышающем расстояние между Землей и Солнцем. Это означает, что экзопланеты могут встречаться в гораздо более массивных звездных системах, чем считалось ранее.

a , цвет J2-J3 в зависимости от абсолютной звездной величины J2. б , цвет K1-K2 в зависимости от абсолютной величины K1. Планета b Cen (AB) b изображена как сине-зеленая звезда и соответствует тем же цветовым тенденциям, которые обычно наблюдаются для молодых планетных и субзвездных спутников звезд, обозначенных фиолетовыми и черными символами с полосами ошибок. Символы без погрешностей - молодые и полевые коричневые карлики.
Система состоит из звезд с общей массой 6–10 масс Солнца. Более массивная звезда обозначается b Cen A и имеет спектральный класс B2,5V, что соответствует эффективной температуре примерно 18 тысяч кельвинов, свойства второй звезды еще не определены. Планету b Cen (AB) b отнесли к суперюпитерам, она вращается сразу вокруг обеих звезд, относясь к планетам с кратной орбитой.
Экзопланета обладает массой примерно 10,9 масс Юпитера, а ее возраст оценивается в 15 миллионов лет. Ее отличительной особенностью стала орбита — при соотношении масс планеты и звезд 0,10–0,17 процентов (что схоже с соотношением для Юпитера и Солнца), расстояние между экзопланетой и парой звезд примерно в сто раз больше, чем от Юпитера до Солнца.
Группа астрономов во главе с Маркусом Янсоном (Markus Janson) из Стокгольмского университета сообщила об открытии планеты-гиганта b Cen (AB) b в массивной тесной двойной звездной системе b Cen AB, расположенной на расстоянии 305 световых лет от Солнца. Наблюдения велись в период с марта 2019 года по апрель 2021 года при помощи приемника SPHERE, установленного на комплексе телескопов VLT в Чили, в рамках программы BEAST (B-star Exoplanet Abundance Study).

Одной из интересных задач в экзопланетологии является установление связи между массой родительской звезды и свойствами экзопланет, обращающихся вокруг нее. В частности, ученым известно, что планеты-гиганты чаще встречаются на близких орбитах вокруг звезд с массой до 1,9 массы Солнца, выше этого значения частота появления подобных тел быстро уменьшается. Это может означать, что процессы образования планет идут хуже у более массивных звезд, а планеты-гиганты вокруг звезд с массами более трех масс Солнца могут быть редким явлением или практически отсутствовать. Связывают это, в частности, с мощными потоками излучения от звезды, которые могут испарять окружающее вещество околозвездного диска.
https://nplus1.ru/news/2021/12/08/b-centauri-planet
Исследователи считают, что такой объект вряд ли сформировался на текущей орбите за счет механизма аккреции вещества протопланетного диска на ядро. Скорее всего экзопланета образовалась в другой области системы, а затем мигрировала на нынешнюю орбиту, либо сформировалась за счет механизма гравитационной нестабильности околозвездного диска. Еще один важный вывод — звезды и звездные системы с массой не менее 6–10 масс Солнца действительно могут обладать экзопланетами-гигантами на широких орбитах.

Наблюдения телескопа Event Horizon за запуском и коллимацией струи-джета в галактике Центавр A
Мы видим сильно коллимированный, асимметрично-осветленный по краям джет, а также более слабый контрджет. Мы обнаружили, что структура источника Центавра A очень хорошо напоминает джет в Мессье 87 на масштабах ~ 500 об. Кроме того, мы идентифицируем положение сверхмассивной черной дыры Центавра А по отношению к ядру разрешенной струи на λ1,3 мм и заключаем, что тень горизонта событий источника должна быть видна на частотах ТГц.
https://arxiv.org/abs/2111.03356
published in Nature Astronomy

С помощью южной части Телескопа горизонта событий (из северного полушария созвездие Центавр (он же - Кентавр) не видно) удалось пронаблюдать основание джета активного ядра с угловым разрешением в 16 раз лучше, чем до этого. Наблюдения велись на волне 1.3 мм. Видна довольно ясная картинка, похожая на то, что наблюдается в М87.
http://xray.sai.msu.ru/~polar/sci_rev/403.html

Телескоп горизонта событий
https://eventhorizontelescope.org/

https://arxiv.org/abs/2111.03606
GWTC-3: слияние компактных двойных, наблюдаемые LIGO и VIRGO (детектор гравитационных волн): 3й сеанс наблюдений

В столбцах указана полная масса источника M, масса чирпа M, массы компонентов mi, эффективный инспиральный спин e, световое расстояние. DL, красное смещение z, конечная масса Mf, конечный спин f, локализация неба и SNR сетевого согласованного фильтра.
Представлены данные за вторую часть третьего сеанса научных наблюдений на LIGO и Virgo (и немного - KAGRA). В каталог вошло 35 событий. Половина из них уже анонсировалась раньше, по ходу работы. А другая половина - представлена только сейчас. Всего (с учетом двух первых сеансов и первой половины третьего) число зарегистрированных слияний выросло до 90 штук.

https://arxiv.org/abs/2111.03606

https://arxiv.org/abs/2103.12538
TESS: каталог интересных объектов (экзопланет)
2241 кандидата на экзопланеты, идентифицированные с помощью данных со спутника для исследования транзитных экзопланет (TESS) во время его двухлетней основной миссии.

https://arxiv.org/abs/2103.12538

https://arxiv.org/abs/2103.12538

Нормальные, закрытые пылью галактики в эпоху реионизации
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03846-z
Fudamoto, Y., Oesch, PA, Schouws, S. et al. Нормальные, закрытые пылью галактики в эпоху реионизации. Nature 597, 489–492 (2021)
Опубликовано: 22 сентября 2021 г.
Недавние наблюдения ALMA и Spitzer определили более многочисленную, менее экстремальную популяцию затемненных галактик на z = 3−6. Однако в эпоху реионизации эта популяция пока не подтверждена. Здесь мы сообщаем об открытии двух затененных пылью галактик звездообразования на z = 6.6813 ± 0.0005 и z = 7.3521 ± 0.0005. Эти объекты не обнаруживаются в существующих УФ-данных покоя системы отсчета и были обнаружены только в их дальнем инфракрасном диапазоне [C II] линий и излучения континуума пыли как спутники типичных галактик, светящихся в УФ-диапазоне, на том же красном смещении. Две галактики демонстрируют более низкую инфракрасную светимость и скорость звездообразования, чем экстремальные вспышки звездообразования, в соответствии с типичными галактиками звездообразования при z ≈ 7. Эта популяция сильно затененных пылью галактик, по-видимому, вносит 10–25% в космический масштаб z > 6. плотность скорости звездообразования.

Линия [C II] 158 мкм и обнаружение эмиссии пыли

Оптич/ближ.ИК/далектий ИК источник пыли REBELS-29-2 и REBELS-12-2.
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03846-z

Фракция закрытых галактик с сильным звездообразованием как функция звездной массы

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03516-0
Свидетельства несмешиваемости водорода и гелия в условиях внутренней части Юпитера
поведение фазы H-He в соответствующих планетарных условиях остается плохо ограниченным, потому что его сложно определить с помощью вычислений, а также потому, что экстремальные значения температуры и давления трудно достичь экспериментально. Здесь мы сообщаем, что подходящие значения температуры и давления могут быть достигнуты с помощью лазерного ударного сжатия H 2.- Образцы He, предварительно сжатые в ячейках с алмазной наковальней. Это позволяет нам исследовать свойства смесей H-He во внутренних условиях Юпитера, обнаруживая область несмешиваемости вдоль Гюгонио. Четкое прерывистое изменение отражательной способности образца указывает на то, что эта область заканчивается выше 150 гигапаскалей при температуре 10 200 кельвинов и что более тонкое изменение отражательной способности происходит выше 93 гигапаскалей при температуре 4700 кельвинов.

Фазовое поведение теплых плотных смесей водорода и гелия (H-He) влияет на наше понимание эволюции Юпитера и Сатурна и их внутренних структур . Например, осаждение He из атмосферы H-He на уровне примерно 1-10 мегабар и несколько тысяч кельвинов было призвано объяснить как избыточную светимость Сатурна , так и истощение He и неона (Ne) в Юпитере. атмосферы по наблюдениям зонда "Галилео"
Принимая во внимание профили давления и температуры для Юпитера, эти экспериментальные ограничения несмешиваемости для смеси, близкой к протосолнечной, предполагают, что разделение фаз H-He влияет на большую часть - по нашим оценкам, около 15 процентов радиуса - внутренней части Юпитера. Это открытие обеспечивает микрофизическую поддержку моделей Юпитера, которые используют многослойный интерьер для объяснения наблюдений космических аппаратов Juno и Galileo
Сплошными и светлыми кружками показаны экспериментальные данные, полученные с использованием алмазных и сапфировых наковален соответственно, с полосами погрешностей, включающими как случайные, так и систематические погрешности (красная штриховка указывает диапазон давлений, в котором наши измерения отражательной способности указывают на несмешиваемость. Желтые и серые линии показывают результаты моделирования для 8 мол.% He смеси 29 , и расчет линейного смешения по уравнению состояния Ростока (REOS) для смеси 11 мол.% He, соответственно 36. Теоретические кривые Гюгонио начинаются с той же начальной плотности, что и точки экспериментальных данных.
Данные о сжатии смеси 11 мол.% He, предварительно сжатой до 4 ГПа.

Кружки - экспериментальные данные, ранее опубликованные для плотностей ниже 0,32 г на моль (см. Ссылку 24 ) и неопубликованные для более высоких плотностей. Цвет каждой точки указывает измеренную отражательную способность на фронте ударной волны, а цветовая заливка фона дает подобранную отражательную способность. Плотность водорода оценивается с помощью ab initio уравнения состояния исх. 44 , что хорошо согласуется с экспериментом 24. Пути плотность-температура двух измеренных здесь кривых Гюгонио H-He для 11 мол.% He при предварительном сжатии 4 ГПа и для 33 мол.% He при предварительном сжатии 2 ГПа показаны сплошными и пунктирными черными линиями соответственно. Планки погрешностей были оценены путем распространения случайных и систематических неопределенностей в случае чистого водорода, как для текущих измерений H – He, как объяснено в разделе «Методы».
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03516-0/figures/7
Отражательная способность чистого водорода в зависимости от температуры и плотности.

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03394-6
Рентгеновские квазипериодические извержения двух ранее спокойных галактик
Квазипериодические извержения (QPE) - это всплески рентгеновского излучения очень высокой амплитуды, повторяющиеся каждые несколько часов и возникающие вблизи центральных сверхмассивных черных дыр ядер галактик . В настоящее время неизвестно, что вызывает эти события, как долго они длятся и как они связаны с физическими свойствами внутренних аккреционных потоков. Ранее были известны только два таких источника, обнаруженных случайно или в архивных данных , с линиями излучения в их оптических спектрах, классифицирующих их ядра как содержащие активно аккрецирующую сверхмассивную черную дыру. Здесь мы сообщаем о наблюдениях QPE в двух других галактиках, полученных с помощью слепого и систематического поиска половины рентгеновского неба. Оптические спектры этих галактик не показывают признаков активности черной дыры, что указывает на то, что для запуска этих событий не требуется существующий ранее аккреционный поток, типичный для активных ядер галактик. Действительно, периоды, амплитуды и профили QPE, представленные здесь, несовместимы с существующими моделями, которые вызывают нестабильности, вызванные радиационным давлением в аккреционном диске. Вместо этого QPE могут управляться вращающимся компактным объектом. Кроме того, их наблюдаемые свойства требуют, чтобы масса вторичного объекта была намного меньше массы основного тела , и будущие рентгеновские наблюдения могут ограничить возможные изменения в их периоде из-за орбитальной эволюции. Эта модель может сделать QPE жизнеспособным кандидатом на роль электромагнитных эквивалентов так называемых спиралей с экстремальным отношением масс, что может иметь значительные последствия для астрофизики и космологии с множеством мессенджеров

Первый eROSITA QPE.
а , кривая блеска eROSITA в диапазонах энергий 0,2–0,6 кэВ и 0,6–2,3 кэВ (кружки и квадраты соответственно), с красным и оранжевым выделением слабых и ярких наблюдений соответственно. б , eROSITA Рентгеновские спектры светлого и слабого состояний оранжевого и красного цвета, как на а . c, Кривые рентгеновского блеска XMM-Newton с вычитанием фона с интервалом 500 с Оптический и УФ-потоки XMM-Newton показаны на нижних панелях (единицы эрг см −2 с −1 , где F λ- спектральная плотность потока, λ - длина волны в ангстремах), при этом случаи отсутствия детектирования показаны как верхние пределы. г - кривая блеска NICER-XTI за вычетом фона. Средняя продолжительность нарастания и затухания (и дисперсия) составляет приблизительно 7,6 ч (~ 1,0 ч), а расстояние от пика до пика составляет приблизительно 18,5 ч (~ 2,7 ч). Все погрешности равны 1 σ , показаны в виде полос погрешностей или заштрихованных областей.

a , b , медианный профиль кривой блеска (с соответствующими контурами 16-го и 84-го процентилей) для eRO-QPE1 ( a ) и eRO-QPE2 ( b ), сложенный на пиках извержений