astronomy

Красные точки, которые пока не удалось объяснить

На глубоких снимках космического телескопа James Webb астрономы обнаружили сотни маленьких красных источников. Их назвали Little Red Dots - «маленькие красные точки», или LRD.

Мы видим большинство из них такими, какими они были в первый миллиард лет после Большого взрыва. Многие выглядят почти точечными: телескоп не разрешает их внутреннюю структуру. Но это не означает, что перед нами отдельные обычные звёзды.

Почему они заинтересовали учёных?

В ультрафиолете эти объекты относительно голубые, а в видимом диапазоне они необычно красные. Сам видимый свет за время путешествия растянулся из-за расширения Вселенной и дошёл до нас уже в инфракрасном диапазоне.

Одних снимков для понимания недостаточно. Поэтому астрономы получили спектры многих LRD, то есть разложили их свет по длинам волн. В спектрах обнаружились широкие линии водорода, резкие изменения яркости возле бальмеровского скачка (резкого перепада яркости в спектре), и необычные соотношения линий. При этом многие источники оказались слабее в рентгене, чем ожидается от обычных активных ядер.

А вокруг некоторых красных точек обнаруживается протяжённый свет. Например, объединение изображений 217 LRD выявило окружающую компоненту характерного размера около 200 парсек или примерно 650 световых лет. Сам компактный источник может быть значительно меньше.

Обсуждаются три основные группы объяснений:

Растущая чёрная дыра внутри плотного облака газа. Газ поглощает и перерабатывает излучение ядра, а окружающие молодые звёзды дают голубой ультрафиолет.

Очень компактная галактика с интенсивным звездообразованием. Плотная звёздная система объясняет часть наблюдений, но самые экстремальные спектры пока воспроизвести трудно.

Сверхмассивная звезда в рождающемся плотном скоплении. Такая звезда могла бы обеспечивать красный свет и позднее стать зародышем массивной чёрной дыры.

Когда я разбирался в этой теме, у меня появилась мысль: а не наблюдаем ли мы начальные стадии формирования шаровых звёздных скоплений? Сегодня это плотные, и преимущественно древние системы. Когда-то они тоже должны были рождаться, вместе с газом и молодыми звёздами.

Проверил статьи, и оказалось, что похожую идею уже предложили профессиональные астрофизики. В их моделях ультрафиолет излучает молодое скопление, а красный свет даёт короткоживущая сверхмассивная звезда массой более 10 000 Солнц. То есть одного обычного скопления для объяснения пока недостаточно.

Ещё интереснее: сентябрьский препринт сообщает о дефиците магния и избытке алюминия в газе исследованных LRD, то есть в химическом рисунке, напоминающем аномалии некоторых шаровых скоплений. Авторы статьи связывают его со сверхмассивными звёздами. Это аргумент в пользу связи, но ещё не доказательство того, что все LRD станут шаровыми скоплениями. https://arxiv.org/abs/2602.15935

Мне здесь особенно интересна возможность, что перед нами знакомые системы в короткой и необычной стадии развития. Возможно, название LRD вообще объединяет несколько разных физических объектов.

Как вам версия с рождающимися шаровыми скоплениями? Может быть, Webb показывает нам начало истории систем, которые мы привыкли видеть уже древними?

И как вы думаете, что это может быть?

Как водород превращается в машину времени

Начнём с самого водорода. В обычном атоме водорода есть один протон и один электрон. Если атом не ионизирован, то есть электрон всё ещё связан с протоном, такой водород называют нейтральным. Именно его астрономы обозначают H I.

У нейтрального водорода есть радиолиния с длиной волны около 21 сантиметра. В лабораторной системе отсчёта ей соответствует частота 1420,4 МГц. Когда атом излучает или поглощает радиоволну этой линии, мы можем узнать, что это водород и о том, как он распределён в космосе.

Для таких наблюдений и построили CHIME - канадский радиотелескоп, название которого расшифровывается как Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment. Он состоит из четырёх длинных цилиндрических отражателей и сканирует небо, картируя не отдельные галактики, а распределение водорода на больших масштабах.

CHIME работает в диапазоне 400–800 МГц. Его выбрали, чтобы ловить растянутую расширением Вселенной линию 21 сантиметр при красных смещениях примерно z = 0,8–2,5. Это важная эпоха для измерения того, как расширялась Вселенная и как на это влияла тёмная энергия.

Зачем нужны такие измерения? В распределении галактик и водорода сохранился след древних звуковых волн - барионные акустические осцилляции (БАО) - характерный масштаб, который можно использовать как «стандартную линейку». Измеряя, как этот масштаб выглядит на разных расстояниях и в разные эпохи, астрономы восстанавливают историю расширения Вселенной и проверяют модели тёмной энергии. CHIME должен позволить делать это, измеряя суммарное излучение водорода сразу во множестве галактик, даже если каждую из них по отдельности не удаётся увидеть.

Почему одна и та же линия оказывается на разных частотах? Пока радиоволна летит к нам, расширение Вселенной растягивает её. Чем дальше источник, тем сильнее растяжение, и тем ниже частота, которую мы принимаем. Красное смещение можно оценить по простой формуле:

z = 1420,4 / ν − 1
Здесь ν — наблюдаемая частота в мегагерцах.

Например, если приняли сигнал на 600 МГц:
z = 1420,4 / 600 − 1 ≈ 1,37

Значит, волна растянулась примерно в 2,37 раза (1 + 1,37). При таком красном смещении Вселенной было около 4,6 миллиарда лет. Это получается не просто делением нынешнего возраста на 2,37: возраст вычисляют по модели расширения Вселенной.

А на частоте 313,6 МГц обнаружили линию нейтрального водорода при z ≈ 3,53. В опубликованной работе авторы назвали это рекордом для такого типа наблюдений: водород поглощал радиосигнал далёкого радиоисточника. Тогда Вселенной было около 1,8 миллиарда лет. Замечу, что это наблюдение водорода в конкретной далёкой галактике, а не сигнал от всей ранней Вселенной.

Недавно CHIME зарегистрировал космологический сигнал (спектр мощности крупномасштабной структуры) водорода в диапазоне 608–708 МГц - это красные смещения примерно z = 1,34–1,01, когда Вселенной было около 5–6 миллиардов лет.

После 94 ночей наблюдений сигнал обнаружили со значимостью 12,5 сигма, при пороге в 5 сигма. Это не фотография отдельного облака газа: телескоп измерил статистику неоднородностей (спектр мощности) распределения водорода на больших масштабах, без опоры на каталоги галактик других телескопов.

Наблюдения CHIME должны со временем помочь точнее восстановить, как менялось расширение в предшествующую эпоху, и проверить модели тёмной энергии. Но само обнаружение сигнала пока подтверждает метод измерений, а не даёт нового открытия о природе тёмной энергии.

Получается, частота работает как метка космического времени. Одна и та же линия водорода на разных частотах рассказывает о разных эпохах: чем ниже частота, тем сильнее растянулась волна и тем дальше в прошлое мы заглядываем.

Текст: И. Тирский

P.S. Домашнее задание, угадайте, на какой частоте и красном смещении надо наблюдать нейтральный водород, таким, каким он появился, после Большого Взрыва, и когда это точно произошло?

Астрономы обнаружили новый класс космических объектов?

Иногда открытия совершают не новые телескопы, а другой взгляд на уже накопленные данные.

Изучая архив наблюдений рентгеновской обсерватории Chandra, астрономы обнаружили 84 необычных источника в шести близких галактиках.

Они оказались настолько непохожи на известные рентгеновские объекты, что исследователи выделили их в новый класс - гипермягкие рентгеновские источники (HSX, hypersoft X-ray sources).

Но что значит «гипермягкие»?

Рентгеновское излучение - это такое же электромагнитное излучение, как видимый свет или радиоволны, только его фотоны обладают гораздо большей энергией. В астрономии энергию рентгеновских фотонов обычно измеряют в электронвольтах (эВ), а чаще - в килоэлектронвольтах (кэВ).

Чем меньше энергия рентгеновского фотона, тем более «мягким» называют такое излучение. Чем больше - тем оно «жёстче».

У HSX почти всё наблюдаемое рентгеновское излучение находится ниже примерно 0,3 кэВ. Это чрезвычайно мягкий рентген, расположенный практически у границы с экстремальным ультрафиолетом. Более того, значительная часть энергии этих объектов, вероятно, вообще излучается уже в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне. Вы спросите, а чего тогда не посмотрят? К сожалению, непосредственно увидеть его у источников в других галактиках крайне сложно: EUV очень эффективно поглощается межзвёздным газом...

Кстати, нашли их довольно необычным способом. Астрономы искали источники, которые хорошо видны Chandra на самых низких рентгеновских энергиях, но практически исчезают при переходе к более высоким. У HSX отношение числа фотонов в диапазонах 0,15–0,3 кэВ и 0,3–1 кэВ превышает восемь - именно такая экстремальная “мягкость” и выделила их среди обычных рентгеновских источников.

При этом эти источники совсем не слабые. Некоторые достигают светимости порядка 10³⁸ эрг/с только в наблюдаемом мягком рентгеновском диапазоне. Эрг - это единица энергии в системе СГС, которой исторически очень любят пользоваться астрофизики. Один эрг равен 10⁻⁷ джоуля. Поэтому 10³⁸ эрг/с - это примерно 10³¹ ватт.

Для сравнения, полная светимость Солнца во всех диапазонах составляет около 3,8 × 10²⁶ ватт. То есть речь идёт о мощности, эквивалентной полной светимости примерно 26 000 Солнц, причём у некоторых HSX такая мощность наблюдается только в мягком рентгеновском диапазоне.

И вот здесь начинается самое интересное: астрономы пока точно не знают, что это за объекты.

Среди возможных объяснений всплывают белые карлики, активно поглощающие вещество звезды-компаньона, системы после вспышек новых и некоторые типы аккрецирующих чёрных дыр.

Особенно интересен вариант с белыми карликами. Такие системы потенциально связаны с происхождением сверхновых типа Ia, да, тех самых «стандартных свечей», которые астрономы используют для измерения космологических расстояний.

История немного напоминает открытие быстрых радиовсплесков (FRB).

Когда их обнаружили, астрономы тоже увидели совершенно новый класс явлений и долго не понимали, что способно создавать настолько короткие и мощные радиосигналы. Сегодня мы знаем, что по крайней мере некоторые такие FRB способны производить магнетары, хотя происхождение всей популяции быстрых радиовсплесков окончательно не установлено. Если что, HSX и FRB никак не связаны).

Возможно, сейчас с HSX мы наблюдаем похожий момент: новый класс источников уже обнаружен, а физику процессов, которые за ним стоят, нам только предстоит ещё понять.

И есть в этой истории ещё одна интересная деталь.

Для открытия не понадобился новый телескоп. Эти источники уже находились в архивных данных Chandra, накопленных за годы наблюдений. Иногда неизвестные нам типы объектов во Вселенной уже находятся в наших старых данных. Нужно только понять, что именно искать...


Фото: Галактика M101. Кружками отмечены семь недавно обнаруженных гипермягких рентгеновских источников (HSX).

Рентген: NASA/CXC/Univ. of Alabama/M. Muhibullah et al.
Оптика: NASA/ESA/STScI
Обработка: NASA/CXC/SAO/N. Wolk

Перевод и редактура: И. Тирский

Одна галактика - четыре изображения

Перед нами одно и то же скопление галактик MACS J0454.1−0300, снятое двумя космическими телескопами.

Первая фотография - это новый снимок телескопа James Webb, вторая - снимок Hubble 2014 года.

Разница действительно впечатляет: там, где Hubble увидел относительно пустое пространство, Webb уже обнаруживает сотни дополнительных галактик. Причина в том, что Webb, благодаря гораздо большей чувствительности и более широкому охвату инфракрасного диапазона показывает здесь галактики, которые практически не видны на снимке Hubble.

Многие из этих далёких галактик лучше всего видны в инфракрасном диапазоне, поскольку из-за расширения Вселенной их свет сильно смещён в красную область спектра.

Но самое интересное здесь даже не это.

«Золотистые» галактики принадлежат самому скоплению. А вытянутые оранжевые дуги вокруг него находятся намного дальше, за скоплением.

Огромная масса скопления MACS J0454.1−0300 искривляет пространство-время и вместе с ним путь проходящего рядом света. Скопление фактически работает как гигантская линза, увеличивая и искажая изображения далёких галактик. Это называется гравитационным линзированием.

Причём иногда свет одной галактики приходит к нам несколькими разными путями, и свет затрачивает на них разное время, то есть разные изображения одной галактики могут показывать её в разные моменты её истории. Почти как фильм, который Вселенная позволяет немного перематывать назад.

На этом снимке Уэбба нашли сразу два таких случая, где галактика появляется четыре или более раз. Впервые подобные конфигурации обнаружили дважды в одном скоплении!

Конфигурации с четырьмя и более изображениями одной галактики встречаются лишь примерно у 10–20% скоплений, поэтому найти сразу две в одном скоплении особенно необычно.

А теперь самое крутое.

Благодаря гравитационному линзированию мы видим одну группу галактик такой, какой она была примерно через 2 млрд лет после Большого взрыва, а другую галактику - всего через 800 млн лет после него.

Гравитационная линза увеличивает отдельные области в этих галактиках более чем в 300 раз - это настолько сильное увеличение, что астрономы различают структуры размером примерно в 5 световых лет на расстоянии в миллиарды световых лет.

По сути, природа сама поставила перед James Webb ещё один огромный телескоп, за который не платят американские налогоплательщики).

Фото 1: James Webb, 2026
Фото 2: Hubble, 2014
Источник: ESA/Webb, NASA & CSA, L. Furtak, S. Fujimoto

Перевод и редактура: И. Тирский.

astronomy pinned a photo

Я периодически публикую что-то из Японии, потому что эта страна для меня - не только связана с Токио, Киото, храмами, едой и красивыми видами…

Это ещё и одна из ведущих космических держав мира: космическое агентство JAXA, ракеты-носители и космодромы, межпланетные станции, Hayabusa, японский модуль «Кибо» на МКС, и, конечно, совершенно особое отношение к астрономии. В Японии находятся одни из самых больших планетариев в мире и множество обсерваторий.

В ноябре мы с Ириной Феей @miladyfairy снова едем в Японию, и в этот раз не просто вдвоём, а небольшой группой.

И я подумал, что раз уж мы проводим этот тур, было бы странно ограничиваться обычной программой.

Поэтому кроме самой Японии я хочу немного показывать и рассказывать про её космическую сторону. Если группе будет интересно добавим по маршруту хороший планетарий или обсерваторию, поговорим про японскую космонавтику и астрономию, а заодно я с удовольствием буду рассказывать про астрономию и космос вообще.

В общем, получится немного необычная Япония: днём - города, храмы, архитектура и еда, а где-нибудь вечером - звёзды, планетарий и разговоры о том, как устроена Вселенная.

Мы с Ириной были в Японии уже 13 раз и за последние годы объехали почти всю страну, поэтому хочется показать не только достопримечательности, а ту Японию, которую знаем и любим сами.

Если кто-то давно хотел съездить в Японию, то вот тот самый тур с 20 по 29 ноября:

https://miladyfairy.com/japan2026

По всем вопросам пишите мне или @miladyfairy

В 18:30 по МСК буду читать онлайн-лекцию про межзвёздные объекты - первый опыт, так что, посмотрим, что из этого получится:

https://www.youtube.com/watch?v=EmeZfNC9oKg

Трансляция на Ютубе

Решил начать читать онлайн-лекции по астрономии и космонавтике

Первая онлайн-лекция пройдёт 26 сентября и будет доступна для всех желающих с трансляцией на Youtube.

Это мой первый опыт онлайн-лекций, поэтому лекция будет абсолютно бесплатной.

Зарегистрироваться на мероприятие можно тут:

https://luma.com/gi2kyniw

Буду в Алматы с 16 по 21 сентября!

Если вдруг вы знаете контакты лекториев, то с удовольствием почитаю лекции по астрономии.

И было бы здорово встретиться с астролюбителями, если вы вдруг представитель астроклуба или сообщества астролюбителей в Алматы, напишите мне. Или просто хотите встретиться, то пишите в комментарии к этому посту или в личные сообщения.

Спасибо!

Луна и Юпитер в Бишкеке.

Автор: И. Тирский.

Небо Кыргызстана. Снято на iPhone 17 Pro Max.

Автор: @miladyfairy ❤️

Ночь 12 августа - пожалуй, одна из лучших астрономических ночей 2026 года.

Сразу несколько событий практически совпадут во времени:

Полное солнечное затмение - максимум в 20:46 мск. Полная фаза будет видна в Гренландии, Исландии и Испании, а из части Европы - частные фазы.

Новолуние (затмение же). Засветки от Луны ночью не будет, а значит небо будет максимально тёмным для наблюдения.

Пик метеорного потока Персеид - в ночь с 12 на 13 августа. В идеальных условиях можно увидеть до 50-100 метеоров в час, на деревенском небе, в городе - только яркие. Лучшее время - после полуночи и до рассвета.

Перед рассветом на небе одновременно окажутся шесть планет: Меркурий, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Это не физическое «выравнивание» планет в пространстве, а их удачное расположение вдоль эклиптики на небе Земли.

И всё это - в августе, когда Млечный Путь находится в одном из лучших сезонных положений для наблюдения из тёмных мест Северного полушария. Да ещё и тепло.

Затмение. Новолуние. Персеиды. Шесть планет. Млечный Путь. Всё - примерно за одни сутки.

Если давно хотелось уехать подальше от городских огней и просто посмотреть вверх, то ночь с 12 на 13 августа для этого почти идеальна.