Край Будущего

Астрономы из Университета Нью-Мексико совместно с исследователями из США и других стран подтвердили существование новой экзопланеты, открытие которого стало возможным благодаря сотрудничеству с гражданскими учёными по всему миру.

Подробности находки изложены в статье, опубликованной в журнале The Astronomical Journal; ведущим автором выступила доктор наук Зара Эссак, а в числе соавторов — доцент Диана Драгомир.

Планета TOI-4465 b представляет собой газового гиганта, удалённого от Земли примерно на 400 световых лет. Она была впервые обнаружена космическим телескопом NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) как потенциальное событие одиночного транзита — кратковременного прохождения планеты на фоне своей звезды.

Для подтверждения существования планеты исследователям предстояло зафиксировать следующий транзит, который повторяется всего раз в 102 дня, то есть примерно трижды в год.

«Окна для наблюдений крайне ограничены. Продолжительность каждого транзита составляет около 12 часов, однако крайне редко удаётся получить 12 непрерывных часов тёмного и ясного неба в одном месте», — пояснила Эссак. «Дополнительные трудности связаны с переменчивой погодой, доступностью телескопов и необходимостью круглосуточного наблюдения.»

Чтобы преодолеть эти препятствия, была организована скоординированная международная кампания, охватившая 14 стран. В ней приняли участие 24 гражданских астронома из 10 государств, которые с помощью личных телескопов помогли зафиксировать следующий транзит. Их своевременный вклад дополнил данные профессиональных обсерваторий.

«Открытие и подтверждение существования TOI-4465 b не только расширяет наши познания о планетах отдалённых звёздных систем, но и демонстрирует, как увлечённые любители астрономии могут непосредственно влиять на передовые научные исследования. Это прекрасный пример силы гражданской науки, командной работы и важности глобального сотрудничества в астрономии», — отметила Эссак.

Помимо гражданских учёных, профессиональные астрономы — включая студентов — внесли вклад, проводя фотометрические наблюдения, измеряя изменения яркости звезды во время прохождения планеты, используя современную аппаратуру в признанных обсерваториях.

Ключевыми платформами, обеспечившими успешную реализацию глобальной кампании, стали Подгруппа 1 Программы последующих наблюдений TESS (TFOP SG1), сеть гражданской науки Unistellar и Рабочая группа по кандидатам в планеты с одиночными транзитами TESS (TSTPC).

«Эффективность данного сотрудничества опирается на продуманную инфраструктуру. Сеть Unistellar обеспечивает стандартизированное оборудование и алгоритмы обработки данных, что позволяет гражданским учёным вносить качественный вклад. TFOP SG1 служит международной координационной площадкой, объединяющей профессионалов и любителей, а также наблюдательные объекты. Рабочая группа TSTPC, возглавляемая профессором Драгомир, концентрирует экспертизу в области обнаружения и последующих наблюдений столь редких явлений», — подчеркнула Эссак.

TOI-4465 b — газовый гигант, чей радиус превышает радиус Юпитера примерно на 25 %, масса почти в шесть раз больше Юпитера, а плотность достигает почти трёхкратного значения. Путь планеты по орбите слегка эллиптичен, что приводит к диапазону температур от 375 до 478 Кельвинов (около 200–400 °F). TOI-4465 b является редким образцом гигантской планеты, сочетающей немалый размер, массу, плотность и умеренную температуру, занимая при этом достаточно малоизученную область в пространстве параметров радиуса и массы.

Долгопериодические газовые гиганты, подобные TOI-4465 b, могут служить связующим звеном между экстремальными «горячими юпитерами» — планетами, обращающимися вблизи своих звёзд — и холодными гигантами, известными нам по Солнечной системе.

«Это открытие особенно важно, поскольку экзопланеты с длительными периодами (более 100 дней) сложно обнаружить и подтвердить из-за ограниченности времени и ресурсов для наблюдений. Вследствие этого они недостаточно представлены в текущих каталогах экзопланет», — объяснила Эссак.

«Исследование таких планет помогает глубже понять процессы формирования и эволюции планетных систем в более умеренных условиях.»

Большие размеры и относительно прохладные температуры TOI-4465 b делают её перспективным объектом для будущих атмосферных исследований с помощью, например, Космического телескопа имени Джеймса Уэбба (JWST). Планета входит в число лучших долгопериодических экзопланет для спектроскопии собственного излучения, что позволит выявить ключевые характеристики её атмосферы.

Данная статья стала шестой публикацией в рамках проекта Giant Outer Transiting Exoplanet Mass (GOT “EM) survey — масштабного исследования, нацеленного на детальное изучение долгопериодических транзитных гигантских планет путем измерения их радиусов и масс посредством скоординированных последующих наблюдений транзитов и радиальных скоростей.

В понедельник, 23 июня, в Чили официально открыли новую астрономическую обсерваторию, названную в честь выдающейся американской астрономички Веры Рубин, которая внесла значительный вклад в понимание темной материи. Это современное научное учреждение оснащено передовыми телескопами и камерами, способными вести глубокие и широкоугольные наблюдения ночного неба с высоким разрешением и большой скоростью.

Уже на следующий день после открытия учёные получили первые снимки, продемонстрировавшие высокое качество и детализацию новых инструментов. Однако главным достижением стали результаты первых двух суток наблюдений: обсерватория обнаружила 2104 новых астероида, ранее неизвестных астрономам. Среди них были выделены семь околоземных объектов, представляющих особый интерес, поскольку они могут потенциально пересекать орбиту Земли и требуют постоянного мониторинга для оценки возможной угрозы. Также были найдены 11 троянских астероидов Юпитера — космические тела, находящиеся в стабильных точках Лагранжа, движущиеся вместе с планетой. Кроме того, астрономы зарегистрировали девять транснептуновых объектов — мелких тел, расположенных за орбитой Нептуна, которые помогают лучше понять структуру и эволюцию Солнечной системы.

Учёные отмечают, что потенциал обсерватории огромен: за несколько лет работы она способна обнаружить до пяти миллионов новых астероидов. Это количество в пять раз превышает суммарное число открытий всех астрономов за последние два столетия, что свидетельствует о революционном скачке в возможностях наблюдений и обработки данных. Такая масштабная инвентаризация малых тел позволит существенно расширить наше понимание происхождения и динамики Солнечной системы, а также повысить безопасность планеты.

Кроме поиска астероидов, обсерватория Веры Рубин создаёт уникальные условия для обнаружения межзвёздных объектов — редких космических тел, прибывающих из других звездных систем. Примерами таких объектов являются загадочный астероид Оумуамуа и комета Борисова, которые вызвали большой интерес учёных из-за необычных траекторий и физических свойств. Благодаря высокой чувствительности и широкому полю зрения новый инструмент позволит фиксировать подобные объекты быстрее и с большей точностью, открывая новые горизонты в изучении межзвёздной среды и процессов, происходящих за пределами нашей Солнечной системы.

Таким образом, обсерватория имени Веры Рубин знаменует собой новый этап в астрономии, объединяя передовые технологии и научные амбиции для расширения знаний о космосе и обеспечении безопасности Земли.

Эта красивая иллюстрация не только демонстрирует эстетическую сторону науки на наноуровне, но и отражает суть нового масштабируемого метода выравнивания BNNT в водных дисперсиях с использованием доступного поверхностно-активного вещества (ПАВ) — натрия дезоксихолата (SDC), который является желчным солевым ПАВ. Это открытие открывает перспективы создания новых материалов для аэрокосмической отрасли, электроники и других сфер.

По словам профессора Маттео Паскуали, ведущего автора исследования, работа представляет большой фундаментальный интерес, поскольку демонстрирует возможность использования BNNT в качестве модельной системы для изучения инновационных нанопалочных жидких кристаллов. Главное преимущество BNNT заключается в их относительной прозрачности и хорошей излучаемости с помощью видимого света, в отличие от углеродных нанотрубок, которые образуют тёмные жидкие кристаллы и сложны для наблюдения световой микроскопией.

Для первого автора, Джо Хури, исследование стало больше, чем просто научной работой. Обучавшийся архитектуре в Сирии, а затем переключившийся на химическую инженерию после переезда в США, он с художественным взглядом заметил важные детали. Во время обычного этапа очистки, наблюдая фильтрацию воды из дисперсии, он заметил, что оставшийся материал загустевает и под поляризованным светом начинает излучать свечение — признак формирования жидких кристаллов.

Воодушевившись этим наблюдением, исследователи предположили, что увеличение концентрации SDC может стимулировать самособирание BNNT в упорядоченные нематические фазы. Чтобы проверить гипотезу, они провели серию экспериментов с различными концентрациями SDC в дисперсиях BNNT. С помощью поляризационной микроскопии был визуализирован переход от хаотичных состояний к частично и полностью упорядоченным жидкокристаллическим фазам. Криогенная электронная микроскопия подтвердила высокое разрешение и выравнивание нанотрубок.

Ключевым достижением стало создание первой комплексной фазовой диаграммы BNNT в растворах ПАВ — прогностической карты, позволяющей предсказывать поведение BNNT при различных соотношениях компонентов. По словам Хури, ранее такие вопросы не исследовались так полно: предшествующие работы ограничивались низкими концентрациями BNNT или недостаточным количеством ПАВ. В их исследовании показано, что при правильном соотношении можно индуцировать жидкокристаллическое упорядочение без использования агрессивных химикатов и сложных методик.

Кроме изучения фазовых переходов, команда разработала простой и воспроизводимый способ преобразования дисперсий в тонкие, хорошо выровненные плёнки BNNT. Используя специализированный нож для сдвига материала на стеклянной подложке, они создали прозрачные и прочные плёнки, которые идеально подходят для теплового управления и усиления конструкций — например, для более лёгких и термостойких компонентов электроники или авиационной техники. Рентгеновская дифракция и электронная микроскопия подтвердили аккуратное наномасштабное ориентирование нитей.

Хури подчеркнул, что нематическая упорядоченность в растворе сохраняется и переносится в твёрдую фазу, что открывает масштабируемую платформу для материалов следующего поколения. Исследование прокладывает путь для новых разработок в области лизотропных жидких кристаллов на основе нанопалочек. Метод прост и не требует применения сильных кислот или жёстких условий, что делает его доступным для лабораторий по всему миру. Перспективы охватывают как фундаментальную физику, так и коммерческую инженерную практику.

Паскуали отметил, что это только начало. Благодаря созданной карте маршрута можно тонко настраивать выравнивание BNNT под конкретные задачи, создавая принципиально новый класс функциональных наноматериалов. Он также поделился, что красота полученных изображений завораживает: «Когда Джо прислал варианты для обложки, я почувствовал, словно смотрю на картины Дали или Ван Гога. Обложка могла бы быть башней Барад-дур из ‘Властелина колец’, исполненной в стиле сюрреализма.»

Хури выразил благодарность команде и наставникам, включая Паскуали; Анхеля Марти — профессора и заведующего кафедрой химии, профессора биоинженерии и материаловедения и наноинженерии в Райсе; Чеола Парка из космического центра NASA Langley; Линдси Скэммелл из BNNT LLC; Йешаяху Талмона из Техниона — Израильского технологического института и других, чья поддержка сделала это исследование возможным.

Протопланетный диск — это окружение из холодного молекулярного газа и пыли, окружающее протозвезду. Наличие планеты в таком диске вызывает гравитационное скопление или отток материала, что приводит к формированию характерных структур — колец или спиралей. Таким образом, субструктуры дисков можно рассматривать как «послания» формирующихся планет. Для их детального изучения необходимы сверхточные радиотелескопы, например, ALMA.

Наблюдения с помощью ALMA, включая крупные проекты DSHARP и eDisk, позволили получить сверх четкие изображения распределения пыли в протопланетных дисках.

Проект DSHARP показал, что характерные структуры часто встречаются в дисках около 20 молодых звёзд, которым более миллиона лет с момента их образования.

В то же время проект eDisk выявил меньше выраженных субструктур в дисках 19 протозвезд, находящихся в активной фазе аккреции — спустя 10–100 тысяч лет после рождения звезды. Это указывает на различия в свойствах дисков в зависимости от возраста звёзд.

Возникает вопрос: когда именно появляются субструктуры, свидетельствующие о рождении планет? Для ответа нужны наблюдения дисков среднего возраста, которые до сих пор изучены недостаточно. Однако ограничения по расстоянию и времени наблюдений усложняют проведение статистически значимых исследований больших выборок.

Для решения этой задачи команда исследователей применила метод сверхвысокой визуализации на основе разреженного моделирования. В радиоастрономии традиционные методы реконструкции компенсируют недостающие данные с определёнными допущениями. Новая методика позволяет восстанавливать изображения с большей точностью, обеспечивая более высокое разрешение без необходимости дополнительных данных.

В исследовании использовался открытый программный модуль PRIISM (Python module for Radio Interferometry Imaging with Sparse Modeling), разработанный японской командой. На основе архивных данных ALMA было проанализировано 78 протопланетных дисков в области звездообразования в созвездии Змееносца, расположенном на расстоянии 460 световых лет.

Более половины полученных изображений достигли разрешения, превышающего традиционные методы более чем в три раза, сопоставимого с проектами DSHARP и eDisk.

Кроме того, общий объём данных в данном исследовании почти в четыре раза превышает количество образцов из предыдущих двух проектов, что значительно повышает надёжность статистического анализа. Среди изученных 78 дисков у 27 были обнаружены кольцевые или спиральные структуры, причём 15 из них выявлены впервые именно в этой работе.

Исследователи объединили выборку из созвездия Змееносца с данными проекта eDisk для комплексного статистического анализа. Результаты показали, что характерные субструктуры дисков начинают формироваться на радиусах более 30 астрономических единиц уже на ранней стадии звездообразования — спустя всего несколько сотен тысяч лет после появления звезды.

Это свидетельствует о том, что процессы формирования планет начинаются значительно раньше, чем считалось ранее, когда диск ещё богат газом и пылью. Иными словами, планеты растут и развиваются вместе со своими очень молодыми звёздными хозяевами.

Айюму Сёси отметил: «Эти открытия, заполняющие разрыв между проектами eDisk и DSHARP, стали возможны благодаря инновационным методам визуализации, обеспечивающим высокое разрешение и одновременно увеличивающим размер выборки. Хотя результаты относятся только к дискам в созвездии Змееносца, дальнейшие исследования в других регионах звездообразования помогут определить, насколько данный тренд универсален.»

Примечание: стадия эволюции протозвезды определяется по болометрической температуре — условной температуре, рассчитанной на основе суммарной светимости объекта во всех длинах волн. Более высокая болометрическая температура указывает на более продвинутую эволюционную стадию. Температура около 650 К соответствует примерно одному миллиону лет с момента рождения звезды.

Жизнь на Земле в 2057 году. Информационные технологии, "умные дома": сенсорные датчики, камеры и компьютерные чипы в мебели, стенах, возможность заказывать еду из дома, самонаполняющиеся холодильники, постоянная связь со всеми городскими службами, полная связь Интернета и телевидения и т.д. Камеры наблюдения будущего: наземные, подземные, возможность полиции поймать преступника, находящегося в любой части города. Полиция будущего: наблюдение за информационным пространством, борьба с компьютерными хакерами, контроль над всеми объектами городской инфраструктуры через постоянный обмен информацией с городскими службами (больницами, транспортом, архивами и т.д.), использование всех методов идентификации личности (камеры, дактилоскопирование, сканирование сетчатки, распознавание по голосу и т.д.). Хранение информации в архивах будущего (голографические кристаллы, вмещающие информацию сотен тысяч компьютерных дисков, жестких дисков и баз данных). Уязвимость города будущего перед сбоями компьютерных программ и хакерскими атаками.

Планета Земля через 50 лет. 2 серия. Города (2007) (@Тайны космического пространства и иных миров)

Канал Занимательная астрономия на Рутубе

https://rutube.ru/channel/30209398/

Канал Занимательная астрономия, геология и география в Телеграме (фильмы о Вселенной, астрономии, Солнечной системе, пространстве и времени)

https://t.me/astronomy78