На ръба на галактиката

Най-отдалечените космически обекти са разположени толкова далеч от Земята, че дори светлинни години са абсурдно малка мярка за тяхната отдалеченост. Например най-близкото до нас космическо тяло – Луната се намира само на 1,28 светлинни секунди от нас. Как можем да си представим разстоянията, които един светлинен импулс не може да преодолее за стотици хиляди години? Има мнение, че е неправилно такова колосално пространство да се измерва с класически величини, от друга страна, нямаме други.

Най-далечната звезда на нашата Галактика се намира в посока на съзвездието Везни и е отдалечена от Земята на разстояние, което светлината може да преодолее за 400 хиляди години. Ясно е, че тази звезда се намира близо до граничната линия, в така наречената зона на галактическия ореол. В крайна сметка разстоянието до тази звезда е приблизително 4 пъти диаметъра на въображаемите пространства на нашата Галактика. (Диаметърът на Млечния път се оценява на около 100 000 светлинни години.)

отвъд галактиката

Изненадващо е, че най-далечната, доста ярка звезда е открита едва в наше време, въпреки че е наблюдавана по-рано. По неразбираеми причини астрономите не обърнаха особено внимание на слабо светещото петно ​​в звездното небе и което се различава върху фотографската плака. Какво става? Хората виждат звезда от четвърт век и ... не я забелязват. Съвсем наскоро американски астрономи от обсерваторията Лоуел откриха още една от най-далечните звезди в периферните предели на нашата Галактика.

Тази звезда, вече потъмняла от "старостта", може да се търси в небето в съзвездието Дева, на разстояние около 160 хиляди светлинни години. Подобни открития в тъмните (в буквалния и преносен смисъл на думата) части на Млечния път позволяват да се направят важни корекции при определяне на истинските стойности на масата и размера на нашата звездна система в посока на тяхното значително увеличение.

Въпреки това дори най далечни звездив нашата галактика са относително близки. Най-отдалечените квазари, известни на науката, са повече от 30 пъти по-далеч.

Квазар (на английски quasar - съкращение от QUASi stellAR radiosource - „квазизвезден радиоизточник“) е клас извънгалактични обекти, характеризиращи се с много висока светимост и толкова малък ъглов размер, че няколко години след откриването не могат да бъдат разграничени от “точкови източници” - звезди.

Не толкова отдавна американски астрономи откриха три квазара, които са сред "най-старите" обекти във Вселената, известни на науката. Разстоянието им от нашата планета е повече от 13 милиарда светлинни години. Разстоянията до далечни космически образувания се определят с помощта на така нареченото "червено изместване" - изместване в емисионния спектър на бързо движещи се обекти. Колкото по-далеч са от Земята, толкова по-бързо, в съответствие със съвременните космологични теории, се отдалечават от нашата планета. Предишният рекорд на разстояние е поставен през 2001 г. Червеното отместване на открития тогава квазар беше оценено на 6,28. Текущата тройка има отмествания от 6.4, 6.2 и 6.1.

тъмно минало

Отворените квазари са само с 5 процента "по-млади" от Вселената. Това, което се случи преди тях, непосредствено след Големия взрив, е трудно да се поправи: водородът, образуван 300 000 години след експлозията, блокира радиацията на най-ранните космически обекти. Само увеличаването на броя на звездите и последващата йонизация на водородните облаци ни позволява да разчупим завесата над нашето „тъмно минало“.

За получаване и проверка на такава информация е необходима съвместната работа на няколко мощни телескопа. Ключовата роля в този въпрос принадлежи на космическия телескоп Хъбъл и цифровия телескоп Слоун, разположени в обсерваторията в Ню Мексико.

Когато погледнете небето в тъмна нощ при ясно време, виждате много звезди. Почти всички обаче са в нашата галактика, Млечния път. Дори най-отдалечените, които можете да видите без телескоп, са на по-малко от двадесет хиляди светлинни години от Земята. Може да изглежда като гигантско разстояние, но космосът е много по-голям от непосредственото ни обкръжение. Той е наистина огромен, поради което за учените е невероятно трудно да изучават звезди извън нашата галактика. Най-далечната звезда, която е била изолирана от външното сияние около нея, е само на 55 милиона светлинни години от нас.

Научни постижения

Въпреки това, ако астрономите не грешат в нищо, този рекорд наскоро беше подобрен. Според статия, публикувана през март тази година в списание Nature Astronomy, той е бил разбит на парчета, пометен и стъпкан. Той се премести към звезда, която е на 14 милиарда светлинни години от нас! Трябва да се отбележи, че астрономите често успяват да видят обекти, далеч от нашата планета. С телескопи те могат да видят най-ярките свръхнови на 10 милиарда светлинни години. Обикновените звезди обаче не могат да се видят дори на стотици пъти по-малко разстояние. И тук първо споменаваме за "гравитационни лещи".

Това явление възниква, когато огромната маса на една галактика или дори клъстер от галактики се огъва, изкривява и усилва светлината зад нея. Това явление е възможно поради факта, че такива обекти всъщност огъват самото пространство около себе си. Галактиките, които създават ефекта на гравитационни лещи, "усилват" яркостта средно 50 пъти.

далечни звезди

Звездата, за която говорим днес, е зад куп галактики на 6 милиарда светлинни години и нейната светлина е усилена повече от 2000 пъти! В научните каталози той е посочен като MACS J1149 Lensed Star 1. Учените, които са го открили, обаче му дават и неофициално име - Икар. Благодаря ви много за това, така е много по-удобно и за нас.

Икар беше забелязан съвсем случайно, когато изследователи разглеждаха изображения на свръхнови, направени от космическия телескоп Хъбъл през 2016 и 2017 г. Недалеч от нея забелязаха малко светло петно. Той промени яркостта с течение на времето, но не по същия начин, както правят свръхновите. Цветовата схема на светлината, идваща от този обект, остана непроменена в продължение на много месеци. Допълнителен анализ показа, че имаме работа със син свръхгигант.

Тези звезди са много по-големи, по-масивни, по-горещи от Слънцето и стотици хиляди пъти по-ярки от него. Това е толкова малко напомняне, че всяко явление в космоса може да бъде наистина с космически мащаб. Всички сини свръхгиганти имат подобни характеристики, следователно, сравнявайки светлината на Икар със светлината на същите обекти в нашата галактика, астрономите успяха да изчислят разстоянието до него. Оказа се, че звездата е на възраст 9 милиарда години и поради факта, че Вселената се разширява, сега светилата обикновено са на 14 милиарда светлинни години преди това.

Как Икар успя да увеличи изображението си с 2000 пъти, когато обичайната стойност на гравитационните лещи е само 50? Отговорът е микролещите. Това са малки обекти в големи лещи. Това могат да бъдат отделни звезди, осигуряващи допълнително приближение на "картината". Лещи в лещите. Този ефект не трае дълго, тъй като микролещите постоянно се движат от желаната позиция и се връщат отново в нея. Ако обаче внимателно следим какво се случва, пред нас се откриват огромни възможности. С помощта на микролещи учените успяха да открият дори планети извън Млечния път!

най-далечната звезда

Икар, между другото, може да бъде полезен не само като рекордьор, посочен в съответната книга. Чрез изучаване на това как ефектът на приближаване го влияе с течение на времето, астрономите се надяват да изградят точен модел на разпределението на материята в клъстер от галактики с „лещи“. Това вероятно включва тъмна материя, която все още не можем да открием, изследваме и усетим, но която има гравитационен ефект върху други космически обекти. По този начин Икар може да ни помогне значително да увеличим знанията си за Вселената. Е, неговият старогръцки съименник също беше много положителен персонаж, въпреки че не стана шампион, колкото и да се опитваше. Надяваме се, че нашият Икар няма да опозори славното име.

И други планети. Поглеждайки към небето, те успяха да установят, че Луната, движейки се по небето, закрива една или друга звезда, но самите звезди никога не са отпред. Понякога планетите закриват звездите. Това предполага, че звездите са разположени по-далеч от планетите.

Но какво следва? още тогава той посочи, че звездите са много далеч от Земята и затова не можем да забележим изместването на позициите на звездите. Но те непременно трябва да се дължат на движението на Земята заедно със звездите в световното пространство.

Астрономите не можаха да видят подобни движения на звезди около три века по-късно. Въпреки че през този период е постигнат голям напредък в изобретяването на инструменти за наблюдение на небето, както и в точността на наблюденията. В средата на XVIIIв. известни учени Брадли (в Англия) и Ламбърт (в Германия) установиха, че разстоянията до най-близките до нас звезди са многократно по-големи от разстоянията от Земята до. Но те не успяха да знаят точно разстоянията до звездите.

За първи път в историята на науката В. Я. Струве измерва . Той измерва позицията на Вега многократно и стига до извода, че Вега се измества за половин година под ъгъл от около 1/4 дъгова секунда. Под такъв малък ъгъл от Вега би трябвало да се вижда диаметърът на земната орбита – с други думи, двойно разстоянието от Земята до Слънцето, а самото това разстояние – под ъгъл от 1/8 дъгова секунда.

Известно е, че кръгът е разделен на 360 градуса с 60 дъгови минути във всеки градус, всяка минута е 60 секунди. Това означава, че има 1 296 000 дъгови секунди в кръг.

Ако радиусът на земната орбита от Вега е под ъгъл от около 1/8 от секундата или около 1/10 000 000 от кръга (астрономите наричат ​​този ъгъл паралакс на дадена звезда), тогава разстоянието до тази звезда е почти 250 трилиона километра.

Такива номера, разбира се, са неудобни за използване. Обикновено в такива случаи астрономите използват по-големи единици за дължина. Например светлинна година. Това е кратък термин за разстоянието, което светлинният лъч изминава за период, равен на земна година със скорост от около 300 000 km/s. Една светлинна година е приблизително 9,5 трилиона километра. Накратко може да се запише по следния начин: 9,5 x 10 на 12-та степен на km.

Астрономите също използват различна система за измерване на разстоянията до звездите. Ако една окръжност съдържа 1 296 000 дъгови секунди, тогава един радиан е 206 265 дъгови секунди (57°.3). Ако радиусът на земната орбита беше видим от някое небесно тяло под ъгъл от 1 секунда от окръжността, тогава това би означавало, че разстоянието до такова тяло е 206 265 пъти по-голямо от радиуса на земната орбита и е равно на приблизително 31 трилиона км или 374 светлинни години. Тази стойност се нарича паралакс-секунда или парсек.

Вега се намира на разстояние 8 парсека или 26,5 светлинни години от нас. За да прелети такова разстояние, самолетът ТУ-154 ще се нуждае от четиридесет милиона години.

Вега наистина е една от относително близките до нас звезди, но не и най-близката. От най-ярките звезди най-близката до нас е звездата алфа в съзвездието Кентавър, невидима от територията на Русия. Може да се види в южните страни. Светлината от него достига до нас за 4,3 години.

Към днешна дата разстоянията до много хиляди звезди са определени по този начин.

Но с цялата точност, която астрономите са постигнали при измерването на звездните паралакси, този метод е приложим само за определяне на разстоянията до относително близки звезди. За далечни звезди, които са на стотици, хиляди и десетки хиляди светлинни години от нас, той не е подходящ: ъглите се оказват толкова незначителни (стотни и хилядни от секундата), че не могат да бъдат измерени. Астрономите са открили други доста надеждни начини за измерване на разстоянията на по-далечни звезди. В резултат на това точните разстояния до десетки хиляди отделни звезди вече са известни и дори повече звезди могат да бъдат приблизително определени.

Ако звездите могат да се видят от невъобразимо големи разстояния, тогава те трябва да имат огромна светимост (светимост). Звездите са много далечни слънца от нас. Някои от тях излъчват много повече светлина от нашите огромни

Когато си представяме далечни звезди, обикновено мислим за разстояния от десетки, стотици или хиляди светлинни години. Всички тези светила принадлежат на нашата Галактика – Млечния път. Съвременните телескопи са в състояние да разрешават звезди в най-близките галактики - разстоянието до тях може да достигне десетки милиони светлинни години. Но докъде се простират възможностите на технологията за наблюдение, особено когато природата й помага? Неотдавнашното удивително откритие на Икар - най-далечната звезда във Вселената, известна до момента - показва възможността за наблюдение на изключително далечни космически явления.

Помощ от природата

Има феномен, благодарение на който астрономите могат да наблюдават най-отдалечените обекти на Вселената. Нарича се едно от следствията на общата теория на относителността и се свързва с отклонението на светлинен лъч в гравитационно поле.

Ефектът на лещата се състои в това, че ако някакъв масивен обект е разположен между наблюдателя и източника на светлина на линията на видимост, тогава чрез огъване в гравитационното му поле се създава изкривено или многократно изображение на източника. Строго погледнато, лъчите се отклоняват в гравитационното поле на всяко тяло, но най-забележим ефект, разбира се, оказват най-масивните образувания във Вселената - клъстерите от галактики.

В случаите, когато малко космическо тяло, например една звезда, действа като леща, визуалното изкривяване на източника е почти невъзможно да се коригира, но неговата яркост може да се увеличи значително. Това събитие се нарича микролещи. И двата вида гравитационни лещи са изиграли роля в историята на откриването на най-отдалечената от Земята звезда.

Как се случи откритието

Откриването на Икар беше улеснено от щастлив случай. Астрономите са наблюдавали един от далечните MACS J1149.5+2223, разположен на приблизително пет милиарда светлинни години. Интересен е като гравитационна леща, поради специалната конфигурация на която светлинните лъчи се огъват по различни начини и в крайна сметка изминават различни разстояния до наблюдателя. В резултат на това отделните елементи на лещиното изображение на източника на светлина трябва да бъдат забавени.

През 2015 г. астрономите очакваха свръхновата Refsdal, предсказана от този ефект в много далечна галактика, светлината от която достига Земята за 9,34 милиарда години. Очакваното събитие наистина се случи. Но в снимките от 2016-2017 г., направени от телескопа Хъбъл, освен свръхновата, беше открито и нещо друго, което беше не по-малко интересно, а именно изображението на звезда, принадлежаща на същата далечна галактика. По естеството на блясъка беше определено, че това не е свръхнова, не е изблик на гама-лъчи, а обикновена звезда.

Стана възможно да се види една звезда на такова огромно разстояние благодарение на събитие с микролещи в самата галактика. Случайно обект премина пред звездата - най-вероятно друга звезда - с маса от порядъка на слънцето. Самият той, разбира се, остана невидим, но неговото гравитационно поле увеличи блясъка на източника на светлина. В комбинация с ефекта на лещата на клъстера MACS J1149.5+2223, това явление доведе до увеличаване на яркостта на най-отдалечената видима звезда с фактор 2000!

Звезда на име Икар

Новооткритото светило получи официалното име MACS J1149.5+2223 LS1 (Lensed Star 1) и собствено име- Икар. Предишният рекордьор, който притежаваше гордата титла на най-далечната звезда, която можеше да се наблюдава, се намира сто пъти по-близо.

Икар е изключително ярък и горещ. Това е син свръхгигант от спектрален клас B. Астрономите са успели да определят основните характеристики на звездата, като например:

• маса - не по-малко от 33 слънчеви маси;
• светимост - надвишава слънчевата приблизително 850 000 пъти;
• температура - от 11 до 14 хиляди келвина;
• металност (съдържание химически елементипо-тежък от хелия) - около 0,006 сл.

Съдбата на най-далечната звезда

Събитието с микролещи, което направи възможно да се види Икар, се случи, както вече знаем, преди 9,34 милиарда години. Тогава Вселената е била само на около 4,4 милиарда години. Моментна снимка на тази звезда е един вид стоп-кадър в малък мащаб от онази далечна епоха.

По времето, когато светлината, излъчена преди повече от 9 милиарда години, измина разстоянието до Земята, космологичното разширение на Вселената избута галактиката, в която е живяла най-отдалечената звезда, на разстояние от 14,4 милиарда светлинни години.

Самият Икар, според съвременните представи за еволюцията на звездите, отдавна е престанал да съществува, защото колкото по-масивна е звездата, толкова по-кратък трябва да е животът й. Възможно е част от веществото на Икар да е послужило като строителен материал за нови светила и, много вероятно, за техните планети.

Ще го видим ли отново

Въпреки факта, че случаен акт на микролещи е много краткотрайно събитие, учените имат шанс да видят Икар отново и дори с по-голяма яркост, тъй като в големия клъстер от лещи MACS J1149.5+2223 много звезди трябва да са близо до зрителната линия на Икар - Земята и пресичането на този лъч може да бъде всеки от тях. Разбира се, възможно е да видите и други далечни звезди по същия начин.

Или може би някой ден астрономите ще имат късмета да запишат грандиозна експлозия - експлозия на свръхнова, с която най-далечната звезда приключи живота си.

Определението за разстояние в астрономията обикновено зависи от това колко далеч е небесното тяло. Някои методи могат да се прилагат само към относително близки обекти, като например съседни планети. Други са за по-далечни, като звезди или дори галактики. Въпреки това, тези методи обикновено са по-малко точни.

Как да определите разстоянието до обект в космоса

Метод за определяне на разстоянието до съседни планети

В Слънчевата система това е сравнително просто: движението на планетите тук се изчислява според законите на Кеплер и е възможно да се изчисли разстоянието до близките планети и астероиди с помощта на радарни измервания. По този начин е много лесно да се определи разстоянието.

Законите на Кеплер се прилагат в Слънчевата система

Как се измерва разстоянието до звездите?

За относително близки до нас звезди може да се определи така нареченият паралакс. В този случай е необходимо да се наблюдава как се променя позицията на звездата в резултат на въртенето на Земята около нашето светило спрямо звезди, които са много по-отдалечени от нас. В зависимост от точността на измерването е възможно сравнително точно и директно определяне на разстоянието.

Изчисляване на разстоянията от паралакса на звездите

Ако това не е подходящо, може да се опита да се определи вида на звездата от спектъра, за да се направи извод за разстоянието от истинската яркост. Това вече е косвен метод, тъй като трябва да се направят определени предположения за звездата.

Измерване на разстояния от спектъра на звездите

Ако е невъзможно да се приложи този метод, тогава учените се опитват да минат с "скала на разстоянията". В същото време те търсят звезди, чиято яркост е точно известна от наблюдения в нашата Галактика. Такива предмети се наричат ​​"стандартни свещи". Това са например звездите цефеиди, чийто блясък се променя периодично. Според теорията скоростта на тези промени зависи от максималната яркост на звездата.

Изчисляване на разстоянието от Цефеидите

Ако такива цефеиди се открият в друга галактика и можете да наблюдавате как се променя яркостта на звезда, тогава се определя нейната максимална яркост и след това разстоянието от нас. Друг пример за стандартна свещ е определен вид експлозия на свръхнова, която според астрономите винаги има една и съща максимална яркост.

Стандартна свещ може да бъде експлозия на свръхнова

Въпреки това, дори този метод има своите ограничения. Тогава астрономите използват червеното отместване в спектрите на галактиките.

Увеличаването на дължината на вълната на светлината, идваща от галактика, я кара да изглежда по-червена в спектъра, наречено червено отместване.

Въз основа на него може да се изчисли скоростта на отдалечаване на една галактика, която е пряко свързана - според закона на Хъбъл - с разстоянието до тази галактика от Земята.