|
Место рождения космических бакиболов
|
|
|
|
Спустя пятнадцать лет после того, как западные астрономы впервые обнаружили в космосе "бакиболы" (молекулы в форме футбольных мячей, напоминающие полую сферу), они вернулись с потрясающими изображениями и богатыми данными, полученными с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) - самого мощного космического телескопа из когда—либо созданных. Команда, возглавляемая Яном Ками, профессором физики и астрономии, впервые обнаружила бакиболы с помощью космического телескопа НАСА "Спитцер" в 2010 году. Фантастическая находка была сделана в планетарной туманности Tc 1, образовавшейся из умирающей звезды, расположенной на расстоянии более 10 000 световых лет от нас в созвездии Ара.
|
|
|
|
Эти молекулы, содержащие 60 идеально расположенных атомов углерода, были впервые синтезированы в 1985 году в Университете Сассекса сэром Гарри Крото и его коллегами — прорыв, за который в 1996 году была присуждена Нобелевская премия по химии. Крото назвал молекулу "бакминстерфуллерен" в честь знаменитого архитектора Бакминстера Фуллера, который спроектировал геодезические купола, которые используют те же структурные принципы.
|
|
|
|
Хотя Крото сразу же предсказал, что бакиболы будут широко распространены в космосе, Ками и его сотрудникам потребовалось еще 25 лет, чтобы доказать их правоту с помощью исследования, опубликованного в журнале Science в 2010 году.
|
|
|
|
|
|
|
И теперь западная команда вновь обратила свое внимание на Tc 1, на этот раз вооружившись большим количеством данных, полученных с помощью прибора среднего инфракрасного диапазона JWST (MIRI), чтобы получить первый в истории детальный снимок планетарной туманности, и результат получился впечатляющим.
|
|
|
|
На новом снимке видны тонкие лучи, тонкие нити и мерцающие газовые оболочки (более горячий газ светится синим, более холодный материал обведен красным), а в центре туманности находится неземной элемент, напоминающий перевернутый вопросительный знак, который намекает на сложность, которую еще предстоит понять.
|
|
|
|
"Tc 1 уже был необычным объектом, поскольку именно он подсказал нам о существовании бакиболов в космосе, но это новое изображение показывает, что мы только прикоснулись к поверхности", - сказала Ками, главный исследователь новой программы JWST General Observer (GO). "Сооружения, которые мы сейчас видим, захватывают дух, и они вызывают столько же вопросов, сколько и ответов".
|
|
|
|
По словам Ками, это изображение является первым шагом в том, что обещает стать знаковой серией результатов. Новые наблюдения JWST включают в себя не только визуализацию, но и богатые спектроскопические данные — подробные химические характеристики газа и молекул по всей туманности, и в настоящее время готовится несколько научных статей.
|
|
|
|
"Когда мы предлагали эти наблюдения, мы знали, что Tc 1 был особенным. Но то, что показал нам JWST, выходит далеко за рамки наших ожиданий. Мы уже начинаем по—новому понимать природу самих бакиболов и то, почему они так ярко светятся в этом объекте - вопросы, над которыми мы ломали голову в течение пятнадцати лет. Это один из тех наборов данных, которые будут занимать нас долгие годы", - сказал Элс Питерс, профессор физики и астрономии.
|
|
|
|
Помимо обычной камеры, прибор MIRI от JWST также может регистрировать химический состав газа и пыли в каждой точке туманности. Этот метод, известный как спектроскопия интегрального поля (IFU), позволяет ученым составить карту не только того, как выглядит Tc 1, но и из чего он состоит: температуры, плотности, химического состава и движения газа по всей туманности. В результате получается необычайно мощное окно в физику и химию умирающей звезды.
|
|
|
|
"Каким бы красивым ни было это изображение, для меня оно в первую очередь является набором данных. Четкость и чувствительность JWST не похожи ни на что, с чем я работала раньше", - сказала Чарми Бхатт, кандидат наук в области физики и астрономии из Western. "Структуры, которые были совершенно невидимы для нас, теперь видны с потрясающей четкостью: оболочки, лучи, мелкие детали во внешнем ореоле. И что особенно важно, с помощью спектроскопии integral field unit мы теперь можем связать все, что мы видим на изображении, непосредственно с химическими и физическими процессами, происходящими в туманности. Именно это сочетание делает этот набор данных таким мощным".
|
|
Молекула в форме молекулы
|
|
|
|
Одним из первых открытий нового набора данных является трехмерное распределение самих бакиболов. Кандидат наук в области физики и астрономии Морган Гиз (Morgan Giese) провел анализ излучения C60 в новых данных и обнаружил, что оно не рассеяно случайным образом по туманности, а сконцентрировано в тонкой сферической оболочке, окружающей центральную звезду.
|
|
|
|
"Мы тщательно измерили свойства бакиболов по всему нашему набору данных, а затем составили карту расположения всех них. Как ни странно, эти микроскопические полые сферы на самом деле также имеют форму полой сферы. Бакиболы расположены в виде одного гигантского бакибола. Мы все еще работаем над тем, почему они расположены именно здесь, но очень забавно наблюдать, как все эти мелочи появляются в наших данных", - сказал Гиз.
|
|
|
|
Одной из самых поразительных особенностей нового изображения является изящная изогнутая структура вблизи центра туманности, которая имеет странное сходство с перевернутым вопросительным знаком. Его происхождение пока неизвестно, и это одна из нескольких загадочных особенностей — наряду с яркими лучами и слабыми сгустками светящегося вещества, — которую команда ученых попытается объяснить в своих будущих статьях.
|
|
|
|
"Мы приложили много усилий к анализу данных, потому что у нас было так много вопросов о бакиболах и их окружении. Спустя долгое время мы, наконец, подумали, что начинаем находить ответы на некоторые вопросы, но туманность показала нам гигантский вопросительный знак прямо у нас перед носом. У Вселенной жестокое чувство юмора", - сказал кандидат наук в области физики и астрономии Саймон Ван Шуйленберг.
|
|
Жизнь и смерть солнцеподобной звезды
|
|
|
|
Tc1 - это то, что остается после того, как звезда, подобная нашему Солнцу, израсходует свое ядерное топливо и сбросит внешние слои, превратившись в расширяющуюся оболочку из газа и пыли. Оставшееся горячее ядро звезды — белый карлик — заливает окрестности ультрафиолетовым излучением, заставляя выделяющийся газ светиться. Этот процесс, продолжавшийся десятки тысяч лет, привел к образованию сложных структур, которые теперь видны с помощью JWST. Химический состав Tc 1, богатый углеродом, в том числе его "бакиболлы", отражает состав звезды, которая его создала: это окно в звездную эволюцию, записанное в молекулах.
|
|
|
|
"Обнаружение бакиболов в космосе важно, потому что это помогает ученым, таким как мы, отслеживать химический состав углерода, объяснять загадочные сигналы и понимать, как изменяются органические материалы в экстремальных условиях. Их открытие также бросило вызов традиционным представлениям о космической химии и дало ключ к пониманию того, как могла зародиться жизнь", - сказал постдокторский исследователь Дрис Ван Де Путте, который работает над другим источником, демонстрирующим излучение фуллеренов. "Я сосредоточен на том, чтобы выяснить, сформировались ли эти бакиболы так же, как на Земле, или в результате совершенно другого процесса".
|
|
Учитель оживляет космос.
|
|
|
|
Поразительное изображение, опубликованное сегодня, было обработано Кейтлин Бикрофт, преподавательницей естественных наук в средней школе, которая также является заядлым и одаренным астрономом-любителем. Бикрофт регулярно водит своих студентов на экскурсии в Мемориальную обсерваторию Хьюма Кронина в Вестерне, и Ками обратилась к ней за помощью из-за ее исключительного умения извлекать тонкие структуры из необработанных данных телескопа.
|
|
|
|
"Обычно, когда я работаю над изображением, у меня есть представление о том, как выглядит объект и чего ожидать при обработке данных. В случае с Tc 1 изображений туманности почти нет, а те, что доступны, далеки от разрешения, полученного JWST. "Есть что-то удивительное в том, чтобы увидеть все мельчайшие детали туманности, особенно когда вы видите ее впервые", - сказал Бикрофт.
|
|
|
|
Наблюдения проводились в рамках программы GO-4706 JWST.
|
|
|
|
В совокупности эти инвестиции позволили Western собрать разнообразную команду опытных исследователей и аспирантов, набранных из-за рубежа, которая зарекомендовала себя как мировой лидер в изучении космических фуллеренов. В настоящее время готовится несколько статей с описанием научных результатов.
|
|
|
|
Источник
|
