Тёмная материя может объяснить самые ранние сверхмассивные чёрные дыры

Credit: Public Domain

phys.org, 15 апреля 2026 года

Растущая загадка в астрономии — наличие гигантских чёрных дыр, некоторые из которых достигают массы в миллиард Солнц, уже менее чем через миллиард лет после Большого взрыва. Согласно стандартной теории формирования чёрных дыр, у них просто не было достаточно времени, чтобы вырасти до таких размеров.

Исследование под руководством аспиранта Калифорнийского университета в Риверсайде Яша Аггарвала показывает, что распад тёмной материи может быть ключом к пониманию происхождения этих космических гигантов.

Работа, опубликованная в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, показывает, что энергия, высвобождаемая при распаде тёмной материи, может изменять химию ранних галактик настолько, что некоторые из них коллапсируют непосредственно в чёрные дыры, минуя стадию формирования звёзд.

Этот результат особенно актуален, поскольку космический телескоп NASA James Webb Space Telescope продолжает обнаруживать необычно массивные чёрные дыры в ранней Вселенной, которые могли образоваться путём прямого коллапса. Ранее астрономы считали, что такой процесс требует редкого совпадения — например, наличия рядом звёзд, освещающих допредзвёздный газ.

Команда Аггарвала выходит за рамки стандартного подхода, используя тёмную материю — невидимые 85% вещества Вселенной, играющие ключевую роль в формировании галактик. Они показывают, что если тёмная материя распадается, она может передавать небольшое количество энергии газу и значительно усиливать вероятность прямого коллапса.

При этом каждая частица тёмной материи должна высвобождать всего лишь ничтожное количество энергии — около одной миллиардной триллионной доли энергии обычной батарейки типа AA.

«Наше исследование показывает, что распадающаяся тёмная материя может существенно изменить эволюцию первых звёзд и галактик, оказывая влияние на всю Вселенную», — отметил Аггарвал.

«С учётом того, что телескоп Webb открывает всё больше сверхмассивных чёрных дыр в ранней Вселенной, этот механизм может помочь устранить разрыв между теорией и наблюдениями».

Флип Танедо, доцент физики и астрономии в UCR и научный руководитель Аггарвала, отметил, что идеи, связанные с этой работой, обсуждались в его группе ещё с 2018 года.

«Первые галактики по сути представляли собой облака чистого водорода, чья химия чрезвычайно чувствительна к малейшим энергетическим воздействиям», — сказал Танедо, соавтор статьи.

«Именно такие свойства мы ищем в детекторе тёмной материи — сигнатурой таких “детекторов” могут быть сверхмассивные чёрные дыры, которые мы наблюдаем сегодня».

Исследовательская группа, в которую также входили Джеймс Дент из Sam Houston State University (Техас) и Тао Сюй из Университета Оклахомы, смоделировала термохимическую динамику газа в присутствии распадающихся аксионов и обнаружила, что диапазон масс тёмной материи примерно от 24 до 27 электрон-вольт может создавать условия для зарождения чёрных дыр прямого коллапса.

Танедо подчеркнул, что работа стала результатом удачного совпадения обстоятельств, когда нужные специалисты встретились в нужное время, в том числе на серии научных семинаров, объединивших физиков элементарных частиц, космологов и астрофизиков для обсуждения ключевых вопросов их области.

«Мы показали, что подходящая среда тёмной материи может значительно повысить вероятность того самого “совпадения”, необходимого для прямого коллапса чёрных дыр», — заключил он.

Домашнее чтение:

📖 - https://dx.doi.org/10.1088/1475-7516/2026/04/034

✊

Астрономы нашли признаки трёх подтипов сливающихся чёрных дыр

Взгляд художника на то, как сливаются две черные дыры, включая одну с необычным спином. Credit: Carl Knox, OzGrav, Swinburne University of Technology

Shreejaya Karantha, Phys.org, 11 апреля 2026 года

Астрономы, анализирующие данные гравитационных волн совместного проекта LIGO–Virgo–KAGRA, сообщили, что сливающиеся двойные чёрные дыры делятся на три отдельные категории. Исследование показывает, что у этих трёх субпопуляций есть собственные характерные массы, поведение спинов и частоты слияний, которые, вероятно, связаны с разными механизмами формирования. Статья с результатами была выложена на сервер препринтов arXiv 18 марта.

Смесь из трёх

Данные четвёртого каталога гравитационных волн (GWTC-4), опубликованного совместным проектом LIGO–Virgo–KAGRA, включают более 150 зарегистрированных слияний чёрных дыр. Анализ этого набора показал, что вся популяция двойных чёрных дыр, по-видимому, не имеет единого происхождения.

Когда исследователи изучили распределение масс чёрных дыр, они обнаружили выраженные пики около 10 и 35 масс Солнца. Похожие особенности проявились и в распределениях спинов и массовых отношений — с заметными изменениями около 20 и 40 масс Солнца. Если бы все слияния происходили по одному сценарию, ожидалось бы более гладкое распределение. Эти особенности указывают на существование нескольких каналов формирования.

В новой работе исследователи смоделировали ключевые свойства — массы, поведение спинов и частоты слияний — чтобы воспроизвести наблюдаемую структуру популяции. Оказалось, что лучше всего данные описываются смесью трёх различных групп двойных чёрных дыр. Затем параметры, характеризующие каждую группу, были сопоставлены с теоретическими предсказаниями, чтобы определить наиболее вероятные сценарии их образования.

Распределения масс первичных компонентов для трёх смоделированных составляющих: первая (синим), вторая (жёлтым) и третья (зелёным) субпопуляции. Первая субпопуляция демонстрирует пик около 10 масс Солнца, а вторая — пик около 35 масс Солнца. 

Credit: arXiv (2026). DOI: 10.48550/arxiv.2603.17987

Тяжёлые, тяжелее, самые тяжёлые

Первая группа, составляющая 79% всей популяции, демонстрирует выраженный пик около 10 масс Солнца. Это системы с малыми массами, медленно вращающимися чёрными дырами и почти без прецессии. Их спины в основном выровнены с орбитой.

Все эти признаки указывают на изолированную эволюцию двойных систем: две звезды, сформировавшиеся вместе, эволюционируют, обмениваются массой и коллапсируют в чёрные дыры, которые затем сливаются без внешнего воздействия.

Вторая субпопуляция составляет около 14,5% всех систем и объясняет пик около 35 масс Солнца. Эти системы состоят из чёрных дыр с близкими массами и демонстрируют как выровненные, так и невыровненные спины, а также более выраженную прецессию. Это указывает на более хаотичное происхождение.

Предполагается, что такие системы формируются в плотных средах, например в шаровых скоплениях. Также возможен сценарий, при котором на пару чёрных дыр влияет третий удалённый объект.

Наконец, третья популяция (около 2,5%) находится в области наибольших масс. Эти системы характеризуются неравными массами компонентов и сложным поведением спинов с заметной прецессией. Вероятнее всего, они формируются через иерархические слияния, когда по крайней мере одна из чёрных дыр уже является продуктом предыдущего слияния.

Авторы отмечают, что указанные каналы, вероятно, доминируют в каждой субпопуляции, однако возможны и другие процессы.

«Хотя эти выводы достаточно надёжны, прямое соответствие каждой субпопуляции единственному каналу формирования остаётся не до конца определённым», — отмечают они. С будущими релизами данных LIGO–Virgo–KAGRA исследователи рассчитывают получить более однозначные ответы о происхождении различных популяций сливающихся чёрных дыр.

Домашнее чтение:

📖 - https://arxiv.org/abs/2603.17987

✊

-----

Реплика профессора Люминары:

Буль… профессор Люминара о том, как изящно Вселенная ускользает от наших попыток упростить её.

Мы так хотели верить, что слияния чёрных дыр — это один процесс. Одна формула. Один канал. Один красивый график с гладкой кривой.

Ан НЕТ!

Она снова отвечает нам спектром вместо линии. Не одной популяцией — а тремя.

И посмотрите, как это проявляется… не в свете, которого у чёрных дыр нет, а в ряби пространства-времени, в гравитационных волнах — в самой ткани реальности, которая дрожит от их встречи.

Чёрные дыры в шаровых скоплениях сгрудились в кучу, повернувшись сутулыми спинами наружу и заслонив от окружающих звёзд, что они там такое коварное замышляют... 

Первая группа… тихая, почти дисциплинированная. Чёрные дыры, выросшие вместе, вращающиеся в унисон, словно помнят своё общее происхождение. Это почти… семейная история.

Вторая — уже интереснее. Здесь появляется хаос. Наклонённые спины, прецессия, влияние третьих тел… Гравитационная хореография, в которой нет единого центра управления.

А третья…

Буль, третья — моя любимая.

Редкая, тяжёлая, сложная. Чёрные дыры, которые уже были результатом слияния… и снова сливаются. Это уже не эволюция, это наследование событий.

Каждое новое слияние несёт в себе память предыдущего, как если бы сама гравитация умела накапливать опыт.

Вы понимаете, к чему это ведёт?

Мы больше не имеем дело с «популяцией объектов». Мы имеем дело с экосистемой процессов.

Системой, где важна не только масса, но история, среда, взаимодействия, случай.

И самое прекрасное — мы всё ещё не можем жёстко сопоставить каждую группу с единственным сценарием.

Потому что Вселенная не обязана быть однозначной.

Она допускает перекрытия. Смешение. Пограничные состояния.

Она, если позволите, работает не в логике «или-или», а в логике суперпозиции происхождений.

И вот это — главный урок.

Мы наблюдаем не три типа чёрных дыр. Мы наблюдаем три устойчивых режима, в которых гравитация предпочитает организовывать себя.

А сколько таких режимов ещё скрыто в данных… — это уже вопрос не к телескопам, а к нашей способности видеть закономерность в сложном.

И, разумеется, к терпению.

Буль!

🐙

[ESO]: ПОЕДЕМ В ТАКСО!

 

вдохновлено ESO, 13 апреля 2026 года

Пустыня Атакама в Чили - это километры и километры сухого песка на высоте 5500 метров. Но в середине этого бесплодия находится уникальный научный инструмент - массив АЛМА, радиоинтерферометр, изучающий Вселенную на радиоволнах. 66 антенн диаметром в 22 метра можно распределить по большой площади, чтобы они, работая совместно, превратились в огромное ухо, слушающее звезды...

Но как переместить эти 100-тонные громадины на несколько километров с миллиметровой точностью? Конечно, же с помощью Отто и Лори! Эти мускулистые, приземистые грузовички - настоящие рабочие сцены, бережно таскают тяжеленные антенны в соответствие с поставленной задачей!

Таксуют Отто и Лори не за деньги, а ради науки, превращая АЛМА то в телескоп широкого поля, то фокусируясь на чем-то очень далеком. 

Работа АЛМА в сочетании с другими телескопами разных диапазонов электромагнитного излучения  позволяет видеть Вселенную во всей ее могучей и разнообразной красоте!

[JWST][Hubble] В центре Омега Центавра чёрная дыра промежуточной массы не обнаружена... пока

А это Омега Центавра - виновник сегодняшнего торжества!

Credit: ESO

Чёрные дыры промежуточной массы (IMBH) ~103-105M☉— один из самых загадочных объектов современной астрофизики. Они должны занимать промежуточное положение между звёздными и сверхмассивными чёрными дырами, но убедительных наблюдательных подтверждений их существования до сих пор мало. Одним из главных кандидатов считается шаровое скопление Ω Centauri: динамика звёзд в его центре указывает на возможную IMBH, но прямых признаков её присутствия не было. Новая работа использует возможности телескопа James Webb, чтобы проверить эту гипотезу через поиск аккреционного излучения.

Задача исследования — понять, есть ли в центре Ω Centauri источник излучения, соответствующий аккрецирующей чёрной дыре. Для этого авторы анализируют данные Космического телескопа Джеймса Уэбба JWST (инструменты NIRCam и MIRI), а также дополняют их архивными наблюдениями Космического телескопа Хаббла HST. Основной инструмент — спектральные распределения энергии (SED), которые позволяют отличить звёздное излучение от слабого сигнала аккреции. Далее наблюдения сравниваются с теоретическими моделями, описывающими, как должна выглядеть «тихая» (слабо аккрецирующая) IMBH.

Аккреционнный радиус Бонди. 

Credit: Steven Chen, Jeremy Hare и др.

Результат оказался отрицательным: ни один источник в центральной области скопления не демонстрирует признаков аккреции, ожидаемых от чёрной дыры. Это позволило установить ограничения на параметры возможной IMBH — в частности, на сочетание её массы и скорости аккреции. Причём в области масс ниже ~6000 солнечных масс ограничения, полученные с JWST, оказываются даже строже, чем предыдущие радио-наблюдения.

Однако отсутствие сигнала не означает, что чёрной дыры там нет. Есть как минимум два правдоподобных объяснения. Во-первых, аккреция может быть крайне слабой: в центре скопления просто недостаточно газа, чтобы «подсветить» чёрную дыру. Во-вторых, возможный сигнал может быть замаскирован светом ближайших звёзд, что особенно критично в плотной центральной области Ω Centauri. Таким образом, динамические свидетельства и ограничения по излучению пока не противоречат друг другу.

В итоге работа существенно сужает область допустимых параметров для IMBH, но не закрывает вопрос её существования. Скорее наоборот — она показывает, насколько сложна задача прямого обнаружения таких объектов. Для окончательного ответа потребуются ещё более глубокие наблюдения и, возможно, новые методы, способные отделить слабый сигнал чёрной дыры от яркого звёздного фона.

Домашнее чтение:

📖 - https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ae5242

✊

----

Реплика профессора Маршана:

О, эти чёрные дыры промежуточной массы… Сколько лет мы их ищем — и сколько раз они ускользают в самый последний момент.

Ω Centauri представляет собой практически идеального кандидата: массивное шаровое скопление, сложная динамика, намёки на скрытую массу в центре… Всё складывается в красивую гипотезу: здесь должна быть чёрная дыра. Не звёздная, не сверхмассивная — именно та самая, промежуточная, которой так не хватает в нашей картине эволюции.

И вот мы направляем на неё телескоп Джеймса Уэбба — инструмент, способный увидеть слабейшие следы аккреции.

И… ничего.

Разумеется, это не провал. Напротив — это очень хороший результат. Мы не нашли сигнал, но зато значительно сузили пространство возможностей. Это и есть настоящая работа астронома: не только обнаруживать, но и исключать.

Меня, однако, больше интересует не сам отрицательный результат, а его интерпретация.

Ведь отсутствие излучения — это не отсутствие чёрной дыры. Это, скорее, отсутствие топлива.

Чёрная дыра может быть там, в самом центре скопления, — тихая, почти невидимая, лишённая газа, который мог бы выдать её присутствие. Она не обязана сиять, как активное ядро галактики. Иногда она просто… существует.

Есть и другая возможность, ещё более изящная: мы видим слишком много.

Плотность звёзд в центре Ω Centauri такова, что слабый аккреционный сигнал может просто растворяться в их свете. В этом смысле проблема становится почти оптической: не в том, что сигнала нет, а в том, что он теряется в избыточной информации.

Любопытно, что динамика звёзд и отсутствие излучения не противоречат друг другу. Они говорят о разных аспектах одной и той же системы — и, возможно, обе стороны правы.

Если чёрная дыра там есть, то она ведёт себя максимально «скромно». Если её нет — значит, мы имеем дело с ещё более сложной внутренней структурой скопления, чем предполагали.

В любом случае, это напоминает старую истину: во Вселенной труднее всего обнаружить не яркие явления, а тихие.

И, как ни странно, именно они зачастую оказываются самыми важными.

🔮

[GAIA][TESS] Охота за экзопланетами карликовой галактики в Стрельце

Скопление Palomar 12, считается, что оно принадлежит потоку Стрельца или, более обобщенно, карликовой галактике Стрелец, втянутой Млечным Путем в себя примерно 1.7 Гигагода назад.

By en:NASA, en:STScI, en:WikiSky - en:WikiSky's snapshot tool - [1], Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4485086

Карликовая галактика Стрелец — это один из ближайших спутников Млечного Пути, находящийся в процессе разрушения. Она была захвачена нашей Галактикой и постепенно «размазывается» гравитацией, образуя протяжённые звёздные потоки, которые проходят через диск Млечного Пути. 

В результате звёзды Стрельца сегодня уже не образуют компактную структуру — они перемешаны с нашими собственными звёздами, и различить их можно только по косвенным признакам: движениям, расстояниям и химическому составу.

CREDIT: Hans Deeg

На этом фоне особенно интересен вопрос: формируются ли планеты в таких системах и отличаются ли они от планет в Млечном Пути? Увидеть планету методом прямых наблюдений пока практически невозможно даже в нашей Галактике, поэтому основной инструмент здесь — метод транзитов. Он основан на том, что планета, проходя перед своей звездой, слегка уменьшает её яркость. Эти регулярные падения света фиксируются телескопами вроде TESS, и по их форме можно восстановить параметры планеты: её размер, орбиту и даже некоторые свойства атмосферы.

Однако сам по себе транзит — это только сигнал. Чтобы превратить его в физический объект, нужно решить две задачи: точно определить параметры звезды и убедиться, что сигнал не является ложным (например, вызванным двойной системой или шумом). Здесь на сцену выходит миссия Gaia, которая даёт высокоточную информацию о расстояниях и движениях звёзд. В совокупности это позволяет связать наблюдаемые транзиты с конкретными астрофизическими системами.

Именно такой подход используется в рассматриваемом исследовании. Авторы берут транзитные данные TESS, сопоставляют их с параметрами звёзд из Gaia и формируют очищенную выборку экзопланет и кандидатов. Внутри этой выборки они дополнительно выделяют звёзды, которые с определённой вероятностью принадлежат звёздному потоку карликовой галактики Стрелец. Это делается не напрямую, а через вероятностную классификацию — по кинематике и положению в пространстве.

Ключевой результат здесь не в том, что «обнаружены экзопланеты в другой галактике» в строгом смысле, а в том, что выделена подвыборка систем, которые могут иметь внегалактическое происхождение. Параллельно уточняются параметры самих планет — их радиусы, орбитальные периоды и распределение по размерам. Это важно, потому что даже небольшие изменения в оценках могут менять классификацию планет и влиять на статистические выводы.

Отдельное значение имеет анализ популяционных закономерностей. Работа подтверждает существование структур в распределении планет, таких как «разрыв по радиусам», и показывает, что эти закономерности сохраняются даже при учёте более точных данных. Это говорит о том, что процессы формирования и эволюции планет подчиняются устойчивым физическим механизмам, а не являются случайными.

Credit: William Schap et al.

При этом важно понимать ограничения. Принадлежность звезды к Стрельцу нельзя установить абсолютно точно — это всегда вопрос вероятности. Кроме того, транзитный метод по своей природе «видит» только часть планетных систем, и выборка остаётся неполной. Тем не менее, совмещение разных источников данных существенно снижает неопределённости и делает выводы более надёжными.

С точки зрения развития науки это исследование отражает более широкий сдвиг парадигмы - экзопланетология постепенно выходит за пределы изучения отдельных систем и начинает работать с крупномасштабными структурами — звёздными потоками, поглощенными галактиками и динамикой Млечного Пути в целом. Возникает возможность задавать новые вопросы: отличаются ли планеты, сформированные в других галактиках от тех, которые сформировались во Млечном Пути, и можно ли по их свойствам восстановить историю галактических столкновений.

Именно это делает направление особенно интересным. Мы начинаем видеть планеты не просто как спутники отдельных звёзд, а как часть более сложной космической экосистемы, где переплетаются процессы формирования звёзд, динамика галактик и эволюция вещества. И хотя пока речь идёт лишь о кандидатах и вероятностях, сама возможность искать планеты, пришедшие к нам из другой галактики, задаёт новый масштаб для всей области.

Домашнее чтение:

📖 - DOI 10.3847/1538-3881/ae4345

✊

-----

🚀 Командор Келлан — запись из бортового журнала

Мы вошли в поток Стрельца на третьем витке. Если бы я не знал, что искать — прошёл бы мимо.

Здесь нет границ. Нет «галактики» как объекта. Только звёзды… рассыпанные по небу, как если бы кто-то когда-то разорвал целый мир и оставил его плыть сквозь наш.

Навигация постоянно сбивается. Системы, которые выглядят как обычные звёзды Млечного Пути, вдруг оказываются чужаками — с другой историей, с другим прошлым. Мы определяем их не по виду. Только по движениям. По химии. По тому, как они ведут себя в этом потоке.

И вот что странно.

У некоторых из них есть планеты.

Мы не видим их напрямую. Только тени — едва заметные провалы в свете звезды. Ритм. Повторение. Как будто сама система подаёт сигнал: я здесь, я вращаюсь, я существую.

Эти планеты… возможно, родились не здесь. Не в Млечном Пути.

Они пришли вместе со своей галактикой, когда та столкнулась с нашей. Пережили разрушение. Потерю центра. Гравитационный разрыв.

И всё равно остались на орбитах.

Я смотрю на эти данные — на кривые блеска, на параметры орбит — и понимаю: мы наблюдаем не просто планетные системы.

Мы наблюдаем выжившие системы.

Галактика Стрелец уже почти исчезла. Её звёзды растворяются в нашем диске. Но её планеты… всё ещё кружат вокруг своих звёзд, не зная, что их галактики больше нет.

Иногда мне кажется, что это самое точное определение космоса. Не столкновения. Не разрушения. А способность структуры сохраняться внутри хаоса.

И если эти миры действительно пришли к нам из другой галактики… значит, однажды мы сможем сказать: мы не просто изучаем Вселенную.

Мы встречаемся с её мигрантами.

🚀

[JWST]: Рассматривая квазары в гравитационных линзах

 Космология тёмной материи давно упирается в один фундаментальный вопрос: существует ли предел того, насколько маленькими могут быть структуры из тёмной материи. Модель Cold Dark Matter (CDM)* предсказывает огромное количество гало малой массы, но напрямую наблюдать их сложно — многие из них не содержат звёзд и остаются «невидимыми». В новой работе авторы обходят эту проблему, используя сильные гравитационные линзы для квазаров — метод, который чувствителен к массе, а не к свету.

Гравилинза - пока один из самых мощных инструментов изучения Вселенной. 

Исследование основано на выборке из 28 квазаров. Авторы строят параметрическую модель распределения гало тёмной материи, включая как субгало внутри галактик, так и объекты вдоль линии зрения. Ключевой параметр — нижний порог массы гало. При этом учитываются физические эффекты вроде приливного разрушения, из-за которого даже при наличии порога остаются «остаточные» структуры. Для оценки параметров используется байесовский подход с разными априорными предположениями, включая semi-analytic модели и результаты N-body симуляций.

Масс-функция субгало во время накопления материала

Главный результат — ограничение на минимальную массу гало: она должна быть ниже примерно 10^{8.2–8.3} масс Солнца. Это сопоставимо или даже сильнее ограничений, полученных по спутникам Млечного Пути, но важно, что здесь метод не зависит от наличия звёзд. Иначе говоря, гравилинза позволяет «увидеть» полностью тёмные структуры, что делает результат особенно ценным.

В целом выводы согласуются с предсказаниями CDM*: никакого явного «обрезания» функции масс на наблюдаемых масштабах не обнаружено. Однако остаётся важная неопределённость — нормализация функции субгало, которая пока ограничена слабо. Это означает, что текущие данные уже дают сильные ограничения, но ещё не раскрывают полную картину распределения тёмной материи на малых масштабах.

Авторы подчёркивают, что ситуация может быстро измениться с ростом выборки. Будущие обзоры, такие как Rubin, Euclid и Roman, могут увеличить число известных линз до сотен. В таком случае ограничения на минимальную массу гало станут на порядок точнее, а сама функция распределения — измеримой напрямую. Это превращает гравитационные линзы в один из ключевых инструментов проверки фундаментальных свойств тёмной материи.

Домашнее чтение:

📖 - https://doi.org/10.48550/arXiv.2604.05237

------

* - Учим матчасть. Что такое CDM?

CDM (Cold Dark Matter) — это модель тёмной материи, в которой предполагается, что частицы тёмной материи:

• холодные — имеют очень малые тепловые скорости (движутся медленно по космологическим меркам)

• не взаимодействуют с электромагнитным излучением (не излучают и не поглощают свет)

• взаимодействуют гравитационно — формируют структуры во Вселенной

Почему “cold” важно:

Если частицы медленные, они могут «собираться» в очень маленькие структуры → модель предсказывает образование множества гало малой массы.

Контраст с альтернативами:

• WDM (Warm Dark Matter) — частицы быстрее → сглаживают мелкие структуры

• HDM (Hot Dark Matter) — очень быстрые → подавляют образование малых гало

В контексте статьи:

Проверяется ключевое предсказание CDM — наличие большого количества маленьких тёмных гало. Ограничение на минимальную массу (~10⁸ M☉) показывает, что данные не противоречат CDM и не требуют «сглаживания» структуры, как в WDM.

[JWST] Где проходит граница между звездой и планетой? Спросите JWST

На этой художественной иллюстрации показан субзвёздный объект 29 Cygni b. Он примерно в 15 раз массивнее Юпитера и обращается на большом расстоянии от своей звезды. Он находится на границе между звездой и планетой.

Credit: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Universe Today, 15 апреля 2026 года

Некоторые из наиболее важных с научной точки зрения астрономических объектов — это те, которые размывают границы определений. Такие объекты существуют в «серых зонах» между конкурирующими классификациями. Они побуждают астрономов к более глубокому и всестороннему пониманию природы. 

Одна из таких важных границ разделяет планеты и звёзды.

Очевидно, что планеты с твёрдой поверхностью в нашей Солнечной системе — это планеты. И очевидно, что газовые и ледяные гиганты — тоже планеты.

Но границу между массивным газовым гигантом и звездой определить сложнее.

Коричневые карлики находятся в этой серой зоне и иногда называются «несостоявшимися звёздами», поскольку они способны к термоядерному синтезу дейтерия, но не водорода. Дело не в составе: Юпитер в основном состоит из водорода и гелия, как и звёзды, и как коричневые карлики. Скорее, граница может определяться не составом, а способом формирования объектов — тем, как образуются планеты и как формируются более массивные объекты, такие как звёзды.

Планеты формируются в протопланетных дисках вокруг молодых звёзд.

В общих чертах, это процесс «снизу вверх», через аккрецию: пылевые частицы слипаются в камни,

камни — в более крупные обломки, обломки — в планетезимали, а те — в планеты. Некоторые из них захватывают большое количество газа и превращаются в газовые или ледяные гиганты. Деталей в этом процессе гораздо больше, и остаётся множество нерешённых вопросов, но такова общая схема.

Звёзды формируются иначе.

Они возникают в массивных газовых облаках, которые распадаются на более плотные фрагменты, накапливающие всё больше газа. В итоге масса и плотность достигают уровня, при котором запускается термоядерный синтез, и рождается звезда главной последовательности.

Этот процесс коллапса и фрагментации может происходить и в протопланетных дисках, что может объяснять некоторые массивные экзопланеты, обнаруженные на больших расстояниях от своих звёзд.

Таким образом, граница между двумя процессами и двумя типами объектов остаётся неясной, и в неё попадают коричневые карлики и предел горения дейтерия.

Теперь новое исследование с использованием космического телескопа Джеймса Уэбба позволило напрямую получить изображение объекта, находящегося на этой границе.

Он называется 29 Cygni b.

Его масса составляет около 15 масс Юпитера, и он обращается вокруг звезды главной последовательности спектрального класса A на расстоянии примерно 2,4 миллиарда километров.

Его масса указывает на звёздную природу, но JWST также обнаружил в его атмосфере тяжёлые элементы, такие как углерод и кислород, что говорит о формировании по планетному сценарию в протопланетном диске.

JWST получил прямое изображение 29 Cygni b с помощью коронографа и обнаружил в его атмосфере угарный газ (CO) и углекислый газ (CO₂).

Image Credit: NASA, ESA, CSA, William Balmer (JHU, STScI), Laurent Pueyo (STScI); Image Processing: Alyssa Pagan (STScI)

Исследование под названием «Прямые изображения поглощения CO₂ в атмосфере сверх-Юпитера: повышенная металличность как признак формирования в диске» опубликовано в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Ведущий автор — Уильям Балмер из Университета Джонса Хопкинса и Института космического телескопа.

Ключевым понятием в работе является предел горения дейтерия.

Коричневые карлики — это субзвёздные объекты, занимающие промежуточное положение между планетами и звёздами. Они не способны к синтезу водорода, но могут сжигать дейтерий — изотоп водорода. Поэтому этот предел используется как ориентир, хотя он довольно условен, поскольку не объясняет происхождение объекта.

«Этот объект имеет неопределённую массу, которая находится на границе горения дейтерия», — пишут авторы.

Этот предел составляет примерно 15 ± 5 масс Юпитера, и 29 Cygni b находится как раз в этом диапазоне. Это делает его особенно важным для понимания различий между звёздами и планетами.

«В компьютерных моделях очень легко добиться того, что фрагментация в диске приводит к гораздо более массивным объектам, чем 29 Cygni b. Это минимальная масса, которую можно получить таким образом. Но в то же время это почти максимальная масса, которую можно получить через аккрецию», — отметил Балмер.

JWST также обнаружил в атмосфере объекта углерод и кислород в виде CO и CO₂. Кроме того, 29 Cygni b более богат тяжёлыми элементами, чем его звезда. С учётом его массы, общее количество тяжёлых элементов эквивалентно примерно 150 массам Земли. Высокая металличность указывает на то, что объект сформировался через аккрецию в протопланетном диске, где он мог накапливать тяжёлые элементы, а не через коллапс, как звезда.

Если бы он формировался как звезда, его химический состав должен был бы совпадать со звездой.

Есть и дополнительные свидетельства планетного сценария формирования. С помощью системы CHARA (Центра высокоточной угловой астрономии) учёные измерили орбиту 29 Cygni b и обнаружили, что она согласована с вращением звезды — как это наблюдается у планет Солнечной системы.

«Мы уточнили орбиту планеты и определили ориентацию звезды относительно этой орбиты», — сказал соавтор Эш Мессье. «Мы показали, что наклон орбиты планеты хорошо согласован с осью вращения звезды».

«В совокупности эти данные убедительно указывают на то, что 29 Cygni b сформировался в протопланетном диске путём быстрой аккреции вещества, богатого тяжёлыми элементами, а не через фрагментацию газа», — сказал Балмер. «Иными словами, он сформировался как планета, а не как звезда».

Это исследование ставит под сомнение представление о том, что граница между планетой и звездой определяется массой или способностью к горению дейтерия. Вместо этого предлагается ориентироваться на механизм формирования.

Таким образом, 29 Cygni b — это не «несостоявшаяся звезда», а просто очень массивная планета. Это также означает, что массивные газовые гиганты могут формироваться в протопланетных дисках вокруг горячих и ярких звёзд класса A.

Балмер и его коллеги не ограничиваются этим объектом. Они планируют наблюдать ещё три похожих объекта и сравнивать их химический состав в зависимости от массы.

Их металличность может дать дополнительные ответы о деталях формирования таких объектов.

«Эти данные могут быть использованы для пересмотра наших представлений о механизмах и временных масштабах формирования гигантских планет», — заключают авторы.

[ESO] PoET ESPRESSO больше, чем PoET!

 

ESO, 9 апреля 2026 года

Солнечный телескоп Paranal solar ESPRESSO Telescope (PoET), установленный на обсерватории Параналь Европейской южной обсерватории (ESO) в Чили, выполнил свои первые наблюдения. Телескоп будет работать совместно с инструментом ESPRESSO для детального изучения Солнца. Его называют «солнечным телескопом для охотников за планетами»: PoET призван понять, как вариации света звёзд, подобных Солнцу, могут скрывать присутствие обращающихся вокруг них планет, и тем самым помочь в поиске миров за пределами Солнечной системы.

«Одной из главных проблем при обнаружении других “Земель” вокруг других “Солнц” является астрофизический “шум”, исходящий от самих звёзд», — объясняет Нуно Сантуш, руководитель проекта PoET из Института астрофизики и космических наук (IA) и факультета наук Университета Порту (Португалия). «Наблюдения PoET могут стать ключом к обнаружению и характеристике экзопланет, которые сейчас могут быть скрыты этим шумом».

Экзопланеты — миры за пределами Солнечной системы — в основном обнаруживаются и изучаются по свету их родительских звёзд, например, по небольшим изменениям в их спектре (то есть разложенном по длинам волн свете). Однако активность звезды может создавать сигналы, которые заглушают или даже имитируют сигналы от планеты. Подобно тому как солнечные пятна изменяют солнечный свет, активные области на поверхности других звёзд искажают их спектры, создавая измеримый «шум» для современных инструментов поиска экзопланет. Удалить этот шум из спектров далёких звёзд сложно, потому что мы до конца не понимаем, как именно звёздная активность влияет на наблюдаемый свет. Решение — изучать ближайшую к нам звезду: Солнце.

Конструкция PoET позволяет использовать Солнце как эталон для понимания спектров далёких звёзд. Он оснащён телескопом с зеркалом диаметром 60 сантиметров, который собирает свет от конкретных областей Солнца — например, отдельных солнечных пятен — и исследует признаки звёздной активности. Также в составе PoET есть меньший телескоп, собирающий свет со всей видимой поверхности Солнца (солнечного диска).

«Мы сможем анализировать очень конкретные области Солнца с очень высоким разрешением — так, как это никогда не делалось ранее», — говорит Александр Кабрал, со-руководитель проекта PoET и исследователь IA и факультета наук Университета Лиссабона. Одновременные наблюдения всего солнечного диска и отдельных структур позволят астрономам точно определить, как звёздная активность изменяет спектр Солнца. Эти данные затем можно использовать как эталон для точного удаления «шума» из спектров далёких звёзд, которые могут иметь экзопланеты.

Чтобы корректно сравнивать Солнце с удалёнными звёздами солнечного типа, команде требовался высокоточный инструмент для экзопланетных исследований. «ESPRESSO — лучший инструмент в этой области, поэтому выбор был очевиден», — говорит Сантуш. ESPRESSO — это высокоточный спектрограф с высоким разрешением, способный фиксировать мельчайшие изменения в спектрах звёзд, что позволяет обнаруживать и изучать планеты, обращающиеся вокруг них. Обычно он работает ночью на Очень большом телескопе ESO (VLT), наблюдая далёкие звёзды, но теперь днём будет использоваться вместе с PoET для анализа солнечного спектра.

«Это большое преимущество — использовать ESPRESSO таким образом. Переключаясь с VLT ночью на PoET днём, мы максимально эффективно используем инструмент для поиска и изучения экзопланет», — говорит Ален Сметт, астроном ESO и координатор проекта PoET. «Благодаря исключительным условиям обсерватории Параналь число дней, пригодных для наблюдений Солнца, ожидается сопоставимым с количеством ночей, пригодных для астрономических наблюдений».

PoET успешно завершил тестовые наблюдения (так называемый «первый свет») в начале апреля на обсерватории Параналь в пустыне Атакама. Первые результаты показывают, что система работает в соответствии с требованиями и способна получать спектры как всего солнечного диска, так и его отдельных областей. В ближайшие недели команда займётся тестированием и оптимизацией системы, после чего начнутся полноценные научные наблюдения.

PoET был спроектирован и разработан в Португалии при поддержке Европейского исследовательского совета. В установке и тестировании телескопа участвовала команда из 12 португальских исследователей. Некоторые компоненты, включая основной телескоп, были изготовлены в Италии, а купол телескопа — чилийской компанией.

В настоящее время проект управляется удалённо из Центра астрофизики Университета Порту. Данные PoET, проанализированные с помощью ESPRESSO, будут доступны другим учёным через научный архив ESO.

Солнечный телескоп Paranal solar ESPRESSO Telescope (PoET) показан здесь направленным на Солнце. Основной телескоп оснащён зеркалом диаметром 60 см, которое собирает свет с небольших участков солнечного диска и передаёт его по оптоволокну в спектрограф ESPRESSO ESO, расположенный в соседнем здании. Там свет Солнца с высокой точностью разлагается на составляющие его цвета.

Серый блок над основным тубусом содержит меньший телескоп с объективом диаметром 6 см. Этот телескоп собирает свет со всего солнечного диска и также направляет его в ESPRESSO. Третий, ещё более компактный телескоп с объективом 5 см, расположенный в том же блоке, используется для получения изображений солнечного диска. Внутри блока также находится прибор для измерения турбулентности земной атмосферы.