Перед астрономом, наблюдающим за далекими небесными объектами, возникает вопрос: действительно ли та звезда, которую он рассматривает, такая же красная, как кажется? Или звезда просто выглядит красной, потому что ее свету пришлось пройти через облако космической пыли, чтобы попасть в поле зрения телескопа?
Для точных наблюдений астрономам необходимо знать, сколько пыли находится между ними и удаленными объектами. Пыль не только делает объекты красноватыми, но и делает их менее яркими, чем они есть на самом деле. Это называется «эффектом затухания». Это похоже на то, как если бы мы смотрели в космос через немытое окно. Недавно два астронома опубликовали трехмерную карту, которая беспрецедентно подробно описывает распределение пыли вокруг нас, помогая нам понять, что мы наблюдаем.
Исследование опубликовано в журнале Science.
К счастью, при наблюдении за звездами можно нейтрализовать помехи от пыли. Частицы в космосе не поглощают и не рассеивают свет равномерно на всех длинах волн. Вместо этого они сильнее поглощают свет на более коротких волнах (ближе к синему концу спектра) и слабее — на более длинных (ближе к красному концу).
Зависимость от длины волны можно изобразить в виде «кривой ослабления», и ее форма дает информацию не только о составе пыли, но и о ее локальном окружении, например, о количестве и свойствах излучения в различных областях межзвездного пространства.
Именно такую информацию использовали Сянъю Чжан, аспирант Института астрономии Макса Планка (MPIA), и его научный руководитель Грегори Грин, шеф независимой исследовательской группы имени Софьи Ковалевской в MPIA. Они создали самую подробную на сегодняшний день трехмерную карту космической пыли в галактике Млечный Путь.
Чжан и Грин обратились к данным миссии Gaia Европейского космического агентства, которая в течение 10,5 лет занималась измерением характеристик более миллиарда звезд в нашем Млечном Пути и в соседних галактиках — Большом и Малом Магеллановых облаках. Третий выпуск данных миссии Gaia, опубликованный в июне 2022 года, содержит 220 миллионов спектров, и проверка качества показала, что около 130 миллионов из них подходят для поиска пыли.
Спектры Gaia имеют низкое разрешение. Они сравнительно грубо разделяют свет на разные области спектра. Астрономы нашли способ обойти это ограничение: для 1% выбранных ими звезд есть спектроскопия высокого разрешения, полученная в ходе исследования LAMOST, проводимого Национальной астрономической обсерваторией Китая. Это позволяет получить достоверную информацию об основных свойствах звезд, таких как температура поверхности, которая и определяет то, что астрономы называют «спектральным типом» звезды.
Чжан и Грин обучили нейронную сеть генерировать модельные спектры на основе свойств звезды и свойств пыли, которая находится между нами и этой звездой. Они сравнили результаты со 130 миллионами подходящих спектров Gaia и использовали статистические (байесовские) методы, чтобы определить свойства вещества на лучах зрения.
Полученные результаты позволили создать первую подробную трехмерную карту кривой спектрального поглощения света пылью Млечного Пути. Ученые при помощи искусственного интеллекта сделали невероятные 130 миллионов замеров. Для сравнения, в предыдущей подобной работе было сделано около 1 миллиона измерений.
Но пыль — это не просто досадная помеха для взгляда звездочета. Она важна для формирования звезд, которое происходит в гигантских газовых облаках, защищенных пылью от окружающего излучения. Молодые звезды окружены газопылевыми дисками, в которых зарождаются планеты. Сами пылевые частицы являются строительными блоками для того, что в конечном итоге станет твердыми телами планет, таких как наша Земля. В межзвездной среде нашей галактики большинство элементов тяжелее водорода и гелия заключено именно в пылевых частицах.
Ученые выявили удивительное свойство межзвездных облаков. Ранее предполагалось, что кривая поглощения должна становиться более пологой (менее зависимой от длины волны) в областях с более высокой плотностью пыли. «Более высокая плотность» — все равно невероятно мало. Это примерно десять миллиардных долей грамма пыли на кубический метр, что эквивалентно всего 10 кг пыли в сфере радиусом Земли.
Частицы пыли имеют тенденцию сливаться между собой и увеличиваться в размерах, что меняет общие свойства поглощения. Но астрономы обнаружили, что в областях с промежуточной плотностью кривая поглощения на самом деле становится более крутой, при этом более короткие волны поглощаются гораздо эффективнее, чем более длинные. Чжан и Грин предполагают, что это может быть вызвано не ростом размера пылевых частиц, а повышением класса молекул. Вероятно, при увеличении концентрации вещества в нем образуются полициклические ароматические углеводороды, наиболее распространенными углеводороды в межзвездной среде. Вероятно, именно они становятся базовыми элементами при зарождении органической жизни на планетах.
Читайте на нашем портале. как пролет Солнечной системы чеоез облако космической пыли изменил климат Земли.
