Размером с Солнце: космический телескоп разглядел «природный лазер» с рекордной детализацией

10:25, 30 марта 2018

Ученые университета смогли объяснить природу наблюдаемых явлений

Вихри фон Кармана над островом Соккоро в Тихом океане недалеко от Калифорнии и Мексики. Фото: NASA

Российская космическая обсерватория «Радиоастрон» совместно с наземными радиотелескопами из нескольких стран смогла обнаружить детали рекордно малого размера в космическом мазерном источнике, удаленном от Земли на две тысячи световых лет — научная группа под руководством сотрудника Уральского федерального университета в очень далеком космическом объекте увидела структуры размером с Солнце. Результаты исследования опубликованы в The Astrophysical Journal.

«Вероятнее всего, мы наблюдаем взаимодействие струи газа, вылетающей из соседней звезды с каким-то препятствием, например, аккреционным диском вокруг другой звезды, — объясняет первый автор статьи, ведущий научный сотрудник Коуровской астрономический обсерватории УрФУ Андрей Соболев. — В газе такой струи возникают турбулентные явления, самые красивые из которых — дорожки вихрей фон Кармана. В самых близких к препятствию вихрях мы наблюдаем сверхкомпактные мазерные детали».

По словам исследователя, различить отдельные ячейки турбулентности до сих пор не удавалось, несмотря на то, что знания об их размере необходимы для выведения теории строения и эволюции космических объектов.

«Для проведения таких измерений потребовался „Радиоастрон“ — самый большой прибор, созданный человеком. Поскольку спутник движется по очень вытянутой орбите, размер этого инструмента изменяется. В описываемых наблюдениях он составлял более 3 диаметров Земли», — добавляет Соболев.

Международная команда «Радиоастрона» исследовала область активного звездообразования Сер А («Цефей А» — по имени созвездия), находящуюся на расстоянии около 2 тысяч световых лет от Земли в линии излучения молекулы воды на частоте 22 гигагерца. В результате удалось обнаружить три очень компактные мазерные детали, не разрешаемые до конца даже на наземно-космических базах, что примерно соответствует разрешению радиотелескопа с диаметром зеркала в три с лишним раза диаметра Земли. Одна из этих деталей связана с областью HW2, где расположен массивный протопланетный диск. Две другие детали наблюдаются в окрестностях другого объекта, HW3Diii. Всего в этом объекте удалось разглядеть два сверхкомпактных ярких пятна мазерного излучения, каждое из которых имеет размеры, сопоставимые с диаметром Солнца.

Напомним, что мазер — это аналог лазера, только излучающий не видимый свет, а радиоволны. Мазерное излучение, как и лазерное, возникает в среде, где число молекул или атомов, находящихся на верхнем уровне энергии, превосходит число молекул или атомов, находящихся на нижнем. Когда в такую среду попадает фотон с энергией, соответствующей разности энергий между уровнями, он вызывает процесс перехода молекул на нижний уровень с излучением когерентных фотонов (являющихся почти точной копией исходных), в результате чего происходит лавинообразное усиление излучения — лазерного (если это происходит в видимом диапазоне) или мазерного (в микроволновом). В межзвездном газе тоже могут возникать условия для генерации мазерного излучения.

Из-за их небольших угловых размеров, очень высоких плотностей потока и узкой ширины линии, отсутствия поглощения пылью мазеры позволяют исследовать кинематику и физические параметры областей звездообразования по всей Галактике и даже околоядерных областей в других галактиках.