Как миллионы молодых звезд смогли сформироваться в центре нашей галактики Млечный Путь в присутствии огромной черной дыры с массой в 4 миллиона масс Солнца? На этот и другие важные вопросы может ответить миссия НАСА SOFIA, первые научные измерения которой запланированы на ближайшие несколько месяцев.
SOFIA (Стратосферная обсерватория для инфракрасной астрономии), модифицированный реактивный лайнер 747SP, является крупнейшей в мире бортовой обсерваторией. Ожидается, что он будет летать в стратосфере на высоте до 45 000 футов примерно три-четыре ночи в неделю в течение следующих 20 лет - всего около 2800 полетов. Инфракрасный телескоп миссии обнаруживает тепловое излучение, а не видимый свет. Большинство полетов, управляемых пилотами НАСА, длятся от восьми до десяти часов.
Телескоп SOFIA обеспечит наиболее четкое представление о центре нашей галактики Млечный Путь на длинах волн в инфракрасной области электромагнитного спектра, которые в 50-100 раз длиннее тех, к которым чувствителен человеческий глаз. Эти длины волн не проходят через нашу атмосферу, но телескоп SOFIA может обнаружить эту невидимую инфракрасную энергию, потому что она пролетает над 99 процентами водяного пара в атмосфере.
Большая часть излучения из области вокруг черной дыры и галактического центра - примерно в 26 000 световых лет от нас - испускается именно на этих длинах волн. Миллионы молодых звезд, плотно сгруппированных в этой области, скрыты огромным количеством пыли, но их легче наблюдать в инфракрасном диапазоне, поскольку инфракрасный свет может проникать сквозь пыль. В этом регионе происходит больше звездообразования, чем где-либо еще в галактике.
«Мы будем смотреть на галактический центр столько, сколько сможем», - сказал Эрик Беклин, почетный профессор физики и астрономии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и главный научный советник SOFIA. «С SOFIA мы будем получать данные, которые действительно не могли бы получить никаким другим способом».
Инфракрасная технология SOFIA намного превосходит ту, которая использовалась в воздушной обсерватории Койпера НАСА, первой в мире крупной бортовой астрономической исследовательской лаборатории, которая совершила более 1400 полетов через верхние слои атмосферы Земли в период с 1975 по 1995 год.
"Одним из ключей к SOFIA является новая аппаратура", - сказал Беклин. «SOFIA имеет несколько сотен детекторов инфракрасного изображения и 2,5-метровый телескоп. В отличие от этого, в воздушной обсерватории Койпера у нас было около 20 детекторов и 0,9-метровый телескоп. Наши возможности заниматься наукой в стратосфере резко возросли. стильная обсерватория."
Млечный Путь имеет «хилый галактический центр», по словам Беклина, который отметил, что, хотя черные дыры в центрах других галактик могут быть в миллиарды раз больше массы нашего Солнца, наша масса лишь около 4 в миллион раз массивнее.
«SOFIA дает нам возможность понять физику того, что там происходит, путем детального изучения», - сказал Беклин. «Я верю, что с SOFIA у нас все получится».
Исследования ученых Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе показали, что звездообразование происходит в непосредственном присутствии сверхмассивной черной дыры.
"Наше предыдущее предположение заключалось в том, что черная дыра сделает такое звездообразование практически невозможным; приливные силы не позволят коллапсу облака газа и пыли образовать звезду. Но это происходит всего за световой год черной дыры», - сказал Марк Моррис, профессор физики и астрономии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и сопредседатель научного руководящего комитета SOFIA, который должен участвовать в научных полетах SOFIA. «Мы пытаемся понять с помощью наблюдений с использованием как коротких, так и длинных инфракрасных волн, что происходит с пылью и газом, которые позволяют формироваться звездам. У нас есть некоторые идеи."
Звезды рядом с черной дырой можно наблюдать с земли на более коротких волнах - с точки зрения W. M. Обсерватория Кека на Гавайях, например, но для изучения пыли, испускаемой излучением этих звезд, требуются более длинные инфракрасные волны.
«Пыль - это материал, из которого формируются звезды, и материал, из которого мы сформировались», - сказал Беклин. «Понимание того, как формируются звезды в присутствии пыли и газа, очень важно для понимания того, как сформировалась наша Солнечная система и как мы здесь живем. Пыль и газ являются основными строительными блоками планет и нашей биосферы. Они чрезвычайно важны».
«Мы не можем наблюдать планеты в галактическом центре - он слишком далеко - но мы можем видеть пыль вокруг новорожденных звезд, и мы знаем, что пыли суждено сформировать планеты», - сказал Моррис. «Мы можем изучать пыль и видеть, из чего она состоит, а зная, из чего она состоит и насколько велики частицы пыли, мы можем смоделировать эволюционную историю пыли и определить ее судьбу. Большая часть энергии, поступающей из галактического центра, исходит от пыли. Пыль поглощает звездный свет и переизлучает его в инфракрасном диапазоне; вот почему мы наблюдаем его в инфракрасном диапазоне. Мы изучаем энергию, изливающуюся из галактического центра, анализируя пыль».
Количество пыли в галактическом центре, который составляет примерно 500 световых лет в поперечнике, примерно в 1 миллион раз больше массы нашего Солнца, сказал Моррис.
«Я хотел бы, чтобы мы поняли, как черная дыра влияет на молодые звезды и что движет там активностью», - сказал Беклин. «Мы полагаем, что это материал, падающий на черную дыру, но я хотел бы посмотреть, сможем ли мы измерить это и понять звездообразование и то, как очень молодые звезды попадают в эту область; это долгое время было загадкой в астрономии.."
"Звёздообразование в этой области сильно отличается от других мест в галактике, потому что газ более турбулентный, более горячий и плотный, чем в нашем перешейке лесов галактики", - сказал Моррис.
«Облака межзвездного газа образуют звезды или рассеиваются? Это зависит от того, сколько энергии находится в облаке», - сказал Моррис, который отметил, что наблюдения SOFIA будут измерять содержание энергии в межзвездной среде, газе и пыли. которые пронизывают межзвездное пространство.
«SOFIA может делать еще кое-что, на что способны очень немногие обсерватории, а именно - изучать магнитные поля», - сказал Беклин. «Прямо в центре галактики происходит много интересной физики, которую мы не очень хорошо понимаем. Это область, в которой Марк (Моррис) провел много исследований. SOFIA может изучать магнитные поля. поля в областях галактического центра, где есть пыль. Я думаю, что мы единственная платформа, у которой есть планы провести эти измерения."
На звездообразование сильно влияет наличие магнитного поля. По словам Морриса, достаточно сильное магнитное поле может предотвратить коллапс облака и образование звезды.
«Мы почти ничего не знаем о магнитных полях, за исключением того, что в центре галактики присутствует сильное магнитное поле», - сказал он. «Мы хотим знать, насколько он силен и каковы его последствия».
Беклин и Моррис также надеются узнать, каковы источники энергии в галактическом центре и как эти источники энергии текут через межзвездную среду, в том числе через пыль, и излучаются в остальную вселенную.
Когда возникают новые научные вопросы, «SOFIA будет тут же, чтобы перейти к новым вопросам и помочь нам ответить на них», - сказал Моррис. «Когда SOFIA приземлится, мы сможем поставить на нее новый инструмент, чтобы всегда быть на переднем крае».
Телескоп SOFIA предоставил свои первые инфракрасные изображения 26 мая, в том числе изображение Юпитера, составленное из нескольких инфракрасных длин волн, в которых были присвоены ложные цвета. Изображение Юпитера показывает тепловое излучение планеты от тепла в ее недрах. Как видно из онлайн-версии этого релиза, белая полоса - это место, где астрономы видят самую глубокую часть горячего недра. Изображение показывает планету на длинах волн, недоступных для наблюдения ни с помощью наземных обсерваторий, ни с помощью других космических телескопов.
Беклин и его команда определят каждый план полета и траекторию полета с исследователями, чьи исследовательские предложения были приняты в рамках миссии. Беклин надеется летать на SOFIA.
"Астрономия захватывающая от начала до конца", сказал Беклин. «В SOFIA вы становитесь частью эксперимента».
Беклин ожидает, что аспиранты Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, изучающие физику и астрономию, в конечном итоге будут летать и делать открытия на SOFIA, а также испытывать острые ощущения от использования исследовательского «инструмента, который движется со скоростью 500 миль в час». По словам Беклина и Морриса, открытие улучшит преподавание.
В миссии SOFIA участвуют и другие профессора Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, в том числе профессор физики и астрономии Иэн Маклин, который является главным исследователем исследовательского инструмента обработки изображений FLITECAM, который планируется отправить в SOFIA к 2012 году. Над миссией работают сотни других ученых и инженеров.
SOFIA, которая стартует с авиабазы Драйден НАСА в Палмдейле, штат Калифорния, вмещает от 10 до 15 человек в герметичной кабине, отделенной от телескопа. SOFIA - это совместная программа НАСА и Немецкого аэрокосмического центра (DLR).