Ученые открыли галактический водяной мазер размером с Солнце

30.03.2018

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 обнаружила структуры размером с Солнце. Результаты исследования опубликованы в The Astrophysical Journal.

Вихри фон Кармана над островом Соккоро в Тихом океане недалеко от Калифорнии и Мексики. Снимок NASA
Вихри фон Кармана над островом Соккоро в Тихом океане недалеко от Калифорнии и Мексики. Снимок NASA
«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 построения 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 компактных мазерных детали, не разрешаемых до конца даже на наземно-космических базах, что примерно соответствует разрешению радиотелескопа с диаметром зеркала в три с лишним раза диаметра Земли.

Центральная часть звездообразующей области Цефей А. Точки отмечают положение мазеров
Центральная часть звездообразующей области Цефей А. Точки отмечают положение мазеров

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.

40-минутного наблюдение Цефей А 18 ноября 2012 года, в миллионах длин волн
40-минутного наблюдение Цефей А 18 ноября 2012 года, в миллионах длин волн

Мазер — 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.