Астрономы раскрыли изменения в рентгеновской двойной звезде 4U 1820-30

Результаты исследования опубликованы на сервере препринтов arXiv. Рентгеновские двойные состоят из обычной звезды или белого карлика, передающего массу компактной нейтронной звезде или чёрной дыре.

В зависимости от массы звезды-компаньона их делят на рентгеновские двойные малой массы (LMXB) и рентгеновские двойные большой массы (HMXB). 4U 1820-30 — это сверхкомпактная LMXB-система, которая находится в шаровом скоплении NGC 6624.

Она состоит из нейтронной звезды и гелиевого белого карлика массой от 0,06 до 0,08 солнечной. Основной орбитальный период системы — 685 секунд, а период изменения орбиты, или сверхорбитальная модуляция, — около 171 дня.

Астрономы анализировали данные, собранные с 1987 по 2023 год с помощью пяти телескопов. Они обнаружили, что сверхорбитальный период уменьшился с 171 до 167 дней.

Изменения могли произойти резко или постепенно со скоростью около -0,000358 дня в день. Ранее считали, что изменения сверхорбитального периода могли быть вызваны наличием третьей звезды в системе.

Но новое исследование опровергает эту гипотезу. Учёные предполагают, что изменения могут быть связаны с нестабильностью массопереноса, вызванной рентгеновским облучением области аккреционного потока.

Аккреционный поток выходит из области вокруг точки Лагранжа L1, где гравитационное поле ослаблено. Облучение этой зоны может влиять на поток материи, вызывая нестабильности и приводя к изменениям сверхорбитального периода системы.

Для окончательной проверки гипотезы о влиянии нестабильности массопереноса на 4U 1820-30 нужны дальнейшие наблюдения и теоретические расчёты.

Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Letters. В экспериментах, где электроны ускоряются между двумя электродами через газ или вакуум, наблюдалась энергия электронов, в два-три раза превышающая значение, соответствующее приложенному напряжению.

Это явление, ранее необъяснимое, вызвано процессом энергетической обратной связи, который приводит к накоплению избыточной энергии. Исследователи провели моделирование взаимодействий между электронами и рентгеновскими фотонами, которые генерируются при столкновении электронов с поверхностью электрода.

Часть фотонов распространяется назад, вызывая выброс новых электронов с дополнительной энергией. Этот цикл повторяется, усиливая эффект, что и объясняет превышение энергии.

Анализ показал, что форма и материал электродов существенно влияют на интенсивность явления. Максимальный эффект наблюдается при использовании плоских электродов с большой площадью взаимодействия.

Игольчатые электроды, имеющие меньшую поверхность, минимизируют энергию электронов. Это связано с оптимизацией взаимодействий между фотонами и электронами.

Результаты исследования могут стимулировать новые работы по производству энергичных электронов из твёрдых материалов. Это, в свою очередь, может привести к созданию более быстрых, лёгких и компактных рентгеновских аппаратов.

Как рассказал старший научный сотрудник Лаборатории геохимии углерода им. Э.

М. Галимова, кандидат физико-математических наук Сергей Воропаев, маркерами оказались инфракрасные спектры отражения минерала оливина, в состав которого, как правило, входят фрагменты воды — гидроксильные группы.

«Если мы говорим про воду, имеющуюся на той или иной планете в настоящем времени, мы можем определить её спектры напрямую, — говорит участник группы разработчиков. — Но как определить изотопный состав воды, существовавшей на небесном теле в прошлом?

Наша группа нашла очень удобный индикатор показателя типа такой воды — спектры оливинов. Когда эти минералы кристаллизовались, они сохранили в себе следы той, древней воды, а мы научились определять её следы при помощи спектроскопии».

По словам Сергея Воропаева, преимущество российских учёных в том, что они научились по спектру минерала определять, «лёгкая» или «тяжёлая» вода существовала раньше на той или иной планете. Разные изотопы воды определяют тип её возможного применения.

«Лёгкая» (изотопно лёгкая) вода (H2O) может являться питьевой, а «тяжёлая» (D2O) — смертельно опасна для здоровья, но при этом может быть использована для ракетного топлива. Источниками «лёгкой» воды могут быть углистые хондриты — метеориты, которые падают на поверхности Луны и планет, источниками «тяжёлой» — кометы.

Работа в лаборатории началась с того, что исследователи откалибровали наземный инфракрасный спектрометр: положили в него оливин и измерили образцы с разным содержанием воды. В зависимости от того, как смещались его линии в приборе, они соотнесли их с «тяжёлой» формой следов воды в оливине или с «лёгкой».

Следующим шагом будет взаимодействие с разработчиками российских аппаратов «Луна-26» или «Луна-27» из Института космических исследований РАН, которые будут интерпретировать данные бортового ИК-спектрометра, используя новые данные ГЕОХИ РАН. «Мы должны будем подсказать создателям нашего лунного космического аппарата, куда именно надо смотреть, чтобы найти следы воды в лунном оливине», — уточняет Воропаев.

На сегодняшний день учёным неизвестно, какой изотопный состав был у древней воды в мантии Луны. Есть предположение, что она может оказаться «тяжёлой», дейтерированной.

Если российским специалистам удастся узнать это при помощи приборов на лунной орбите, будущие поколения смогут использовать разработанную программу и для исследования других планет, того же Меркурия или Марса.

Учёные выдвигают гипотезу, что ранний контакт с сельскохозяйственными животными влияет на состав биома кишечника, что, в свою очередь, снижает риск развития аллергии в будущем. За последние десятилетия исследователи в области медицины пришли к выводу, что биом кишечника играет более значимую роль в здоровье человека, чем считалось ранее.

Шведские учёные предоставили доказательства того, что он также может быть важным фактором в развитии аллергических заболеваний. Ранее проведённые исследования показали, что вскоре после рождения кишечник человека насыщен факультативными бактериями, предпочитающими кислородсодержащую среду.

По мере потребления кислорода доля анаэробных бактерий возрастает. Со временем разнообразие анаэробов увеличивается, и они начинают преобладать над факультативными бактериями, что свидетельствует о зрелости биома кишечника.

Выявлено, что 11 % детей, выросших на фермах, страдали астмой, по сравнению с примерно 16 % детей, которые посещали фермы, но не росли на них. Среди детей, которые никогда не были на ферме, астмой страдали 18 %.

В рамках данного исследования учёные задумались о том, может ли жизнь на ферме на ранних этапах формирования биома кишечника повлиять на результаты. Для этого они собрали образцы кала у 65 детей в младенчестве и позже, когда дети подросли.

Затем они сравнили образцы, взятые у детей, родившихся от родителей, работающих на ферме с животными, с образцами детей, выросших вне фермерской среды и не имевших домашних животных. Образцы были собраны через три дня, 18 месяцев, три года и восемь лет.

В анализе данных учёные доказали, что контакт с коровами и соломой, а также употребление молока с фермы снижали риск развития астмы на 21–26 % по сравнению с детьми, которые не подвергались воздействию этого вещества. Дети, которые контактировали с коровами и пили их молоко, также имели меньший риск заболеть сенной лихорадкой.

Исследование показало, что у младенцев, живущих на ферме, уровень анаэробов был в семь раз выше по сравнению с факультативными бактериями, чем у детей, не проживавших на ферме, независимо от наличия домашних животных. Также было отмечено, что различия в биоме кишечника между двумя группами уменьшались с возрастом, однако у детей, проводивших время на ферме в детстве, уровень аллергии в возрасте восьми лет оказался значительно ниже.

Эта система уже была известна своими тремя сверхнизкоплотными планетами, которые называют суперпаффами. Исследование было опубликовано в The Astronomical Journal.

Новая планета, названная Kepler-51e, вероятно, влияет на орбиты других объектов системы своим гравитационным притяжением. Её наличие объясняет значительные вариации времени транзита (TTV) одной из планет системы, Kepler-51d.

Эта планета прошла перед своей звездой на два часа раньше, чем предсказывали модели. Сверхнизкоплотные планеты имеют чрезвычайно малую среднюю плотность, напоминающую сахарную вату.

Это связано с массивными атмосферами из водорода и гелия. Для обнаружения новой планеты учёные использовали данные с телескопов, включая космический телескоп Джеймса Уэбба, телескопы Apache Point и Palomar, а также архивные данные с телескопов Kepler и TESS.

Они наблюдали транзиты планет системы и регистрировали отклонения от прогнозируемого времени, вызванные гравитационным влиянием других объектов. На основе анализа данных учёные разработали модель, включающую четыре планеты, и подтвердили её с помощью новых наблюдений.

По расчётам исследователей, Kepler-51e имеет массу, схожую с тремя другими планетами системы, и находится на круговой орбите с периодом 264 дня. Её орбита расположена ближе к звезде, чем обитаемая зона.

Хотя транзит Kepler-51e не был наблюдён, гравитационные эффекты, зарегистрированные телескопами, убедительно подтверждают существование планеты. Добавление четвёртой планеты в модель изменило представления о массах и свойствах трёх внутренних планет системы.

Эти планеты оказались немного более массивными, чем считалось ранее, но всё ещё сохраняют статус «суперпаффов». Тем не менее остаётся неизвестным, относится ли Kepler-51e к этому классу объектов, поскольку её радиус и плотность пока не рассчитаны.

Учёные также не исключают наличия других планет в системе.