Межзвездная среда за пределами Солнечной системы оказалась более заполненной атомами водорода

Ученые получили новые свидетельства того, что наши окрестности в космосе наполнены водородом. Там побывали только два космических корабля “Вояджер”, и на это ушло более 30 лет сверхзвукового путешествия. Эта зона находится далеко за орбитой Плутона, через каменистый пояс Койпера и проходит на расстоянии в четыре раза больше. Это царство, отмеченное только невидимой магнитной границей, – это то место, где заканчивается пространство, в котором доминирует Солнце. Это самые близкие границы межзвездного пространства.

В этой звездной нейтральной зоне частицы и свет, излучаемые 100 миллиардами звезд нашей галактики, сталкиваются с древними остатками Большого взрыва. Эта смесь – вещество между звездами – известна как межзвездная среда. Ее содержание фиксирует далекое прошлое нашей солнечной системы и может предсказывать ее будущее.

Измерения с космического корабля НАСА New Horizons пересматривают наши оценки одного ключевого свойства межзвездной среды: ее плотности. Результаты, опубликованные в Astrophysical Journal, содержат новые наблюдения о том, что местная межзвездная среда содержит примерно на 40% больше атомов водорода, чем предполагали некоторые предыдущие исследования. Результаты объединяют ряд разрозненных измерений и проливают новый свет на наши окрестности в космосе.

Пробираясь сквозь межзвездный туман

Как Земля движется вокруг Солнца, так и вся наша солнечная система несется по Млечному Пути со скоростью, превышающей 80 км в час. Когда мы путешествуем сквозь туман межзвездных частиц, нас защищает магнитный пузырь вокруг Солнца, известный как гелиосфера. Вокруг этого пузыря текут многие межзвездные газы, но не все.

Наша гелиосфера отталкивает заряженные частицы, которые управляются магнитными полями. Но более половины местных межзвездных газов нейтральны, что означает, что они имеют сбалансированное количество протонов и электронов. Когда мы врезаемся в них, межзвездные нейтральные газы просачиваются насквозь, увеличивая объем солнечного ветра.

«Это похоже на то, что вы бежите через густой туман, собирая воду», – сказал Эрик Кристиан, космический физик из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. «Когда вы бежите, ваша одежда становится мокрой, и это замедляет вашу работу».

Вскоре после того, как эти межзвездные атомы дрейфуют в нашу гелиосферу, они поражаются солнечным светом и сталкиваются с частицами солнечного ветра. Многие теряют свои электроны в суматохе, становясь положительно заряженными «захватывающими ионами». Эта новая популяция частиц, хотя и изменилась, несут с собой секреты потустороннего тумана.

«У нас нет прямых наблюдений межзвездных атомов с New Horizons, но мы можем наблюдать эти захваченные ионы, – сказал Павел Свачина, научный сотрудник Принстонского университета и ведущий автор исследования. – Они лишены электрона, но мы знаем, что они пришли к нам как нейтральные атомы извне гелиосферы».

Космический аппарат НАСА New Horizons, запущенный в январе 2006 года, лучше всего подходит для их измерения. Прошло пять лет после рандеву с Плутоном, где он сделал первые изображения карликовой планеты крупным планом, а сегодня он проходит через пояс Койпера на краю нашей солнечной системы, где собираемые ионы самые свежие. Прибор SWAP может обнаруживать эти захваченные ионы, отличая их от обычного солнечного ветра с гораздо более высокой энергией.

Количество захваченных ионов, обнаруженных New Horizons, показывает толщину тумана, через который мы проходим. Подобно тому, как бегун становится все влажнее, пробегая густой туман, и чем больше собирающих ионов наблюдает New Horizons, тем более плотным должен быть межзвездный туман снаружи.

Расходящиеся измерения

Свачина использовал измерения SWAP, чтобы определить плотность нейтрального водорода в конечном толчке, когда солнечный ветер сталкивается с межзвездной средой и резко замедляется. После месяцев тщательных проверок и испытаний они обнаружили 0,127 частиц на кубический сантиметр, или около 120 атомов водорода в пространстве объемом 1 литр.

Этот результат подтвердил исследование 2001 года, в котором использовался «Вояджер-2» – на расстоянии около 6,4 миллиардов километров – для измерения того, насколько сильно замедлился солнечный ветер к тому времени, когда он прибыл на космический корабль. Замедление, в основном из-за промежуточных частиц межзвездной среды, предполагает соответствующую плотность межзвездного водорода, около 120 атомов водорода в объеме 1 л.

Но более новые исследования пришли к другому выводу. Ученые, используя данные миссии НАСА «Улисс» с расстояния немного ближе к Солнцу, чем Юпитер, измерили поглощенные ионы и оценили плотность примерно 85 атомов водорода в литре. Несколько лет спустя другое исследование, объединяющее данные Ulysses и Voyager, дало аналогичный результат.

«Вы знаете, если вы обнаружите, что что-то отличается от предыдущей работы, естественная тенденция – начать искать свои ошибки», – сказал Свачина.

Но после небольшого разбора новый номер стал выглядеть правильным. Измерения New Horizons лучше подходят для наблюдений за далекими звездами. У измерений Ulysses, с другой стороны, был недостаток: они были сделаны намного ближе к Солнцу, где собираемые ионы более редки, а измерения более неопределенны.

«Наблюдения за поглощенными ионами во внутренней гелиосфере проходят миллиарды миль фильтрации, – сказал Кристиан. – Быть ​​в стороне, где находится New Horizons, имеет огромное значение».

Что касается объединенных результатов Ulysses / Voyager, Свачина заметил, что одно из чисел в расчете было устаревшим, на 35% ниже, чем текущее согласованное значение. Пересчет с принятым в настоящее время значением дал им приблизительное совпадение с измерениями New Horizons и исследованием 2001 года.

«Это подтверждение нашего старого, почти забытого результата стало неожиданностью, – сказал Арик Познер, автор исследования 2001 года в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне, округ Колумбия. – Мы думали, что наша довольно простая методология измерения замедления солнечного ветра преодолена, с тех пор были проведены более сложные исследования, но это не так».

Новый план Земли

Переход от 85 атомов в литре молока до 120 может показаться не таким уж большим. Однако в науке, основанной на моделях, такой как гелиофизика, изменение одного числа влияет на все остальные.

Новая оценка может помочь объяснить одну из самых больших загадок гелиофизики за последние несколько лет. Вскоре после того, как миссия NASA Interstellar Boundary Explorer или IBEX вернула свой первый полный набор данных, ученые заметили странную полосу энергичных частиц, исходящую от переднего края нашей гелиосферы. Они назвали это «лентой IBEX».

«Лента IBEX стала большим сюрпризом – эта структура на краю нашей солнечной системы шириной в миллиард миль и длиной в 10 миллиардов миль, о существовании которой никто не знал, – сказал Кристиан. – Но даже когда мы разрабатывали модели, объясняющие, почему она появилась, все модели показали, что она не должна быть такой яркой, как есть».

«Повышение межзвездной плотности на 40%, наблюдаемое в этом исследовании, является абсолютно критическим, – заявил Дэвид МакКомас, профессор астрофизических наук в Принстонском университете, главный исследователь миссии NASA IBEX и соавтор исследования. – Это не только показывает, что наше Солнце находится в гораздо более плотной части межзвездного пространства, но и может объяснить значительную ошибку в наших результатах моделирования по сравнению с фактическими наблюдениями с IBEX».

Однако, прежде всего, результат дает улучшенную картину нашего местного звездного окружения.

«Это первый раз, когда у нас есть инструменты, которые наблюдают захваченные ионы так далеко, и наша картина местной межзвездной среды совпадает с данными других астрономических наблюдений, – отметил Свачина. – Это хороший знак”.

Сверхконкурентный Realme 7 Pro с Super AMOLED, 64 Мп квадрокамерой и зарядкой 65W SuperDart уже доступен в Украине.

Для развития своего сайта рекомендуем использовать Sitechecker.