Астродвадцатка 2012

Каж­дый год аст­ро­но­ми­че­ские иссле­до­ва­ния при­но­сят нам новые откры­тия. В основ­ном они свя­за­ны с наблю­де­ни­я­ми, но свой вклад вно­сят и тео­ре­ти­ки, в том чис­ле зани­ма­ю­щи­е­ся ком­пью­тер­ным моде­ли­ро­ва­ни­ем. В 2012 году наи­бо­лее запо­ми­на­ю­щи­е­ся резуль­та­ты наблю­да­те­лей были свя­за­ны с иссле­до­ва­ни­ем экзо­пла­нет и вне­га­лак­ти­че­ских объ­ек­тов. Бла­го­да­ря иссле­до­ва­нию пла­нет мето­дом мик­ро­лин­зи­ро­ва­ния и новым дан­ным с теле­ско­па «Кеплер», мы теперь гораз­до луч­ше пред­став­ля­ем себе, насколь­ко рас­про­стра­не­ны экзо­пла­не­ты — они есть у подав­ля­ю­ще­го боль­шин­ства оди­ноч­ных звезд. Одна­ко откры­то несколь­ко инте­рес­ных экзо­пла­нет и в двой­ных, и даже в систе­мах боль­шей крат­но­сти. В даль­нем кос­мо­се так­же сде­ла­но нема­ло откры­тий. Заре­ги­стри­ро­ва­ны необыч­но мас­сив­ные (для сво­их галак­тик) чер­ные дыры, обна­ру­жен мощ­ный ква­зар, оста­нав­ли­ва­ю­щий звез­до­об­ра­зо­ва­ние в сво­ей галак­ти­ке, а так­же уда­лось уви­деть гигант­ское волок­но из тем­но­го веще­ства меж­ду дву­мя скоп­ле­ни­я­ми галак­тик. Тео­ре­ти­ки, в свою оче­редь, пора­до­ва­ли нас рас­че­та­ми того, как пла­не­ты пада­ют на звез­ды, и пер­вым удач­ным взры­вом сверх­но­вой в ком­пью­те­ре.

В июле 2002 года я начал состав­лять обзо­ры е-прин­тов [1], появ­ля­ю­щих­ся в Архи­ве (arXiv.org), а в декаб­ре появи­лась руб­ри­ка «Луч­шие из луч­ших», на осно­ве кото­рой потом воз­ни­ка­ли еже­год­ные обзо­ры самых инте­рес­ных ста­тей по аст­ро­фи­зи­ке из Архи­ва. Посмот­рим, что важ­но­го появи­лось там в 2012 году.

Кривая блеска

Пока­за­на кри­вая блес­ка, соот­вет­ству­ю­щая отдель­но­му про­хож­де­нию пла­не­ты по дис­ку звез­ды. В дан­ном слу­чае тран­зит имел место пря­мо перед глу­бо­ким затме­ни­ем одной звез­ды дру­гой (из рабо­ты
arXiv:1210.3612)

Нач­нем с иссле­до­ва­ния экзо­пла­нет. Во-пер­вых, бла­го­да­ря рабо­те теле­ско­па «Кеплер» сно­ва силь­но вырос­ло чис­ло кан­ди­да­тов в экзо­пла­не­ты. В фев­ра­ле коман­да «Кепле­ра» рапор­то­ва­ла о более чем 2300 кан­ди­да­тах (arXiv:1202.5852, напом­ню, что пер­вые четы­ре циф­ры обо­зна­ча­ют год и месяц, а после­ду­ю­щие четы­ре — поряд­ко­вый номер пре­прин­та в дан­ном меся­це), а в декаб­ре появи­лась рабо­та (1212.2915), в кото­рой гово­рит­ся уже о более чем 18000 кан­ди­да­тах. Во вто­рой ста­тье исполь­зо­ва­лись дан­ные по фото­мет­рии почти 200 000 звезд за три года рабо­ты спут­ни­ка, что поз­во­ля­ло искать пла­не­ты с орби­таль­ны­ми пери­о­да­ми до полу­то­ра лет. Кро­ме того, были улуч­ше­ны алго­рит­мы поис­ка пла­нет.

Одна­ко алго­рит­мы алго­рит­ма­ми, а мощь чело­ве­че­ско­го моз­га никто не отме­нял. В про­ек­те Planet Hunters исполь­зу­ет­ся имен­но она. Доб­ро­воль­цы-непро­фес­си­о­на­лы (да-да, вы тоже може­те при­нять уча­стие!) ищут про­хож­де­ния пла­нет по дис­кам звезд в дан­ных того же само­го спут­ни­ка «Кеплер». Речь идет о собы­ти­ях, кото­рые были про­пу­ще­ны стан­дарт­ны­ми алго­рит­ма­ми. В 2012 году поиск дал очень инте­рес­ный резуль­тат: впер­вые обна­ру­же­на пла­не­та в систе­ме четы­рех звезд (1210.3612). Пла­не­та вра­ща­ет­ся вокруг двой­ной систе­мы, кото­рая обра­зу­ет чет­вер­ную вме­сте с дру­гой двой­ной. Двой­ная име­ет пери­од око­ло 20 дней, а пла­не­та дела­ет вокруг нее обо­рот за 138 дней. Вто­рая двой­ная нахо­дит­ся от пла­не­то­не­су­щей пары звезд доволь­но дале­ко — более чем в 1000 а.е. Все четы­ре звез­ды — кар­ли­ки: кто чуть лег­че Солн­ца, а кто — чуть тяже­лее.

Диаграмма масса — радиус

Диа­грам­ма мас­са — ради­ус. Пара­мет­ры при­ве­де­ны в еди­ни­цах зем­ных. пунк­тир­ные и штри­хо­вые линии соот­вет­ству­ют тео­ре­ти­че­ским моде­лям с раз­ным соста­вом пла­нет. Две обсуж­да­е­мые пла­не­ты пока­за­ны серы­ми обла­стя­ми, обве­ден­ны­ми крас­ны­ми эллип­са­ми. Чер­ные точ­ки с латин­ски­ми бук­ва­ми соот­вет­ству­ют пла­не­там сол­неч­ной систе­мы. Кре­сты — резуль­та­ты изме­ре­ний для дру­гих извест­ных пла­нет неболь­шой мас­сы (из рабо­ты 1206.4718). http://arxiv.org

Инте­рес­ных пла­нет и систем было обна­ру­же­но нема­ло: обо всех не рас­ска­жешь. Выбе­рем лишь одну. Это систе­ма Кеплер-36 (1206.4718).

Там обна­ру­же­но две пла­не­ты с очень близ­ки­ми орби­та­ми: пери­о­ды обра­ще­ния вокруг звез­ды состав­ля­ют 16 и 14 дней. Но сами пла­не­ты очень раз­ные. Плот­ность пер­вой — менее одно­го грам­ма в куби­че­ском сан­ти­мет­ре, а вто­рой — почти восемь!

Более плот­ная, с мас­сой око­ло 8 зем­ных, нахо­дит­ся бли­же к звез­де. Менее плот­ная — при­мер­но в два раза лег­че. По всей види­мо­сти, сей­час пла­не­ты нахо­дят­ся не на тех орби­тах, на кото­рых они обра­зо­ва­лись: име­ла место так назы­ва­е­мая мигра­ция. Откры­тие таких стран­ных систем про­ли­ва­ет свет на про­цесс обра­зо­ва­ния пла­нет, про кото­рый мы еще недо­ста­точ­но мно­го зна­ем.

Но этим важ­ные резуль­та­ты по экзо­пла­не­там не исчер­пы­ва­ют­ся. Впер­вые уда­лось уви­деть теп­ло­вое излу­че­ние супер­зем­ли (так назы­ва­ют пла­не­ты, кото­рые в несколь­ко раз тяже­лее нашей и, по всей види­мо­сти, так­же явля­ют­ся камен­ны­ми). Резуль­тат полу­чен по дан­ным наблю­де­ний на спут­ни­ке «Спит­цер» (1205.1766). Пла­не­та вхо­дит в систе­му близ­кой звез­ды 55 Рака, кото­рую даже вид­но нево­ору­жен­ным гла­зом. Это всё важ­но для изу­че­ния свойств дан­но­го типа пла­нет, кото­рые в Сол­неч­ной систе­ме отсут­ству­ют.

Тот же «Спит­цер» поз­во­лил впер­вые постро­ить то, что гром­ко назва­но «кар­та экзо­пла­не­ты». На самом деле, речь идет о реги­стра­ции неод­но­род­но­сти рас­пре­де­ле­ния тем­пе­ра­ту­ры по види­мо­му дис­ку одно­го из так назы­ва­е­мых «горя­чих юпи­те­ров» (1202.1883). Кар­та пока­зы­ва­ет нали­чие горя­че­го пят­на, кото­рое уда­ет­ся интер­пре­ти­ро­вать в рам­ках стан­дарт­ных моде­лей цир­ку­ля­ции в гигант­ских пла­не­тах, кото­рые нако­нец-то мож­но срав­ни­вать с дан­ны­ми наблю­де­ний вне Сол­неч­ной систе­мы. В неко­то­ром смыс­ле этот резуль­тат демон­стри­ру­ет пре­де­лы воз­мож­но­стей совре­мен­ной аппа­ра­ту­ры.

Гово­ря о ста­ти­сти­ке экзо­пла­нет, нель­зя не вспом­нить о важ­ном резуль­та­те, полу­чен­ном бла­го­да­ря наблю­де­ни­ям мето­дом мик­ро­лин­зи­ро­ва­ния (1202.0903). Под­ход чув­стви­те­лен к пла­не­там с орби­та­ми 0,5–10 а.е. (аст­ро­но­ми­че­ская еди­ни­ца — это рас­сто­я­ние от Зем­ли до Солн­ца, при­мер­но 150 млн км). Ока­за­лось, что пла­не­ты типа Неп­ту­на, а так­же супер­зем­ли чрез­вы­чай­но рас­про­стра­не­ны, они есть прак­ти­че­ские у каж­дой звез­ды в Галак­ти­ке. И это без уче­та тес­ных орбит!

Диаграмма орбитальный период — радиус для кандидатов «Кеплера»

Диа­грам­ма орби­таль­ный пери­од — ради­ус для кан­ди­да­тов «Кепле­ра». Ради­у­сы
даны в еди­ни­цах зем­но­го. Голу­бые точ­ки — кан­ди­да­ты из ката­ло­га 2010 года.
Крас­ные — 2011 года. Жел­тые — объ­ек­ты, вклю­чен­ные в ката­лог в фев­ра­ле
2012 года. Вид­но, что новые кан­ди­да­ты име­ют в сред­нем мень­шие ради­у­сы и
боль­шие орби­таль­ные пери­о­ды. гори­зон­таль­ные линии соот­вет­ству­ют ради­у­сам
Зем­ли, Неп­ту­на и Юпи­те­ра (из рабо­ты 1202.5852)

Если пла­не­та вра­ща­ет­ся вокруг звез­ды на очень тес­ной орби­те, то рано или позд­но она может ока­зать­ся погло­щен­ной звез­дой. Этот про­цесс впер­вые при­влек при­сталь­ное вни­ма­ние уче­ных (1204.0796). Пока есть толь­ко тео­ре­ти­че­ские оцен­ки. Вспыш­ки будут длить­ся от неде­ли до меся­цев и будут похо­жи на вспыш­ки новых. Но раз­ли­чить их мож­но, и это весь­ма инте­рес­но и пер­спек­тив­но в свя­зи со ско­рым вво­дом в строй новых теле­ско­пов для мони­то­рин­га все­го неба. Темп таких сли­я­ний немал: раз за несколь­ко лет на галак­ти­ку типа нашей. Так что, наблю­дая сот­ни галак­тик, мож­но даже за год набрать неплохую ста­ти­сти­ку. От пла­нет перей­дем к звез­дам. В созвез­дии Льва обна­ру­же­на звез­да с очень низ­ким содер­жа­ни­ем тяже­лых эле­мен­тов (1203.2612). По отно­ше­нию коли­че­ства желе­за к водо­ро­ду это вто­рой резуль­тат, а вот по отно­ше­нию угле­ро­да к водо­ро­ду — пер­вый. Соот­вет­ствен­но, и по пол­ной метал­лич­но­сти звез­да полу­ча­ет­ся в ито­ге рекорд­сме­ном. Рабо­та важ­на в свя­зи с дис­кус­си­я­ми о том, насколь­ко мало­мас­сив­ные звез­ды мог­ли обра­зо­вы­вать­ся из пер­вич­но­го газа, еще не обо­га­щен­но­го тяже­лы­ми эле­мен­та­ми, обра­зо­вав­ши­ми­ся после взры­вов пер­вых мас­сив­ных звезд. Если изме­рен­ное зна­че­ние метал­лич­но­сти ока­за­лось бы все­го в два раза ниже, то у тео­рий, пред­ска­зы­ва­ю­щих, что пер­вич­ные звез­ды не мог­ли быть мало­мас­сив­ны­ми, воз­ник­ли бы серьез­ные про­бле­мы. Так что ждем даль­ней­ших откры­тий.

Поис­ки само­гó пер­вич­но­го газа так­же при­нес­ли новые дан­ные. На крас­ном сме­ще­нии z=7 обна­ру­же­но обла­ко газа с очень низ­ким содер­жа­ни­ем эле­мен­тов тяже­лее гелия (1212.0548). Это уда­лось сде­лать, обна­ру­жив линии погло­ще­ния в спек­тре дале­ко­го (z=7,1) ква­за­ра. Такие крас­ные сме­ще­ния соот­вет­ству­ют воз­рас­ту Все­лен­ной менее 780 млн лет (каж­дый может убе­дить­ся в этом, вос­поль­зо­вав­шись одним из сете­вых кос­мо­ло­ги­че­ских каль­ку­ля­то­ров [2]). Точ­ное зна­че­ние метал­лич­но­сти газа уста­но­вить пока труд­но, так как не ясно: то ли это доволь­но плот­ное обла­ко-про­то­га­лак­ти­ка, то ли это диф­фуз­ный меж­га­лак­ти­че­ский газ, запол­ня­ю­щий боль­шой объ­ем. Но в любом слу­чае содер­жа­ние тяже­лых эле­мен­тов как мини­мум в тыся­чу раз мень­ше сол­неч­но­го.

Исполь­зо­ва­ние спек­тров дале­ких объ­ек­тов для излу­че­ния все­го, что про­яв­ля­ет­ся в них «по доро­ге» к нам — мощ­ный инстру­мент аст­ро­фи­зи­ка. Очень кра­си­вый резуль­тат был полу­чен коман­дой спут­ни­ка «Фер­ми» (1211.1671). Всю Все­лен­ную запол­ня­ет элек­тро­маг­нит­ное излу­че­ние. Самая извест­ная часть — релик­то­вый фон. Но речь не о нем. Есть еще так назы­ва­е­мое «вне­га­лак­ти­че­ское фоно­вое излу­че­ние». В основ­ном это свет пер­вых звезд и ква­за­ров. Уль­тра­фи­о­ле­то­вых фото­нов было так мно­го, что Все­лен­ная была зано­во реио­ни­зо­ва­на на z=10–15. Как же уви­деть этот свет? Есть инте­рес­ный эффект. Жест­кий (гам­ма) квант может про­вза­и­мо­дей­ство­вать с дру­гим кван­том (уже обла­да­ю­щим не столь высо­кой энер­ги­ей, а, ска­жем, соот­вет­ству­ю­щей уль­тра­фи­о­ле­то­во­му диа­па­зо­ну, но энер­гия не может быть и слиш­ком малень­кой — релик­то­вые фото­ны не подой­дут), при этом воз­ник­нет элек­трон-пози­трон­ная пара. Участ­во­вав­шие во вза­и­мо­дей­ствии кван­ты исче­за­ют. Соот­вет­ствен­но, в спек­тре дале­ко­го гам­ма-источ­ни­ка мы будем видеть депрес­сию. Для инди­ви­ду­аль­но­го объ­ек­та заме­тить это крайне тяже­ло. Авто­ры же исполь­зо­ва­ли дан­ные наблю­де­ний на спут­ни­ке «Фер­ми» для полу­то­ра сотен бла­за­ров (мощ­ных актив­ных ядер галак­тик, в кото­рые мы смот­рим пря­мо вдоль струи, бью­щей из окрест­но­стей сверх­мас­сив­ной чер­ной дыры), что­бы выде­лить сум­мар­ный эффект. Слож­ность тут свя­за­на с тем, что надо знать, как выгля­дят спек­тры бла­за­ров без погло­ще­ния, что весь­ма не три­ви­аль­но. Но в ито­ге авто­рам всё же уда­лось уви­деть иско­мую депрес­сию, отве­ча­ю­щую вза­и­мо­дей­ствию гам­ма-кван­тов с фоно­вым уль­тра­фи­о­ле­то­вым излу­че­ни­ем. Резуль­та­том явля­ет­ся изме­ре­ние плот­но­сти фоно­во­го излу­че­ния, эффек­тив­но изу­чать кото­рое дру­ги­ми мето­да­ми ранее не уда­ва­лось. А это дает нам инфор­ма­цию о пока не наблю­да­е­мых пер­вых звез­дах и ква­за­рах.

А что у нас вооб­ще с самы­ми дале­ки­ми источ­ни­ка­ми? На этом фрон­те тоже есть рекорд, может быть. Ого­вор­ка свя­за­на с тем, что крас­ное сме­ще­ние галак­ти­ки, пре­тен­ду­ю­щей на зва­ние самой дале­кой сре­ди извест­ных, опре­де­ле­но лишь кос­вен­ны­ми мето­да­ми. Полу­ча­ет­ся зна­че­ние око­ло 10 (1204.2305). Это соот­вет­ству­ет 500 млн лет после нача­ла рас­ши­ре­ния. Уви­деть столь дале­кий объ­ект уда­лось бла­го­да­ря силь­но­му гра­ви­та­ци­он­но­му лин­зи­ро­ва­нию. В роли лин­зы высту­пи­ло круп­ное скоп­ле­ние галак­тик.

Объ­ек­ты на боль­ших крас­ных сме­ще­ни­ях мог­ли быть весь­ма буй­ны­ми. Вре­мя было такое… Напри­мер, пред­ска­зы­ва­лось, что тогда долж­ны были суще­ство­вать столь мощ­ные ква­за­ры, что поток веще­ства от них выме­тал замет­ную долю газа из галак­ти­ки, что при­во­ди­ло к оста­нов­ке фор­ми­ро­ва­ния в ней ново­го поко­ле­ния звезд. Теперь мы зна­ем, что такие ужа­сы дей­стви­тель­но про­ис­хо­ди­ли. На z=6,4 обна­ру­жен ква­зар с мощ­ным отто­ком веще­ства (1204.2904). Сверх­мас­сив­ная чер­ная дыра «гонит мощ­ную вол­ну»: око­ло 4000 масс Солн­ца в год. Это рекорд. Звез­до­об­ра­зо­ва­ние в галак­ти­ке, содер­жа­щей такой ква­зар, долж­но будет оста­но­вить­ся вви­ду отсут­ствия газа.

Выде­лим еще пару чер­но­дыр­ных резуль­та­тов. Оба свя­за­ны с обна­ру­же­ни­ем слиш­ком тяже­лых сверх­мас­сив­ных чер­ных дыр. Дело в том, что у каж­дой галак­ти­ки есть своя нор­ма. Суще­ству­ет кор­ре­ля­ция меж­ду свой­ства­ми звезд­но­го насе­ле­ния и мас­сой цен­траль­ной чер­ной дыры. Ска­жем, нашей Галак­ти­ке не пола­га­ет­ся чер­ная дыра с мас­сой мил­ли­ард сол­неч­ных, но и отсут­ствие чер­ной дыры в цен­тре нашей звезд­ной систе­мы было бы уди­ви­тель­ным. В 2012 году было най­де­но два инте­рес­ных исклю­че­ния из этой кор­ре­ля­ции.

В галак­ти­ках выде­ля­ют раз­ные струк­тур­ные эле­мен­ты. Один из них — бал­дж. Это цен­траль­ное сфе­ри­че­ское обра­зо­ва­ние, обыч­но состо­я­щее из ста­рых звезд. Чем боль­ше мас­са бал­джа — тем боль­ше мас­са цен­траль­ной чер­ной дыры. Если бал­джа нет — то не долж­но быть и дыры. Ока­за­лось — не все­гда. С помо­щью рент­ге­нов­ских наблю­де­ний на спут­ни­ке XMM-Newton авто­ры обна­ру­жи­ли сверх­мас­сив­ную чер­ную дыру в галак­ти­ке без бал­джа (1209.1354). В ней виден рент­ге­нов­ский источ­ник в цен­тре, кото­рый луч­ше все­го опи­сы­ва­ет­ся чер­ной дырой с мас­сой более 20 000 сол­неч­ных. Ниж­ний пре­дел на мас­су не ахти какой, но тем не менее. Это все-таки сверх­мас­сив­ная чер­ная дыра!

Корреляция массы черной дыры с инфракрасной светимостью балджа

Кор­ре­ля­ция мас­сы чер­ной дыры с инфра­крас­ной
све­ти­мо­стью бал­джа. Крас­ным пока­за­но новое изме­ре­ние
для галак­ти­ки NGC 1277 (из рабо­ты 1211.6429)

В галак­ти­ке NGC1277 живет дру­гой рекорд­смен. Там «поло­же­но» быть чер­ной дыре с мас­сой менее 100 млн сол­неч­ных, а наблю­де­ния пока­за­ли (1211.6429), что она там тяже­лее 10 млрд! Это рекорд по отно­ше­нию мас­сы чер­ной дыры к мас­се звезд в галак­ти­ке.

От галак­тик перей­дем к их скоп­ле­ни­ям. Дав­ным-дав­но было пред­ска­за­но, что в скоп­ле­ни­ях галак­тик долж­ны быть так назы­ва­е­мые пото­ки с охла­жде­ни­ем (cooling fow): меж­га­лак­ти­че­ский газ осты­ва­ет и течет в центр. Но наблю­дать это труд­но. В про­шед­шем году впер­вые было заяв­ле­но об обна­ру­же­нии очень ярко­го в рент­ге­нов­ском диа­па­зоне скоп­ле­ния галак­тик с мощ­ней­шим пото­ком с охла­жде­ни­ем (1208.2962). Скоп­ле­ние нахо­дит­ся на крас­ном сме­ще­нии 0,6, и было откры­то на South Pole Telescope по наблю­де­ни­ям эффек­та Сюняева—Зельдовича. Не уди­ви­тель­но, что цен­траль­ная галак­ти­ка скоп­ле­ния, полу­чая такую газо­вую под­пит­ку, пока­зы­ва­ет гигант­ский темп звез­до­об­ра­зо­ва­ния: 600–900 масс Солн­ца в год. Это важ­но, так как в стан­дарт­ной кар­тине счи­та­ет­ся, что един­ствен­ным важ­ным спо­со­бом уве­ли­че­ния мас­сы цен­траль­ной галак­ти­ки явля­ют­ся сли­я­ния.

На глубокий снимок наложено распределение массы в сверхскоплении

На глу­бо­кий сни­мок, полу­чен­ный на 8-мет­ро­вом теле­ско­пе «Суб­ару», нало­же­но
рас­пре­де­ле­ние мас­сы в сверх­скоп­ле­нии (голу­бой цвет и кон­ту­ры). Свер­ху — двой­ное
скоп­ле­ние галак­тик Abell 223. Вни­зу — Abell 222 (из рабо­ты 1207.0809)

Теперь о, может быть, самом важ­ном аст­ро­фи­зи­че­ском резуль­та­те года. Лабо­ра­тор­ные поис­ки тем­но­го веще­ства, рав­но как и поис­ки соот­вет­ству­ю­ще­го анни­ги­ля­ци­он­но­го сиг­на­ла, пока дают толь­ко верх­ние пре­де­лы. Так что аргу­мен­ты в поль­зу нали­чия этой сущ­но­сти про­дол­жа­ют быть свя­зан­ны­ми в основ­ном с гра­ви­та­ци­он­ным дей­стви­ем тем­ной мате­рии. Извест­но, что наблю­де­ния рас­пре­де­ле­ния галак­тик в боль­ших мас­шта­бах пока­зы­ва­ют нали­чие яче­и­сто-волок­ни­стой струк­ту­ры. Тео­рия обра­зо­ва­ния круп­но­мас­штаб­ной струк­ту­ры гово­рит нам, что в основ­ном этот «ске­лет Все­лен­ной» состо­ит из тем­но­го веще­ства. При­чем долж­ны суще­ство­вать ситу­а­ции, когда часть воло­кон прак­ти­че­ски не содер­жит ярких галак­тик и горя­че­го меж­га­лак­ти­че­ско­го газа. И вот, впер­вые такое волок­но из тем­но­го веще­ства уда­лось обна­ру­жить (1207.0809).

Авто­ры рабо­ты иссле­до­ва­ли рас­пре­де­ле­ние гра­ви­ти­ру­ю­ще­го веще­ства в скоп­ле­ни­ях и меж­ду ними Abell 222223 на z=0,21. Для это­го исполь­зо­вал­ся метод сла­бо­го лин­зи­ро­ва­ния. Изу­ча­ют­ся изоб­ра­же­ния дале­ких галак­тик, лин­зи­ру­е­мых сверх­скоп­ле­ни­ем (вклю­чая волок­но), и по этим дан­ным вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся рас­пре­де­ле­ние мас­сы, чем бы она ни созда­ва­лась. Даль­ше надо огра­ни­чить вклад обыч­но­го веще­ства. Иссле­до­ва­ние рент­ге­нов­ско­го излу­че­ния от волок­на поз­во­ли­ло поста­вить пре­дел на мас­су горя­че­го газа (т.е. обыч­но­го веще­ства) в нем. Галак­тик там прак­ти­че­ски нет, да и не могут они вне­сти боль­шой вклад в мас­су. Так что полу­ча­ет­ся, что почти вся мас­са волок­на свя­за­на исклю­чи­тель­но с тем­ным веще­ством. Со вре­мен деталь­но­го изу­че­ния стал­ки­ва­ю­щих­ся скоп­ле­ний галак­тик (Bullet cluster) это самый силь­ный аст­ро­фи­зи­че­ский аргу­мент в поль­зу суще­ство­ва­ния тем­но­го веще­ства.

Вер­нем­ся из дале­кой дали в окрест­но­сти нашей Галак­ти­ки. Впер­вые доста­точ­но точ­но опре­де­ле­на трех­мер­ная ско­рость Туман­но­сти Андро­ме­ды (1205.6863). Это уда­лось сде­лать бла­го­да­ря тому, что наблю­де­ния на «Хаб­б­ле» поз­во­ли­ли изме­рить соб­ствен­ное дви­же­ние бли­жай­шей круп­ной галак­ти­ки. Новые дан­ные дают воз­мож­ность уже доволь­но точ­но пред­ска­зы­вать, как и когда про­изой­дет сли­я­ние нашей Галак­ти­ки с М31. Близ­кий про­ход Млеч­но­го Пути и Туман­но­сти Андро­ме­ды про­изой­дет при­мер­но через 4 млрд лет, а еще через пару мил­ли­ар­дов сли­я­ние завер­шит­ся. При­со­еди­нит­ся к общей куче и галак­ти­ка в Тре­уголь­ни­ке — М33. А что же будет с Роди­ной и с нами? Тот белый кар­лик, в кото­рый к тому момен­ту пре­вра­тит­ся Солн­це, ско­рее все­го, ока­жет­ся даль­ше от цен­тра новой систе­мы, чем сей­час от цен­тра Галак­ти­ки.

Еще один шаг к дому. И вот мы в Боль­шом Магел­ла­но­вом Обла­ке, в кото­ром в 1987 году наблю­да­лась вспыш­ка сверх­но­вой. За послед­ние несколь­ко веков она самая близ­кая. Это поз­во­ля­ет изу­чать (или наде­ять­ся изу­чить) мно­гие важ­ные осо­бен­но­сти таких взры­вов. В част­но­сти, сколь­ко и каких эле­мен­тов там было син­те­зи­ро­ва­но. После рас­па­да радио­ак­тив­но­го кобаль­та све­че­ние остат­ка сверх­но­вой в види­мом, УФ и ИК-диа­па­зо­нах обес­пе­чи­ва­ет титан-44. Исполь­зуя дан­ные мно­го­лет­них наблю­де­ний на спут­ни­ке INTEGRAL, авто­ры суме­ли изме­рить рент­ге­нов­ское излу­че­ние в лини­ях (вбли­зи 70 кэВ) от рас­па­да ти-тана-44 (1211.2656). Это поз­во­ля­ет сде­лать оцен­ку мас­сы тита­на-44, выбро­шен­но­го после вспыш­ки сверх­но­вой. Его там было 0,0002−0,0004 мас­сы Солн­ца. До это­го подоб­ные изме­ре­ния уда­лось сде­лать лишь для остат­ка Кас­си­о­пея А в нашей Галак­ти­ке. Резуль­тат счи­та­ет­ся одним из важ­ней­ших, полу­чен­ных за 10 лет спут­ни­ком INTEGRAL. Тем при­ят­нее, что авто­ры из Рос­сии.

Орбитальная эволюция нашей Галактики, Туманности Андромеды и галактики в треугольнике

Орби­таль­ная эво­лю­ция нашей
Галак­ти­ки, Туман­но­сти Андро­ме­ды
и галак­ти­ки в тре­уголь­ни­ке. Рас­сто­я­ния
по осям даны в кило­пар­се­ках.
Точ­ка (0,0,0) соот­вет­ству­ет цен­тру масс.
Вна­ча­ле сли­ва­ют­ся М31 и наша
(из рабо­ты 1205.6865)

В изу­че­нии соб­ствен­но взры­вов сверх­но­вых в 2012 году был достиг­нут важ­ней­ший про­рыв: впер­вые сверх­но­вая взо­рва­лась в ком­пью­те­ре без посто­рон­ней помо­щи! Авто­ры ново­го мно­го­мер­но­го реля­ти­вист­ско­го кода с ней­трин­ной гид­ро­ди­на­ми­кой пред­ста­ви­ли резуль­та­ты сво­их рас­че­тов, в кото­рых взрыв был полу­чен без допол­ни­тель­ных ухищ­ре­ний (1202.0815). Исполь­зо­вал­ся дву­мер­ный код, учи­ты­ва­ю­щий реа­ли­стич­ную ней­трин­ную физи­ку и, что явля­ет­ся клю­че­вым, эффек­ты ОТО. Имен­но бла­го­да­ря послед­ним авто­рам уда­лось взо­рвать стан­дарт­ную звез­ду.

Изображения области в Большом Магеллановом Облаке, включающей в себя остаток сверхновой 1987А

Изоб­ра­же­ния обла­сти в Боль­шом
Магел­ла­но­вом Обла­ке, вклю­ча­ю­щей
в себя оста­ток сверх­но­вой 1987А.
Дан­ные полу­че­ны спут­ни­ком INTEGRAL
в трех энер­ге­ти­че­ских диа­па­зо­нах.
Оста­ток сверх­но­вой виден толь­ко
на сред­нем рисун­ке, т.е. в диа­па­зоне
65–82 кэВ. это соот­вет­ству­ет лини­ям
тита­на-44. Два дру­гих источ­ни­ка —
это пуль­сар и рент­ге­нов­ская двой­ная
(из рабо­ты 1211.2656)

«Обо­гнув кос­ми­че­скую даль, обо­драв о ваку­ум дюраль», воз­вра­ща­ем­ся в Сол­неч­ную систе­му. Ред­ко когда в мои обзо­ры попа­да­ют ново­сти о ней. Любо­пыт­но, что резуль­тат свя­зан с рабо­той не новых, а очень ста­рых аппа­ра­тов — Вояд­же­ров. Неко­то­рое вре­мя назад все новост­ные лен­ты оче­ред­ной раз обле­те­ло утвер­жде­ние: «аппа­рат «Вояд­жер» выле­тел за пре­де­лы Сол­неч­ной систе­мы». Конеч­но, это не так. Аппа­рат нахо­дит­ся на рас­сто­я­нии более 120 а.е., но при этом обла­ко Оор­та при­мер­но в 100 000 а.е. пре­крас­но явля­ет­ся частью Сол­неч­ной систе­мы. Но это не отме­ня­ет того фак­та, что «Вояд­жер 1» дей­стви­тель­но 25 авгу­ста уви­дел нечто инте­рес­ное (1212.0883). Наблю­дал­ся рез­кий ска­чок в свой­ствах кос­ми­че­ских лучей, реги­стри­ру­е­мых аппа­ра­том. Фак­ти­че­ски, он выле­тел из обла­сти, где за кос­ми­че­ские лучи отве­ча­ет Солн­це, в область, где всё это уже в основ­ном опре­де­ля­ет­ся свой­ства­ми наше­го галак­ти­че­ско­го окру­же­ния. На рисун­ках в ста­тье вид­но, насколь­ко рез­ким было паде­ние чис­ла заре­ги­стри­ро­ван­ных частиц ано­маль­ных кос­ми­че­ских лучей и рост чис­ла заре­ги­стри­ро­ван­ных частиц галак­ти­че­ских кос­ми­че­ских лучей. Дан­ные с «Вояд­же­ров» пока­зы­ва­ют, что струк­ту­ра гра­ни­цы гелио­сфе­ры слож­нее, чем дума­ли рань­ше. Поэто­му эти дан­ные и в самом деле очень важ­ны, и в Сол­неч­ной систе­ме еще есть мно­го неяс­но­го.

Нако­нец, в заклю­че­ние пого­во­рим о все­объ­ем­лю­щем. Аппа­рат WMAP дав­но закон­чил свою про­грам­му наблю­де­ний (спут­ник был запу­щен летом 2001 года), но дело его живет. Под Новый год коман­да пред­ста­ви­ла окон­ча­тель­ный ана­лиз всех 9 лет его рабо­ты (1212.5225). Посколь­ку речь идет о мно­го­крат­ном обзо­ре все­го неба на несколь­ких часто­тах, то инфор­ма­ции мас­са. Напом­ню, что самой цити­ру­е­мой ста­тьей в аст­ро­фи­зи­ке сей­час явля­ет­ся кар­ты пыли по дан­ным пред­ше­ствен­ни­ка WMAP — спут­ни­ка COBE. Дан­ные WMAP еще луч­ше. А кро­ме это­го, есть еще ката­лог точеч­ных источ­ни­ков и кое-что еще. Но глав­ное, ради чего запус­кал­ся спут­ник, — это кос­мо­ло­гия. Кос­мо­ло­ги­че­ские пара­мет­ры пред­став­ле­ны в отдель­ной ста­тье (1212.5226). Они даны как исклю­чи­тель­но по дан­ным WMAP, так и по резуль­та­там сов­мест­ной обра­бот­ки его дан­ных и резуль­та­тов дру­гих наблю­де­ний. В рам­ках стан­дарт­ной шести­па­ра­мет­ри­че­ской лямб­да-CDM моде­ли ситу­а­ция тако­ва. Воз­раст Все­лен­ной — 13,77 млрд лет. Посто­ян­ная Хаб­б­ла рав­на 69,3 км/​с/​Мпк. Вклад бари­о­нов в пол­ную плот­ность — 4,6%. Вклад тем­ной энер­гии — 71%. Чис­ло сор­тов ней­три­но рав­но стан­дарт­ной трой­ке — новые не нуж­ны. Самое важ­ное, навер­ное, состо­ит в том, что впер­вые на уровне 5 сиг­ма изме­ре­но, что спектр пер­вич­ных воз­му­ще­ний отли­чен от так назы­ва­е­мо­го спек­тра Харрисона—Зельдовича с пока­за­те­лем еди­ни­ца (плос­кий спектр). Имен­но из этих флук­ту­а­ций плот­но­сти потом вырос­ла гран­ди­оз­ная круп­но­мас­штаб­ная струк­ту­ра рас­пре­де­ле­ния галак­тик. Обыч­но стан­дарт­ным счи­та­лось, что воз­му­ще­ния не зави­сят от мас­шта­ба. Ито­го­вые дан­ные WMAP пока­зы­ва­ют, что это не совсем так. Ну а в этом году свои кос­мо­ло­ги­че­ские резуль­та­ты пред­ста­вит уже коман­да спут­ни­ка «Планк». Нач­нет­ся новый пери­од раз­ви­тия точ­ной кос­мо­ло­гии. Будем ждать!

Сер­гей Попов

1. http://xray.sai.msu.ru/~polar/sci_rev/current.html

2. https://www.astro.ucla.edu/~wright/CosmoCalc.html

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...
 
 

Метки: , , , , , , ,

 

15 комментариев

  • Hmelnikov:

    Ува­жа­е­мый Сер­гей!
    Вы ровес­ник мое­му сыну, кото­рый, полу­чив два кон­сер­ва­тор­ских обра­зо­ва­ния, раз­би­ра­ет­ся в музы­ке при­мер­но так же, как Вы в аст­ро­но­мии.
    И было бы стран­но, если б я пытал­ся ему навя­зы­вать свои музы­каль­ные… позна­ния.:)
    Это я к тому, что мне и в голо­ву не при­хо­дит гово­рить с Вами на рав­ных там, где Вы про­фес­си­о­нал-в аст­ро­но­мии.
    Наобо­рот, я с удо­воль­стви­ем чув­ствую, что Вы имен­но про­фес­си­о­нал.
    Вме­сте с тем.
    Поль­зу­юсь тем, что наша газе­та науч­но-попу­ляр­ная, пото­му могу рас­счи­ты­вать на Ваши отве­ты на мои недо­умён­ные вопро­сы.
    Вопрос такой.
    Солн­це име­ет вокруг себя непо­движ­ное отно­си­тель­но него физи­че­ское гра­ви­та­ци­он­ное поле, в кото­ром дви­жут­ся пла­не­ты сол­неч­ной систе­мы?
    Пре­ду­пре­ждаю сра­зу: вопрос не столь прост, как это может пред­став­лять­ся.
    Как и то, что ответ Ваш может быть либо «да», либо «нет».
    В любом слу­чае, если посчи­та­е­те воз­мож­ным отве­тить, про­шу обос­но­вать Ваше утвер­жде­ние.
    Посчи­та­е­те ли воз­мож­ным-вот в чём вопрос.

    Но тогда в чём смысл пуб­ли­ка­ций не в спе­ци­а­ли­зи­ро­ван­ной газе­те?

    • Сергей Попов:

      Оби­лие пре­ду­пре­жде­ний и тре­бо­ва­ний к отве­ту гово­рит о том, что вами руко­во­дит не жела­ние полу­чить ответ, а жела­ние начать дис­кус­сию. начи­нать здесь дис­кус­сию по пово­ду, не име­ю­ще­му отно­ше­ния к кон­крет­ной ста­тье, я не хочу.

      • Hmelnikov:

        Бла­го­да­рю за сооб­ще­ние.
        У меня так же нет ни малей­ше­го жела­ния дис­ку­ти­ро­вать с Вами.
        Я все­го лишь спра­ши­вал Ваше мне­ние.
        Теперь оно извест­но.
        Все­го доб­ро­го.

  • “Тём­ная Мате­рия” это про­яв­ле­ние свойств хода вре­ме­ни, физи­че­ский меха­низм опи­сан в моно­гра­фии http://www.otvp.org/ (В. Пан, «Физи­ка при­ро­ды при­чин­но-след­ствен­ных свойств про­стран­ствен­но­го физи­че­ско­го вре­ме­ни»). Для обще­го досту­па к рабо­те нужен endorser для раз­ме­ще­ния на сай­те arXiv.org. Если кто-либо выра­зит жела­ние в содей­ствии, отклик­ни­тесь.

    • Hmelnikov:

      Ува­жа­е­мый Vslav!
      Совер­шен­но согла­сен с Вами в том, что ход времени(иначе-скорость вре­ме­ни) явля­ет­ся вели­чи­ной пере­мен­ной и зави­сит от грав­по­тен­ци­а­ла в рас­смат­ри­ва­е­мой точ­ке про­стран­ства.
      Имен­но этот факт под­твер­жда­ют поправ­ки в систе­мах ГЛОНАСС и GPS.
      Тема весь­ма инте­рес­ная и, если пра­виль­но пони­маю, прак­ти­че­ски не иссле­до­ва­на.
      Что­бы начать иссле­до­ва­ния, опи­ра­ю­щи­е­ся на фак­ты, пред­ла­гаю преж­де все­го при­знать оче­вид­ное: Солн­це име­ет непо­движ­ное отно­си­тель­но него физи­че­ское гра­ви­та­ци­он­ное поле, в кото­ром дви­жут­ся пла­не­ты сол­неч­ной систе­мы, вра­ща­ясь вокруг Сон­ца.
      Есте­ствен­но, что пла­не­ты вме­сте с Солн­цем вра­ща­ют­ся так же вокруг ЧД, управ­ля­ю­щей Млеч­ным путём.
      То есть и эта ЧД име­ет непо­дви­же­ое отно­си­тель­но неё физи­че­ское гра­ви­та­ци­он­ное поле.
      А како­во Ваше мне­ние?

      • Сергей Попов:

        Чер­ная дыра млеч­ным путем не управ­ля­ет :)
        Для пони­ма­ния это­го доста­точ­но фор­мул из учеб­ни­ка физи­ки за 9 класс.

        • Hmelnikov:

          Для того, чтоб понять, что Солн­це управ­ля­ет дви­же­ни­ем пла­нет сол­неч­ной систе­мы, надо все­го лишь понять, поче­му сол­неч­ная систе­ма наза­ы­ва­ет­ся сол­неч­ной.
          Не под­ска­же­те, какие фор­му­лы нуж­ны для это­го пони­ма­ния?:)

          • Hmelnikov:

            Ува­жа­е­мый С.Попов!
            В сво­ей ста­тье Вы пишите:«Аппарат нахо­дит­ся на рас­сто­я­нии более 120 а.е., но при этом обла­ко Оор­та при­мер­но в 100 000 а.е., пре­крас­но явля­ет­ся частью Сол­неч­ной систе­мы.»
            Если учесть, что гра­ви­та­ци­он­ное вли­я­ние Солн­ца нигде не кон­ча­ет­ся, то у меня вопрос: по каким фор­му­лам рас­счи­ты­ва­ют­ся раз­ме­ры Сол­неч­ной систе­мы?
            Обра­щаю вни­ма­ние-это не дис­кус­сия.
            Это все­го лишь вопрос.
            Да, диле­тан­та.
            Но, учи­ты­вая, что газе­та науч­но-попу­ляр­ная, я счи­таю себя в пол­ном пра­ве полу­чить ответ на задан­ный вопрос от про­фес­си­о­на­ла.

            • Сергей Попов:

              Вро­де бы, на паль­цах, все оче­вид­но: есть дру­гие звез­ды. Гру­бо, Сол­неч­ная систе­ма закан­чи­ва­ет­ся на поло­вине рас­сто­я­ния до бли­жай­ших звезд.

              • Hmelnikov:

                Веро­ят­но, мож­но пола­гать, что дело обсто­ит имен­но так.
                У меня несколь­ко иная точ­ка зре­ния.
                Гру­бо: запус­ка­ем КА с неко­то­рой ско­ро­стью стро­го вер­ти­каль­но по отно­ше­нию к поверх­но­сти Солн­ца.
                При неко­то­рой ско­ро­сти КА не вер­нёт­ся на Солн­це и не поки­нет пре­де­лы Сол­неч­ной систе­мы.
                Будет про­цес­си­ро­вать на неко­то­ром рас­сто­я­нии от Солн­ца.
                Вот это рас­сто­я­ние и мож­но при­нять за ради­ус Сол­неч­ной систе­мы.
                Нет?
                Поче­му?
                ЗЫ.Хочу сра­зу заме­тить, что на боль­шем уда­ле­нии на дви­же­ние КА Солн­це ока­зы­ва­ет вли­я­ние.
                Но вер­нуть его в свои «вла­де­ния» уже не может.
                Пото­му я и гово­рю о раз­ме­рах Сол­неч­ной систе­мы.
                Полу­ча­ет­ся, что они могут быть быть стро­го опре­де­ле­ны.
                Или я оши­ба­юсь?
                В чём?

                • Hmelnikov:

                  Не прО­цес­си­ро­вать, а пре­цес­си­ро­вать.
                  Допу­стил опе­чат­ку, что нехо­ро­шо.
                  Но есть поло­жи­тель­ный резуль­тат в виде вопро­са: как исправ­лять допу­щен­ные опе­чат­ки?
                  Теперь по сути.
                  Судя по Ваше­му мол­ча­нию, Вы, ува­жа­е­мый Попов, пони­ма­е­те, что любое доста­точ­но мас­сив­ное тело окру­же­но физ­грав­по­лем, кото­рое состав­ля­ет с этим телом еди­ное целое.
                  Есть воз­ра­же­ния?
                  Буду им рад.
                  Если воз­ра­же­ний нет, то, для нача­ла, я утвер­ждаю, что тем­ная энер­гия, окру­жа­ю­щая галак­ти­ки, и есть физ­грав­по­ле ЧД, нахо­дя­щей­ся в цен­тре галак­ти­ки.
                  Что не так?
                  Раз­ве физ­грав­по­ле не обла­да­ет энер­ги­ей и импуль­сом?
                  И вооб­ще, где ува­жа­е­мый Руба­ков?:)
                  Толь­ко не гово­ри­те, что к Руба­ко­ву и надо обра­щать­ся.
                  Обра­щал­ся.
                  И к нему, и к Штер­ну.
                  Мол­чат, как оша­ра­шен­ные.
                  Прав­да, вопрос был несколь­ко дру­гой.
                  Но где гаран­тия, что отве­тят на вопрос этот?
                  Не отве­тят.
                  Что, на мой взгляд, нехо­ро­шо.:)

      • Ува­жа­е­мый Hmelnikov, оче­вид­ное не зна­чит истин­ное (оче­вид­но, что Солн­це вра­ща­ет­ся вокруг Зем­ли…). По пово­ду систем ГЛОНАСС и GPS – в них поправ­ки вно­сят­ся не так как Вам это обоб­щен­но упро­щая гово­рят (соглас­но ОТО), а гени­аль­но-про­сто – вво­дят кор­рек­ти­ров­ку коли­че­ства пери­о­дов исполь­зуя экс­пе­ри­мен­таль­ные “таб­ли­цы”, посколь­ку “маят­ни­ки” у часов вовсе не меня­ют свою дли­ну. Каса­е­мо ЧД и Солн­ца, гра­ви­та­ци­он­ное поле не име­ет­ся апри­о­ри, а посто­ян­но вос­про­из­во­дит­ся обнов­ля­ясь ходом вре­ме­ни, в моей моно­гра­фии об этом всё физи­кой опи­са­но. Одна­ко Сер­гей Попов прав, что это не место для раз­вёр­ты­ва­ния дис­кус­сий, для это­го есть дру­гие пло­щад­ки, раз­ни­ца в том, что С. Попов может пуб­ли­ко­вать здесь ста­тьи, а у меня нет таких воз­мож­но­стей.

        • Hmelnikov:

          Хоро­шо, что у Вас нет воз­мож­но­стей пуб­ли­ко­вать здесь свои ста­тьи.
          Вполне доста­точ­но того, что може­те здесь писать репли­ки.

  • По кон­тек­сту
    «Менее плот­ная — при­мер­но в два раза легче»=Менее плот­ная — при­мер­но в два раза даль­ше»

  • Пионер:

    Сер­гей Попов:
    05.02.2013 в 18:27
    «Вро­де бы, на паль­цах, все оче­вид­но: есть дру­гие звез­ды. Гру­бо, Сол­неч­ная систе­ма закан­чи­ва­ет­ся на поло­вине рас­сто­я­ния до бли­жай­ших звезд.»

    Всё пра­виль­но, но я бы ска­зал немно­го ина­че: не про­сто «на поло­вине рас­сто­я­ния», а в одной из Точек Лагранжа…звёзды-то име­ют раз­ные мас­сы и поло­ви­ной рас­сто­я­ния тут не обой­тись! А ещё луч­ше – если при­влечь поло­сти Роша: в одной – зона Нашей Сол­неч­ной Систе­мы, в дру­гой – дру­гой звёзд­ной систе­мы…

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Недопустимы спам, оскорбления. Желательно подписываться реальным именем. Аватары - через gravatar.com