Как расширялась Вселенная в 2011 году

Про­шед­ший год не при­нес, пожа­луй, рево­лю­ци­он­ных неожи­дан­ных про­ры­вов в аст­ро­фи­зи­ке. Тем не менее спут­ни­ки лета­ли, теле­ско­пы наблю­да­ли, тео­ре­ти­ки раз­мыш­ля­ли, а пото­му было полу­че­но нема­ло инте­рес­ных резуль­та­тов. Выде­лим тра­ди­ци­он­ную два­дцат­ку наи­бо­лее интересных,на наш взгляд, сюже­тов. Из это­го спис­ка исклю­че­но изу­че­ние пла­нет и малых тел Сол­неч­ной систе­мы. Рабо­ты бра­лись толь­ко из Архи­ва пре­прин­тов arXiv.org. В неко­то­рых сюже­тах речь идет о резуль­та­тах, опуб­ли­ко­ван­ных в несколь­ких ста­тьях, ино­гда даже раз­ны­ми груп­па­ми иссле­до­ва­те­лей.

Преж­де чем перей­ти к «два­дцат­ке», необ­хо­ди­мо выде­лить самое глав­ное собы­тие в оте­че­ствен­ной аст­ро­фи­зи­ке. Им явля­ет­ся запуск спут­ни­ка «Спектр-Р», кото­рый стал осно­вой для кос­ми­че­ско­го радио­ин­тер­фе­ро­мет­ра «Радио­астрон». Хочет­ся верить, что, под­во­дя науч­ные ито­ги 2012 года, мы смо­жем назвать несколь­ко важ­ных резуль­та­тов, полу­чен­ных с его помо­щью.

Выде­лить один-два самых глав­ных науч­ных резуль­та­та ока­за­лось слож­но. Поэто­му сюже­ты упо­ря­до­че­ны в обрат­ном хро­но­ло­ги­че­ском поряд­ке (от декаб­ря к янва­рю). Но глав­ной тема­ти­кой года ста­ло изу­че­ние экзо­пла­нет. С них и начи­на­ет­ся наш спи­сок.

Рису­нок 1 (из рабо­ты 1112.4550). Зави­си­мость масса—радиус для неболь­ших пла­нет. В левом ниж­нем углу отме­че­ны новые пла­не­ты кеплер-20е, кеплер-20р (пока­за­ны тра­пе­ци­об­раз­ны­ми обла­стя­ми тер­ра­ко­то­во­го и зеле­но­го цве­та), а так­же Зем­ля и Вене­ра. Раз­лич­ные кри­вые соот­вет­ству­ют раз­но­му соста­ву пла­нет. ниж­няя (фио­ле­то­вая) — пла­не­ты из чисто­го желе­за. Верх­няя (синяя) — водя­ной лед.

1. Пря­мо перед рож­де­ствен­ски­ми кани­ку­ла­ми появи­лась ста­тья (1112.4550) с одним из самых инте­рес­ных откры­тий года. Иссле­до­ва­ние пла­нет­ной систе­мы Кеплер-20 пока­за­ло, что две из пяти пла­нет име­ют раз­ме­ры око­ло 1 и 0,9 ради­у­са Зем­ли. Это самые ком­пакт­ные из извест­ных экзо­пла­нет. Прав­да, они нахо­дят­ся близ­ко от сво­ей звез­ды, поэто­му о зем­но­по­доб­ных усло­ви­ях на их поверх­но­сти речь не идет.

2. Дру­гой важ­ный экзо­пла­нет­ный резуль­тат, опуб­ли­ко­ван­ный в декаб­ре, свя­зан с откры­ти­ем неболь­шой пла­не­ты в зоне оби­та­ния у звез­ды типа Солн­ца (1112.1640). Объ­ект полу­чил наиме­но­ва­ние Кеплер-22Ь. Ради­ус пла­не­ты оце­ни­ва­ет­ся в 2,4 зем­но­го. Про мас­су пока мало что извест­но, поэто­му гово­рить о том, что это камен­ная пла­не­та, — рано. Тем не менее, это пер­вая надеж­ная пла­не­та в зоне оби­та­ния у солн­це­по­доб­ной звез­ды, и это явно не Юпи­тер.

В этот же сюжет вклю­чим откры­тие мало­мас­сив­ной пла­не­ты на гра­ни­це зоны оби­та­ния (1108.3447). Этот резуль­тат полу­чен с помо­щью назем­ных наблю­де­ний с помо­щью инстру­мен­та HARPS. Мето­ди­ка отли­ча­ет­ся от наблю­де­ний спут­ни­ков Kepler и CoRoT. На HARPS изме­ря­ет­ся как раз мас­са. И в дан­ном слу­чае ниж­ний пре­дел на мас­су состав­ля­ет 3,6 зем­ной. Таким обра­зом, это может быть так назы­ва­е­мая супер­зем­ля.

3. Обна­ру­же­ние объ­ек­тов с экс­тре­маль­ны­ми пара­мет­ра­ми часто инте­рес­но само по себе. Но ино­гда это важ­но еще и пото­му, что ста­вит новые вопро­сы перед тео­ри­я­ми фор­ми­ро­ва­ния и эво­лю­ции таких тел. К тако­му типу откры­тий отно­сит­ся обна­ру­же­ние двух рекорд­но сверх­мас­сив­ных чер­ных дыр с мас­са­ми око­ло 10 млрд масс Солн­ца (1112.1078). Эти чер­ные дыры замет­но мас­сив­нее, чем пред­ска­зы­ва­ет извест­ная кор­ре­ля­ция меж­ду пара­мет­ра­ми галак­ти­ки и мас­сой цен­траль­но­го ком­пакт­но­го объ­ек­та.

Рису­нок 2 (из рабо­ты 1112.1078). кор­ре­ля­ция мас­сы чер­ной дыры с дис­пер­си­ей ско­ро­стей звезд галак­ти­ки (сле­ва) и све­ти­мо­стью сфе­ри­че­ской состав­ля­ю­щей галак­ти­ки (бал­джа) в опти­че­ском диа­па­зоне (спра­ва). Вид­но, что две недав­но изме­рен­ные мас­сы (самые верх­ние точ­ки) откло­ня­ют­ся от кор­ре­ля­ции в сто­ро­ну боль­ших масс, осо­бен­но на левой пане­ли рисун­ка.

4. Изу­чая спек­тры дале­ких ква­за­ров, авто­ры рабо­ты 1111.2334 обна­ру­жи­ли на крас­ном сме­ще­нии z>3 два меж­га­лак­ти­че­ских обла­ка с очень низ­ким содер­жа­ни­ем эле­мен­тов тяже­лее водо­ро­да. Так назы­ва­е­мая метал­лич­ность ока­за­лась как мини­мум в 10 тыс. раз мень­ше сол­неч­ной. Ана­лиз линий дей­те­рия пока­зал пре­крас­ное согла­сие со стан­дарт­ной моде­лью Боль­шо­го взры­ва. Откры­тие таких обла­ков с воз­рас­том, соот­вет­ству­ю­щим 2 млрд лет после нача­ла рас­ши­ре­ния, гово­рит о том, что звез­ды, подоб­ные самым пер­вым (так назы­ва­е­мое насе­ле­ние III) мог­ли обра­зо­вы­вать­ся не толь­ко в очень моло­дой все­лен­ной, но и поз­же в подоб­ных обла­ках, где часть веще­ства была пло­хо пере­ме­ша­на, звез­до­об­ра­зо­ва­ние не шло, а пото­му сохра­нил­ся пер­вич­ный хими­че­ский состав меж­звезд­ной сре­ды.

5. В авгу­сте 2011 г. в близ­кой извест­ной галак­ти­ке М101 была откры­та сверх­но­вая. При­чем ока­за­лось, что она отно­сит­ся к типу Ia. Да еще вдо­ба­вок ее уда­лось уви­деть на ран­ней ста­дии раз­ви­тия вспыш­ки и отна­блю­дать во всех диа­па­зо­нах. Появи­лось несколь­ко работ, посвя­щен­ных наблю­де­ни­ям и при­ро­де взо­рвав­ше­го­ся объ­ек­та, напри­мер 1110.6201. По всей види­мо­сти, взо­рвал­ся угле­род­но-кис­ло­род­ный белый кар­лик, ком­па­ньо­ном кото­ро­го в двой­ной систе­ме была звез­да глав­ной после­до­ва­тель­но­сти. Это поз­во­лит луч­ше разо­брать­ся в при­ро­де сверх­но­вых Ia, важ­ных и с точ­ки зре­ния кос­мо­ло­ги­че­ских иссле­до­ва­ний.

6. Обыч­но в спис­ки наи­бо­лее инте­рес­ных све­жих аст­ро­фи­зи­че­ских резуль­та­тов попа­да­ют дан­ные наблю­де­ний. Изред­ка — круп­ные ком­пью­тер­ные симу­ля­ции. В этот раз мы реши­ли вклю­чить в спи­сок одну чисто тео­ре­ти­че­скую рабо­ту: 1110.3701. Авто­ры постро­и­ли новую тео­рию сфе­ри­че­ской аккре­ции веще­ства на ней­трон­ные звез­ды в тес­ных двой­ных систе­мах. Пред­ло­жен­ная модель поз­во­ля­ет раз­ре­шить сра­зу несколь­ко про­ти­во­ре­чий, кото­рые муча­ют аст­ро­фи­зи­ков, изу­ча­ю­щих подоб­ные систе­мы.

7. Поток так назы­ва­е­мых pep-ней­три­но (воз­ни­ка­ю­щих в цепоч­ке про­тон-про­тон­но­го цик­ла тер­мо­ядер­ных реак­ций в Солн­це) рас­счи­ты­ва­ет­ся наи­бо­лее точ­но. Поэто­му чрез­вы­чай­но важ­но его изме­рить. Сде­лать это уда­лось толь­ко в 2011 г. на уста­нов­ке Borexino (1110.3230). С уче­том наи­бо­лее попу­ляр­ных пред­по­ло­же­ний о ней­трин­ных осцил­ля­ци­ях резуль­тат соот­вет­ству­ет Стан­дарт­ной моде­ли Солн­ца.

8. Гораз­до менее опре­де­лен­ная ситу­а­ция име­ет место с лабо­ра­тор­ны­ми поис­ка­ми тем­но­го веще­ства. В 2011 г. несколь­ко экс­пе­ри­мен­тов рапор­то­ва­ли о сво­их резуль­та­тах. Это, в первую оче­редь, CRESST-II (1109.0702), XENON100 (1104.2549) и EDELWEISS-II (1103.4070). Пер­вый из упо­мя­ну­тых экс­пе­ри­мен­тов сооб­ща­ет о необъ­яс­ни­мом сиг­на­ле на невы­со­ком уровне зна­чи­мо­сти. Вто­рой и тре­тий дают толь­ко верх­ние пре­де­лы. Тео­ре­ти­ки пред­при­ни­ма­ют попыт­ки разом объ­яс­нить все эти дан­ные, плюс ста­рые дан­ные с уста­нов­ки DAMA и резуль­та­ты (отри­ца­тель­ные) по поис­ку анни­ги­ля­ци­он­но­го сиг­на­ла в гам­ма-диа­па­зоне от близ­ких галак­тик.

Рису­нок 3 (из рабо­ты 1109.6571). отно­ше­ние изме­рен­ных к пред­ска­зан­ным зна­че­ни­ям крас­но­го сме­ще­ния для раз­ных объ­ек­тов на раз­ных мас­шта­бах и в слу­чае раз­ных тео­ре­ти­че­ских моде­лей. к новым изме­ре­ни­ям отно­сит­ся груп­па точек спра­ва. Вид­но, что для слу­чая общей Тео­рии отно­си­тель­но­сти (запол­нен­ные сим­во­лы) пред­ска­за­ния хоро­шо сов­па­да­ют с изме­ре­ни­я­ми, а для слу­чая F(R)-гравитации и TeVeS (пустые сим­во­лы) сов­па­де­ние изме­рен­ных и пред­ска­зан­ных дан­ных не попа­да­ет в «усы» оши­бок изме­ре­ния

9. Авто­ры рабо­ты 1109.6571 при­ме­ни­ли ори­ги­наль­ную мето­ди­ку для про­вер­ки тео­рий гра­ви­та­ции. Они исполь­зо­ва­ли наблю­де­ния око­ло 100 тыс. галак­тик в 8 тыс. скоп­ле­ни­ях, что­бы выде­лить эффект гра­ви­та­ци­он­но­го крас­но­го сме­ще­ния. В резуль­та­те мож­но срав­нить про­фи­ли гра­ви­та­ци­он­ных потен­ци­а­лов скоп­ле­ния, полу­чен­ные по дан­ным о дви­же­нии галак­тик и по крас­но­му сме­ще­нию. Для раз­ных тео­рий гра­ви­та­ции резуль­та­ты долж­ны быть раз­ны­ми. Луч­ше все­го тест про­хо­дит общая тео­рия отно­си­тель­но­сти. Хуже все­го — TeVeS (реля­ти­вист­ский вари­ант Моди­фи­ци­ро­ван­ной Нью­то­нов­ской Дина­ми­ки, явля­ю­щей­ся аль­тер­на­ти­вой моде­лям с тем­ным веще­ством).

10. Пла­не­ты могут вра­щать­ся вокруг звезд, обра­зу­ю­щих двой­ную систе­му. Есть два вари­ан­та. Соглас­но пер­во­му, пла­не­та кру­тит­ся по орби­те с очень малым ради­у­сом вокруг одной звез­ды, а вто­рая вра­ща­ет­ся по гораз­до более широ­кой орби­те. Вто­рой — более инте­рес­ный. В этом слу­чае пла­не­та вра­ща­ет­ся сра­зу вокруг двух звезд, так что рас­сто­я­ние меж­ду звез­да­ми намно­го мень­ше раз­ме­ра орби­ты пла­не­ты. Имен­но о такой ситу­а­ции рас­ска­зы­ва­ет­ся в рабо­те 1109.3432. Систе­ма полу­чи­ла наиме­но­ва­ние Кеплер-16.

11. Спут­ник CoRoT про­дол­жа­ет выда­вать важ­ные откры­тия. Одним из наи­бо­лее инте­рес­ных в 2011 г. ста­ло обна­ру­же­ние мас­сив­ной пла­не­ты высо­кой плот­но­сти (1109.3203). При мас­се более четы­рех юпи-тери­ан­ских CoRoT-20b име­ет ради­ус мень­ше, чем у Юпи­те­ра, про­цен­тов на 15. Это соот­вет­ству­ет плот­но­сти выше 8 г/​см3 в куби­че­ском сан­ти­мет­ре. Появ­ле­ние таких пла­нет пло­хо укла­ды­ва­ет­ся в стан­дарт­ные сце­на­рии.

12. В галак­ти­ке NGC 3393 обна­ру­же­но две сверх­мас­сив­ные чер­ные дыры на рас­сто­я­нии 130 пк друг от дру­га (1109.0483). Сам по себе этот факт не очень инте­ре­сен. Необыч­ность состо­ит в том, что ана­лиз свойств самой галак­ти­ки пока­зы­ва­ет, что это вряд ли мог­ло быть резуль­та­том сли­я­ния двух при­мер­но рав­ных мас­сив­ных галак­тик. Зна­чит, сли­ва­лись две галак­ти­ки раз­ной мас­сы. Ранее пары чер­ных дыр, остав­ши­е­ся от таких сли­я­ний, не наблю­да­лись.

Рису­нок 4 (с сай­та спут­ни­ка «Фер­ми»). Кар­та неба соглас­но вто­ро­му ката­ло­гу спут­ни­ка «Фер­ми»

13. Спут­ник «Фер­ми» про­дол­жа­ет свою рабо­ту, и в 2011 г. был опуб­ли­ко­ван вто­рой ката­лог источ­ни­ков, обна­ру­жен­ных с помо­щью инстру­мен­та LAT (1108.1435). В него вошло почти 2 тыс. источ­ни­ков, заре­ги­стри­ро­ван­ных за два года наблю­де­ний.

14. Обна­ру­жен самый дале­кий ква­зар (1106.6088). Крас­ное сме­ще­ние немно­го пре­вос­хо­дит 7 и изме­ре­но досто­вер­но и с высо­кой точ­но­стью. Это не рекорд­но дале­кий объ­ект, но важ­но, что дан­ные по све­ти­мо­сти поз­во­ля­ют полу­чить ниж­ний пре­дел на мас­су чер­ной дыры. Дыра боль­шая (2×109 масс Солн­ца). Это ста­вит вопро­сы перед моде­ля­ми фор­ми­ро­ва­ния заро­ды­шей сверх­мас­сив­ных чер­ных дыр. По всей види­мо­сти, в дан­ном слу­чае заро­дыш не мог обра­зо­вать­ся из мас­сив­ной звез­ды пер­во­го поко­ле­ния, как это обыч­но пред­по­ла­га­ет­ся в стан­дарт­ных сце­на­ри­ях.

15. В аст­ро­но­мии боль­шой про­бле­мой явля­ет­ся изме­ре­ние рас­сто­я­ний. В 2011 г. уда­лось точ­но (парал­лак­ти­че­ским мето­дом) опре­де­лить, как дале­ко от нас нахо­дит­ся самый извест­ный кан­ди­дат в чер­ные дыры— систе­ма Лебедь Х-1 (1106.3688). По оцен­кам авто­ров, оно состав­ля­ет 1,81,9 кило­пар­сек. Это все­го лишь вто­рое точ­ное опре­де­ле­ние рас­сто­я­ния до систе­мы с чер­ной дырой, и пер­вое — для систем, в кото­рых вто­рая звез­да явля­ет­ся мас­сив­ной. Кро­ме это­го, бла­го­да­ря новым дан­ным ста­ли извест­ны все харак­те­ри­сти­ки, опре­де­ля­ю­щие дви­же­ние Лебе­дя Х-1 в Галак­ти­ке. Теперь мож­но стро­ить суще­ствен­но более точ­ные моде­ли этой систе­мы, что авто­ры и про­де­ла­ли в сво­их после­ду­ю­щих рабо­тах.

16. С помо­щью Ата­кам­ско­го Кос­мо­ло­ги­че­ско­го Теле­ско­па (с исполь­зо­ва­ни­ем дан­ных спут­ни­ка WMAP) уда­лось пока­зать, что суще­ство­ва­ние тем­ной энер­гии мож­но дока­зать, исполь­зуя лишь дан­ные по релик­то­во­му излу­че­нию (1105.0419). Кро­ме того, новая инфор­ма­ция с это­го 6-мет­ро­во­го теле­ско­па, рабо­та­ю­ще­го в суб­мил­ли­мет­ро­вом диа­па­зоне, поз­во­ли­ла уточ­нить дан­ные по спек­тру пер­вич­ных воз­му­ще­ний плот­но­сти во все­лен­ной (1105.4887).

17. В мар­те 2011 г. был обна­ру­жен необыч­ный гам­ма-всплеск. Он был очень длин­ный и при­шел из цен­траль­ной части галак­ти­ки на крас­ном сме­ще­нии z=0,35. Всплеск уда­лось отна­блю­дать в раз­ных диа­па­зо­нах спек­тра, о чем и рас­ска­зы­ва­ет­ся в ста­тье 1104.3356. Сра­зу же появи­лось несколь­ко моде­лей. Наи­бо­лее реа­ли­стич­ная состо­ит в том, что это собы­тие — обра­зо­ва­ние дже­та (т.е. струи) после при­лив­но­го раз­ры­ва звез­ды сверх­мас­сив­ной чер­ной дырой, при­чем джет ока­зал­ся направ­лен­ным пря­мо на нас.

18. Откры­та уди­ви­тель­ная систе­ма (1102.0291). У звез­ды типа Солн­ца вра­ща­ют­ся шесть пла­нет. Все они тран­зит­ные. Пять име­ют орби­таль­ные пери­о­ды от 10 до 47 дней. Внут­рен­ние пла­не­ты отно­сят­ся к чис­лу самых лег­ких из извест­ных, но оцен­ки ради­у­са ука­зы­ва­ют на низ­кую сред­нюю плот­ность: у пла­нет есть обо­лоч­ки из лег­ких газов. Систе­ма полу­чи­ла наиме­но­ва­ние Кеплер-11.

Нель­зя не упо­мя­нуть серию фев­раль­ских пре­прин­тов коман­ды спут­ни­ка Kepler (1102.0541, 1102.0543, 1102.0544, 1102.0547), в кото­рой было опи­са­но более 1000 новых пла­нет­ных кан­ди­да­тов, обна­ру­жен­ных этим про­ек­том. В тече­ние года появ­ля­лись раз­лич­ные ста­тьи, посвя­щен­ные ана­ли­зу этих дан­ных.

19. Впер­вые уда­лось надеж­но иден­ти­фи­ци­ро­вать дале­кое про­то­скоп­ле­ние галак­тик (1101.3586). Оно наблю­да­ет­ся на крас­ном сме­ще­нии z=5,3. К тому момен­ту рас­ши­ре­ние дли­лось чуть более мил­ли­ар­да лет. Обна­ру­же­ны объ­ек­ты, кото­рые в буду­щем сфор­ми­ру­ют гигант­скую цен­траль­ную галак­ти­ку скоп­ле­ния. Это важ­ное под­твер­жде­ния стан­дарт­но­го сце­на­рия эво­лю­ции все­лен­ной.

Рису­нок 5 (из рабо­ты 1101.3586). а) область вокруг галак­ти­ки с мощ­ным звез­до­об­ра­зо­ва­ни­ем на крас­ном сме­ще­нии z=5,3. Белы­ми круж­ка­ми отме­че­ны кан­ди­да­ты в галак­ти­ки на z=5,3. область, выде­лен­ная квад­ра­том, пока­за­на на сле­ду­ю­щем рисун­ке
Рису­нок 5 (из рабо­ты 1101.3586).б) цен­траль­ная часть дале­ко­го про­то­скоп­ле­ния галак­тик. Отме­че­ны объ­ек­ты, кото­рые нахо­дят­ся на z=5,3

20. В нача­ле 2011 г. были пред­став­ле­ны пер­вые резуль­та­ты рабо­ты спут­ни­ка Planck (1101.2022 и еще 20 ста­тей в Архи­ве). В кон­це года нача­ли пуб­ли­ко­вать про­ме­жу­точ­ные резуль­та­ты (1112.5595). Опуб­ли­ко­ван­ные дан­ные пока не свя­за­ны непо­сред­ствен­но с опре­де­ле­ни­ем кос­мо­ло­ги­че­ских пара­мет­ров, одна­ко это и не про­сто тех­но­ло­ги­че­ские дан­ные: изу­ча­ют­ся свой­ства нашей Галак­ти­ки и отдель­ные вне­га­лак­ти­че­ские источ­ни­ки, вклю­чая скоп­ле­ния галак­тик.

Сер­гей Попов

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

Связанные статьи

Добавить комментарий

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

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: