Ультима Туле, сомнения в экзопланетах и источники быстрых радиовсплесков

Ультима Туле, девятая планета, открытия и закрытия экзопланет и новые быстрые радиовсплески – обо всем этом рассказывает доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ГАИШ МГУ Сергей Попов в традиционном астрообзоре.

Неизвестная Солнечная система

2019 год начался с того, что аппарат New Horizons пролетел в 3500 км от объекта в поясе Койпера, получившего неофициальное имя Ultima Thule. Из-за огромного расстояния между нами и аппаратом сброс данных идет очень медленно, и основные первичные результаты наблюдений будут представлены только во второй половине марта на 50-й конференции по лунным и планетным исследованиям. Тем не менее на сайте препринтов ArXiv.org в январе появилась короткая заметка, посвященная некоторым данным, которые успели сбросить на Землю в первые дни.

Наблюдения показали, что Ultima Thule состоит из двух округлых частей с размерами около 20 (Ultima) и 15 (Thule) километров. То есть когда-то два объекта мягко столкнулись и слиплись, образовав единое тело. Сейчас оно вращается с периодом около 16 часов. Это довольно много, учитывая обстоятельства формирования. Как тело замедлило вращение от нескольких часов до 2/3 земных суток, пока остается загадкой.

Загадок и вопросов вообще много, что не удивительно. Ученые рассчитывают получить ответы на некоторые из них после анализа всех данных с New Horizons.

Внешняя Солнечная система наверняка таит еще много неизведанного. В частности, там — на расстоянии около 300 астрономических единиц от нас — может находиться еще одна планета с массой примерно несколько земных. Начиная с января 2016 года эта гипотеза начала очень бурно обсуждаться, но планета, несмотря на все поиски, пока так и не обнаружена. Современное состояние дел описано в большом обзоре The Planet Nine Hypothesis.

В этой статье дается подробный анализ гипотезы о существовании крупного транснептунового тела на вытянутой орбите, основанием для которой послужили данные по орбитальным параметрам транснептуновых объектов. Начинается обзор с очень интересного исторического введения, включая и дискуссию о Немезиде. Те, у кого мало времени, могут после прочтения раздела 1 сразу перепрыгнуть к заключительному разделу 8 (стр. 68), где кратко суммированы основные положения статьи. В частности, там рассмотрены и альтернативные варианты объяснения наблюдаемых аномалий (приписываемых влиянию девятой планеты).

Доверяй, но проверяй

Теперь поговорим об экзопланетах. Там много открытий и… закрытий. Около года назад группа авторов детально рассмотрела надежность идентификации небольших долгопериодических планет (попадающих в зону обитаемости вокруг звезды типа Солнца). Тогда авторы пришли к выводу, что достоверность регистрации планеты Кеплер-452b — лучшего «двойника Земли» — существенно завышена. Теперь те же астрономы идут дальше и рассматривают весь каталог Кеплера.

Снова авторы демонстрируют, что надежность в ряде случаев оказывается завышенной. В частности, «под удар» попадает другой известный двойник Земли — Kepler-186f. Авторы показывают, что для небольших планет (так как маленькое темное тело закрывает лишь незначительную часть яркого диска звезды) с большими периодами (так как число транзитов — прохождений планеты по диску звезды — наблюдавшихся обсерваторией «Кеплер», невелико) достоверность мала. И вообще, важно дополнять кеплеровские данные независимым последующим мониторингом транзитов или измерением вариации лучевой скорости звезды. Но не будем унывать! Сейчас на орбите находится TESS, на Земле работает множество проектов по наблюдению транзитов, на подходе спутник Cheops, а затем и Plato. Так что со временем разберемся.

К счастью, ненадежность идентификации касается лишь довольно ограниченного числа экзопланет определенного класса. Значит, основная масса результатов достаточно надежна. Поэтому астрономы продолжают пытаться получить как можно более точную статистику на основе этих наблюдений. В одной из недавних статей [представлены] (https://arxiv.org/abs/1902.01417) новые оценки числа планет у звезд спектральных классов FGK (они более-менее похожи на Солнце, которое относится к классу G). Авторы использовали данные спутника Кеплер (полный набор наблюдений в рамках основной программы — релиз D25). Для оценок радиусов звезд использовались новые данные Gaia (второй релиз, DR2, вышедший в 2018 году). В работе проанализировано большое количество планет с разными орбитальными периодами. Особое внимание уделено планетам с размерами, близкими к земному на орбитах в зоне обитаемости. Вывод авторов состоит в том, что такие планеты встречаются у каждой пятой-десятой звезды — довольно часто! Напомним, что количество таких небесных тел — это один из коэффициентов в уравнении Дрейка, которое определяет вероятность существования внеземной жизни.

Спутниковые наблюдения помогают в поиске экзопланет, так как на орбите не мешает земная атмосфера, из-за которой блеск звезд испытывает флуктуации, а потому с поверхности намного труднее зафиксировать слабые падения блеска во время транзита. Тем не менее хоть как-то транзиты получается исследовать и наземными телескопами. А вот в значительной части гамма-диапазона электромагнитного спектра наблюдения возможны только из космоса. И сейчас чемпионом в этой области является космический гамма-телескоп Ферми.

В феврале был представлен очередной — уже четвертый — каталог источников, обнаруженных этим аппаратом. В нем более 5000 объектов, около трети из них не отождествлены, то есть мы не знаем, что это, поскольку нет данных других спектральных диапазонов, а лишь по гамма-наблюдениям не получается надежно классифицировать объект. Более половины источников в каталоге (почти 3000) — активные ядра галактик (блазары). Также в каталоге почти 250 пульсаров. Это данные восьми лет наблюдений (третий каталог, представленный в 2015 г., был основан на 4 годах работы). Спутник же продолжает работу.

Откуда всплески?

Проблема отсутствия отождествления на фоне недостатка данных часто мешает астрономам разобраться в природе источников. В данный момент самый яркий пример — быстрые радиовсплески (FRB — Fast radio bursts). Уже более 10 лет астрофизики (и наблюдатели, и теоретики) бьются над тайной этих коротких радиовспышек. Сейчас большие надежды связывают с работой нового радиотелескопа CHIME.

Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) — это новый канадский проект, начавший работу в прошлом году. Как следует из названия, когда инструмент проектировали, то основной задачей виделось вовсе не изучение быстрых радиовсплесков. Но сейчас ясно, что он может дать важные результаты именно в этой области. Причем совсем скоро.

Работа CHIME в тестовом (!) режиме в течение короткого времени привела к двум важным результатам. Во-первых, впервые получилось надежно зарегистрировать ряд всплесков на частотах 400-600 МГц. Это крайне важно, так как ранее FRB видели только на частотах выше 600-700 МГц. Во-вторых, удалось открыть еще один источник повторяющихся всплесков. Это даст возможность идентифицировать галактику, в которой он находится, а также понять, являются ли источники повторных всплесков частью общей популяции или представляют собой отдельный феномен. Ну и конечно, важно, что CHIME хорошо видит всплески и открывает новые. Тот факт, что за июль-август 2018 года на нем обнаружили 13 новых источников, говорит о том, что через год их число достигнет сотни. А ведь сейчас полное количество известных источников данного типа не превосходит 100.

Кроме обнаружения новых источников, надо детальнее изучить уже известные. И в случае FRB у астрономов была единственная возможность — снова и снова наблюдать вспышки повторного источника FRB 121102. Крупнейшие радиотелескопы в мире не жалеют времени на такую задачу. И вот появились данные совместных наблюдений на 100-метровом телескопе в Эффелсберге и установке LOFAR. Первый из них наблюдал на высоких частотах (1.4 ГГц), а второй — на низких (150 МГц). Первый увидел девять новых вспышек, а второй в то же самое время — ничего. Здесь отрицательный результат — это тоже результат. Он позволяет дать важные ограничения на спектр вспышек, что, в свою очередь, важно для построения моделей, то есть для понимания природы всплесков.

Быстрые радиовсплески вызывают интерес не только у астрономов, но и у физиков. Со временем, когда число регистрируемых событий будет составлять сотни и тысячи (вероятно, для этого понадобится ввод в строй системы радиотелескопов SKA), эти источники, находящиеся на космологических расстояниях в сотни миллионов световых лет и более, можно будет использовать как зонды межгалактической среды, а также как средство решения ряда задач в области космологии и фундаментальной физики. Например, одновременные наблюдения далеких всплесков на разных частотах позволят проверять многие предсказания общей и специальной теорий относительности. Пока же для этого используется то, что «под рукой». Например сверхмассивная черная дыра в центре нашей Галактики.

Коллаборация GRAVITY — по названию прибора на телескопах VLT в Европейской Южной обсерватории в Чили — наблюдает звезды вокруг центра нашей галактики — радиоисточника Sgr A*, чтобы проверить общую теорию относительности.

Используя спектральные данные по звезде S2 — самой близкой к сверхмассивной черной дыре Sgr A* в центре нашей Галактики, — авторы проверяют принцип эквивалентности. Это удается сделать по анализу спектральных линий. Таким образом тестируется, не меняются ли атомные переходы вдали и вблизи от дыры (в более слабом и сильном гравитационном поле). Хотя точность измерений уступает космическим, однако астрофизикам удалось провести проверку ОТО в сильном поле, что раньше не удавалось сделать (например, по наблюдениям белых карликов, где поле ниже). Отклонений от теорий выявлено не было. Авторы обещают, что, когда заработает E-ELT (новый 40-метровый оптический телескоп, сооружение которого уже началось), точность существенно возрастет (плюс можно будет использовать карликовые звезды, что лучше для данного метода). Но это, как вы понимаете, будет еще не скоро. Ведь надо не только E-ELT запустить и наладить соответствующие приборы, но и дождаться, пока звезды совершат по обороту вокруг Sgr A*. Так что это будет уже ближе к середине века.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.