Апрельский астрообзор: фото черной дыры, экзопланеты и гравитационные волны

Что показало фото черной дыры, почему за экзопланетами нужно наблюдать долго и много и каков предел массы, отделяющий черную дыру от нейтронной звезды — обо всем этом доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ГАИШ МГУ Сергей Попов рассказывает в традиционном астрообзоре.

Самые главные астрономические результаты апреля по разным причинам в Архив (ArXiv.org) пока не попали. Это, безусловно, получение изображения окрестностей черной дыры в галактике М87 и первые гравитационно-волновые всплески, зарегистрированные установками LIGO и VIRGO (включая кандидата в первое слияние нейтронной звезды и черной дыры). Тем не менее, появилось несколько интересных работ, так или иначе связанных с этими открытиями. С них и начнем.

Охота за фото

Сейчас все уже знают, что проект по изучению черных дыр в галактике М87 и центре Млечного Пути включал в себя не только наблюдения, но и много сложных численных расчетов. Несколько групп разрабатывали компьютерные коды, которые рассчитывают, как будет выглядеть поток вещества вокруг черной дыры при разных параметрах (а параметров много!!!). В одной из работ проводится тщательное сравнение результатов расчетов, проделанных разными группами. Основной вывод можно сформулировать так: к настоящему моменту научились хорошо рассчитывать магнитогидродинамические течения в сильных гравитационных полях, и это подтверждено наблюдениями.

Картинку из центра М87 мы увидели, а вот Sgr A* — нет. Возникает вопрос: почему? Одна из ключевых причин состоит в том, что первая черная дыра в тысячу раз массивнее, а соответственно — больше. Значит, поток вещества вокруг нее и светимость источника имеют достаточно большое характерное время переменности. Соответственно, за несколько часов наблюдений Телескопа горизонта событий (EHT) источник можно считать неизменным. Это позволяет получить картинку. А вот в случае Sgr A* это не так. Там время изменений составляет максимум десятки минут. Поэтому пока неясно, удастся ли что-то вытащить из данных. Если нет, то придется ждать начала работы космических проектов, которые начали активнее обсуждать. В работе авторы приводят результаты численного моделирования того, что сможет увидеть система из 2-3 спутников, работающих как единый инструмент на частоте 200-700 ГГц. Картинки впечатляют. Правда, надо сразу сказать, что до конца 2030-х годов такой проект точно никто не осуществит.

Нужно больше слияний

Теперь к слияниям нейтронных звезд. Одной из ключевых задач для LIGO/VIRGO является наблюдение множества событий с участием этих компактных объектов. Это должно помочь определить т. н. уравнение состояния вещества нейтронных звезд. То есть, попросту, ответить на вопрос «из чего они сделаны?» А кроме того, это даст ответы на ряд важнейших вопросов в ядерной физике (в квантовой, не побоюсь этого слова, хромодинамике). В обзоре обсуждается, какие ограничения на уравнение состояния нейтронных звезд удалось получить по наблюдениям гравитационно-волнового всплеска и сопутствующих электромагнитных сигналов от слияния нейтронных звезд. Напомню, что ожидается регистрация примерно десятка слияний с участием нейтронных звезд в течение ближайшего года. Так что, вероятнее всего, к концу 2020 (также за это время появятся данные с рентгеновского телескопа NICER) мы будем гораздо лучше знать, из чего сделаны нейтронные звезды. Хотя теоретики, работающие в данной области, уверены, что без работы они не останутся — будут еще нерешенные загадки о строении этих объектов.

После необходимого оммажа черным дырам и гравитационно-волновым сигналам переходим к главному открытию, представленному в Архиве в апреле. В очередной раз побит рекорд массы нейтронной звезды. И снова это крайне важно.

Если до этого самая массивная нейтронная звезда имела массу 2,01 солнечной, то теперь — 2,17 (разумеется, есть доверительный интервал для этих измерений, но предыдущий рекорд точно побит). Новый рекордсмен — пульсар в двойной системе, открытый в 2012 году. Спутником является белый карлик. За несколько лет наблюдений авторам удалось измерить задержку Шапиро, что и позволило достаточно точно определить массу. Теперь удалось вплотную подобраться к верхнему пределу массы, разделяющей нейтронные звезды и черные дыры. Его удалось неплохо определить по пока единственному хорошо изученному слиянию нейтронных звезд (о чем см. в обзоре, упомянутом выше). С новыми результатами LIGO/VIRGO и NICER … Ну, здесь я начинаю повторяться. Так что еще раз подчеркнем важность нового рекорда и перейдем к экзопланетам.

Далекие планеты

В астрономии нередко важно наблюдать долго. Особенно если речь идет об обнаружении экзопланет методом измерения вариации лучевой скорости звезды. Потому что только так можно открывать планеты с большими орбитальными периодами. Наблюдения на спектрографе CORALIE продолжаются более 20 лет, что и позволяет обнаруживать объекты на расстояниях более 5 а. е.

В статье представлено пять новых открытий (три планеты и два маломассивных бурых карлика), а также четыре уточнения параметров. Существенно, что для некоторых из обнаруженных объектов впоследствии можно будет получить прямые изображения. Соответственно, длинные ряды измерений лучевых скоростей позволяют выделять хороших кандидатов для непосредственных исследований на крупных телескопах.

Также важно наблюдать не только долго, но и много. Для того, чтобы набрать статистику. Например, если речь идет о звездных вспышках. Это вполне себе важная тематика, учитывая, что супервспышка на Солнце является, пожалуй, более вероятным сценарием страшилок в сравнении с падением крупного астероида или взрывом близкой сверхновой. Юта Нотсу и его соавторы продолжают исследовать возможность супервспышек у звезд типа Солнца. Новые тщательные наблюдения показывают сильную корреляцию энергии вспышек с возрастом и скоростью вращения звезд. Солнцеподобные (старые и медленно вращающиеся) порождают вспышки с энергией до 5x10³⁴ эрг (это все равно много! На Солнце пока таких не видели, к счастью) примерно раз в 2-3 тысячи лет. А вот молодые и быстро вращающиеся могут давать вспышки с энергией порядка 10³⁶ эрг. Энергия вспышек связана с размером областей пятен, а также, видимо, с их структурой. Так что, пока на Солнце не видно очень-очень больших пятен, можно спать спокойно.

Те, кто не спят, иногда любят смотреть на падающие звезды — метеоры. Это небольшие частицы, летающие по нашей Солнечной системе… Постойте, а почему только по нашей? Должен же быть и мусор из-за ее пределов! Вдохновленные Оумуамуа авторы решили поискать по базам данных записи о метеорах, имевших большую скорость. Данное обстоятельство должно указывать на их происхождение не в Солнечной системе. В результате одно такое событие было обнаружено. Отметим, что и ранее поступали сообщения об обнаружении метеоров с аномально большими скоростями. Так что непонятно, первое это событие или нет. Важно, что наблюдения спектров таких метеоров (пока они сгорают в земной атмосфере) позволяют изучать их химический состав.

Наконец, переходим к традиционной рубрике «чтение на выходных». Для тех, кто (как и я) по-прежнему заинтригован загадкой быстрых радиовсплесков, появился большой обзор с простым названием «Fast Radio Bursts», написанный тремя ключевыми наблюдателями, работающими в этой области. Видимо, на некоторое время эта статья станет стандартной ссылкой. Хотя, может, и не надолго. Ходят слухи, что установка CHIME имеет уже пару сотен новых всплесков, среди которых есть несколько повторных источников. А команда ASKAP научилась хорошо определять координаты одиночных (не повторных) всплесков, что позволило идентифицировать галактики, в которых они произошли. Так что события быстро развиваются. Будем ждать новых публикаций.

Для тех же, кому не очень хочется читать 80-страничный обзор, могу предложить краткое описание нового нейтринного детектора ГиперКамиоканде. Он будет в 8 раз больше СуперКамиоканде. Сооружение установки начнется в 2020 году, а работа, по планам, — в 2027-м. Детектор в первую очередь нужен для регистрации нейтрино от ускорителя, что позволит точнее измерить параметры осцилляций. Кроме того, на нем можно будет изучать атмосферные нейтрино. И конечно, детектор внесет свой вклад в задачу, ради которой строился первый Камиоканде — изучение распада протона.

Автор: Сергей Попов

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.