Астрообзор за июль: миссия к Урану и Нептуну, лунный интерферометр и глитчи нейтронных звезд

Смертельны ли частицы темной материи для человека, необходим ли телескоп на Луне, насколько быстро могут двигаться звезды, и почему может разниться значение постоянной Хаббла? Ответы на эти вопросы — в традиционном астрообзоре доктора физико-математических наук, ведущего научного сотрудника ГАИШ МГУ Сергея Попова.

В июле в ArXiv.org появилась масса интересных статей по астрофизике. Тут и открытия, и обсуждение новых загадок, и обзоры, и планы на будущее.

Миссии (не)выполнимы?

Начнем мы с уже улетевшего Оумуамуа. В небольшой — крупные форматы в Nature Astronomy не встречаются — статье команда, исследовавшая «первый межзвездный», суммирует наши знания об этом объекте, оставшиеся вопросы и надежды на будущее. Рассмотрены ключевые факты, обсуждаются основные теории возникновения Оумуамуа (даже про инопланетян не забыли!), приводятся оценки того, насколько часто подобные объекты должны встречаться. Предсказывается, что LSST будет открывать примерно один такой объект в год. Маловато! Раньше встречались и более оптимистические прогнозы.

Сразу после открытия Оумуамуа высказывалась интересная мысль о том, что имеет смысл разработать и подготовить миссию, которая, условно говоря, лежала бы на складе в разобранном виде, пока кто-то (например, тот же LSST) не обнаружит на подлете (Оумуамуа открыли, когда он уже начинал удаляться от Солнца) подходящего межзвездного странника. Тогда можно было бы быстро собрать спутник и запустить его для детального исследования. Это интересная программа, но, похоже, придется подождать, пока обзорные телескопы нового поколения не начнут регулярно идентифицировать подобные объекты. Пока же разработка программ новых межпланетных станций связана с давно известными, но иногда мало изученными объектами. Например, с ледяными гигантами – Ураном и Нептуном.

Ли Флетчер и его коллеги приводят довольно развернутое описание важности исследования Нептуна и Урана с помощью космических аппаратов. Цель – обоснование проекта большой (L-class) миссии в рамках программы ESA Voyage 2050. Пока ни к Урану, ни к Нептуну специальные миссии не запускались (только Voyager-2 мимо пролетел разок). В статье разобраны основные задачи, стоящие перед таким проектом. Здесь важно как собственно исследование планет, так и понимание ранней эволюции Солнечной системы (к примеру, узнать, менялись ли Уран и Нептун местами), и конечно — углубление наших знаний о ледяных гигантах вообще, что крайне существенно в контексте изучения экзопланет, среди которых объекты, подобные Урану и Нептуну, составляют едва ли не большинство. Кроме того, описаны некоторые ключевые свойства ледяных гигантов и их спутников. Так что это еще и хороший обзор по соответствующим темам.

Интерферометры – лунный и земные

Космические исследования можно разделить на две основные группы: непосредственное изучение каких-то тел или сред и наблюдения из космоса. По второму подходу тоже есть интересные идеи, которые нашли свое отражение в июльских публикациях.

Пока все космические телескопы устанавливались на орбитальных аппаратах. И это не удивительно. Ставить телескопы, скажем, на Луне дорого, да и незачем. Астрономические наблюдения с поверхности Луны — не самая лучшая идея, если посмотреть на альтернативы. Однако есть по крайней мере одна уникальная задача, заслуживающая внимания. Это радионаблюдения на низких частотах с обратной стороны Луны. Там сложились совершенно уникальные условия в плане низкого фона и шума (нет шума земных антенн, нет фона от земной магнитосферы и солнечного ветра). В своей статье авторы представляют проект FARSIDE. Это пилотная интерферометрическая система для подобной цели. Идея прототипа состоит в следующем. На обратную сторону доставляется базовая станция, а затем ровер расставляет 128 антенн в радиусе десяти км от нее. Получается неплохой интерферометр.

Радиоинтерферометры могут решать множество интересных задач. Одна из них – изучение быстрых радиовсплесков. В июле было объявлено о локализации еще одного неповторяющегося транзиента этого класса. На этот раз использовалась установка DSA-10 (подробнее о ней – здесь). Всплеск FRB 190523 оказался расположенным в массивной галактике с низким темпом звездообразования (ситуация похожа на случай с всплеском, локализованным на ASKAP, о котором мы говорили в прошлом выпуске).

Результат ставит некоторые проблемы перед моделями с молодыми нейтронными звездами (магнитарами, экстремальными пульсарами и тому подобными). Я бы сказал, что это повышает вероятность того, что популяция быстрых радиовсплесков неоднородна, то есть такие транзиенты могут порождаться объектами, хотя бы частично отличающимися друг от друга (например, старыми и молодыми магнитарами).

Глитчи и ожидание новой физики

Если быстрые радиовсплески отмечали в 2017 году свое десятилетие, то радиопульсары тогда же праздновали полувековой юбилей. И тем не менее эти источники продолжают подбрасывать сюрпризы. Новый связан с таким явлением, как глитчи.

Глитчи — это эпизоды внезапного ускорения вращения нейтронных звезд. Изучают их уже пять десятилетий, но пока так и нет окончательной модели для полного описания этого феномена. Поэтому крайне важны новые детальные наблюдения. Авторы статьи подробно исследовали поведение пульсара в созвездии Паруса до, во время и после одного из глитчей (наблюдения велись на 26-метровом радиотелескопе в Тасмании). Получены три важных результата. Во-первых, удалось увидеть рост частоты вращения с характерным временем 12 с. Это рекорд. Ранее (также для пульсара в Парусах) самое короткое время раскрутки было раза в три больше. Во-вторых, продемонстрировано наличие сильной раскрутки пульсара (частота заметно выше той, что будет достигнута после релаксации) и экспоненциальной релаксации. В-третьих, получены указания на то, что перед глитчем частота вращения немного падает. Отмечу, что многие из моделей не могут сходу объяснить все три обнаруженных явления (здесь уместно подчеркнуть, что третье — падение частоты вращения перед глитчем — установлено с не слишком высокой надежностью). Теоретикам есть о чем подумать.

Пульсары имеют несколько интересных свойств. Например, некоторые нейтронные звезды двигаются с огромными скоростями, превосходящими тысячу км/c (вспомним, что типичные скорости звезд относительно друг друга в солнечной окрестности составляют 20—30 км/с). Считается, что так разогнаться им удается в результате взрывов сверхновых. А если ничего не взрывалось, что тогда? Вопрос требует ответа, поскольку наблюдаются так называемые гиперскоростные звезды. Это более-менее обычные звезды, летящие со скоростями сотни километров в секунду, что позволяет им покинуть нашу Галактику.

Гиперскоростные звезды могут приобретать свои скорости, во-первых, в результате тесного динамического взаимодействия звезд, во-вторых, после разрыва тесных двойных систем. Однако большинство самых быстрых звезд, видимо, рождается из двойных систем, разрушенных приливными силами при пролете вблизи сверхмассивной черной дыры в центре Галактики. Типичные скорости таких объектов 500—700 км/с. А тут выпускник ГАИШ МГУ Сергей Копосов и его соавторы обнаружили звезду со скоростью 1700 км/с! Интересно, что это первый объект, для которого достаточно надежно можно показать, что он летит из центральной части нашей Галактики. Так что здесь наверняка потрудилась сверхмассивная черная дыра.

Наша черная дыра не такая уж и большая: ее масса около четырех млн солнечных. Бывает и много больше. Но есть ли предел? По всей видимости – да (что связано с особенностями эволюции сверхмассивных черных дыр и их галактик, в частности с физикой аккреции вещества с большим темпом). Но рекорды все равно продолжают падать.

Самые массивные сверхмассивные черные дыры встречаются в центральных галактиках скоплений. Так что нет ничего удивительного, что в галактике Holm 15A в скоплении Abell 85 есть черная дыра большой массы. Однако «количество» переходит в «качество». Новый результат составляет 40 млрд масс Солнца. Это очень много. Правда, оценка массы получена довольно косвенным путем. Авторы исследовали профиль звездной плотности в ядре галактики, сравнивая его с моделями. Но если все правильно сделано, то поставлен новый рекорд. Механизмы появления черных дыр таких масс продолжают разрабатываться. Здесь довольно много неясного. Однако это меркнет перед новой проблемой, стоящей перед космологами.

Всем известно, что, повышая и повышая точность измерений, а также используя множество разных методик наблюдений, космологи наконец-то добрались до интересной загадки. Все знают, что такое постоянная Хаббла. Всем понятно, что ее значение меняется со временем. Важным космологическим параметром является современное значение постоянной Хаббла. Его нельзя измерить непосредственно. Оно вычисляется на основе наблюдений в рамках некоторых предположений. Так вот: разные методики дают значимо различающиеся результаты.

Однако систематика имеется. Есть измерения, относящиеся к ранней вселенной (в первую очередь, это данные Planсk по реликтовому фону). И есть измерения, связанные с более поздними этапами жизни вселенной (тут много методик: и всякие цефеиды, и сверхновые, и линзирование, и данные по структуре). Так вот, и первые, и вторые согласуются внутри своей группы. Нестыковки возникают между данными по молодой и зрелой вселенной. По всей видимости, что-то не учитывается в стандартной модели, что дает вклад в рассогласование. Что это — пока неизвестно. Статья содержит краткое изложение итогов конференции (небольшой, примерно на сотню участников), посвященной исключительно этой проблеме.

Вывод из встречи космологов: нестыковка есть, но ее явно не объяснить каким-то неучтенными ошибками наблюдений или их обработки. Получается, что-то придется в модели уточнять. Некоторые идеи перечисляются в финальной части миниобзора.

Что почитать

Завершаем очередной выпуск традиционными рекомендациями по «чтению выходного дня». Более продвинутым читателям рекомендую статью Андрея Неронова. Это очень хороший популярный обзор по методам наблюдения в разных диапазонах. Кратко описаны ключевые проекты и задачи. Конечно, из-за широты охвата приходится все проходить по верхам. Но это именно введение. Идеально для студентов-физиков, начинающих изучать астрофизику. В середине обзора начинаются формулы и разные детали. Это связано с рассказом о методах генерации излучения в разных диапазонах. Данный кусок будет полезен и для студентов-астрономов младших курсов. Последняя часть обзора — про источники — должна быть интересна всем. В общем, можно только позавидовать ребятам, которые все это слушали в прошлом году на байкальской школе.

Для тех, у кого нет времени, у меня в ЖЖ есть рубрика funny papers. И в июле я с радостью включил в нее очередной шедевр под названием «Смерть от темной материи». Обязательно прочтите, там всего две страницы текста.

Существуют модели темной материи, в которых частицы массивны (вплоть до десятков кг!). Плотность у них выше ядерной, но не сильно. Так что если эта летящая со скоростью в сотни км/c штука размером примерно с атом попадает в человека… Но отсутствие свидетельств таких попаданий дает возможность поставить ограничение на соответствующую модель. Даже не просто поставить, а по сути — закрыть.

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.