Начало космоса, Проксима Центавра и нейтрино высоких энергий: астрообзор за июль

Нужно ли передвигать границу космоса, откуда к нам прилетают нейтрино высоких энергий, какова масса Проксимы Центавра и как Первая мировая война повлияла на развитие теории относительности? Читайте все это в свежем обзоре от доктора физико-математических наук, ведущего научного сотрудника ГАИШ МГУ имени М.В. Ломоносова Сергея Попова.

Где начинается космос?

Вынесенный в подзаголовок вопрос отнюдь не праздный. Он относится к фундаментальной науке, но есть тут и коммерческая подоплека — космический туризм. Очевидно, что никакой четкой жесткой границы быть не может, так что неудивительно, что дискуссии на этот счет продолжаются.

Традиционная граница — 100 километров над поверхностью Земли. Безусловно, тут есть «магия круглого числа», но есть и физический смысл. Это так называемая линия Кармана. Примерно на этой высоте атмосфера становится настолько разреженной, что для создания необходимой подъемной силы летательному аппарату нужна будет скорость, равная первой космической. Разумеется, эту величину можно уточнять.

Этим занялся Джонатан Макдоуэлл, автор статьи, опубликованной 20 июля. Граница все равно оказывается примерной, так как параметры верхней атмосферы зависят еще и от солнечной активности. Получается, что граница лежит в 70-90 километрах над поверхностью. Отметим, что это тоже отчасти круглое число — 50 миль. Вдобавок примерно такие же значения соответствуют тому, когда атмосфера начинает настолько сильно тормозить спутник, что он не успевает сделать ни одного витка при любых параметрах орбиты. Предложенная автором граница пока не стала официальной, но кто знает. Резюмируем: небо становится ближе с каждым днем.

Космические новости

Самым громким открытием июля стало доказательство того, что один из блазаров действительно представляет собой источник нейтрино высокой энергии. В Архиве появились как обе ключевые статьи в Science (1 и 2), так и множество других публикаций, посвященных этому результату, его интерпретации и сопутствующим наблюдениям во всех диапазонах спектра.

Установка IceCube в Антарктиде регистрирует астрофизические нейтрино сверхвысоких энергий. За несколько лет работы таких случаев оказалось несколько десятков. Чаще всего точная идентификация события требует времени, но иногда удается сделать это быстро, и тогда подается алерт, то есть срочное сообщение для других наблюдателей. Точность определения координат по меркам оптической астрономии так себе, а вот с точки зрения гамма-наблюдений вполне хорошая. И это на руку астрономам, так как, вероятнее всего, при рождении таких частиц высоких энергий испускается еще и жесткое электромагнитное излучение.

Всего за два-три года было подано с десяток алертов. И один из них «сработал». В том направлении, откуда «появляются» нейтрино, астрономы заметили вспышку блазара — активного ядра галактики, чей джет направлен на нас. Вначале ее засекли с помощью космического гамма-телескопа Fermi, а потом подключились и наземные установки (в первую очередь MAGIC). После этого специалисты IceCube стали искать, не было ли ранее в этом направлении событий, которых забраковали из-за того, что они изначально не были достаточно очевидны.

Они нашлись, поэтому астрономы решили, что блазар TXS 0506+056 действительно с достаточно высокой степенью надежности представляет собой источник нейтрино сверхвысоких энергий. Не все разделяют оптимизм авторов открытия. Во-первых (тут, вроде, нет сомнений), блазары не могут объяснить весь поток нейтрино сверхвысоких энергий. А во-вторых (и тут уже можно и нужно спорить), статистическая значимость результата не слишком высокая. Так что будем ждать результатов дальнейших наблюдений.

Безусловно, важным событием месяца стала публикация итоговых результатов обработки данных спутника Planck. В Архиве появилось 12 статей, каждая из которых посвящена детальному изложению и анализу отдельных тем (обработка данных, гравитационное линзирование, ограничения на инфляцию и так далее). Читать все — занятие для специалистов. Все остальные могут почитать вводную статью — финальный релиз, в котором суммированы все ключевые факты и цифры.

Никаких сюрпризов нет. Уточнены космологические параметры. Постоянная Хаббла — 67-68 км/c/Мпк, доля темной энергии — 68-69%. Остаются кое-какие вопросы, связанные с небольшой нестыковкой данных Planck с некоторыми другими космологическими наблюдениями. Может быть, это результат каких-то систематических неточностей (скорее, не в данных Planck), а может, это начинает проглядывать какая-то интересная физика. Будущее покажет.

Пока же данные наблюдений новой физики не показывают, а лишь подтверждают стандартные модели. В очередной раз, но новым интересным способом, проверяли принцип эквивалентности. Анна Арчибальд и ее соавторы наблюдали радиопульсар в тройной системе. Нейтронная звезда образует тесную пару с белым карликом, а вокруг вращается еще один белый карлик. Система из трех компактных объектов хороша тем, что приливные эффекты в ней малы. И мы можем изучать, как пара пульсар-карлик «падает» в гравитационном поле третьего объекта. Тщательный анализ довольно продолжительного мониторинга пульсара (800 наблюдений за 6 лет) позволил дать сильные ограничения на отклонения от принципа эквивалентности в достаточно сильном гравитационном поле.

Наверное, все перечисленные статьи, начиная с результата по нейтрино, станут высокоцитируемыми. В когорту самых упоминаемых публикаций, однако, часто попадают не яркие открытия, не глубокие теоретические исследования, а просто очень полезные результаты. Такие, которые в своей работе смогут использовать многие исследователи. К подобным статьям относится, как мне кажется, работа, опубликованная 6 июля. Статья по-своему дополняет работу, о которой я писал в обзоре публикаций прошлого месяца.

Если в июньской статье речь шла об эмпирических соотношениях между разными параметрами звезд, которые находятся на разных стадиях эволюции, то в новой работе рассказывается об аналитических аппроксимациях зависимостей масса – светимость, масса – радиус и масса – эффективная температура, полученных на основе детальных данных о более чем 500 звездах Главной последовательности. Такие соотношения существенно облегчают работу других ученых, в частности тех, кто занимается моделированием звездных популяций.

Случай с практики

Некоторый курьез, о котором я не могу не упомянуть, произошел в июле, когда я руководил студенческой практикой в новой обсерватории нашего института — Кавказской горной обсерватории (КГО). Студентам на практике, в частности, рассказывают об астрономических инструментах. На одной из таких лекций студент задал мне вопрос о том, нельзя ли делать ПЗС-матрицы (или мозаики из них) не плоскими. Я ответил кратко, но достаточно полно, что это дело сложное.

После лекции я нашел в Архиве свежую статью как раз на эту тему — c кратким изложением того, как такую матрицу делали, как прототип тестировали и что получили. Такие детекторы могут оказаться очень полезными в астрономии, где довольно часто из-за особенностей оптических схем не удается получить изображение объектов в фокусе по всему полю зрения на одной плоскости.

И о красивом

Поговорив о важном и фундаментальном, полезном и перспективном (и немножко курьезном), перейдем к красивому. Напрямую по данным о гравитационном микролинзировании астрономы вычислили массу ближайшей звезды — Проксимы Центавра (подробнее читайте в статье от 3 июля).

Некоторое время назад, в 2014 и 2016 годах, ученые предсказали два события микролинзирования, в которых Проксима выступает в роли линзы. Наблюдения проводились на VLT (Very Large Telescope) с помощью прибора SPHERE. По данным 2016 года астрономы смогли получить достаточно точный результат — 0,15 массы Солнца с ошибкой около 40%. Результат тем более важен, что у Проксимы в зоне обитаемости есть небольшая планета.

До этого оценки массы звезды основывались только на спектральных данных. Новая оценка совпадает со старой (0,12+/—0,2) в пределах ошибок, но смещение оценки массы на 20% пропорционально увеличивает массу планеты (вместо 1,27 массы Земли — 1,56 земной массы). Замечу, что речь идет о так называемом астрометрическом микролинзировании, то есть это не фотометрические измерения изменения блеска звезды-источника, а высокоточные измерения положения центроида ее изображения. Также в ближайшем будущем ученые должны представить результаты мониторинга того же события 2016 года на телескопе Hubble, который проводила друга группа ученых.

Чтение на выходных

Начнем со статьи «Влияние Первой мировой войны на создание и развитие теории относительности». Это уже третья часть исторического исследования Вирджинии Тримбл, посвященного общей теории относительности. Разумеется, если не читали предыдущие части, то лучше начать с них. Текст отличается интересным стилем изложения со множеством отступлений. Новая статья посвящена трем вопросам: лямбда-члену, гравитационным волнам и вопросу «Является ли ОТО окончательной теорией гравитации?». Текст полон множества интересных личных воспоминаний. Я бы, конечно, еще с удовольствием послушал это в виде лекции, записанного интервью или посмотрел как документальный фильм.

Студенты на практике не только занимались наблюдениями и их обработкой, не только слушали лекции. В свободное время можно было вместе порассуждать о философии. Что мы и сделали. В частности, обсудили статью «Грань, за которой лежит абсурдность? Теории без пространства-времени и научное понимание». Обычно, чтобы что-то как следует понять, нам надо это представить, то есть в той или иной степени визуализировать, если речь идет о физике.

Визуализируем мы, конечно, в пространстве и времени. А если в теории нет пространства-времени, как это происходит на самом глубоком уровне в петлевой квантовой гравитации? (Относительно популярное изложение того, как пространство-время возникло в квантовых теориях гравитации, вы можете прочитать в статье Даниле Орити). Мне нравится идея авторов, что в физике «понять» — значит сделать правильное предсказание без расчетов, то есть мы качественно можем описать феномен на основе нашего понимания, а для количественной оценки уже нужны вычисления. Ясно, что практически это не всегда возможно, грубо говоря, «ума не хватает», но как некий принцип — это хорошее определение. Далее авторы анализируют как конкретные примеры, так и общую ситуацию и приходят к выводу, что, конечно, и без пространства-времени можно многое понять. Понимание, однако, будет теперь не бытовое. В частности, такое понимание может быть сильно завязано на работу с математическими структурами.

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.