Галактика почти без темной материи, ультрамощные рентгеновские источники и нейтронные звезды

Как образовалась галактика с минимумом темной материи, чем в марте порадовали искатели экзопланет и найден ли пятый ультрамощный рентгеновский источник? Об этом в мартовском обзоре самых интересных научных публикаций по астрономии рассказывает доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ГАИШ МГУ Сергей Попов.

В далекой, далекой галактике

Самая интересная, на мой взгляд, работа появилась в самом конце месяца. Это статья Питера ван Доккума с соавторами, посвященная галактике с недостатком темного вещества.

Обычно массы гало галактик (а гало состоят в основном из темного вещества) в десятки, сотни, а иногда и тысячи раз больше звездной массы. Однако у карликовой галактики-спутника NGC1052-DF2 это не так, отношение масс в этом случае составляет около единицы. Кроме того, у этой галактики относительно большой (для своей массы) размер. В очередной раз мы видим подтверждение того, что природа устроена не так линейно, как думают некоторые. Хотя в случае темного вещества и галактик это вполне ожидаемый результат (смотрите, например, недавнюю книгу Ольги Сильченко «Происхождение и эволюция галактик»).

В данном случае мы видим очередной пример, когда галактики проявляют большое разнообразие свойств. Теперь посмотрим, сколько еще будет таких случаев и как это удастся вписать в модели роста структуры и формирования галактик. Сами авторы упоминают два основных сценария. В обоих эта карликовая спутниковая галактика формируется из газа, так или иначе сброшенного большой галактикой. Это могло произойти или в результате слияния галактик, или в результате того, как квазар выдул этот газ. Есть еще и третий сценарий, выглядящий несколько сложнее. Он связан с ударными волнами в газе, втекающем в крупную галактику.

Важно: авторы обращают внимание, что такие примеры могут закрыть многие альтернативы темному веществу. Поскольку если что-то «не так» с гравитацией (как, например, в MOND — модифицированной ньютоновской динамике), то это должно одинаково проявляться всегда, а не быть «то так, то эдак». Это интересный поворот, поскольку чаще всего люди думают, что подобные открытия наносят удар по гипотезе темного вещества.

Также стоит обратить внимание на другую работу ван Доккума с коллегами, где речь идет о необычных шаровых скоплениях этой галактики. У них необычно высокая светимость (примерно как у омега Центавра, а это довольно много для скоплений в карликовой галактике). И это тоже надо объяснять в рамках сценария формирования галактики с малой долей темного вещества.

Немного о нейтронных звездах

Сразу два интересных результата связаны с измерением магнитных полей нейтронных звезд в ультрамощных рентгеновских источниках. В работе от 6 марта Мюррей Брайтман и его соавторы рапортуют об обнаружении циклотронной спектральной линии у ультрамощного рентгеновского источника (ULX) в галактике М51. Если это электронная циклотронная линия, то поле получается равным 4x10¹¹ Гс, что нормально. А если протонная, то 7x10¹⁴ Гс, то есть мы имеем дело с аккрецирующим магнитаром (о магнитарах — нейтронных звездах со сверхсильными магнитными полями — можно почитать в свежем обзоре от 15 марта).

Это уже много, если источник не очень молод. Ведь поле такой величины должно довольно быстро — за сотни тысяч лет — затухать, если говорить о дипольной составляющей. Поэтому нужны весьма экзотические условия, чтобы в двойной системе появился аккрецирующий магнитар (детальное обсуждение этой проблемы можно прочитать в сентябрьской статье). Как бы то ни было, наличие линии говорит о том, что мы снова имеем дело с ULX, в сердце которого расположена нейтронная звезда, а не черная дыра. Тогда это уже пятый такой источник.

А вот данные наблюдений источника NGC 300 ULX1 не противоречат стандартным моделям эволюции магнитных полей нейтронных звезд. Анализируя спектр этого объекта, авторы статьи от 20 марта обнаружили в нем деталь, которая очень похожа ни циклотронную линию. Если эта интерпретация верна, то у нейтронной звезды нормальное магнитное поле 10¹² Гс. Это означает, что для объяснения этого ультрамощного источника не нужны сильные магнитные поля. Такой результат соответствует оценке поля по темпу изменения периода вращения этой нейтронной звезды.

Наконец, еще одна интересная статья про ULX, опубликованная 6 марта, посвящена недавно открытому (четвертому) источнику этого типа с нейтронной звездой. Авторы смогли показать, что в этой системе есть высокоскоростное истечение (скорость около четверти световой, примерно как у известого источника SS433 в нашей Галактике) с необычно большим потоком кинетической энергии, превосходящим рентгеновскую светимость раз в 50.

Продолжаем обсуждать нейтронные звезды. Эти объекты наблюдают не только как рентгеновские пульсары (включая ультрамощные источники), не только как радиопульсары, но и как гамма-пульсары. Телескоп Fermi внес особенно большой вклад в обнаружение таких объектов.

И радио, и гамма-излучение в данном случае имеют нетепловую природу. Излучение испускают заряженные частицы в магнитосфере пульсара. Но в разных диапазонах направленность излучения разная. Как правило, гамма-луч шире. Поэтому не редкость, когда гамма-пульсар виден, а радио-пульсар — нет. Но не в случае миллисекундных пульсаров. У них радиолуч достаточно широкий. Однако астрономы все-таки смогли открыть гамма-пульсар, который в радиодиапазоне выглядит «тихим». Все это важно в первую очередь в контексте понимания механизма излучения радиопульсаров. Здесь еще очень много белых пятен, и обнаружение необычных объектов, возможно, позволит продвинуться в разрешении загадки.

Почти наверняка с нейтронными звездами связан последний оригинальный результат, который мы упомянем в мартовском обзоре arXiv.org. Дело в том, что загадочные быстрые радиовсплески (см. свежую лекцию об этих источниках) почти наверняка связаны с нейтронными звездами. Новые наблюдения на австралийском радиоинтерферометре UTMOST позволили открыть и детально исследовать интересный быстрый радиовсплеск FRB170827.

Лекция Сергея Попова о быстрых радиовсплесках

Впервые астрономы смогли детально исследовать микроструктуру временного профиля. Это удалось как благодаря возможностям установки UTMOST, так и из-за того, что у всплеска рекордно низкая мера дисперсии — менее 200 (это говорит об относительно небольшом расплывании сигнала за счет взаимодействия со средой на траектории следования радиоволн). Изучение микроструктуры всплеска позволило обнаружить некоторые сходства с единственным пока источником быстрых повторяющихся радиовсплесков. Однако мониториннг FRB170827 пока не показал повторов.

Возможно, надо смотреть на более крупных инструментах (Аресибо, FAST). А мы в этом году ждем ввода в строй нового канадского радиотелескопа CHIME, который сможет обнаруживать по несколько всплесков за день наблюдения. Подробное описание установки и методов идентификации быстрых радиовсплесков описано в статье от 29 марта.

Чтение на выходные

Исследователи экзопланет в марте не радовали яркими открытиями, зато радовали массой интересных обзоров на самые разные темы, связанные и с теорией формирования и эволюции этих объектов, и с методами обработки данных и т. д. и т. п. Выделить среди них два-три лучших обзора трудно, и поэтому мы попробуем выбрать любопытные темы.

В статье Эдварда Швитермана речь идет о поисках свойств (biosignatures), связанных с наличием биосферы. В данном случае обсуждаются не только биомаркеры, а самые разные свойства излучения поверхности и атмосферы с упором на процессы, подверженные сезонным изменениям. Многие из них так или иначе связаны с процессом фотосинтеза.

Пока у нас есть только один пример биосферы — наша. И жизнь у нас основана на воде (кстати, о воде можете почитать небольшой обзор от 5 марта). В другом обзоре подробно описывается эволюция атмосферы нашей планеты. Ученые рассмотрели, как и почему менялось содержание кислорода, двуокиси углерода, метана и азота и какие эффекты это все вызывало. Это безусловно важно, поскольку нам могут (и должны!) попадаться двойники молодой Земли.

Сейчас известны уже тысячи экзопланет. Какие-то зарегистрированы очень надежно, какие-то — нет (см. статью от 30 марта, где авторы показывают, что чаще всего одних только данных спутника Kepler недостаточно для надежной идентификации двойников Земли у звезд типа Солнца). В итоге астрономы вносят планеты в каталоги, которых существует уже довольно много. В статье рассмотрены три основных каталога (NASA, европейский и Открытый каталог), каждый из которых включает чуть более 3500 экзопланет. Также упомянуты более специализированные каталоги, где собраны данные по планетам определенных типов. (На русском языке доступна эта статья, где также описаны онлайн-каталоги экзопланет, в том числе и не попавшие в архивный обзор).

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.