Сверхмассивные черные дыры, Оумуамуа и импакт-фактор

Используют ли инопланетяне межзвездный астероид в своих целях, как ищут сверхмассивные черные дыры, что почитать об исследованиях темного вещества и о наукометрии в астрономии, рассказывает доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ГАИШ МГУ Сергей Попов.

Одним из самых интересных и неожиданных открытий прошлого года, итоги которого мы подводили месяц назад, стало обнаружение первого межзвездного тела в Солнечной системе — астероида Оумуамуа. Продолжаются активные исследования этого объекта, как наблюдательные, так и теоретические.

Первые очевидные вопросы про такие объекты: сколько их и откуда они берутся. В работе, опубликованной 9 января, авторы взялись оценивать количество таких объектов в наших галактических окрестностях. Получается 0,2 на кубическую астрономическую единицу, примерно четыре массы Земли на кубический парсек (в таком объеме находится примерно одна звезда). Таким образом, все звездные системы должны вносить свой вклад в их рождение (видимо, на стадии формирования планетной системы небольшие тела активно выбрасываются из области гравитационного контроля центральной звезды). Значит, в ближайшем будущем астрономы обнаружат новые подобные тела, а в чуть более отдаленном будущем можно будет послать к одному из них космический аппарат для детальных исследований с близкого расстояния (включая посадку на поверхность).

В другой статье, от 8 января, рассматривается новая гипотеза о происхождении таких объектов — приливной разрыв тел белыми карликами. Конечно, в этом случае такие объекты должны быть более редкими, а сам Оумуамуа оказывается некоторой флуктуацией. Безусловно, этот канал рождения вносит какой-то вклад в общее число блуждающих межзвездных тел, но то, насколько он велик, покажут дальнейшие наблюдения.

Наконец, не могу не отметить курьезное, на мой взгляд, исследование от 8 января, в котором на большом радиотелескопе (GBT) прослушивали Оумуамуа на предмет, не звездолет ли это. Ничего не слышно.

В области изучения экзопланет продолжают появляться новые результаты со спутника Kepler. Напомню, что вот уже несколько лет наблюдения проводятся по совсем другой программе. Теперь не мониторируется выделенный участок неба, поскольку аппарат больше не может поддерживать стабильную ориентацию. Телескоп сканирует небо. Это называется программой К2. Выделим один из свежих результатов.

Обнаружена планета (она описана в статье от 10 января) c очень коротким орбитальным периодом — чуть менее семи часов. Причем, звезда — это не какой-нибудь совсем мелкий красный карлик класса М8, это оранжевый карлик класса К4. Конечно, он несколько легче Солнца и меньше его (масса 0,7 солнечных, радиус тоже примерно 0,7, а температура чуть более 4500 К), но все-таки.

Это открытие важно для понимания того, как планеты мигрируют в протопланетном диске и где останавливаются. В данном случае момент «стоп, машина» случился на расстоянии 1,3 радиуса звезды от поверхности. Замечательно, что для планеты измерен и радиус (по данным телескопа Kepler), и масса (по данным о лучевых скоростях по наблюдениям на HARPS). Радиус планеты — полтора земного, а масса — пять земных. Планета находится очень близко к звезде, потому там горячо. В подзвездной точке (в «точке полудня») температура может достигать 3000 К! Поэтому планета видна в красных лучах. Удалось даже увидеть вторичное затмение, связанное с тем, что планета оказывается за звездой.

Появилась новая важная работа по быстрым радиовсплескам – одной из самых «жгучих» загадок в современной астрофизике. В данном случае снова исследовался единственный известный источник повторных вспышек — FRB 121102, от которого зарегистрированы уже сотни всплесков. Авторы статьи от 11 января смогли измерить линейную поляризацию (она оказалась под 100%) и меру вращения (насколько поворачивается плоскость поляризации при распространении сигнала). Полученные данные говорят о том, что вблизи источника располагается плотная среда с достаточно сильным магнитным полем. Похожими свойствами характеризуется среда вблизи сверхмассивных черных дыр. Однако мне более вероятным представляется то, что мы имеем дело со средой в молодом остатке сверхновой в области звездообразования.

Какие объекты испускают быстрые радиовсплески, остается неизвестным. Скорее всего, это молодые нейтронные звезды, и новое исследование косвенно подтверждает эту гипотезу. От изучения нейтронных звезд мы ждем и других открытий. В частности, они могут выступать в качестве инструментов, позволяющих нам открывать удивительные явления. Например, гравитационные волны большой длины. Такие волны испускаются при сближении и слиянии сверхмассивных черных дыр в центрах галактик. Я полностью уверен в том, что еще до запуска космического гравитационно-волнового интерферометра LISA мы будем знать, что можно от него ожидать, и все благодаря данным по пульсарному таймингу — наблюдению отклонений во вращении большой совокупности очень стабильных нейтронных звезд (избранных миллисекундных радиопульсаров). Сейчас в этом направлении работают три большие исследовательские группы (американская, европейская и австралийская), наблюдающие десятки объектов в течение вот уже нескольких лет.

Кажется, что вот-вот сигнал будет зарегистрирован, однако пока есть лишь верхние пределы на гравитационные волны большой длины. В работе, опубликованной 8 января, представлен еще один. Важно, что пределы опускаются все ниже и уже прошли зону оптимистичных предсказаний (они основаны на моделировании эволюции сверхмассивных черных дыр), вторгшись в область реалистичных прогнозов. Посмотрим, что будет, когда все три коллектива, занимающиеся подобными наблюдениями, проведут очередную совместную обработку данных.

А можно ли «увидеть» сверхмассивные черные дыры? В небольшом обзоре от 10 января рассказывается, как с помощью радионаблюданий пытались, пытаются и будут пытаться получать изображения непосредственных окрестностей черных дыр. В частности, обсуждается строительство новых телескопов в Африке, а также новые космические проекты, которые смогут внести важный вклад в построение изображения «тени черной дыры», участвуя в совместных наблюдениях вместе с другими инструментами.

Сверхмассивные черные дыры не могут «съесть» свою галактику, но на некоторых стадиях своей жизни они являются очень мощными источниками излучения и истечения вещества (которое, конечно, не вылезает из-под горизонта, а выбрасывается из окрестностей этих «монстров»). Это, в свою очередь, может влиять на всю галактику, в которой находится черная дыра, изменяя темп формирования звезд в ней.

В глобальной истории звездообразования и формирования галактик есть несколько нерешенных вопросов (о многих из них можно прочесть в недавней книге Ольги Сильченко «Происхождение и эволюция галактик»). Один из комплексов таких вопросов связан с массивными галактиками. Есть мнение, что звездообразование в них могло «выключаться» из-за активности черных дыр, но прямых свидетельств в пользу этого довольно мало (хотя важно, что они есть). В статье от 2 января авторы представляют, как мне кажется, еще одно косвенное свидетельство. Они показывают, что история звездообразования была систематически разной в галактиках с очень массивными и более легкими черными дырами. Получается, что звездообразование раньше выключалось в галактиках с более массивными черными дырами.

На некоторые вопросы истории жизни галактик можно надеяться получить ответы по результатам компьютерного моделирования роста и эволюции этих объектов в контексте глобальной космической истории (формирование крупномасштабной структуры Вселенной). Сейчас есть несколько научных групп, активно и успешно занимающихся такими исследованиями. Среди них выделяется две-три самые сильные. Одна из них — это проект Illustris. В его рамках детализация галактик при моделировании достигла очень высокого уровня. Получаются галактики, очень похожие на наблюдаемые. Но насколько похожие?

Авторы вышедшей 25 января статьи проделали интересный эксперимент: они посмотрели, как соотносятся данные моделирования галактик (которые по качеству изображений соответствуют массовым изображениям не слишком близких галактик) с морфологической классификацией, используемой участниками проекта «гражданской науки» Galaxy Zoo. Разумеется, соотносится не идеально.

Участникам проекта дали для сравнения реальные галактики из SDSS и синтетические галактики Illustris на разных красных смещениях вплоть до 1 (это почти 8 миллиардов лет назад, т.е. примерно половина возраста Вселенной). Стоит посмотреть на картинки на страницах 5 и 8. В статье выделяются и обсуждаются некоторые важные различия. Обсуждение показывает, что они могут объясняться как недостаточным разрешением в моделировании, так и недоучетом каких-то важных процессов.

Для правильного понимания (и, разумеется, моделирования) космической истории и формирования галактик необходимо хорошо понимать, что такое темное вещество. Важнейшая цель — это регистрация частиц темной материи в лаборатории. Такие эксперименты идут в специальных подземных лабораториях. В статье от 2 января описана относительно новая самая большая и самая глубокая подземная лаборатория (она находится в Китае) и идущие в ней эксперименты.

Разумеется, они касаются не только темного вещества, но пока именно эта тематика является в ней доминирующей. Для тех, кто не очень в курсе современных исследований темного вещества, можно порекомендовать небольшой и достаточно популярный обзор, опубликованный 24 января и посвященный этой теме.

Еще одну интересную и популярную статью, появившуюся в Архиве 22 января, написали два крупных астрофизика, которые также известны как прекрасные популяризаторы, Марио Ливио и Мартин Рис. В своей работе они описывают современные представления о мультиверсе, антропном принципе и связанные с этим вопросы. Отличное чтение на выходных!

Наконец, в заключение, пара статей «о наболевшем». Современная наука — это в некотором смысле большая индустрия. С большим числом участников, с большим финансированием... Это приводит к необходимости эффективного управления наукой (многим термин не нравится, но тут ничего не поделаешь). Разумеется, возникает соблазн использовать относительно простые и понятные численные критерии: число публикаций и импакт-факторы журналов, цитируемость и индекс Хирша, а также другие библиометрические индексы и параметры. Иногда это хорошо, иногда нет. 22 января в архиве появилось большое исследование по социологии науки в этой области. В качестве объекта исследования выбрана астрономия в Нидерландах. Статья большая, но полезная для тех, для кого эти вопросы актуальны.

Чтобы разобраться в этой работе, необходимо вспомнить кое-что из современной библиометрии. И тут поможет другая январская работа. Это более-менее «все, что вы хотели знать об импакт-факторе, но боялись спросить». Плюс автор обсуждает недостатки данного критерия, предлагает (и рассматривает) некоторые альтернативы.

Автор — Сергей Попов

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