Как расширялась Вселенная в 2015 году
Астрофизика остается одной из самых бурно развивающихся наук. В первую очередь это связано с появлением новых суперприборов, помогающих нам исследовать Вселенную. В 2015 году начали работать детекторы LIGO после проведенной на них модернизации (т.н. Advanced LIGO). А в следующем году заработает и обновленный детектор VIRGO (Аdvanced VIRGO). И все надеются, что в 2016 году будет объявлено об открытии гравитационных волн от сливающихся нейтронных звезд и черных дыр. Ну а пока поговорим об открытиях ушедшего года.
Хотя вполне возможно, что в истории астрономии 2015 год останется не благодаря открытиям, а из-за того, что именно тогда экзопланетам начали присваивать официальные имена.
Международным астрономическим союзом (МАС) — единственной организацией, которая имеет право давать официальные имена небесным объектам, — была разработана интересная процедура. В начале объединения астрономов или любителей астрономии могли пройти несложную регистрацию на сайте. После чего они могли предлагать имена для отобранных МАС экзопланет и их звезд (если, конечно, у звезды к этому моменту еще не было устоявшегося имени). Затем по предложенным именам было открыто уже всеобщее голосование в интернете на сайте nameexoworlds.iau.org. Было подано более полумиллиона голосов. В результате 14 звезд (включая пульсар) и 31 экзопланета обрели земные имена. Они иногда довольно забавные.
МАС обещает, что в будущем процедуру повторят. Так что готовьте идеи по именам звезд и планет!
В этот раз, например, планеты одной из систем получили имена героев «Дон Кихота». Почему бы не дать в следующий раз имена героев «Мертвых душ»? Кстати, в этот раз предложения из России были, но при голосовании проиграли другим.
Но перейдем собственно к астрофизике. Здесь, разумеется, у исследователей экзопланет снова был урожайный год. В самом конце года был представлен каталог кандидатов в экзопланеты по данным всех четырех лет наблюдений на спутнике Кеплера в рамках основной программы (с мая 2009-го по май 2013 года).
Теперь каталог включает почти 5 тыс. кандидатов в экзопланеты. Есть и более объемные списки кеплеровских кандидатов, но там применяются более мягкие критерии. Скажем, в новом каталоге «кеплеровских объектов интереса» — KOI — почти 9 тыс. объектов. А ранее в этом году был представлен еще более обширный список кандидатов в транзиты планет по данным телескопа «Кеплер». Там речь идет уже более чем о 20 тыс. кандидатов. Нет сомнений, что большинство из них со временем будет подтверждено.
Среди новых кандидатов есть и объекты с размерами порядка земного, обращающиеся вокруг звезд типа Солнца в зонах обитаемости (см. рисунок). Так что теперь мы лучше представляем себе долю таких планет среди всего многообразия, обнаруженного за прошедшие два десятилетия (отмечу, что первая статья с надежным открытием экзопланеты вокруг нормальной звезды была опубликована 20 лет назад, в 1995 году).
В самом начале 2015 года команда «Кеплера» представила новую большую выборку достаточно надежных экзопланет земного типа.
Речь идет о 12 объектах с орбитальными периодами примерно от месяца до полугода. Все они попадают в зоны обитаемости и имеют небольшие размеры. Все звезды слабее Солнца, некоторые относятся к классу красных карликов.
От больших групп планет перейдем к отдельным важным открытиям. Планета Кеплер-452b, возможно, является одним из лучших кандидатов в потенциально обитаемые планеты. Радиус планеты — 1,6 земного. С вероятностью выше 50% она является каменной.
При этом она вращается вокруг звезды класса G2, то есть очень похожей на Солнце. Планета всегда была в зоне обитаемости и останется там в ближайшие 3 млрд лет, а возраст системы около 6 млрд лет. Было бы здорово узнать массу планеты, чтобы точнее определиться с ее типом.
Безусловно, к важным открытиям стоит отнести обнаружение пяти легких (с размерами от меркурианского до венерианского) планет вокруг очень старой звезды с возрастом 10–12 млрд лет — это система Кеплер-444. Звезда является карликом класса К, то есть она легче и слабее Солнца.
Звезда входит в двойную систему с красным карликом, который делает оборот вокруг более массивного спутника примерно за 430 лет. Система находится относительно близко от нас, на расстоянии чуть более 100 световых лет.
Часто можно услышать, что нептуноподобные планеты относятся к наиболее распространенным в Галактике. Это так, но пока нам проще обнаруживать планеты с короткими орбитальными периодами. Поэтому открываемые нептуноподобные планеты можно назвать теплыми или даже горячими. А вот полный аналог — холодный Нептун — открыли только в уходящем году. Для этого понадобилось применить другую методику поиска — микролинзирование.
Такой метод позволяет обнаруживать планеты на больших расстояниях от своих звезд по искривлению пространства, создаваемого массивным телом. К сожалению, метод имеет недостатки — чаще всего нельзя или очень трудно точно установить параметры звезды и планеты. В данном случае также существует некоторая неопределенность, но все равно
планета вероятнее всего похожа на Нептун и находится далеко от своего центрального тела (красного карлика или бурого карлика), за так называемой «снеговой линией».
Разговор о новых экзопланетах закончим рекордом. KOI-2939b — самая большая кеплеровская транзитная планета с самым длинным периодом вокруг двойной. Сама двойная состоит из звезд примерно солнечных параметров (одна чуть больше, другая чуть меньше) с орбитальным периодом около 11 дней.
А вот планета, крутясь вокруг всей двойной, имеет период в сто раз больше — более 1100 дней. И это рекорд.
Кроме того, сама планета большая, превосходящая Юпитер. Это тоже рекорд для планет вокруг двойных. Но и это еще не все. Планета вдобавок ко всему оказывается в зоне обитаемости. Конечно, будучи газовым гигантом, сама она вряд ли может претендовать на роль обитаемой планеты. Зато, если у нее есть крупные спутники… Но тут нашей фантазии пора остановиться, а мы двинемся дальше и посмотрим, что нового узнали про формирование планет.
В 2014 году все были восхищены картиной протопланетного диска вокруг HL Тельца. Изображение было получено новой системой телескопов ALMA. Однако в прошлом году приходилось довольствоваться лишь картинкой и пресс-релизом без подробностей. В 2015 году появилась полноценная статья с описанием всех результатов.
Теоретики, разумеется, тут же бросились моделировать эту систему. В одной из работ структура диска воспроизводится, если предположить наличие в нем трех формирующихся планет. Каждая из планет чуть легче Юпитера.
На левом рисунке показаны данные наблюдений, а на правом — результат моделирования. Сходства налицо!
Завершая разговор об экзопланетах, поговорим об их разрушении. В статье, о которой пойдет речь, роль «Звезды смерти» выполняет белый карлик, разрывающий планеты своим приливным воздействием.
Известно, что у некоторых белых карликов наблюдаются аномалии химического состава атмосфер. Их объясняют выпадением планетообразных тел (включая астероиды и кометы). Объяснить эти аномалии процессами при рождении белого карлика нельзя, так как тяжелые элементы довольно быстро «тонут» в его атмосфере и мы видим лишь присутствие относительно легких элементов. Более того, некоторые полагают, что первым указанием на существование экзопланет следует считать довольно древние наблюдения аномалий состава белых карликов. Но все-таки никогда еще не удавалось застать все это «в процессе». А вот группе ученых это, похоже, удалось.
Наблюдая белый карлик, они обнаружили транзит пылевого облака. Это значит, что тело размером примерно с Землю было недавно обращено белым карликом в пыль и пока еще крутится вокруг него, периодически затмевая часть его поверхности и ослабляя блеск (что и наблюдается). Кроме того, видны и химические аномалии в спектре самого белого карлика, подтверждающие гипотезу о приливном разрушении твердых тел. Наблюдения проводились на спутнике «Кеплер» уже после поломки, то есть в рамках программы К2. Авторы оговаривают, что нужны дальнейшие наблюдения, так как не исключено, что было разорвано не одно крупное тело, а несколько объектов, подобных крупным астероидам.
Как изучали Солнечную систему
От экзопланет переходим к объектам Солнечной системы. Здесь, разумеется, самым запоминающимся был пролет миссии New Horizons мимо Плутона и его спутников, о чем появилась подробная статья.
К счастью, по ходу осуществления миссии появлялось огромное количество новостей и статей, посвященных результатам New Horizons, поэтому нет необходимости пересказывать их еще раз. Желающие узнать детали могут почитать оригинал уже упомянутой статьи.
А остальные могут, наверное, приобрести наконец-то реалистичный глобус Плутона.
А вот Уран можно успешно изучать и с Земли. Правда, для этого нужны самые мощные из имеющихся телескопов. Наблюдения на одном из телескопов им. Кека позволили обнаружить рекордную штормовую активность в атмосфере этой планеты. Такие исследования крайне важны, поскольку теперь для нас Уран и Нептун важны не просто сами по себе, но и как самые изученные представители огромного семейства планет. Чем больше мы знаем о планетах Солнечной системы, тем лучше сможем понять свойства экзопланет. И наоборот. Кстати, в самой Солнечной системе иногда наблюдается что-то непонятное. А может, и не наблюдается…
В декабре 2015 года в один день появились два е-принта, в которых речь шла о, возможно, очень необычных открытиях в Солнечной системе. В обеих работах наблюдали близкие звезды с помощью системы телескопов ALMA. В первой наблюдали звезду W Орла, а во второй — альфа Центавра. В обоих случаях авторы заявили об обнаружении новых объектов, которые, вероятно, находятся в Солнечной системе. Правда, на момент написания этого обзора вторая статья была отозвана из архива «до выяснения деталей», так как переобработка низкочастотных наблюдений не позволила воспроизвести результат, хотя на более высокой частоте он, кажется, устоял.
А речь шла ни больше ни меньше как об открытии крупного объекта (сверхземля или даже холодный бурый карлик) на окраине Солнечной системы.
Авторы первой статьи пока ничего не отозвали. Свой объект они назвали Gna. По их оценкам, это может быть или карликовая планета с радиусом 200–800 км на расстоянии 12–25 а.е. от Солнца или же более крупное тело планетной массы на расстоянии около 4 тыс. а.е. Тогда оно получается гравитационно не связанным с Солнцем, то есть просто «мимо летело». В обоих случаях это крайне интересно, но в обоих случаях надо ждать независимого подтверждения. Так что пока, следуя клятве астрономов ГАИШ, не будем кричать «Эврика!», не вылив себе на голову ведро холодной воды.
От планет переходим к звездам. Здесь открыт свой Усейн Болт — самая быстрая звезда. US708 бороздит просторы Галактики со скоростью 1200 км/с. То есть она с нашей Галактикой уже не связана и покинет ее со временем.
Обычно гиперскоростные звезды ускоряются центральной сверхмассивной черной дырой. Происходит это так: пара звезд подлетает к черной дыре. Пару разрывает. Одна звезда остается пленницей дыры, а вторая приобретает скорость в сотни километров в секунду и может покинуть наш звездный остров.
Но US708 летит не из центра Галактики! Поэтому для нее пришлось придумать другой сценарий.
Скорее всего, звезда родилась в тесной двойной системе. Ее соседка превратилась в массивного звездного карлика. Со временем звезды сблизились, и обычная звезда (которую мы теперь знаем как US708) начала перетекать на карлик. Его масса возросла выше Чандрасекаровской (верхний предел массы, при которой звезда может существовать как белый карлик, равна 1,44 солнечной массы. — Газета.Ru), и произошел термоядерный взрыв с полным разрушением карлика. В итоге вторая звезда стала свободной и сохранила свою большую орбитальную скорость. Поэтому она и летит почти в сотню раз быстрее, чем ее соседки по Галактике.
В стародавние времена, не имея ни УЗИ, ни томографов, ни даже рентгена, врачи были вынуждены ставить диагноз, лишь посмотрев на больного. Астрономы находятся в похожей ситуации. Поэтому для того, чтобы узнать нечто о внутренних свойствах звезд, используют максимум информации, видимой снаружи.
Как известно, звезды осциллируют. В них «гуляют» волны, проявления которых мы можем наблюдать, изучая кривые блеска. Например, с помощью спутника «Кеплер». Волны бывают разные. Очень удобно разложить их на гармоники: монополь, диполь, квадруполь и так далее. Так вот, есть красные гиганты, у которых монопольная (сферически-симметричная) составляющая сильна, а дипольная сильно подавлена. Хорошего объяснения этой особенности до недавнего времени не было.
Волны возбуждаются на поверхности и идут внутрь. Там они частично отражаются и выходят обратно во внешние слои. Чтобы объяснить подавление дипольных волн, надо объяснить, почему они не выходят из ядра обратно. Идея авторов состоит в том, что
волны взаимодействуют с магнитным полем внутри звезды. Это приводит к их превращению в другой тип волн, которые уже не могут выйти наружу. И итоге получается, что мы не видим соответствующих осцилляций на поверхности.
Для объяснения данных наблюдений нужны довольно большие поля (начиная от 0,1 мегагаусса, напомним, что поле Земли чуть меньше одного гаусса) внутри красных гигантов. Возможно, часть из них были магнитными звездами и на стадии главной последовательности: в них могли присутствовать поля порядка мегагаусса.
Всегда красиво, когда хорошо известное явление позволяет глубоко проникнуть в суть вещей. Автор статьи показывает, что известный предел на минимальную массу звезд (то есть на начало термоядерных реакций) позволяет дать важные ограничения на альтернативные модели гравитации. Оказывается, что этот предел весьма чувствителен к параметрам модели — настолько, что позволяет закрыть некоторый важный диапазон параметров. То есть если скалярно-тензорные теории и верны, то параметры должны быть таковы, что известные эффекты (здесь речь идет о космологической постоянной, кривых вращения галактик и так далее) нельзя будет объяснить альтернативной гравитацией.
Массивные звезды взрываются. С этим связано много загадок, и мы переходим к новостям 2015 года по сверхновым.
Новое о сверхновых
Начнем с самого красивого результата — сверхновой Рефсдала. Сама сверхновая была открыта в 2014 году. Необычным было то, что сверхновая (произошедшая в далекой-далекой галактике) подверглась гравитационному линзированию на скоплении галактик между нами и нею. В результате изображение сверхновой «размножилось».
Если известно, на каком расстоянии находятся материнская галактика и линзирующее скопление, то можно измерить космологические параметры.
Впервые эту идею в 1964 году предложил норвежский астроном Сюр Рефсдал (Sjur Refsdal). К сожалению, он не дожил до открытия эффекта, который его интересовал.
Итак, в 2014 году увидели сверхновую, провели расчеты и предсказали появление новых изображений сверхновой. И в 2015 году все сбылось! Итоговая работа была опубликована в декабре. Впервые «крест Эйнштейна» сформирован линзированными изображениями сверхновой.
В 2015 году появилась статья с описанием открытия самой мощной из известных сверхновых: ASASSN-15lh. Сверхновая произошла на красном смещении z=0.23. Светимость в максимуме блеска, а также полное энерговыделение в виде электромагнитных волн настолько велики, что возникают проблемы с объяснением этого явления. Правда, надо сказать, что полное выделение энергии во всех видах в любой сверхновой все равно гораздо больше, так что
основной вопрос состоит в том, как сделать такой большой светимость в видимом и близлежащих диапазонах спектра.
Как бы то ни было, вспышка поражает своей мощью.
А бывает и так, что звезда «уходит без шума». Это может случиться, если звезда схлопывается в черную дыру.
Авторы искали и нашли случай, когда массивная звезда исчезла, а никакой сверхновой не было видно. Они используют архивные данные телескопа «Хаббл» для поиска исчезнувших без взрыва массивных звезд. Исследовано 15 галактик и выделено несколько кандидатов. Детальный анализ показал, что одно событие действительно очень похоже на исчезновение желтого сверхгиганта (его масса составляет около 25–30 масс Солнца) без взрыва. Это примерно то, что и ожидалось, — пусть и на очень низкой статистике, но подтверждает идею о «тихом коллапсе» некоторых массивных звезд. Хотя в статье приведен лишь один хороший кандидат, доля таких событий может быть довольно большой.
Еще один тип необычных транзиентов представлен в другой статье. Представлено четыре транзиента с необычными кривыми блеска.
По блеску они занимают промежуточное положение между обычными и супермощными сверхновыми. Кроме того, блеск нарастает очень быстро.
Последнее обстоятельство затрудняет объяснение этого феномена. Авторы обсуждают несколько вариантов, но не приходят к какому-то заключению.
Вообще, со сверхновыми связано много вопросов. В частности, до сих пор сверхновые с коллапсом ядра не взрываются в трехмерных расчетах. Это значит, что, задав все основные компоненты, ученые не могут в численной модели получить собственно сам взрыв. Время от времени появляются успешные расчеты с использованием каких-то новых ингредиентов, и тогда возникает надежда. В 2015 году таким ингредиентом стали странные кварки. В соответствующей статье были представлены расчеты, в которых авторы добавили процессы с участием странных кварков. В результате в трехмерном расчете звезда с массой 20 солнечных все-таки взорвалась.
Пока не ясно, сможет ли участие странных кварков решить все проблемы со взрывом сверхновых с коллапсом ядра. Скорее всего нет. А пока наблюдатели продолжают открывать новые необычные объекты, которые еще труднее объяснить.
Авторы исследовали необычную сверхновую 2011kl, связанную с очень длинным гамма-всплеском 111209A, который произошел на красном смещении z=0.677. Уже само сочетание мощной сверхновой с ультрадлинным гамма-всплеском — это интересно. Но, вероятно, там есть еще одна экзотика. Кривая блеска сверхновой имеет труднообъяснимую форму.
Авторы показывают, что наилучшим образом все можно описать, если предположить, что источником дополнительной энергии является новорожденный магнитар — быстровращающаяся нейтронная звезда с сильным магнитным полем.
Говоря о нейтронных звездах, в первую очередь выделим открытие первого рентгеновского пульсара в Туманности Андромеды. Конечно, рентгеновские источники в ближайшей крупной галактике обнаруживали и раньше. Но теперь благодаря спутнику «ХММ-Ньютон» удалось измерить период вращения аккрецирующей нейтронной звезды в двойной системе. Он оказался равным 1,2 секунды. Кстати, и орбитальный период двойной определили: 1,27 дня.
Принципиально новых знаний это все не принесло, но пустячок — а приятно.
Перейдем к загадочному типу объектов, природа которого до сих пор остается неясной. Однако скорее всего, она связана с нейтронными звездами. Речь идет о быстрых радиовсплесках. Вот уже несколько лет они являются, может быть, самой жгучей загадкой в астрофизике. Каждый день на небе должно появляться несколько тысяч таких радиовсплесков (видим-то мы из них единицы), а что это — непонятно.
Во-первых, в 2015 году окончательно стало ясно, что это космический феномен. Дело в том, что наряду с быстрыми радиовсплесками наблюдается еще один феномен — перитоны. Это тоже короткие радиовсплески, происхождение которых оставалось неясным. Было лишь очевидно, что это какие-то локальные явления: или техногенные, или же происходящие в магнитосфере Земли. Теперь мы знаем, что такое перитоны.
Наверное, это самое смешное открытие года. Удалось показать, что перитоны наблюдались на радиотелескопе в Парксе, когда… открывали дверцу работающей микроволновки! Да-да! Микроволновки, Карл!
Как бы то ни было, эта работа показала, что быстрые радиовсплески — это настоящие быстрые радиовсплески. Т.е. какой-то астрофизический феномен, происходящий, видимо, на космологических расстояниях.
Сейчас существует около 20 моделей для объяснения быстрых радиовсплесков. А самих всплесков — 16 штук. Но новые открытия позволяют если не отбросить некоторые из моделей, то сделать какие-то более, а какие-то менее предпочтительными.
Так, впервые был представлен сдвоенный всплеск. В ряде катастрофических моделей (скажем, коллапс нейтронной звезды в черную дыру) сделать это непросто. А авторы другой работы представили аргументы в пользу того, что источник окружен довольно плотной оболочкой с магнитным полем. Это дает аргумент в пользу моделей с молодыми пульсарами или магнитарами. Но окончательной ясности нет. Ждем новых наблюдений.
От нейтронных звезд — к черным дырам
Черные дыры звездных масс мы наблюдаем в тесных двойных системах благодаря аккреции. Но это не единственный способ. Любое массивное тело искривляет пространство вокруг себя, т.е. работает как линза. Свет далекого источника может быть усилен при прохождении вблизи массивного тела. Так можно обнаружить и черную дыру. Несколько кандидатов в такие события уже появлялись в печати. В 2015 году добавилось несколько новых.
Первый кандидат найден в шаровом скоплении NGC 655. Блеск одной из звезд вблизи центра скопления возрос, а потом вернулся к прежнему состоянию. Кривая блеска соответствует предсказаниям для микролинзирования. Большая длительность события (около года) указывает на массивную линзу. Анализ показал, что наиболее вероятным кандидатом является одиночная черная дыра.
В другой работе авторы выделили сразу 15 кандидатов в события микролинзирования на компактных объектах: белых карликах, нейтронных звездах или черных дырах. Для этого они просмотрели 150 млн объектов в обзоре OGLE-III (наблюдения 2001–2009 годов).
Объекты с массой более 2 солнечных можно с хорошей вероятностью отнести к черным дырам. Получается, что есть четыре таких объекта из 15. Правда, для точного определения массы надо знать расстояния до линз, а с этим есть проблемы. Поэтому авторы не спешат с восторгами. Но один кандидат очень хорош: там масса компактного объекта вероятнее всего превосходит 8 солнечных.
Линзирование на черных дырах — это очень важно. В самом деле, пространство в их окрестности настолько искривлено, что, подлетев поближе, мы бы увидели удивительную картину.
Примерно такую, как показана в фильме «Интерстеллар». В феврале 2015 года в архиве появилось две статьи с детальным описанием визуальных эффектов в этой картине.
Первая статья посвящена именно черным дырам, а вторая — червоточине. Уверен, что даже те, кто внимательно прочел книгу «Наука Интерстеллара», узнают для себя кое-что новое, обратившись к этим работам. А все вместе – это шикарный популярный проект, где можно вначале посмотреть все в фильме, затем прочесть в хорошей научно-популярной книге и, наконец, обратиться уже к серьезному описанию соответствующих эффектов.
Я не знаю другого столь яркого примера популяризации «от и до».
Поговорим о реальных сверхмассивных черных дырах. Астрономы надеются в ближайшем будущем увидеть что-то подобное благодаря Event Horizon Telescope или «Радиоастрону».
Event Horizon Telescope смог рассмотреть основание джета в галактике М87, где находится черная дыра с массой несколько миллиардов масс Солнца. Интересно, что эти наблюдения дают серьезные аргументы в пользу «чернодырности» центрального объекта. Дело в том, что для того, чтобы питать этот джет, нужен большой темп притока вещества (аккреции). Если бы в основании джета был объект с реальной поверхностью, находящейся выше горизонта, то мы видели бы тепловое излучение поверхности. Но его нет. Это позволяет сказать, что если поверхность у этого объекта и существует, то она чрезвычайно близка к горизонту. А это уже кажется малореалистичным.
«Радиоастрон» тоже внес свой вклад в изучение струй сверхмассивных черных дыр. Ему удалось в деталях рассмотреть джет прототипа лацертид – объекта BL Ящерицы. Это позволяет лучше понять механизм формирования и работу струй активных ядер галактик.
Наконец, получены новые результаты и по черной дыре в центре нашей Галактики. С помощью интерферометрии со сверхдлинной базой удалось измерить присутствие упорядоченного магнитного поля на расстоянии 6 шварцшильдовских радиусов (радиус шварцшильда — это размер горизонта невращающейся черной дыры в Общей теории относительности). Кроме того, обнаружена переменность, связанная с этим полем.
Наконец, сверхмассивные черные дыры продолжали бить рекорды. Во-первых, было заявлено об обнаружении очень далекого квазара (z=6.3) с черной дырой, чья масса оценивается в 12 млрд масс Солнца! Посмотрите, куда он забрался на графике (красный символ), где по вертикальной оси отложена светимость квазара, а по горизонтальной — масса черной дыры.
Во-вторых, обнаружена слишком массивная черная дыра в галактике на z=3.33. Галактика всего лишь раз в 10 тяжелее черной дыры (обычное соотношение — сотни раз и больше). При этом галактика очень массивная. Поскольку мы видим дыру и галактику в далеком прошлом, то сейчас их массы еще возросли.
Наконец, обнаружен интересный квартет квазаров. Это четыре активных ядра, погруженных в общую гигантскую газовую оболочку. Мы видим все это в красном смещении z около 2, то есть 10 с лишним млрд лет назад. Скорее всего, такое скопление «редких зверей» обозначает зарождение очень массивной структуры — огромного скопления галактик. Сейчас это скопление уже сформировалось, но мы его никогда не увидим, если вселенная так и продолжит расширяться с ускорением из-за присутствия темной энергии.
Теперь перейдем к самим галактикам. Начнем с обнаружения очень ярких спиральных галактик.
Здесь, как обычно, хочется сделать оговорку, что, строго говоря, называть объекты яркими, подразумевая большую светимость, нельзя, но так уж получилось, что чаще всего именно это слово прыгает на язык, а с него — в уши.
Итак, суперяркие спиральные галактики.
Они довольно редкие, но хорошо заметны, потому что они и просто большие, и излучают очень много из-за высокого темпа звездообразования. Некоторые из них явно демонстрируют следы недавнего слияния: одна крупная галактика поглощает другую. А самые мощные даже являются ярчайшими галактиками скоплений, хотя по традиции таковыми являются гигантские эллиптические галактики. Чуть более 10% обнаруженных суперярких спиралей имеют активное ядро в центре. В будущем после исчерпания основных запасов газа в диске, поддерживающих высокий темп формирования звезд, они должны стать гигантскими линзовидными галактиками.
Перейдем к другому интересному типу галактик. Происхождение одиночных компактных эллиптических галактик до недавнего времени представлялось загадочным. С одной стороны, кажется, что единственная возможность сделать такие системы — это ободрать приливными силами довольно крупную галактику (что и наблюдается в центрах скоплений, где есть компактные эллиптические галактики). Но, с другой стороны, проблема состоит в том, что речь идет об изолированных объектах. Таким образом, непонятно, кто бы мог их ободрать. Новое исследование, в ходе которого было обнаружено и изучено много новых галактик этого типа, показало, что такие объекты были выброшены из групп и скоплений в результате трехчастичного взаимодействия, то есть у всех было кому ободрать. Таким образом, происхождение одиночных компактных эллиптических галактик удалось объяснить.
Прежде чем перейти к космологическим проблемам, обратим свой взор на нашу Галактику и отметим две работы, посвященные распределению межзвездной среды в ней.
В статье было детально исследовано распределение газа в Галактике.
На рисунке красным показан нейтральный (атомарный) водород, а зеленым — молекулярный.
А в другой статье было построено трехмерное распределение пыли. Обе работы крайне важны и востребованы в самых разных разделах астрофизики.
Традиционно, к концу обзора добираемся до самых больших масштабов — до космологии. Здесь, во-первых, выделим главное закрытие (хотя закрывать начали еще в 2014-м), теперь уже официальное. Коллаборации BICEP и Planck совместно обработали свои данные. Конечно, никакого сигнала от первичных гравитационных волн в данных BICEP нет. Весь заявленный сигнал объясняется пылью (это еще раз указывает на важность детального-предетального понимания свойств межзвездной среды). Однако есть надежда, что уже в ближайшие годы удастся получить новые данные с помощью наземных экспериментов.
Команда спутника Planck продолжает обработку данных, и в этом году были представлены новые результаты. Первый большой набор результатов был представлен в феврале. Это не только космологические результаты, но и наблюдения огромного количества источников, данные по свойствам нашей Галактики и так далее.
А в июне коллаборация, используя полные данные по температуре и частично — данные по поляризации, представила подробнейшее исследование анизотропии в реликтовом фоне. Напомним, что карта реликтового излучения в первую очередь является «снимком» Вселенной, когда ей было 330 тыс. лет от роду. Соответственно, на этой карте можно найти очень много информации о свойствах молодой Вселенной. Авторы выясняют, можно ли считать фон гауссовым и изотропным.
Ответ — можно. Это важно и для обработки данных (поскольку гауссовость и изотропия обычно закладываются в качестве нулевой гипотезы), и для теоретиков.
Сами авторы статьи не обсуждают теоретические выводы, они лишь говорят, что нулевая гипотеза об изотропии и гауссовости соответствует данным. Но мы-то понимаем, что наиболее стандартные модели предсказывают именно это!
Все знают, что Вселенная лишь на 5% (по плотности) состоит из обычного вещества (то есть из барионов: протоны, нейтроны). Но увидеть эти барионы очень непросто, так как они не входят в состав звезд. Не входят они и в галактики, и даже скопления галактик. Компьютерное моделирование показывало, что они должны прятаться в волокнах крупномасштабной структуры. И вот с помощью рентгеновских наблюдений авторы смогли впервые разглядеть горячее вещество в волокнах крупномасштабной структуры. Наблюдалось крупное скопление галактик, и видны части волокон вокруг скопления, по которым газ течет внутрь.
Что год грядущий нам готовит
В заключение принято говорить о планах на будущее. От 2016 года мы ждем официального подтверждения регистрации гравитационных волн на детекторах LIGO (а также, возможно, VIRGO). Это волны от слияния двойных компактных объектов: нейтронных звезд и черных дыр. Пока же есть только отрицательные результаты поиска гравитационных волн от пар сверхмассивных черных дыр.
Кроме постройки детекторов на Земле и в космосе, можно пользоваться естественными детекторами. Ими являются радиопульсары. Почти 40 лет назад эту идею предложил Михаил Сажин. Сейчас работает несколько групп радиоастрономов, пытающихся обнаружить гравитационные волны очень большой длины, наблюдая несколько радиопульсаров в разных направлениях. Наблюдатели на австралийском радиотелескопе (Паркс) представили свои данные. Им не удалось обнаружить гравитационные волны от пар сверхмассивных черных дыр. Сейчас это самый жесткий верхний предел на такой сигнал.
Наблюдателям удалось настолько повысить чувствительность, что теперь данные наблюдений противоречат самым оптимистичным моделям.
Это еще не является тревожным сигналом, но уже интересно. Скорее всего, в ближайшие годы радиоастрономы все-таки сумеют увидеть сигнал от вселенского ансамбля двойных сверхмассивных черных дыр.
Хороший свежий обзор по поиску гравитационных волн можно найти в следующей статье. Это будет отличным новогодним чтением, так как в новом году гравволны могут стать одной из главных научных тем.