Данный ежемесячный обзор является очередной частью серии «Рефератов отдельных статей», выделенных профессором МГУ Сергеем Поповым на основе его личных предпочтений. Является выборкой интересных научных публикаций в области астрономии, астрофизики и физики с сайта препринтов arxiv.org. Публикуется с разрешения Сергея Борисовича и указанием сылок на первоисточники.
Эффект гравитационно-волновой ракеты очень красивый. Суть его в том, что в результате слияния черных дыр получившийся объект может приобрести большую скорость из-за несимметричного испускания гравволн. До настоящего времени не было хороших указаний на то, что эффект работает. И вот, анализируя данные по слиянию GW200129_065458, авторы приходят к выводу, что есть серьезные указания на высокую скорость отдачи — около 1000 км в сек. Точнее, значение составляет 1542+747-1098 км/с.
Красивые видео с визуализацией здесь.
Красивый результат (хотя 3 сигма — это еще недостаточно много).
Если планета находится близко от звезды, то они начинают сильно влиять друг на друга приливным образом. Это приводит к ряду эффектов, в частности — к деформации планеты. Было бы очень здорово это увидеть и измерить, потому что это один из неммногих доступных способов что-то дистанционно узнать о внутренних свойствах планет.
Выявить деформацию можно разными способами. Некоторые из них не совсем прямые и связаны с редким сочетанием параметров. Но есть довольно наглядный простой способ — наблюдение транзитов. Если сравнить, как идеально сферическая и эллипсоидальная (деформированная) планета «наезжает» на диск звезды, то увидим, что транзитные кривые блеска будут разными. Различие небольшое, поэтому его трудно заметить — но оно есть! И вот впервые на уровне лучше 3 сигма это удалось измерить (до этого было одно измерение на уровне около 2 сигма).
Речь идет о планете WASP-103b, которую наблюдали на CHEOPS, а потом на Хаббловском телескопе. В итоге удалось выявить искомый эффект и измерить степень сжатия.
Результат еще предстоит уточнять и проверять (есть некоторые вопросы, например, не удалось измерить уменьшение орбитального периода за счет приливных потерь энергии). Тем не менее, кажется, что результат устоит. Т.е., у нас появился новый способ «зондирования» недр экзопланет.
Одним из способов поиска длинноволновых гравитационных волн является координированное наблюдение большого количества миллисекундных пульсаров, с целью обнаружения коррелированных вариаций времени прихода импульса. Существует три активных проекта с большим объемом накопленных данных (австралийский, американский и европейский), кроме того начинаются наблюдения в Китае и Индии, а также на MeerKAT в ЮАР.
Идея состоит не столько в обнаружении всплесков, сколько в выявлении гравитационно-волнового фона, сформированного многочисленными слияниями сверхмассивных черных дыр. Соответственно, чем дольше идут наблюдения, чем больше пульсаров задействовано, и чем «точнее идут часы» каждого из пульсаров — тем выше чувствительность (пульсары надо специально отбирать — механически увеличивать количество, включая все подряд, крайне неээфективно). На сегодняшний день основные проекты уже перешагнули 10-летний рубеж по длительности наблюдений, а количество пульсаров в отдельном проекте может достигать малых десятков. В 2021 г. стали появляться статьи (от американского проекта NANOGrav, европейского EPTA и австралийского PPTA), в которыx рапортуется о том, что какой-то сигнал виден, но он не похож на ожидаемый фон, и что это такое — непонятно.
Разумеется, можно улучшить чувствительность, если обрабатывать данные всех проектов вместе. Это очень нетривиальная задача. Тем не менее, люди идут по такому пути. Такой совместный проект называется IPTA (International Pulsar Timing Array). В статье представлены результаты на основе второго релиза.
Совместная обработка отстает от индивидуальной обработки каждого проекта. Так NANOGrav представил в 2021 г. результаты за 12.5 лет наблюдений, а в новой статье от EPTA включены данные NANOGrav только за 9 лет (это их предыдущий релиз). Тем не менее, в новой статье EPTA использованы данные уже по 65 пульсарам (в первом релизе было 44). Это больше, чем в любом индивидуальном проекте. Для некоторых пульсаров ряды наблюдений тянутся уже 30 лет.
В общем и целом, совместная обработка подтвердила то, что в 2021м году представили отдельные проекты. Какой-то сигнал есть, но на ожидаемый фон от слияний не похож. Видимо, придется еще ждать. Предыдущие статьи EPTA выходили в 2016м. Так что можно прогнозировать, что в районе 2032-2034 гг. будет что-то существенно превосходящее современные данные. Это нормально, потому что в 2032 eLISA еще не начнет работу. А конкурентами пульсарным сетям являются только космические лазерные интерферометры, среди которых, видимо, именно европейский проект будет первым (а потом уже китайский и, может быть, японский и второй китайский).
Мои ожидания пока, увы, не оправдались. Когда-то я прогнозировал, что во втором релизе EPTA уже будет виден сигнал он гравволнового фона. Посмотрим, что будет со следующим прогнозом 🙂
Авторы провели очень детальный анализ кеплеровских данных для поиска спутников экзопланет. На первом этапе было выделено 70 планет, наиболее подходящих для поиска спутников. Затем, собственно, очень сложной обработкой — искали. Выделен один кандидат: Kepler-1708 b-i. Значимость авторы оценивают в 4.8 сигма. Т.е., нужны дополнительные наблюдения. Нет сомнений, что для этого будут использованы крупные инструменты, в первую очередь — Хаббл.
Разумеется, пара планета-спутник необычная. Планета-то газовый гигант, тут все ясно. А вот спутник. По сути — это тоже планета. Радиус оценивается в 2.6 земных. Т.е., это сверхземля (или мини-Нептун).
Дорога к точной космологии (The Road to Precision Cosmology)
Отличный обзор про то, «откуда космологи это знают». Подробно, но понятно описана история того, как мы пришли в эпоху точной космологии, когда стандартная модель проверена разными независимыми способами на уровне лучше нескольких процентов. Формул в статье почти нет (зато много графиков). Так что почти науч-поп.
Используя данные Gaia, авторы анализируют распределение ассоциаций молодых звезд в окрестностях Солнца (речь идет о расстояниях до 200 пк примерно). Как известно, мы живем в т.н. Местном пузыре — области в межзвездной среде, которая характеризуется пониженной плотностью. Давно уже результаты моделирования показывали, что Пузырь должен возникнуть в результате серии вспышек сверхновых (ранее речь шла примерно о шести за миллион лет). С новыми результатами от Gaia по расстояниям и скоростях звезд авторы могут все делать точнее. Они уточняяют и границы Местного пузыря. В итоге показано, что формирование многих ассоциаций вокруг нас связано с динамическим влиянием расширяющегся Пузыря.
Анимации доступны здесь.
Важный результат.
Двойная звезда, или двойная система, — система из двух гравитационно связанных звёзд, обращающихся по замкнутым орбитам вокруг общего центра масс. Двойные звёзды — весьма распространённые объекты. Примерно половина всех звёзд нашей Галактики принадлежит к двойным системам
Ве-звезды — это источники с эмиссионными линиями, которые связаны с наличием истечения газа. Оно, в свою очередь, возникает из-за быстрого вращение В-звезды. Вопрос: как звезда раскрутилась? Самая популярная идея — за счет переноса масс в двойной системе. Но до сих пор не было прямых доказательств.
Авторы провели специальный поиск раздутых ободранных компонентов у Ве-звезд. И нашли систему с переносом массы! Это HD 15124.
По оценкам авторов 12-55% Ве-звезд имеют ободранные компоненты, в основном очень слабые. Таким образом, подтверждается, что в основном Ве-звезды формируются за счет раскрутки в двойных системах.
В прошлом году активно обсуждали короткий гамма-всплеск, который на самом деле «длинный». Т.е., он все-таки короткий, но он сопровождался сверхновой, т.е., по сути физика там, как у длинных. А тут все наоборот. Длинный, но короткий.
Авторы представляют второй случай — GRB 211227A, — когда наблюдается длинный и относительно близкий всплеск, а сверхновая не видна. Более того, всплеск находится в 20 кпк от центра своей галактики, т.е. маловероятно, что он связан с коллапсом ядра массивной звезды.
Первым таким случаем был GRB 060614. Там даже было подозрение на наблюдение килоновой. GRB 211227A подальше, поэтому неудивительно, что там ничего не видно в оптике и ИК в смысле излучения радиоактивного распада насинтезированных элементов. В общем, — любопытно.
Некоторое время назад был открыт новый тип рентгеновских транзиентов, происхождение которых остается непонятным. Была высказана гипотеза, что некоторые из них могут быть связаны с формированием магнитаров после слияний нейтронных звезд. В статье авторы представляют еще три события такого типа, выявленные в результате поиска в архивных данных Чандра.
Странно, что авторы не обсуждают возможную связь этих источников с быстрыми радиовсплесками. Всплески сейчас открывают и в областях со слабым звездообразованием. Поэтому было предложено, что часть источников объясняется магнитарами, возникшими в результате слияний нейтронных звезд. Теоретически может быть связь между такими транзиентами и быстрыми радиовсплесками.
Любопытная работа. Авторы используют данные с чувствительных гравиметров для поиска околоземных темных компактных объектов по их приливному действию. Чувствительность дотягивается до масс чуть меньше 1014 кг. Более мелкие черные дыры уже можно и по хокинговскому излучению увидеть.
Но мне интересно, неужели по телеметрии множества околоземных спутников (включая те, что предназначены для высокоточных измерений) не получаются пределы лучше?
Часто приходится объяснять, что в современной космологии есть огромный комплекс разнообразных данных, на основе которого и делают выводы. Наблюдают спектры далеких галактик и квазаров, детали в спектрах, связанные с поглощением в облаках газа «по дороге», реликтовое излучение, есть статистика распределения галактик, есть сверхновые, гамма-всплески, гравитационно-волновые всплески, и т.д. и т.п. Кроме того, постоянно появляются новые наблюдательные возможности.В большом обзоре детально рассматривается, как в ближайшем будущем разнообразные методы позволят уточнять космологические параметры, а может — кто знает! — и обнаружить какие-то новые важные детали, пока ускользающие от нас.
Впервые проведен большой хороший обзор спиральных галактик в скоплении в Деве. Всего в выборку вошло 75 галактик. Для 23 были использованы архивные данные, а для 52 — проведены новые наблюдения. Всего было использовано около 2 млн секунд наблюдательного времени.
В статье дано общее описание обзора, а также приведены данные по ультрамощным источникам. Их аж 85 штук. Это отличная достаточно однородная выборка, которая позволит лучше разобраться в физике этой разнородной популяции.
Лекционные заметки по физике аккреции (Lecture notes on accretion disk physics)
Подробный курс по физике аккреции от одного из лучших в мире специалистов, который, к тому же, известен способностью хорошо излагать свой предмет. Рассмотрен очень широкий круг вопросов, касающийся темы аккреции в астрофизике. В основном речь идет о дисках (самых разных), но не только.
Снова про важность комплексного подхода. Система TOI-561 становится одной из самых изученных, потому что есть фотометрия от CHEOPS и TESS и спектры (вариация радиальной скорости звезды) — от HARPS-N. В системе надежно известно 4 планеты. Для всех них удается хорошо измерить массы и размеры. Плюс, заподозрена еще одна планета (по вариации лучевой скорости) — долгопериодическая. Точные одновременные измерения массы и радиуса позволяют с большей надежностью применять модели внутреннего строения планет.
Планеты, близкие к своим звездам, возбуждают в них приливы. Это приводит к уменьшению орбиты поланеты. Пока такое наблюдается только в одном случае — WASP-12. В данной статье новые данные TESS используются для уточнения параметров уменьшения орбиты.
TESS закончил свою основную двухлетнюю программу. Но поскольку аппарат продолжает хорошо работать, то реализуется расширенная программа исследований экзопланет. В рамках этой работы и наблюдали WASP-12.
Авторы провели детальное исследование центральной области близкой (9 Мпк) карликовой галактики Henize 2-10. Показано, что околоядерная область звездообразования связана с биполярным истечением от центральной сверхмассивной черной дыры. Т.о., черные дыры могут стимулировать формирование звездных околоядерных скоплений.
Красивый снимок на Рис. 1 в статье. Прямо видно, как поток от черной дыры соединяет ее с областью звездообразования.
Космологические параметры (2021) (The Cosmological Parameters 2021)
Это апдейт регулярной сводки текущих космологических параметров. Предыдущая выходила в самом конце 2019 г. С тех пор появились некоторые уточнения, хотя и не очень значительные.
Существенно, что в статье не просто дана таблица (она, конечно, тоже есть, совсем небольшая, буквально 10 строк), а приводятся описания параметров и связей между ними. А кроме того, обрисовывается, как параметры определяются. Т.е., скажем, для тех, кто хотя бы прочел пару-тройку хороших науч-поп книжек по космологии, статья послужит неплохим (и понятным) обзором по современному состоянию дел, переводя на несколько более высокий уровень понимания, чем после науч-поп книг. Для тех же, кто хочет «расширить и углубить» свои знания есть ссылки на оригинальные работы (их не слишком много — около полусотни).
Красные гиганты можно изучать разными способами. Обычно — это спектроскопия. И недавно появились две большие выборки красных гигантов, исследованных с помощью LAMOST и APOGEE. Но в данной статьи использован совсем другой подход.
Авторы анализируют данные спутника Кеплер. Астросейсмология, наравне со спектроскопией, позволяет определять ключевые параметры красных гигантов. В статье приводится детальное сравнение результатов использования разных подходов и неопределенности в оценке параметров.
При столь массовом подходе удается определять ключевые параметры (массы, радиусы, возраста) с точностью лучше 10%.
Астросейсмология на просторах диаграммы Герцшпрунга-Рассела (Asteroseismology across the HR diagram)
А теперь про астросейсмологию вообще и в деталях!
Большой обзор по астросейсмологическим наблюдениям звезд всех типов. Благодаря работе Kepler, TESS и других инструментов за последние годы появилось много данных, и астросейсмология стала важнейшим инструментом изучения звезд.
Обзор посвящен в первую очередь результатам наблюдений, но и про методы тоже кратко рассказано.
Проводя на Хаббловском телескопе наблюдения события длинного микролинзирования, авторы обнаружили в дополнение к фотометрическому эффекту и астрометрический. Это первое такое наблюдение и самый надежный результат по идентификации одиночной черной дыры. Масса черной дыры 6-8 масс Солнца. Интересно, что также удалось померить двумерную проекцию скорости. Получилось 45 км в сек, что указывает на небольшой «кик» при рождении (хотя можно и динамические причины придумать).
Само событие фотометрического линзирования наблюдалось в 2011 г., но понадобилось 6 лет наблюдений, чтобы получить астрометрический результат. Наверное, в недалеком будущем Gaia даст много таких данных.
Упоминание интересных для широкой публики статей в разделе physics (включая cross-listing)
Популярный рассказ об истории космологических исследований в период от создания ОТО и до начала 60-х гг.
