меню содержание news255 news256 news257
"Интеграл" сумел заинтриговать астрофизиков
|
Нейтронная звезда, состоящая из экзотического вещества.
Изображение с сайта New Scientist
C помощью европейской космической гамма-обсерватории "Интеграл" ( International Gamma-Ray Astro-
physics Laboratory = INTEGRAL), запущенной 17 октября 2002 года с космодрома Байконур посредством
российского ракетоносителя "Протон", астрономам удалось обнаружить самую быстро вращающуюся
нейтронную звезду из всех, известных на настоящий момент. Этот компактный остаток давнего звезд-
ного взрыва (размером порядка десятка километров и массой, сравнимой с массой Солнца) за одну се-
кунду успевает обернуться вокруг своей оси 1122 раза (т.е. частота его вращения составляет 1122 +/-0,3
герц - Гц). Если данное открытие будет подтверждено, то оно окажет самое серьезное влияние на сов-
ременные теории нейтронных звезд.
Объект, исследованный "Интегралом", обладает переменной активностью ( это рентгеновский транзи-
ент - X-ray transient) и в звездных каталогах фигурирует под обозначением XTE J1739-285. 19 октября
1999 года ( в то время, когда протекала одна из его активных фаз ) XTE J1739-285 был выявлен амери-
канским спутником Rossi (Rossi X-Ray Timing Explorer - RXTE ), а в августе 2005 года ( в то время, когда
"Интеграл" приступал к изучению окрестностей центральной выпуклости нашей Галактики - так назы-
ваемого "балджа"), этот источник начал в очередной раз возвращаться к жизни... Приблизительно ме-
сяц спустя "Интеграл" зафиксировал первые короткие рентгеновские импульсы от этого объекта ( с по-
мощью инструмента JEM-X).
Эрик Куулкерс ( Erik Kuulkers) из Научного центра "Интеграла" Европейского космического агентства
( ESA Integral Science Operations Centre - ISOC) в Испании, ведущий программы исследования галакти-
ческого "балджа", по электронной почте связался с Филипом Кааретом ( Philip Kaaret) из американского
Университета Айовы (University of Iowa), а Каарет в свою очередь добился того, чтобы спутник RXTE
провел повторные наблюдения XTE J1739-285 между 31 октября и 16 ноября. Объединенные данные
от двух спутников позволили отследить приблизительно двадцать вспышек в сентябре-ноябре 2005
года.
Всем известные радиопульсары ( нейтронные звезды, излучающие регулярные импульсы в радиодиа-
пазоне) - это как правило одиночные объекты, а вот их родственники - рентгеновские пульсары и бар-
стеры (т.е. вспыхивающие рентгеновские источники, к которым, вероятно, и нужно отнести описывае-
мый объект) - одиночества "не любят". Нейтронная звезда, входящая в состав звездной системы, содер-
жащей еще какую-нибудь "нормальную" звезду, способна вытягивать газ из своей компаньонки ( в тес-
ной двойной системе перетекание вещества с одного компонента к другому происходит в том случае,
если верхние слои более "рыхлой" звезды попадают в так называемую полость Роша и оказываются во
власти более компактного гравитирующего объекта ). Обрушиваясь на поверхность коллапсара, этот
материал там накапливается, и когда толщина подобного слоя достигает 5-10 метров, происходит тер-
моядерный взрыв ( то есть начинается спонтанный синтез гелия из водорода, совсем как в недрах
обычных звезд). Этот катаклизм, длящийся от нескольких секунд до нескольких минут, согласно совре-
менным теориям, приводит к появлению наблюдаемых с Земли рентгеновских вспышек на барстере.
В отличие от барстеров пульсары (как радиопульсары, так и рентгеновские) обладают очень сильными
магнитными полями, которые обеспечивают их стабильную ( а не эпизодическую ) работоспособность
(к тому же партнер нейтронной звезды в барстере значительно мельче и старее). Впрочем, наблюдения
колебаний интенсивности вспышек, как видим, способны отразить скорость вращения и этой "мертвой
звезды". И вот в ходе самого мощного взрыва, наблюдавшегося RXTE 4 ноября, удалось не только полу-
чить верхний предел на разделяющее нас расстояние ( это приблизительно 10,6 килопарсека), но и раз-
личить искомые вариации, почти в два раза перекрывшие по своим характеристикам самые быстрые
нейтронные звезды, которые были известны ученым ранее ( как правило, частоты колебаний не прево-
сходят 270-619 Гц; год назад было объявлено об открытии пульсара PSR J1748-2446ad, скорость враще-
ния которого составила 716 оборотов в секунду, а до этого рекорд удерживал самый первый из милли-
секундных пульсаров PSR B1937+21 с его 642 оборотами в секунду (обнаружен еще в 1982 году) - срав-
ните со скоростью вращения Солнца, которое совершает один полный оборот за 27 суток). В свое вре-
мя анализ такой статистики подвиг некоторых астрономов высказывать предположения, согласно ко-
торым скорость вращения нейтронной звезды имеет свое естественное ограничение - например, в рай-
оне 760 Гц ( слишком быстро вращающие нейтронные звезды должны испускать слишком интенсив-
ные потоки гравитационных волн и таким образом быстро терять накопленную кинетическую энер-
гию). Если же новые данные получат подтверждение, то об этом пределе можно будет забыть или, по
крайней мере, серьезно его отодвинуть ( соответствующая статья будет издана в "Астрофизическом
журнале" ( Astrophysical Journal Letters - ApJ ) 10 марта 2007 года, но уже теперь доступен препринт
на arXiv.org ).
Конечно, все это не означает, что нейтронные звезды могут вращаться с любой скоростью, какая им
заблагорассудится. У скорости вращения есть другой естественный предел: при росте числа оборотов
в секунду даже компактный объект рано или поздно не сможет удерживать вещество на своей поверх-
ности - его попросту разорвет на части центробежной силой. Точное значение предельной скорости
в этом случае зависит от внутреннего строения нейтронной звезды и характеристик экзотического ве-
щества, которые наукой пока еще до конца не изучены ( предположительная граница в случае типич-
ного пульсара лежит в районе трех килогерц).
"Наше возможное открытие 1122-герцового объекта накладывает самые серьезные ограничения на мо-
дели нейтронных звезд. И если мы найдем другие звезды, которые не укладываются в прежний диапа-
зон, то это, конечно, позволит исключить часть моделей, описывающих внутреннюю структуру этих
объектов", - говорит Куулкерс (впрочем, остается еще пока и небольшой шанс на то, что выявленные
колебания оказались случайно наложившимся результатом каких-то внутренних процессов ).
Специалист по нейтронным звездам Джин Суонк (Jean Swank) из американского Центра космических
полетов имени Годдарда (NASA's Goddard Space Flight Center, штат Мэриленд ) согласна с интерпрета-
цией данных, описанной в вышеупомянутой статье, а Фридолин Вебер ( Fridolin Weber) из Универси-
тета Сан-Диего ( San Diego State University, штат Калифорния ) в интервью New Scientist высказал еще
одно необычное предположение, позволяющее в принципе обойти предел для быстровращающихся
нейтронных звезд. Он считает, что данный конкретный объект мог бы состоять из какой-нибудь экзо-
тичной материи, позволившей сформировать еще более компактное тело, обладающее еще большей
силой тяжести вблизи своей поверхности. Такой квазизвездный объект в отличие от "обычной" ней-
тронной звезды будет состоять уже не из нуклонов, а из "более плотных" гиперонов* или бозонов
( плотность "упаковки" такой материи на порядок выше, чем плотность атомного ядра), а то и из квар-
ков (то есть частиц, составляющих нейтроны и протоны). В обычных условиях ( и в обычном вещест-
ве) кварки никогда не встречаются в свободном состоянии, всегда в группах по 2-3 частицы, однако
чудовищная гравитация мертвого коллапсара в принципе может "раздавить" даже "элементарные" час-
тицы ( происходит деконфайнмент - высвобождение кварков ), переведя материю в "странное" состоя-
ние (strange matter). Впрочем, возможность существования кварковых звезд и кваркового вещества до
сих пор остается под вопросом.
* Гипероны - элементарные частицы, по своим характеристикам во многом аналогичные нуклонам
(они также состоят из трех кварков ), но обладающие дополнительным, сохраняемым в сильных взаи-
модействиях квантовым числом - странностью. Возможность присутствия странного гиперонного
вещества в недрах нейтронных звезд предсказали в 1960 году армянские физики Г.С.Саакян и В.А.
Амбарцумян.
grani.ru/Society/Science/p.118446.html
ссылки:
esa.int/esaSC/SEMPADBE8YE_index_0.html
space.newscientist.com/article/dn11221-fastest-spinning-star-may-have-exotic-heart
ru.arxiv.org/abs/astro-ph/0611716
dsc.discovery.com/news/2007/02/21/spinningtop_spa.html?=
msnbc.msn.com/id/17189843/
На Лисичке идут силикатные дожди
|
Астрономам впервые удалось получить ИК-спектры планет, расположенных у других звёзд. Первые же
наблюдения привели к обескураживающим результатам. Для их объяснения теоретикам придётся поло-
мать голову: в спектрах нет даже следов воды. Зато, похоже, облака на изученных планетах состоят из
силикатной пыли.
Инфракрасный телескоп NASA Spitzer впервые смог получить спектры двух экзопланет, названных
HD 209458b и HD 189733b. Обе планеты относятся к классу так называемых "горячих юпитеров". Пла-
нета HD 189733b находится в созвездии Лисички (Vulpecula). Расстояние от нее до Земли составляет
62 световых года, а период ее вращения вокруг звезды составляет 2,2 земных дня. Планета HD 209458b
расположилась в созвездии Пегаса. Она в 153 световых годах от Земли, а период ее обращения состав-
ляет 3,5 земных дня.
Изучение спектров проводилось во время прохождения планет по дискам их звезд. Из известных экзо-
планет, число которых составляет около 200, только 14 частично затмевают свои светила – такие пла-
неты называются транзитными. И только пять из них, в том числе HD 209458b и HD 189733b, пригод-
ны для получения спектров.
К удивлению специалистов из лаборатории реактивного движения NASA ( Пасадена, Калифорния,
США) в спектре обеих планет не обнаружено линий воды.
Впрочем, как считают ученые, вода может просто «прятаться» под слоем укрывающих планеты высо-
ких и плотных облаков.
Кроме того, на HD 209458b спектр показывает наличие силикатной пыли, которая может составлять
основу таких облаков.
Как говорит представитель лаборатории доктор Майкл Вернер: -"У нас пока нет идей, почему Spitzer
получил такие характеристики экзопланет". "Теперь должно завертеться что-то в головах теоретиков",
– добавил доктор Джереми Ричардсон из годдардовского Центра космических полетов NASA – веду-
щий автор вышедшей 22 февраля 2007г статьи в Nature.
Изучение экзопланет сейчас идет полным ходом, превращаясь в одну из самых бурно развивающихся
областей астрономии. В первую очередь это связано с появлением новых внеатмосферных астроно-
мических инструментов.
В самом конце 2006 года с космодрома Байконур стартовала ракета-носитель «Союз-2» с еще одним
подобным инструментом на борту. Она несёт в космос обсерваторию, одной из целей которой станет
поиск похожих на Землю планет.
Космический телескоп COROT ( Convection Rotation and Planetary Transits) разработало и сконструирова-
ло Национальное космическое сообщество Франции совместно с учеными Австрии, Испании, Герма-
нии, Бельгии и Бразилии.
Как рассказал сотрудник проекта COROT Малколм Фридланд, аппарат станет первым орбитальным
прибором, нацеленным на поиски "каменных" планет, схожих по своему строению с Землёй. Вторая
задача телескопа – изучение внутреннего строения звёзд.
Каждые 150 дней COROT должен перенацеливаться на новую область звездного неба и начинать но-
вый цикл исследований. Бортовая аппаратура COROT содержит оптический телескоп, две камеры и
компьютер. Главные параболические зеркала телескопа COROT имеют диаметр 30 см и фокусное рас-
стояние 1,1 м. Они передают изображение на специальную камеру, состоящую из двух частей. Одна
часть камеры направлена на идентификацию планет, а другая часть оптимизирована под обнаружение
трудноуловимых вибраций света, вызываемых акустическими волнами, прошедшими через поверх-
ность звёзд. Эти волны эквивалентны сейсмическим волнам на Земле. Для помощи в увеличении
чувствительности ЕКА разработало экран, который ловит и отсеивает ненужный свет, попадающий
в телескоп.
ссылки:
gazeta.ru/science/2007/02/22_a_1401887
по теме:
grani.ru/Society/Science/p.25783.html
Предполагаемое изображение планеты у звезды HD 189733 из созвездия Лисички
оригинальная статья с сайта spitzer.caltech.edu:
Космический телескоп Спитцер открывает свет далеких миров..
Космический телескоп NASA Спитцер (Spitzer) впервые зафиксировал достаточно света от планет вне
нашей солнечной системы, известных как экзопланеты, чтобы идентифицировать молекулы в их атмо-
сферах. Это достижение поможет обнаруживать возможное наличие жизни на экзопланетах...
Это произошло намного раньше, чем ожидали астрономы. "Это поразительная неожиданность", сказал
ученый проекта Спитцер, доктор Майкл Вернер (Michael Werner) из Лаборатории реактивных движе-
ний NASA (Jet Propulsion Laboratory), Пасадена, штат Калифорния. "Во время проектирования Спитцера,
у нас и мысли не было, что он сделает такой серьезный шаг в изучении экзопланет." Спитцер, косми-
ческий инфракрасный телескоп, получил детальную информацию, называемую спектром, о двух раз-
ных газообразных экзопланетах с именами HD 209458b и HD 189733b. Эти так называемые "горячие
Юпитеры", подобно Юпитеру, состоят из газа, но вращаются намного ближе к своим солнцам.
Данные указывают на то, что эти две планеты суше и облачнее, чем предсказывалось. Теоретики пола-
гали, что эти горячие экзопланеты будут содержать большое количество воды в своей атмосфере, но,
на удивление, вода не была обнаружена вокруг HD 209458b и HD 189733b. По мнению астрономов,
вода, возможно, присутствует на них, но скрыта под плотным покровом высоких безводных облаков.
Эти облака могут быть наполнены пылью. Одна из планет, HD 209458b, продемонстрировала намеки
на существование в ее атмосфере крошечных песчинок, называемых силикатами. Это могло бы значить,
пространство вокруг планеты наполнено высокими, пылевыми облаками, в отличие от всего того, что
наблюдается вокруг планет нашей солнечной системы. " Голова шла кругом у теоретиков, когда они
увидели данные", сказал доктор Джереми Ричардсон ( Jeremy Richardson) из Центра космических поле-
тов Годдарда NASA, Гринбелт, штат Мэриленд.
"Практически невозможно, чтобы вода в форме пара отсутствовала на планете, поэтому она, должно
быть, скрыта под слоем пылевых облаков, которые мы обнаружили в нашем спектре", сказал он.
Ричардсон является ведущим автором журнала Nature, в своей статье он описывает спектр HD 209458b.
Кроме команды Ричардсона, еще две другие группы астрономов использовали Спитцер, чтобы уловить
спектры экзопланет. Команда, возглавляемая доктором Карлом Грилмером ( Carl Grillmair) из Научного
центра Spitzer NASA при калифорнийском институте технологии в Пасадене, штат Калифорния, наблю-
дали за HD 189733b, в то время, как команда под руководством доктора Марка Р. Свейна, из Лаборато-
рии реактивных движений (ЛРД), обратила внимание на ту же планету в рамках исследования Ричард-
сона, и пришла к таким же выводам. Результаты исследований Грилмера будут опубликованы в журна-
ле Astrophysical Journal Letters. Сведения, полученные Свейном, уже поданы в Astrophysical Journal Letters.
Спектр создается, когда инструмент под названием спектрограф расщепляет свет от объекта на разные
по длине волны, подобно тому, как призма превращает солнечный свет в радугу. Итоговая модель све-
та, спектр, раскрывает "отпечатки" химических веществ, составляющих этот объект.
До сегодняшнего дня единственными планетами, по которым спектры были нам доступны, принадле-
жали нашей собственной солнечной системе. Планеты, находящиеся под наблюдением Спитцера, вра-
щаются вокруг звезд, которые находятся так далеко, что они слишком слабы, чтобы увидеть их нево-
оруженным глазом. HD 189733b находится в 370 триллионах миль от Земли в созвездии Vulpecula
(Лисичка ), а HD 209458b в 904 триллионах миль в созвездии Пегас. Это означает, что обе планеты
находятся как минимум в миллион раз дальше от нас, чем Юпитер. В будущем астрономы надеются
получить спектры меньших, скалистых планет вне нашей солнечной системы. Это позволило бы им
вести поиски признаков жизни – молекул, указывающих на ее существование, таких как кислород и
даже возможно хлорофилл.
"С помощью этих новых наблюдений мы проектируем инструменты, которые понадобятся нам однаж-
ды, чтобы найти жизнь вне Земли, если она существует", сказал Свейн. "Это подобно генеральной ре-
петиции".
Спитцер смог выделить спектры из слабого свечения двух планет с помощью приема, известного под
названием "вторичное затемнение". По этому методу – впервые использованному Спитцером в 2005
году, чтобы напрямую обнаружить свет от экзопланеты в первый раз – за так называемой проходящей
планетой ведется наблюдение во время ее вращения за своей звездой, когда она временно исчезает из
нашего Земного поля зрения. Измеряя перепад в инфракрасном свете, который возникает, когда плане-
та исчезает, Спитцер может узнать количество света, исходящего собственно от планеты. Этот прием
будет работать только в инфракрасных волнах, где планета ярче, чем в видимых волнах и четче высту-
пает рядом с ослепительным сиянием своей звезды.
В новых исследованиях, спектрограф Спитцера, который измеряет инфракрасный свет в ряде волн,
тщательно рассмотрел две проходящих планеты во время их вращения вокруг своих звезд. Это позво-
лило астрономам вычесть спектры звезд из спектров планет плюс их звезд, чтобы получить отдельно
спектры планет.
"Когда мы впервые решили делать такие наблюдения, их считали очень рискованными, поскольку
немногие люди думали, что они станут удачными," сказал Грилмер. "Но Спитцер оказался великолеп-
но спроектированным и более, чем справляющимся со своими задачами".
Предшествующие наблюдения за планетой HD 209458b, осуществляемые Космическим телескопом
NASA Хаббл (Hubble), открыли наличие отдельных элементов, таких как натрий, кислород, углерод и
водород, которые находятся в подвижном состоянии в самой верхней части планеты, в зоне выше той,
которую зондировали в исследованиях Спитцера и в зоне, где такие молекулы как вода распались бы.
Для этого Хаббл измерил изменения в свечении от звезды, а не от планеты, во время прохождения
планеты перед звездой. Наблюдения показали меньшее количество натрия, чем предсказывалось, что
вновь подтверждает мысль о том, что планета закрыта высокими облаками.
Астрономы надеются использовать Спитцер для дополнительных исследований проходящих экзопла-
нет – тех, что, с нашей точки зрения, проходят перед своими звездами. Из приблизительно 200 извест-
ных экзопланет, 14 являются проходящими. Как минимум три из них, не считая планет HD 209458b и
HD 189733b, считаются кандидатами на получения спектров. Дальнейшие спектральные исследования
планет HD 209458b и HD 189733b также принесут дополнительную информацию об атмосферах этих
планет. Лаборатория реактивных движений NASA, Пасадена, Калифорния., руководит миссией косми-
ческого телескопа Спитцер для Управления научными космическими программами NASA, Вашингтон.
Научные операции проводятся в Научном центре Спитцер при Калифорнийском институте техноло-
гии, также в Пасадене. Caltech руководит ЛРД для NASA. Инфракрасный спектрограф Спитцера был
построен Корнеллским университетом ( the Cornell University), Итака, штат Нью-Йорк. Его разработкой
руководил доктор Джим Хуок ( Jim Houck) из Корнелла.
astrogorizont.com/?=articles &a=117
ссылки:
spitzer.caltech.edu/Media/releases/ssc2007-04/release.shtml
universetoday.com/2007/02/21/exoplanet-is-hot-and-dry
