меню содержание news398 news399 news400
Предложен новый критерий поиска планетных систем
|
Исследователи из Испании, Португалии, Швейцарии и Италии доказали, что концентрация лития в
атмосфере звезды прямо связана с тем, образует она планетную систему или нет.
Начальная стадия формирования планетной системы:
молодая звезда и протопланетный диск вокруг неё
( иллюстрация ESO / L. Calcada ).
Запасы лития, бериллия и бора в веществе звезд практически не пополняются на протяжении всего
цикла их развития. Считается, что литий был синтезирован вскоре после Большого взрыва, и его кон-
центрация для большинства звезд устанавливается на одном уровне: он сохраняется во внешней атмо-
сфере светила, изолированной от раскаленной поверхности. Эта теория, однако, не дает объяснения
тому факту, что содержание лития в атмосфере Солнца, которое было измерено несколько десятилетий
назад, сократилось в 140 раз по сравнению с начальными значениями, рассчитанными для молодой
звезды.
Авторы изучили данные по 500 звездам, 70 из которых поддерживают существование планетных
систем. Бoльшая часть объектов наблюдалась с помощью спектрографа HARPS, установленного на
3,6-метровом телескопе в чилийской обсерватории Ла-Силла.
Около четверти всех исследованных объектов относились к звездам солнечного типа, и вокруг 30 из
них обращались экзопланеты. Концентрация лития в атмосфере 26 из этих 30 звезд оказалась чрезвы-
чайно низкой; рассмотрев информацию по всей выборке, авторы пришли к выводу, что уменьшение
содержания лития нельзя связать с какими-либо другими характеристиками звезд ( к примеру, возрас-
том ).
По мнению ученых, указанное свойство звезд вполне можно использовать для поиска новых планет-
ных систем. Назвать точную причину падения содержания лития исследователи, впрочем, не берутся;
есть предположение, что это связано с замедлением вращения звезд, окруженных экзопланетами,
вокруг своей оси. В таком случае вещества в атмосфере должны смешиваться более активно, литий
будет приближаться к поверхности звезды и «сгорать» там.
Если новые результаты подтвердятся, то данное наблюдение позволит ученым искать экзопланеты
вокруг удаленных звезд более эффективно. Дело в том, что большинство современных методов опира-
ется на знание параметров светимости или траектории движения звезды. Для получения этих данных
требуются длительные наблюдения ( например, этим занимается телескоп "Кеплер"), а состав звезды
астрономы могут выяснить достаточно легко.
Не все коллеги согласны с выводами ученых. Многие исследователи отмечают, что отсутствие лития
может быть обусловлено возрастом звезды, поэтому до окончательного подтверждения исходной ги-
потезы ученых еще достаточно далеко.
Полная версии отчета опубликована в журнале Nature; препринт статьи (.pdf ) можно скачать с сайта
Европейской организации астрономических исследований в Южной полусфере.
Подготовлено по материалам Европейской организации астрономических исследований в Южной
полусфере ( ESO ).
ccылки:
science.compulenta.ru/476734
nature.com/news/2009/091111/full/news.2009.1078.
lenta.ru/news/2009/11/12/lithium
Первые звезды, появившиеся в нашей Вселенной, могли принципиально отличаться от тех звезд, которые мы
наблюдаем сейчас. Речь идет о так называемых "темных звездах" (dark stars), концепция которых была предло-
жена в 2007 году группой американских астрофизиков, опубликовавших соответствующую статью в авторитет-
ном журнале Physical Review Letters (PRL). По своим размерам такие звезды могут в миллионы раз превосходить
наше собственное Солнце, при этом "топливом" для них служит не энергия термоядерного синтеза, а анниги-
лирующие внутри них частицы темного вещества.
Безусловно, такие объекты, если они сохранились до наших дней, должны содержать важнейшие ключи к по-
ниманию многих особенностей ранней Вселенной. Во времена своей молодости темные звезды излучали свет
видимого диапазона (так же, как и наше светило), однако излучение темных звезд, доживших до нашего време-
ни, должно сместиться в инфракрасную часть спектра - таким образом они перестают быть видимыми нево-
оруженным взглядом.
В течение последних двух лет группа исследователей, выдвинувшая первоначальную идею, занималась даль-
нейшей проработкой своей теории и смогла, в частности, связать эти необычные звезды не только с судьбой
темного вещества во Вселенной, но и с черными дырами и другими экстремальными астрофизическими объ-
ектами.
Группа ученых - Кэтрин Фриз (Katherine Freese) из Университета штата Мичиган (University of Michigan), Паоло
Гондоло (Paolo Gondolo) из Университета штата Юта (University of Utah) в Солт-Лейк-Сити, Питер Боденхеймер
(Peter Bodenheimer) из Калифорнийского университета в Санта-Крузе (University of California, Santa Cruz) и Дуглас
Спольяр (Douglas Spolyar), в настоящее время работающий в Fermilab, - опубликовала свои результаты в послед-
нем номере "Нового физического журнала" (New Journal of Physics 11 (2009) 105014).
Так художник представляет себе "темную звезду", видимую лишь в инфракрасном диапазоне.
Иллюстрация University of Utah
Согласно их концепции, темная звезда представляет собой принципиально новый ( хотя на самом деле самый
старый) этап звездной эволюции - это первый этап, имевший место лишь в рамках первых 200 миллионов лет
после Большого взрыва. В те времена плотность темного вещества во Вселенной была значительно выше, чем
сейчас, и первые звезды, согласно моделям, зарождались именно в скоплениях таких темных гало, служивших,
таким образом, "затравкой" для всех будущих галактик. В этом было их серьезное отличие от нынешних звезд,
которые рождаются по всей галактике - там, где есть скопления холодного газа. Согласно теории, первые
звезды росли за счет аккреции окружающей материи, собираемой мощной гравитацией темного вещества в их
сердцевине.
Внутри этих звезд находились скопления слабо взаимодействующих массивных частиц (WIMPs), которые ны-
не считаются основным кандидатом на роль темного вещества. Нужно отметить, что все это может быть реаль-
ным лишь в рамках наиболее популярной среди физиков теории, согласно которой Вселенная заполнена "хо-
лодным темным веществом" ("cold dark matter"), то есть медленно двигающимися частицами ( в отличие от "го-
рячего" варианта с быстро движущимися частицами). Как и в случае обычной ( барионной) материи, WIMPs-
-частицы могут иметь собственные античастицы, взаимная аннигиляция между которыми приводит к рожде-
нию световых квантов и разогреву звезды. Если плотность темного вещества оказывается достаточно высокой,
то этот нагрев будет доминировать над всеми другими возможными механизмами разогрева, такими, напри-
мер, как термоядерный синтез. По сравнению с последним, аннигиляция WIMPs представляет собой гораздо
более эффективный источник питания, и по сравнению со сгорающим "в ядерной топке" водородом, для све-
чения звезды потребуется гораздо меньшее количество темного вещества.
"Концепция темных звезд - это естественное следствие теории WIMPs... однако нам потребовалось некоторое
время для того, чтобы все это сошлось воедино, - пояснила Фриз. - Когда мы в 2007 году выдвинули гипотезу
о существовании подобных объектов, мы еще не осознавали, что они действительно должны представлять со-
бой аналог звезд - в том смысле, что обладают стабильностью с точки зрения гидростатики и излучают свет
оптического диапазона. Теперь, когда мы это поняли, мы стали лучше понимать, как они выглядели: это ги-
гантские "раздувшиеся" звездоподобные объекты, которые, например, при массе порядка солнечной имели ра-
диус, сопоставимый с радиусом земной орбиты. При этом они могли также без проблем вырастать и до тысяч
или даже миллионов солнц!"
Темные звезды способны расти неограниченно, пока им хватает аккрецирующего темного вещества из окрест-
ностей. Их "рыхлость" позволяет избежать катастрофического коллапса, грозящего превращением в черную
дыру. Впрочем, со временем большинство темных звезд, вероятно, все же покидало свои места в центрах гало
из темного вещества. Тогда приток "топлива", состоящего из WIMPs, прекращался, и такая звезда обязана была
сжаться (коллапсировать) и либо зажечь в себе реакции ядерного синтеза и "лечь" на главную последователь-
ность на диаграмме Герцшпрунга-Рессела, занимаемую обычными звездами, либо ( в случае катастрофически
большой массы) - превратиться в черную дыру (диаграмма Герцшпрунга-Рессела представляет собой графичес-
кое отображение зависимости абсолютной звездной величины от спектрального класса звезд). Ученые подсчи-
тали, что темные звезды в изначальной своей ипостаси могли просуществовать не менее миллиона лет, ну а
затем, уже в качестве более привычного для нас объекта, жили ещё миллиарды лет и могли при этом сохра-
ниться до нашего времени.
Ученые предсказывают, что возможность обнаруживать темные звезды должна появиться вместе с появлени-
ем новых поколений телескопов. Кроме того, с помощью нейтринных телескопов можно попытаться уловить
от них потоки нейтрино. Дело в том, что в отличие от обычной звезды главной последовательности, темные
звезды, которые исчерпали запасы своего темного вещества и начали использовать энергию ядерного синтеза,
должны выглядеть гораздо холоднее и "толще". И хотя все темные звезды достаточно большой массы обрече-
ны в конечном счете превратиться в черные дыры, их конец все же будет иметь принципиальные отличия от
"традиционных" первых звезд ( без темного вещества ), взрывающихся напоследок в виде сверхновых.
Как известно, сверхновые после вспышки наполняют окружающее пространство тяжелыми химическими эле-
ментами, поэтому по относительной распространенности тех или иных элементов во Вселенной ( которую
можно оценить с весьма высокой точностью) можно в принципе понять, какой из сценариев "начала времен"
был реализован на самом деле. Ответ на этот вопрос мы должны узнать в течение ближайших пяти лет.
Еще одно интересное следствие новой теории заключается в том, что темные звезды могут выдать нам неко-
торые свойства темного вещества, например, его состав. Поскольку продукты аннигиляции различных частиц
темной материи будут разными, то процентный состав вещества Вселенной вполне может раскрыть информа-
цию о массе исходных частиц, механизмах их самоуничтожения и т.д.
Фриз также надеется на то, что темные звезды помогут узнать нам тайну происхождения сверхмассивных
черных дыр, которая до сих пор еще не раскрыта. "До сих пор мы строили модели темных звезд, масса кото-
рых не превышала тысячу солнц, - говорит она. - Однако если темное вещество при этом продолжает накап-
ливаться (захваченное из окружающего пространства), то такие объекты могут в конечном итоге вырасти еще
больше, возможно, даже в миллион раз превысить массу Солнца. Изучение этого вопроса - ближайшая цель
нашей исследовательской деятельности". Идея таких сверхмассивных объектов впервые была предложена в
1960-х гг. Уильямом Фаулером и Фредом Хойлом (W.A. Fowler, F. Hoyle), однако никто тогда не знал, как же
они могут появиться на свет. Если новая теория верна, то будущие исследования помогут описать процесс
рождения во Вселенной сверхмассивных черных дыр, появившихся на заре Вселенной в центрах будущих
галактик ( ведь есть примеры черных дыр массой в миллиарды солнц ).
Не все астрономы с энтузиазмом воспринимают новую концепцию. Так, известный ученый Абрахам Лёб
(Abraham Loeb) из Гарвард-Смитсонианского астрофизического центра ( Harvard-Smithsonian Center for Astro-
physics - CfA, Кембридж, штат Массачусетс ) считает, что идея темных звезд опирается на весьма сомнитель-
ные предположения, и реальное темное вещество совсем не обязательно будет концентрироваться в доста-
точных количествах ( даже в пределах сверхгигантских звезд ) для того, чтобы произвести предложенные
эффекты.
ссылки:
grani.ru/Society/Science/p.161844.html
physorg.com/news176457990.html
arxiv.org/abs/0903.3070
по теме:
sciencenow.sciencemag.org/cgi/content/full/2007/1204/1
unews.utah.edu/p/?r=112707-2
sltrib.com/news/ci_7630080
membrana.ru/lenta/?7992
arxiv.org/abs/0709.2369
phys.web.ru/db/msg.html?mid=1160323&page2.
