2010 год, как и многие предыдущие, оказался богат на астрономические открытия. Мы представляем ставший уже традиционным список Сергея Попова и Максима Борисова самых интересных (на их взгляд) работ в области астрономии. В обзор включены некоторые данные по научным спутникам на орбите и результатам их работы, по исследованиям Солнечной системы, а также по материалам, появившимся в астрофизической части Архива препринтов arXiv.org. В первую очередь, наверное, на слуху открытия новых экзопланет. Однако не только в этой области были получены интересные результаты ...

Спутники на орбите

Рис. 1. Вспышка и выброс на Солнце. Снимок SDO (sdo.gsfc.nasa.gov)

Чем прошедший год не порадовал – так это запусками новых крупных астрофизических приборов, будь то спутники, наземные телескопы или еще какие-то установки. Единственный существенный запуск – это Solar Dynamics Observatory. Американский спутник предназначен для мониторинга нашего светила. Все приборы обсерватории работают штатно, и появилось уже много интересных результатов и красивых картинок [1].

Хотя новых запусков мало, зато на орбите успешно работает множество ранее запущенных аппаратов [2]. Космический телескоп Hubble, Chandra, XMM-Newton, INTEGRAL, Planck [3], Herschel [4] и, конечно же, гамма-обсерватория им. Ферми [5].

Результаты обсерватории им. Ферми

Спутник был запущен летом 2008 г. А вот первый каталог вышел в 2010 г.

В него вошло почти полторы тысячи объектов. Из числа отождествленных наиболее многочисленными являются активные ядра галактик и пульсары.

Рис. 2. Первый каталог Fermi (NASA, Fermi Large Area telescope Collaboration)

Самым нашумевшим результатом Fermi, пожалуй, является обнаружение гигантских «пузырей» в Галактике (arXiv: 1005.5480). Собственно, уже и раньше по рентгеновским (ROSAT) и радио (WMAP) наблюдениям было заподозрено существование больших структур в центральной области Галактики. Объединение карт трех диапазонов (радио, рентген и гамма) показывает два пузыря, которые кажутся выдутыми из центральной части Галактики. Возможно, так оно и было на самом деле. Не ранее чем 10 млн лет назад в центре Галактики произошло нечто выдающееся (или очень мощная вспышка звездообразования, или мощный эпизод аккреции на сверхмассивную черную дыру), что привело к выделению энергии и формированию оттока вещества. Это мы и наблюдаем в виде двух пузырей.

Из прочих результатов выделим, например, обнаружение гамма-вспышек в Крабовидной туманности длительностью в несколько суток (arXiv: 1011.3855). Активность не связана непосредственно с пульсаром, и что вызывает такие всплески, пока не ясно.

Космонавтика

Рис. 3. Dragon сближается с МКС. Фантазия художника. Изображение NASA с сайта www.spacex.com/dragon.php

Говоря о космических запусках, нельзя обойти вниманием тему «частного космоса», которая как раз в этом году получила весьма заметное развитие. Конечно, эта тема имеет отношение прежде всего к продвижению технологий и к высокотехнологичному туристическому бизнесу, однако со временем неизбежно изменит отношение к космическим запускам вообще и отразится на подходах к научным исследованиям в космическом пространстве. Самые громкие запуски – это первый самостоятельный полет туристического космического корабля SpaceShipTwo, отделившегося от самолета-носителя WhiteKnightTwo (он состоялся 10 октября [6]), и беспилотный (пока еще) орбитальный полет туристической капсулы «Дракон» (Dragon) компании SpaceX, запущенной 8 декабря с помощью ракеты Falcon 9. Предполагается, что Dragon в ходе каждой своей миссии сможет доставлять в космос до семи человек. Проект разрабатывается по заказу NASA в рамках программы COTS (Commercial Orbital Transportation Services -Коммерческая орбитальная транспортировка) – доставки грузов и экипажа на Международную космическую станцию с помощью частных компаний. Нельзя не упомянуть и о Х-37В компании Boeing – первом непилотируемом малом (размером в четверть шаттла) многоразовом крылатом космическом аппарате, который наконец-то довели до космического полета [7]. Полеты самих шаттлов пока еще продолжаются, но неизбежно закончатся, возможно, уже в 2011 г. Будем надеяться, что 2011 год, объявленный в нашей стране Годом космонавтики в связи с 50-летием первого полета человека в космос, нас не разочарует...

Исследования Солнечной системы

Уходящий год был знаменателен также повышенным интересом к лунным исследованиям, и в этом смысле он наследовал предшествующему году, когда NASA впервые сообщило об обнаружении воды в виде льда в кратере Кабеус на южном полюсе. В 2010 г. вышли важные работы, посвященные уточнениям полученных результатов. Согласно данным, переданным радаром Mini-SAR, установленным на индийском лунном аппарате «Чандраян-1», запасы воды на Луне можно оценить не менее чем в 600 млн тонн. Всего вода была обнаружена в более чем 40 кратерах, диаметр которых варьируется от 2 до 15 км. Столь интенсивные поиски запасов лунной воды вызваны опять же не столько научными интересами, сколько потребностями грядущих лунных экспедиций. В рамках подготовки к ним NASA старается также привлечь «частников». Проводятся соответствующие конкурсы, например Google Lunar X Prize (премия, которую учредили Фонд X Prize и компания Google [8]). А 1 октября состоялся запуск китайского орбитального лунного зонда «Чанъэ-2», который 27 октября начал фотосъемку участков Луны, пригодных для посадки последующих космических аппаратов.

За пределами лунной орбиты исследования в нынешнем году велись в основном силами старых аппаратов, запущенных еще в предыдущие годы. Но восхищаясь потрясающей выносливостью тех же американских марсоходов, нельзя не признать, что один из них – Spirit, доставленный на Марс в начале января 2004 г., – уже фактически «выбыл из игры». Второй марсоход – Opportunity – продолжает работать [9].

Рис. 4. Отложения на месте гидротермальных источников на Марсе. Изображение с сайта http://mars.jpl.nasa.gov/mro/

Появились новые доказательства того, что на Марсе когда-то существовали условия, подходящие для жизни (вода в жидком виде). Так, американский зонд Mars Reconnaissance Orbiter, делавший снимки с марсианской орбиты, обнаружил древние гидротермальные источники рядом с вулканами [10].

У америанского зонда «Кассини» (Cassini), исследующего систему Сатурна с 2004 г., так же, как и у марсоходов, появлялись некоторые технические проблемы, с которыми он пока что справился, изучив целый ряд спутников, колец [11], открыв кислородную экзосферу на Рее и подтвердив существование криовулканов на Титане. 8 июля в журнале Astrophysical Journal Letters была опубликована статья, в которой объясняется механизм образования «пропеллеров» в кольцах Сатурна [12].

Рис. 5. Кратеризованная поверхность Реи. Фото NASA/JPL/Space Science Institute с сайта http://saturn.jpl.nasa.gov/

На Землю в июне 2010 г. возвратилась спускаемая капсула японского аппарата «Хаябуса», испытавшего изрядные злоключения при попытке сбора грунта с астероида Итокава в 2005 г. До последнего момента было неясно, удалось ли зонду что-то собрать, но вскрывавшие контейнер специалисты теперь уверяют, что обнаружили там несколько частиц астероидного вещества. Таким образом «Хаябуса» стал первым космическим аппаратом, доставившим на Землю образцы грунта астероида. Другая японская миссия, «Акацуки», посвященная полету к Венере, окончилась в конце этого года неудачей.

Зато вполне удачным можно назвать продолжившийся полет американского зонда Deep Impact к очередной комете, 103P/Хартли, которая успела покрасоваться в земных небесах, видимая даже невооруженным взглядом. 4 ноября аппарат в рамках миссии EPOXI сблизился с кометой до расстояния около 700 км [13].

В ушедшем году астрономам впервые удалось обнаружить троянский астероид (2008 LC18) в точке либрации L5 на орбите Нептуна [14]. Соответствующая статья была опубликована в журнале Science от 13 августа.

Рис. 6. Ядро кометы Хартли. Фото NASA/JPL/Caltech/UMD с сайта http://epoxi.umd.edu

«Десятая планета» Солнечной системы – Эрида – потеряла статус самой крупной по размерам карликовой планеты, хотя и сохранила за собой рекорд массы (125% массы Плутона). Новая информация была получена в ночь на 5 ноября, когда Эрида затмила одну далекую звезду. Последняя оценка ее радиуса оказалась меньше радиуса Плутона (1170 км).

Экзопланеты – новые миры

Пожалуй, многие согласятся с тем, что самые интересные результаты года были получены исследователями экзопланет. Эти объекты наблюдают разными методами, в том числе и напрямую [15]. Сейчас их известно более 500, и здесь в прошедшем году были существенные достижения.

Во-первых,было получено прямое изображение планеты у звезды бета Живописца (arXiv: 1006.3314). Расстояние от планеты до звезды всего лишь 10 астрономических единиц, что является рекордом. Кроме этого, бета Живописца – молодая звезда, ей всего лишь около 10 млн лет. Значит, планеты-гиганты успевают сформироваться даже за столь короткий срок.

Рис. 7. Планета у беты Живописца (из статьи arXiv: 1006.3314)

Во-вторых, получено изображение четвертой планеты у звезды HR 8799 (arXiv: 1011.4918). Это самая внутренняя планета из четверки, расстояние до звезды – около 14 а.е. Планетная система похожа на Солнечную, если смотреть только на планеты-гиганты (есть ли у HR 8799 планеты земной группы, мы не знаем).

В-третьих, было получено прямое изображение планеты около молодой звезды, похожей на Солнце (arXiv: 1006.3070).

Системой-рекордсменкой по числу планет теперь является HD 10180. Там обнаружено семь блуждающих светил (arXiv: 1011.4994). Пять из них по массе похожи на Нептун, одна – полегче, а другая –потяжелее. Но система уже совсем не похожа на нашу: планеты расположены довольно близко от звезды. Вся семерка находится ближе к звезде, чем Юпитер к Солнцу.

Рис. 8. Планетная система звезды HR 8799 в сравнении с солнечной (из статьи arXiv: 1011.4918)

Еще одним рекордом стало обнаружение планеты WASP-19b (arXiv: 1001.0403). Это транзитная планета с самым коротким орбитальным периодом. Оборот вокруг звезды она делает всего лишь за 18 часов с минутами. Сама планета является гигантом. Всего же число транзитных планет перевалило за сотню!

Наконец, главное открытие года в области экзопланетной астрономии связано с системой Gliese 581 [16]. У этого красного карлика с массой около 0,3 солнечных обнаружено 6 планет (arXiv: 1009.5733). Одна из них – Gliese 581g – имеет массу около трех земных и расположена в так называемой «обитаемой зоне», на расстоянии 0,15 а.е. от звезды. Отметим, правда, что есть сомнения в существовании Gliese 581g. Будем надеяться, что в 2011 г. открытие будет подтверждено, а не «закрыто».

Звезды и сверхновые

Рис. 9. Планеты звезды HR 8799 (из статьи arXiv: 1011.4918)

В апреле был опубликован препринт (arXiv: 1004.0317), в котором авторы рапортуют об обнаружении интересного бурого карлика. Он очень холодный (250С) и очень близкий (4 парсека). Это самый близкий одиночный бурый карлик. Возможно, для столь холодных объектов потребуется вводить еще один пункт классификации.

Еще один рекордсмен – двойная система HM Рака. В 2010 г. удалось показать (arXiv: 1003.0658), что она в самом деле имеет орбитальный период 321 секунду. Задумайтесь. Чуть более 5 минут. Пока вы читаете эту статью, два белых карлика с массами около 0,27 и 0,55 солнечных успели «протанцевать» вокруг общего центра масс со скоростью около миллиона километров в час. Для того, чтобы четко продемонстрировать, что наблюдаемый период именно орбитальный, понадобилось проводить глубокие спектральные исследования на телескопе им. Кека – одном из самых мощных инструментов.

Рис. 10. Видно, что красный сверхгигант, присутствующий на левом снимке, после вспышки сверхновой (центральный снимок) исчез (правый снимок). Из статьи 1011.5494

Наверное, многие помнят удивление, вызванное тем, что в 1987 г. в Большом Магеллановом облаке наблюдали вспышку сверхновой, связанную со взрывом голубой звезды. Теория предсказывала, что взрываться должны красные сверхгиганты. И они таки взрываются! Опубликован красивый результат (arXiv: 1011.5494). В 2008 г. в близкой галактике NGC 7793 наблюдалась сверхновая типа II-P. Сравнение новых наблюдений и архивных данных четко показывает, что взорвался красный сверхгигант. Была звезда – и нет звезды. Масса сверхгиганта составляла 8-9 солнечных.

Нейтронные звезды

Продолжают радовать нейтронные звезды. «Зоопарк» этих объектов становится всё разнообразнее, что ставит новые вопросы перед теоретиками.

Два сюрприза подкинули магнитары. Многие привыкли к утверждению о том, что магнитары – самые сильные магниты во Вселенной. Из-за своих больших дипольных полей они быстро тормозят свое вращение. Но вот открыт объект – SGR0418+5729, у которого, по всей видимости, сейчас нет сильного дипольного магнитного поля (arXiv: 1010.2781). Источник был обнаружен по данным Fermi еще в 2009 г. Период вращения нейтронной звезды – около 9 секунд. А вот обнаружить его увеличение до сих пор не удается. Это говорит о том, что дипольная компонента поля, с которой обычно связывают замедление вращения одиночных нейтронных звезд, как минимум меньше 7,5×1012 Гс. У магнитаров поля в десятки раз мощнее.

Второй сюрприз – это спокойный магнитар. В ходе наблюдений по поиску радиопульсаров на новой системе телескопов в Австралии был обнаружен объект с периодом чуть более 4 секунд (arXiv: 1007.1052). И вот он как раз очень быстро тормозится, что говорит о поле порядка 3×1014 Гс. Это типично для магнитаров, но объект виден как обычный радиопульсар (ну, может, не совсем обычной, а с легкими «причудами», тем не менее...). Таким образом, объяснить всю совокупность типов молодых нейтронных звезд становится всё труднее, так как границы между типами выглядят всё более зыбкими.

Определение магнитных полей по замедлению – не очень точный метод. Самое лучшее – это искать циклотронные линии. Но пока это получается в основном в случае рентгеновских пульсаров в двойных системах и лишь в узком диапазоне полей. Недавно тут был поставлен любопытный рекорд. Группа итальянских астрофизиков заявила, что у нового рентгеновского пульсара, открытого японским детектором MAXI на борту МКС и обнаруженного в архивных данных спутника BeppoSAX, зарегистрировано сразу пять линий: основная циклотронная и ее гармоники.

Самые главные открытия года в области изучения нейтронных звезд, по всей видимости, связаны с измерениями масс этих объектов. Напомним, что очень важно искать максимально массивные нейтронные звезды, так как это позволяет получить важные сведения о поведении вещества при сверхвысокой плотности. В 2010 г. появилось несколько статей, в которых авторы заявляют об обнаружении массивных нейтронных звезд. Но во всех случаях очень велики неопределенности. Во всех, кроме одного. В одной из двойных систем, где компаньоном нейтронной звезды является белый карлик, удалось определить массу компактного объекта с достаточно высокой точностью: 1,970,04 массы Солнца (arXiv: 1010.5788).

Галактики: активные и не очень

Среди галактик наибольшее внимание привлекла к себе Туманность Андромеды. Во-первых, там открыли метанольный мазер (arXiv: 1010.4818). Это важно, так как позволяет очень точно измерить расстояние до галактики. Во-вторых, по данным рентгеновских наблюдений, у сверхмассивной черной дыры в центре нашей соседки обнаружили вспышки.

Кроме этого, пара интересных результатов была связана с квазарами. Около галактики IC 2497 было обнаружено непонятное светящееся облако газа (arXiv: 1011.0427). Наиболее логичное объяснение его свойств выглядит так. Сейчас мы знаем, что галактика IC 2497 не активна. Однако менее 70 тыс. лет назад ситуация была иной. В этой галактике светил квазар. Именно он своим излучением «накачал» облако. И сейчас мы видим «переработанное» излучение. Если это и в самом деле так, то мы имеем дело с самым близким квазаром.

Рис. 11. сливаются галактики сливаются квазары. Большое изображение сливающиеся галактики в оптике. Врезка пара квазаров в рентгеновском диапазоне (из статьи arXiv: 1001.1783)

Другой квазарный результат: удалось показать, что пара квазаров не только является физически связанной. Они находятся в двух сливающихся галактиках (arXiv: 1001.1783). В проекции квазары разделяет лишь 21 килопарсек, а находятся они на красном смещении 0,44.

Главный же результат связан не с квазарами или другими активными ядрами, а с обычной галактикой. Зато очень далекой. Новый рекорд красного смещения составляет 8,6. Это очень далеко. В стандартной модели мы видим галактику такой, какой она была спустя менее чем 600 млн лет после начала расширения Вселенной. И именно это очень важно, так как данный момент соответствует эпохе реионизации. То есть открыт первый стационарный объект, видимый в эту загадочную эпоху.

Когда вещество в расширяющейся Вселенной достаточно остыло, произошла рекомбинация: из ионизованного газ стал в основном нейтральным. Это соответствует z~1000. Потом, где-то на z~10-20, стали появляться первые звезды и квазары. Они начали своим излучением снова ионизовывать вещество. Это и есть эпоха реионизации. Пока мы знаем о ней очень мало. Открытие галактик на z более 8 должно тут сильно помочь.

Космология

В космологии не было получено отдельных ярких результатов. Однако продолжаются наблюдения на новых инструментах. В космосе это Planck, а на земле – Atacama cosmology telescope и South Pole Telescope. Для двух последних основной задачей является наблюдение скоплений галактик, что позволит за счет эффекта Сюняева-Зельдовича уточнить параметры космологической модели. В этой области ждем новых результатов в новом году. Кроме того, были обнародованы данные семи лет наблюдений на спутнике WMAP, так что эпоха точной космологии продолжается и точность растет.

"Литература"

1. http://trv-science.ru/2010/02/16/dolgozhdannyj-zapusk-smenshhika-soho/, http://trv-science.ru/2010/05/11/xabbl-dlya-solnca/

2. http://trv-science.ru/2009/07/21/plank-i-gershel-v-tochke-lagranzha/

3. http://trv-science.ru/2010/09/28/novoe-sverxskoplenie-galaktik-po-dannym-planka/

4. http://trv-science.ru/2010/10/26/kosmicheskij-teleskop-gershel-drugoe-zrenie/

5. http://trv-science.ru/2009/10/13/otkrytye-dannye-otkryvaemyj-mir-2/

6. http://trv-science.ru/2010/10/26/gonka-za-kosmos-za-platnyj-kosmos/

7. http://trv-science.ru/2010/12/21/vse-puti-vedut-na-orbitu/

8. http://trv-science.ru/2010/07/20/na-lunu-s-chastnikom/

9. http://trv-science.ru/2010/08/17/marsoxod-dolgozhitel-derzhit-put-k-ogromnomu-krateru/

10. http://trv-science.ru/2010/11/09/poslednij-ostrovok-zhizni-na-marse/

11. http://trv-science.ru/2010/03/02/kassini-sfotografiroval-spryatavshiesya-za-kolcami-sputniki-saturna/

12. http://dx.doi.org/10.1088/2041-8205/718/2/L92

13. http://trv-science.ru/2010/11/09/hartley2/

14. http://trv-science.ru/2010/08/17/pervyj-neptunovyj-troyanec-v-l5/

15. http://trv-science.ru/2010/03/16/ekzoplanety-sovremennye-fakty/

16. http://trv-science.ru/2009/04/28/otkryta-planeta-v-19-zemnoj-massy/

Статья была опубликована в газете "Троицкий вариант - Наука" (N70 18 января 2011 г.)
http://trv-science.ru/2011/01/18/kak-rasshiryalas-vselennaya-v-2010-godu/