Что нового во Вселенной

За менее чем две недели с конца ноября вышли две публикации важнейших астрофизических данных.

Каталог гравитационно-волновых событий

Первая, от 30 ноября 2018 года, — препринт за авторством двух коллабораций — LIGO (США) и VIRGO (Италия) [1]. В статье дан каталог гравитационно-волновых событий, зарегистрированных в двух рабочих сеансах LIGO с 12 сентября 2015 года по 19 января 2016 года и с 30 ноября 2016 года по 25 августа 2017 года. С 1 августа 2017 года к регистрации гравитационных волн подключилась установка VIRGO.

В каталоге представлены 11 гравитационно-волновых событий, информация о четырех из них опубликована впервые. Десять из них — слияние двух черных дыр, одно — слияние двух нейтронных звезд. Три события, включая слияние нейтронных звезд (которое имеет максимальное отношение сигнал/шум среди всех событий), зарегистрированы всеми тремя существующими детекторами — двумя, входящими в состав LIGO, и VIRGO. Август 2017-го оказался самым плодотворным месяцем: зафиксировано 5 событий, включая слияние нейтронных звезд.

На рис. 1 изображены все 11 событий в координатах масс слившихся объектов. Ошибки всё еще довольно велики, но уже бросается в глаза огромная масса некоторых черных дыр: 30–50 масс Солнца. Породившие их звезды должны быть огромными, скорее всего звездами так называемой популяции III — самых первых звезд, сконденсировавшихся из первичного материала Вселенной — водорода и гелия.

Более поздние звезды обогащены тяжелыми элементами, из-за чего у них ниже теплопроводность и ниже верхний предел на массу, при которой звезда устойчива. Обилие тяжелых экземпляров также намекает на то, что в образовании двойных черных дыр участвуют шаровые скопления. Именно они дают механизм отбора самых тяжелых объектов для «спаривания»: тяжелые объекты «тонут» к центру скопления за счет динамики гравитационного взаимодействия многих тел.

Протопланетные диски

Вторая интересная публикация, о которой хотелось бы кратко рассказать, — это пресс-релиз NRAO (Национальной радиоастрономической обсерватории США) с подборкой 20 снимков протопланетных дисков, сделанных массивом субмиллиметровых телескопов ALMA [2].

ALMA — европейско-американский проект стоимостью 1,5 млрд долл. США. Инструмент расположен в Чили в пустыне Атакама на высоте 5 тыс. м. Представляет из себя 66 параболических антенн диаметром 12 и 7 м. Антенны могут перемещаться с одного постамента на другой на расстояние до 16 км. Благодаря этому можно подбирать разные соотношения между разрешением и полем зрения. ALMA — цифровой интерферометр. Данные со всех антенн обрабатываются массивом процессоров (коррелятором) производительностью 17 петафлоп/с (1,7 x 10¹⁶ операций).

Зрение ALMA лежит в диапазоне 0,3–10 мм. Это соответствует температурам 1–50 К. Именно в этом интервале (около 30 К) излучает пыль далеких областей протопланетных дисков. Наблюдение в субмиллиметровом диапазоне удобно тем, что звезда не затмевает свечение диска. Яркость поверхности звезды в миллиметровом диапазоне всего в сотни-тысячи раз выше поверхностной яркости пыли (если диск оптически толстый). Зато площадь поверхности диска больше на 7–8 порядков величины, поэтому звезду не надо ничем загораживать.

Ранее самым знаменитым протопланетным диском, снятым ALMA, был HL Тельца. Трудно поверить, что это не результат численного моделирования, а реальный объект! Это очень молодая система — звезда образовалась всего 100 тыс. лет назад. И уже прекрасно видны кольцевые щели от готовых протопланет.

Их можно насчитать 9 штук. Размер диска в два с лишним раза ­больше ­диаметра орбиты Нептуна. То есть темные кольца — скорее всего, орбиты планет-гигантов, удаленных от звезды на десятки астрономических единиц. Самый маленький темный круг по размеру близок к орбите Сатурна.

И вот общественности представлены сразу 20 протопланетных дисков (рис. 3). Типичное расстояние до них — 400–500 световых лет.

Четвертая в первом ряду и первая в четвертом — двойные системы, где у каждой звезды свой протопланетный диск. На рис. 4 первый ряд дан в более высоком разрешении, с именами объектов.

Теория образования планетных систем еще далека до завершения. Возможны разные интерпретации этих светлых и темных колец, но щели от планет — самая на сей день правдоподобная.

Борис Штерн, 
докт. физ.-мат. наук, вед. науч. сотр. Института ядерных исследований РАН

1. GWTC-1: A Gravitational-Wave Transient Catalog of Compact Binary Mergers Observed by LIGO and Virgo during the First and Second Observing Runs // Submitted on 30 Nov 2018. arXiv: 1811.12907v1
2. The Epoch of Planet Formation, Times Twenty. ALMA Campaign Provides Unprecedented Views of the Birth of Planets.