Журнал «Вокруг Света» №12 за 2007 год - Вокруг Света

Звездный мартиролог

Таким «неопознанным объектом» может, например, оказаться вспышка сверхновой — колоссальный взрыв, отмечающий гибель массивной звезды. На десятки дней она сравнивается по светимости с галактикой, содержащей сотни миллиардов обычных звезд. Так что, если рядом с туманным пятнышком далекой галактики появилась неподвижная светлая точка, которой тут раньше не было, скорее всего, это сверхновая.

Но окончательное решение может принять только человек. Телескоп МАСТЕР после хорошей ночи наблюдений выдает около сотни кандидатов в сверхновые (первое время, пока параметры поиска еще не были толком отрегулированы, их бывало больше тысячи). Утром сотрудники ГАИШ, а иногда и студенты проверяют список, сравнивая «подозрительные» снимки галактик с их изображениями из классических обзоров неба — Паломарского и Слоуновского, а также с прошлыми снимками самого МАСТЕРа. Абсолютное большинство кандидатов при этом отпадает. В августе, когда студенты на каникулах, а сотрудники в отпусках, бывает, что проверка затягивается — некому открыть сверхновую! А между тем конкуренты не дремлют. Бюро астрономических телеграмм постоянно публикует информацию об открытых сверхновых. Обидно, когда в списке непроверенных еще кандидатов загорается пометка: эта сверхновая уже открыта кем-то другим.

В крупной галактике вроде нашей или туманности Андромеды сверхновые вспыхивают примерно раз в сотню лет. Чтобы добиться успеха, надо внимательно следить за тысячами галактик. В XX веке сверхновые искали «вручную». Сначала они вообще были побочным результатом других наблюдений — свежие снимки галактик на всякий случай сравнивали со старыми и иногда находили сверхновые. Темп открытий составлял всего десяток-другой вспышек в год, но уже это позволило заметно уточнить теорию эволюции звезд. Потом сверхновые стали искать целенаправленно. Подключились к работе и астрономы-любители. В первой половине 1990-х американский астрофизик Карл Пеннипакер (Carl Pennypacker) даже организовал образовательный проект Hands-on Universe («Ручная Вселенная») с целью привлечь школьников к поиску сверхновых на многочисленных снимках галактик с разных телескопов, и в 1994 году была открыта первая «школьная сверхновая». Общими усилиями поток зарегистрированных звездных некрологов вырос до нескольких десятков в год, а в 1997 году перевалил за сотню.

В 1998 году группа под руководством Сола Перлмуттера (Saul Perlmutter) из Калифорнийского университета в Беркли, в которую входил и Пеннипакер, на основе наблюдений далеких сверхновых показала, что наша Вселенная в последние несколько миллиардов лет расширяется не с замедлением, как следовало из общепринятых космологических теорий, а ускоренно. Причина этого ускорения получила название «темной энергии», но ее природа пока остается непонятной. Ясно только, что для уточнения ее параметров нужно собрать как можно больше данных по далеким, а значит, слабым сверхновым.

И вот, на рубеже веков за дело взялись роботы. В проекте KAIT, стартовавшем в 1998 году, телескоп с зеркалом 76 сантиметров методично, по программе «ходит» по известным ярким галактикам. Статистика открытий: одна сверхновая на 7 000 наблюдавшихся галактик. В 2002 году KAIT вышел на крейсерскую скорость — 80—90 сверхновых в год. Но такой метод поиска приводит к искажению статистики: сверхновые ищут «под фонарем» — там, где шансы найти выше. Небольшие или далекие и потому малозаметные галактики, которых гораздо больше, чем крупных, оставались без внимания. А для космологических задач важно, чтобы данные были однородными. В идеале надо обнаруживать все доступные наблюдению вспышки, которых ежегодно происходит несколько тысяч.

Шаг в этом направлении был сделан в проекте «Фабрика близких сверхновых» (Nearby Supernova Factory). Здесь решили не строить специальный робот-телескоп, а просто по-своему обработать данные, идущие с уже имеющихся широкоугольных камер NASA, которые действуют по программе поиска астероидов, сближающихся с Землей. (Кстати, во многом благодаря этой программе число открытых астероидов уже перевалило за 160 тысяч.) Каждую ночь камеры поставляют для анализа 50 гигабайт данных и, надо сказать, не зря. В 2005 году было открыто 15 сверхновых, в 2006-м — 67, а в этом году уже к сентябрю «Фабрика» выдала на-гора 131 взорвавшуюся звезду. Всего же в мире за 2006 год открыли 551 сверхновую, и можно ожидать, что в 2007 году их число перевалит за 600.

Первая экзопланета была открыта методом микролинзирования 21 июля 2003 года в эксперименте OGLE. Плавный «горб» (см.график) на кривой блеска далекой звезды в ядре Галактики вызван звездой-линзой, а короткие сильные всплески на нем — планетой примерно в 1,5 раза массивнее Юпитера

Микролинзирование на звезде с планетами

По эффекту гравитационного микролинзирования можно приближенно определить некоторые параметры линзы. Например, ширина пика пропорциональна корню квадратному из ее массы. Конечно, есть еще зависимость от скорости и направления движения, но при большом числе событий можно определить усредненную массу линз. Линза звездной массы действует примерно в течение месяца, а планетной — несколько часов. Приведенная кривая — гравитационный автограф звезды с двумя небольшими планетами.

Гравитационные линзы и далекие земли

Если темную энергию изучают по сверхновым, которые видны за миллиарды световых лет, то темную материю приходится изучать по объектам совершенно невидимым. Характер движения звезд вокруг центра нашей Галактики еще много лет назад показал, что масса вещества в ней должна быть значительно больше, чем мы видим, наблюдая светящиеся звезды и туманности. Какое-то невидимое вещество притягивает звезды, заставляя их быстрее обращаться вокруг галактического центра. Согласно одной из гипотез, эта темная материя могла бы состоять из массивных несветящихся объектов — одиноких черных дыр, тусклых белых и коричневых карликов, отбившихся от звезд планет. Непосредственно увидеть их практически невозможно. Однако американский астрофизик польского происхождения Богдан Пачинский (Bogdan Paczynski) предложил неожиданно простой способ проверки этой гипотезы. По теории относительности, любая масса немного искривляет проходящие рядом с ним световые лучи, а значит, каждый темный компактный объект — это летящая в космосе линза, которая, проходя в точности между нами и далекой звездой, будет фокусировать и усиливать ее излучение. Этот эффект называют гравитационным микролинзированием (в отличие от обычного гравитационного линзирования, когда свет идет от квазара, а линзой служит находящаяся на пути галактика). Вероятность такого события очень невелика, но если следить сразу за миллионами звезд, гравитационные линзы должны себя проявить. Чтобы повысить шансы, Пачинский предложил наблюдать район центра нашей Галактики, а также Магеллановы Облака, где концентрация звезд очень велика.

Проект OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) , начавшийся в 1992 году, успешно продолжается и сейчас. В центре Галактики регулярно отслеживается 130 миллионов звезд, в Магеллановых Облаках — 33 миллиона. Конечно же, все этапы этих наблюдений полностью автоматизированы. Телескоп установлен в обсерватории Лас-Кампанас (Чили) и работает без участия человека. Лишь раз в неделю заходит сотрудник сменить ленту для записи данных и на всякий случай перезагрузить компьютер. Ежегодно здесь регистрируется более 500 событий микролинзирования. Причем среди них найдено несколько таких, когда рядом с объектом звездной массы явно находилась небольшая планета — всего в несколько раз тяжелее Земли.

Этот смелый эксперимент позволил открыть новое астрономическое явление с помощью очень скромного оборудования. Правда, в итоге выяснилось, что обнаруженных невидимых объектов недостаточно, чтобы списать на них темную материю. Но это как раз тот случай, когда принято говорить: отрицательный результат тоже результат.

Вселенская деревня

Наиболее ярко роботы проявили себя в деле изучения гамма-всплесков, где требуется мгновенная реакция на регистрируемые события. Первый такой роботизированный телескоп ROTSE-I построил Карл Акерлоф (Carl Akerlof) в Национальной лаборатории Лос-Аламос (штат Нью-Мексико). Инструмент состоял из четырех оптических труб диаметром всего 11 сантиметров. Он заработал в 1997 году и отзывался на сигналы орбитальных гаммаобсерваторий COMPTON и HETE.

Гамма-всплески были открыты в конце 1960-х годов американскими спутниками, следившими за ядерными испытаниями. Наряду со взрывами на Земле они стали регистрировать короткие импульсы жесткого излучения из космоса. Тридцать лет оставалась непонятным, что их порождает и даже на каком расстоянии от Земли они случаются, а все потому, что никак не удавалось получить о них никакой дополнительной информации. За те десятки секунд, в течение которых длится типичный гамма-всплеск, другие инструменты просто не успевали на него отреагировать. К тому же гамма-телескоп определяет координаты источника с низкой точностью, так что после вспышки искать источник по координатам бесполезно. Нужно действовать молниеносно и попробовать поймать источник в оптике, пока он не угас.