Выпуск N404

Данный ежемесячный обзор является очередной частью серии "Рефератов отдельных статей", выделенных профессором МГУ Сергеем Поповым на основе его личных предпочтений. Является выборкой интересных научных публикаций в области астрономии, астрофизики и физики с сайта препринтов arxiv.org. Публикуется с разрешения Сергея Борисовича и указанием сылок на первоисточники.

Интенсивный перенос вещества и большое магнитное поле у первого ультрамощного пульсара M82 X-2 (The extreme mass transfer and high magnetic field of the first ultraluminous pulsar M82 X-2)
Authors: Matteo Bachetti et al.
Comments: 40 pages, 8 figures, submitted

В 2014 году наделало шума открытие рентгеновского пульсара со сверхэддингтоновской светимостью. Как такие источники устроены - до сих пор спорят. В частности, идут дискуссии о том, насколько там необходимо сильное магнитное поле (и нужно ли именно сильное дипольное поле или нет). В данной статье Маттео Бакетти и соавторы представляют новые интересные данные по этому источнику.

В результате длительных наблюдений авторам удалось увидеть "сдвиг по фазе", который они интерпретируют как уменьшение орбитального периода. В простейшей модели такое измерение позволяет оценить, сколько вещества переносится со звезды-донора на нейтронную звезду. А затем, снова в рамках простой модели, можно оценить поле нейтронной звезды. Получается много -- как у магнитаров. Это все крайне интересно. Хотя и не дает окончательного доказательства, что в источнике и правда есть нейтронная звезда со сверхсильным магнитным полем - возможны и другие интерпретации, хотя и более мудреные.

Марс: новые открытия и нерешенные вопросы (Mars: new insights and unresolved questions)
Authors: Hitesh G. Changela et al.
Comments: 33 pages

Обзор по Марсу, посвященный как раз тем вопросам, которые больше всего интересуют широкую публику. Климат и его изменения, где вода, была ли жизнь (а может, и еще где-то прячется), как обнаружить жизнь, опасно ли там для нас и опасны ли мы для "тамошних"? Кроме этого обсуждается тектоника на Марсе и ее (в том числе и наблюдаемые) геологические последствия. Наконец, обсуждаются различные проекты по исследованию Марса, включая будущие пилотируемые экспедиции (где высаживаться, какие ресурсы есть и т.п.).

GJ 367b: плотная транзитная субземля с ультракоротким периодом у близкого красного карлика (GJ 367b: A dense ultra-short period sub-Earth planet transiting a nearby red dwarf star)
Authors: Kristine W. F. Lam
Comments: 66 pages, his is the author's version of the work. It is posted here by permission of the AAAS for personal use, not for redistribution. The definitive version was published in Science , (2021-12-03), doi: 10.1126/science.aay3253

Интересная планета. Масса - половина земной, радиус - 0.7 земного. Плотность получается, как у Меркурия. Орбитальный период 7.7 часов. Вращается вокруг близкого (а потому довольно яркого - почти 10я звездная величина, расстояние же равно 10 пк) красного карлика.

Измерения современного значения постоянной Хаббла с точностью 1 км/с/Мпк по наблюдениям на Космическом телескопе имени Хаббла и в рамках проекта SH0ES (A Comprehensive Measurement of the Local Value of the Hubble Constant with 1 km/s/Mpc Uncertainty from the Hubble Space Telescope and the SH0ES Team)
Authors: Adam G. Riess et al.
Comments: 67 pages, 31 figures, long form of data tables available after paper accepted for publication, submitted, ApJ

Команда Адама Рииса снова получает высокое значение постоянной Хаббла в нашу эпоху по данным наблюдений сверхновых и цефеид. Точность стала выше. И авторы говорят, что противоречие с результатами по реликту теперь составляет более 5 сигма. Ждем продолжения от других групп.

Регистрация эруптивного волокна от супервспышки звезды солнечного типа (Probable detection of an eruptive filament from a superflare on a solar-type star)
Authors: Kosuke Namekata et al.
Comments: 40 pages, 4 figures, 4 extended data figures, published in Nature Astronomy (2021)

По всей видимости, впервые удалось зарегистрировать корональный выброс, связанный с мощной вспышкой на звезде типа Солнца.

Как известно, солнечные вспышки могут сопровождаться выбросом вещества. Как известно, на звездах солнечного типа иногда наблюдают вспышки в сотни раз мощнее, чем самые мощные из известных солнечных вспышек. Значит, наверное, такие супервспышки сопровождаются супервыбросами вещества. Вот только увидеть такой выброс с расстояний в десятки и сотни парсек трудновато. И вот удалось.

Вспышку увидели на TESS, а затем на двух наземных японский телескопах (не супербольших - 2 и 3.8 метра) получили спектры. Вот в спектре как раз и обнаружилась водородная линия, сдвинутая в синюю сторону, что указывает на движущийся в нашу сторону массивный выброс. Массу выброса авторы оценили в 10¹⁸ грамм. Скорость выброса под 1000 км в сек (лучевая - чуть более 500).

Планета-гигант на широкой орбите в массивной двойной системе b Центавра (A wide-orbit giant planet in the high-mass b Centauri binary system)
Authors: Markus Janson et al.
Comments: Manuscript version. Published in Nature 9 December 2021

У массивных звезд трудно искать планеты. Кроме того, кажется, что они и встречаться-то там могут редко. Но важно выяснить частоту встречаемости по данным наблюдений. Поэтому есть специальные проекты, по поиску планет у В-звезд. И вот в рамках одного такого проекта (BEAST - B-star Exoplanet Abundance Study) сделано интересное открытие.

Наблюдали звезды ассоциации Скорпион-Центавр. b Центавра - это двойная, находящаяся на расстоянии 100 пк от нас. Система состоит из звезды с массой около 6 солнечных, а второй компонент раза в два полегче. Это молодая система (как и все в ассоциации Скорпион-Центавр), поэтому планеты ищут просто по прямым изображениям.

Обнаруженный объект имеет массу около 11 юпитерианских (т.е., еще чуть-чуть и был бы бурый карлик). Планета обращается по орбите вокруг обеих звезд системы на расстоянии около 560 а.е. от центра масс. Соответственно, орбитальный период составляет несколько тысяч лет.

Понадобилась пара лет, чтобы убедиться, что наблюдатели видят именно планету, а не фоновый источник (таковые там тоже есть на снимке). Связь планеты со звездной системой устанавливается по общему собственному движению. Наблюдения велись на VLT.

Интересно понять, как планета образовалась. Но тут пока одни гипотезы.

Фундаментальная физика с ESPRESSO: высокоточный предел на вариацию постоянной тонкой структуры по наблюдениям яркого квазара HE 0515-4414 (Fundamental physics with ESPRESSO: Precise limit on variations in the fine-structure constant towards the bright quasar HE 0515-4414)
Authors: Michael T. Murphy et al.
Comments: 23 pages, Accepted by A&A

В физике обсуждается множество экзотических сценариев. Например, такие, в которых постоянные меняются со временем. Поэтому ищут, в первую очередь астрономическими методами, изменения гравитационной постоянной, скорости света и т.д. Наблюдения на VLT со спектрографом ESPRESSO позволили получить новый предел на вариацию постоянной тонкой структуры.

Наблюдался яркий квазар HE 0515-4414 на z=1.7. В его спектре видно несколько систем абсорбционных линий, соответствующие материалы на разных красных смещениях. Это-то и позволяет, сравнив линии, сделать вывод о величине постоянной тонкой структуры в разные эпохи.

Объединение новых данных наблюдений с ранее опубликованными позволяет наиболее сильным образом ограничить вариацию постоянной на красных смещениях 0.6-2.4.

Отмечу еще статью arxiv:2112.06773, где новые данные обсерватории им. Оже используются для новых ограничений на нарушение лоренц-инвариантности. Снова астрономическими методами ищется новая фундаментальная физика. Но пока не находтся.

Астрофизические нейтрино и блазары (Astrophysical Neutrinos and Blazars)
Authors: Paolo Giommi, Paolo Padovani
Comments: 14 pages, Accepted for publication in the Special Issue " High-Energy Gamma-Ray Astronomy: Results on Fundamental Questions after 30 Years of Ground-Based Observations Universe MDPI

Речь идет о нейтрино сверхвысоких энергий. Их источники пока не идентифицированы. Лучшими кандидатами являются блазары (класс внегалактических объектов высокой светимости, активные галактические ядра с релятивистскими джетами, направленными в сторону наблюдателя), поскольку в одном случае достаточно надежно установлено, что вспышка активного ядра этого типа привела к вспышке нейтрино сверхвысоких энергий. В обзоре кратко суммируется, что мы знаем по этому поводу, обсуждаются некоторые другие кандидаты и более подробно обсуждаются подклассы блазаров. Видимо, только один из них связан с мощными потоками нейтрино. Но это не точно.

Тесты теорий гравитации в сильном поле по наблюдениям двойного пульсара (Strong-field Gravity Tests with the Double Pulsar)
Authors: M. Kramer etal.
Comments: 56 pages, Phys. Rev. X 11, 041050 (2021)

На основе длинного ряда (16 лет) наблюдений двойного радиопульсара (две нейтронных звезды, каждая из которых является пульсаром), даны новые ограничения на отклонения от ОТО. Кроме того, уточнены параметры самих пульсаров. Точность впечатляет!

Тесты ОТО по данным гравитационно-волновых наблюдений представлены в свежей статье: arxiv:2112.06795. Также там приводится новый предел на массу гравитона.

Регулярные вариации лучевой скорости у девяти гигантов классов G- и K-: восемь планет и один планетный кандидат (Regular Radial Velocity Variations in Nine G- and K-type Giant Stars: Eight Planets and One Planet Candidate)
Authors: Huan-Yu Teng et al.
Comments: 59 pages, 32 figures, 12 tables, accepted for publication in PASJ

Авторы использовали небольшой (1.88 метра) японский телескоп с хорошим спектрографом, для наблюдений звезд-гигантов. Итогом стало обнаружение девяти экзопланет. Хотя у гигантов уже известно около полутора сотен планет, это важный результат, потому что планеты открыты по вариации лучевой скорости.

Звезды имеют массы 1-2 массы Солнца. Планеты, конечно, являются газовыми гигантами. Звезды находятся в основании ветви гигантов.

Распределение массы в Галактическом центре по данным интерферометрической астрометрии множества звездных орбит (The mass distribution in the Galactic Centre from interferometric astrometry of multiple stellar orbits)
Authors: GRAVITY Collaboration
Comments: 19 pages, published in A&A

Новые наблюдения позволяют уточнить массу черной дыры в центре Галактики и уточнить данные по наблюдаемым релятивистским эффектам. Поскольку использованы орбиты дюжины звезд, удается уточнить расределение массы в центральной части Галактики вне черной дыры.

См. также arxiv:2112.07477, где описаны глубокие изображения центра Галактики, полученные в рамках той же программы наблюдений.

Принципы регистрации гравитационных волн с помощью тайминга пульсаров (Principles of Gravitational-Wave Detection with Pulsar Timing Arrays)
Authors: Michele Maiorano, Francesco De Paolis, Achille A. Nucita
Comments: 20 pages, 7 figures Symmetry 13, 2418 (2021)

В обзоре достаточно кратко, но понятно и строго описано, как с помощью наблюдений десятков пульсаров пытаются зарегистрировать длинные гравитационные волны. Саму идею предложил Михаил Сажин (ГАИШ) в 1978 году. Сейчас работает три проекта (четыре, если считать и индийский - он присоединился недавно, и ждем китайский), которые постепенно начинают что-то видеть. Только пока непонятно что.

Начальная функция масс звезд и темп звездообразования в галактиках (The initial mass function of stars and the star-formation rates of galaxies)
Authors: Pavel Kroupa, Tereza Jerabkova
Comments: 62 pages, 8 figures. This is Chapter 2 in the book "Star-formation Rates of Galaxies", edited by Veronique Buat and Andreas Zezas, published in April 2021 by Cambridge University Press

Павел Крупа написал очередной большой обзор по начальной функции масс. На этот раз ключевым моментом является связь НФМ с темпом звездообразования, поскольку для определения последнего по данным наблюдений необходимо делать какие-то предположения о НФМ. Сама же функция, в свою очередь, может быть разной на разных уровнях детализации: от небольших ассоциаций до галактики в целом.

Значимая корреляция между быстрыми радиовсплесками по данным CHIME и нейтрино низких энергий по данным IceCube (A Significant Association Between CHIME Fast Radio Bursts and Low-Energy IceCube Neutrinos)
Authors: Jia-Wei Luo, Bing Zhang
Comments: 7 pages, 6 figures

Интересный и довольно неожиданный результат, еще нуждающийся в детальном анализе (мало ли там что). Авторы обнаружили корреляцию между положениями источников FRB (бытсрые радио всплески) и направлениями прихода нейтрино, зарегистрированных IceCube (в заголовке стоит "низких энергий", но важно понимать, что это относительно того, что может измерять IceCube). Временную привязку не анализировали, только координаты. Выделены примерно 20 всплесков, чьи положения хорошо коррелируют с направлениями прихода нейтрино. Это все неповторные источники.

Ранее были теоретические работы, предсказывавшие нейтрино от FRB. Но пока, кажется, рано кричать "ура". Надо лучше понять: нет ли тут какого-то сложного подвоха.

Большая популяция одиночных планет в молодой звездной ассоциации Верхний Скорпион (A rich population of free-floating planets in the Upper Scorpius young stellar association)
Authors: Nuria Miret-Roig et al.
Comments: 53 pages

На расстояниях 100-200 пк от Солнца есть несколько известных областей звездообразования, а также мест, где недавно активно формировались звезды, и теперь там мы видим много молодых объектов. Один из таких "детских садов" - ассоциация Верхний Скорпион (Upper Scorpius). Расстояние от нас всего лишь 120-145 пк. Соответственно, там можно искать молодые газовые гиганты по прямым изображениям. В данной статье речь идет об одиночных планетах.

Молодые планеты с массой несколько юпитерианских неплохо видны со 100 пк, потому что светят они не отраженным светом, а собственным. Первые десятки миллионов лет своей жизни массивная газовая планета сжимается - выделяется много энергии. В результате внешние слои нагреты до пары тысяч кельвин. Основная проблема: отличить планеты от бурых карликов. Граница проходит по 13 массам Юпитера. Но чтобы по фотометрии получить оценку массы надо точно знать возраст, а это обычно нелегко. В случае звездных ассоциаций неопределенность несколько уменьшается.

В результате поисков авторы смогли выделить около сотни одиночных газовых гигантов с массами от 7 юпитерианских и выше. Это самая большая выборка. Звездное население ассоциации известно достаточно хорошо, поэтому можно рассуждать, откуда же взялись эти планеты. И тут начинается интересное. Одиночных планет слишком много, чтобы просто объяснить их объектами, родившимися в рамках обычного сценария формирования в протопланетном диске, а затем выброшенными из материнских систем. В статье обсуждается несколько дополнительных вариантов формирования одиночных планет (гравитационная неустойчивость во внешних частях протопланетного диска, фотоиспарение формирующихся "зародышей" звезд близкими массивными звездами, выброс звездных эмбрионов до того, как они успели набрать массу). Очевидно, что стоит ждать нескольких детальных моделей, объясняющих эту популяцию.

Ограничение на происхождение гиперскоростных звезд: распределение по скоростям, слияния и история звездообразования (Constraints on the origins of hypervelocity stars: velocity distribution, mergers and star-formation history)
Authors: Aleksey Generozov, Hagai B. Perets
Comments: 11 pages, 10 figures, submitted to MNRAS

Авторы строят модели и анализируют формирование гиперскоростных звезд в разных эволюционных каналах. Ключевым выводом является следующее: основным каналом не может являться приливный разрыв двойных звезд центральной сверхмассивной черной дырой.

Упоминание интересных для широкой публики статей, появившиеся в разделе physics(включая cross-listing):

Первые прямые измерения суб-Мэвных солнечных нейтрино на Борексино (First Directional Measurement of sub-MeV Solar Neutrinos with Borexino)
Authors: M. Agostini et al.
Comments: 6 pages, 4 figures, short letter of arXiv:2109.04770

Статья является кратким изложением препринта 2109.04770, который я в сентябре пропустил. Суть состоит в том, что на детекторе Борексино (уже закрытом) была успешно опробована интересная технология.

Борексино сцинтилляционный детектор. Но, в принципе, там возникает и черенковское излучение. Сцинтилляционные детекторы более чувствительные, но у них совершенно нет пространственного разрешения (непонятно, откуда прилетело), что плохо для борьбы с шумами в некоторых экспериментах (например, по двойному безнейтринному бета-распаду). Было бы здорово объединить достоинства двух подходов. Собственно, это и удалось.

Был выбран узкий диапазон энергий (0.54-0.74 МэВ) и там удалось, кроме основного сцинтилляционного сигнала, выделить черенковский сигнал от солнечных нейтрино. До этого выделить черенковский сигнал от солнечных нейтрино столь низкой энергии никому не удавалось.

Полный архив обзоров