Выпуск N443

Ежемесячный обзор научных статей в области астрофизики от профессора МГУ Сергея Попова. По сути представляет собой выборку интересных публикаций в области астрономии, астрофизики и физики с сайта препринтов arxiv.org. Публикуется с разрешения Сергея Борисовича и указанием ссылок на первоисточники.

миниобзор arxiv:2504.00179 Звездный магнетизм (Stellar Magnetism)Authors: Veronique Petit, Mary E. OksalaComments: 14 pages, a pre-print of a chapter for the Encyclopedia of Astrophysics (edited by I. Mandel, section editor F.R.N. Schneider)

Небольшой обзор по магнитным полям звезд. В основнов речь идет о звездах с радиоактивными оболочками (т.е., примерно от 1.2 массы Солнца и выше). Описаны и данные наблюдений, и некоторые теоретические аспекты, и нерешенные проблемы.

миниобзор arxiv:2504.00548 Наблюдения двойных (Observing Binaries)Authors: Hugues Sana, Jasmine VranckenComments: 12 pages, a pre-print of a chapter for the Encyclopedia of Astrophysics (edited by I. Mandel, section editor F.R.N. Schneider)

Коротко, но емко. Приведены свежие данные по кратным системам (в том числе по доле кратности в зависимости от массы), а также описаны методы исследования двойных. Существенно, то, что очень четко описаны самые основы.

миниобзор arxiv:2504.01410 Межзвездная среда (The Interstellar Medium)Authors: Amelie SaintongeComments: 11 pages, a pre-print of a chapter for the Encyclopedia of Astrophysics (edited by I. Mandel, section editor S. McGee)

Отличный энциклопедический обзор: коротко и ясно. Что меня удивило и показалось важным и интересным - бОльшая часть посвящена не межзвездной среде нашей Галактики (как обычно бывает), а МЗС в других галактиках.

См. также другой обзор по аналогичной тематике в arxiv:2504.08103.

миниобзор arxiv:2504.02939 Эволюция тройных звезд (Evolution of Triple Stars)Authors: Hagai B. PeretsComments: 18 pages, a pre-print of a chapter for the Encyclopedia of Astrophysics (edited by I. Mandel, section editor F.R.N. Schneider)

В последние годы все больше внимания уделяется эволюции тройных систем. Их доля довольно велика, особенно для массивных звезд (около половины звезд на момент формирования входит в состав тройных или систем более высокой кратности). Соответственно, богатство эволюционных комбинаций гораздо разнообразнее того, что встречается только в двойных. В статье дается краткий обзор этой области исследований. Приводятся и данные наблюдений, и некоторые эволюционные возможности. Много внимания уделено динамике тройных систем.

обзор arxiv:2504.04090 Образование планет-гигантов (Formation of Giant Planets)Authors: Masahiro Ikoma, Hiroshi KobayashiComments: 46 pages, Invited review in Annual Reviews of Astronomy and Astrophysics Volume 63

Обзор построен по классической схеме: описание данных наблюдений (Солнечная система и экзопланеты); описание физики различных процессов, связанных с формированием планет-гигантов; собственно модели формирования. Теоретическая часть не перегружена формулами, но все ключевые соотношения приведены. Так что в итоге мы имеем прекрасный классический обзор по актуальной теме.

arxiv:2504.04507 Темп сверхновых на расстояниях < 40 Мпк. II. Темп сверхновых в локальной вселенной (Supernova Sample at Distances < 40 Mpc: II. Supernova Rate in the Local Universe)Authors: Xiaoran Ma et al.Comments: 14 pages, 11 figures, to be published in A&A

В архиве появилось две работы, посвященные сверхновым в локальной вселенной (расстояния менее 40 мегапарсек). В первой статье arxiv:2504.04393 авторы представляют выборку сверхновых. А в этой, второй, дают оценки темпа для разных типов. Темп сверхновых с коллапсом ядра примерно 0.7 10^-4 в год на кубический мегапарсек. Это совпадает с ранними оценками. А вот темп термоядерных сверхновых типа Ia, несколько выше. Возможно, это особенность именно нашей локальной области.

Также авторы приводят свою оценку темпа сверхновых в нашей Галактике: примерно 2-4 за столетие. Конечно, это в основном сверновые с коллапсом ядра.

arxiv:2504.04522 Сверхчандрасекаровский прародитель сверхновой типа Ia на расстоянии 49 пк, который должен взорваться через 23 млрд лет (A super-Chandrasekhar mass type Ia supernova progenitor at 49 pc set to detonate in 23 Gyr)Authors: James Munday et al.Comments: Published in Nature Astronomy, 4 figures, 2 tables, 1 appendix

Авторы представляют систему из двух белых карликов с суммарной массой 1.6 солнечных, которые должны дать сверхновую типа Ia через 23 миллиарда лет, что сравнимо с возрастом вселенной. Важно, что это близкая система. Т.е., ее и изучать легче, да еще и оценка темпа слияний получается довольно большой.

обзор arxiv:2504.06335 Звезды самой низкой металличности (The most metal poor stars)Authors: P. Bonifacio et al.Comments: 103 pages, Accepted for publication on The Astronomy & Astrophysics Review

Речь не о звездах населения III, а о самых малометалличных звездах в нашей Галактике и ее окрестностях. Т.е., это не самые первые.

Обзор большой и детальный. В основном он посвящен наблюдательным данным по малометалличным звездам.

arxiv:2504.07275 Выявление на JWST звезды Главной последовательности, поглотившей планету (Revealing a main-sequence star that consumed a planet with JWST)Authors: Ryan M. Lau et al.Comments: Published in ApJ on Apr 10, 2025; 22 pages, 9 figures, 3 tables

В 2020 г. открыли интересное событие. Это т.н. "красная новая низкой светимости". Сразу же заподозрили, что это может быть поглощением звездой планеты.

Теперь представлены результата анализа наблюдений на JWST, проведенные через 2.5 года после события. Забегая вперед, то, что мы имеем дело с поглощением планеты звездой остается гипотезой. Авторам удалось более-менее определить параметры звезды. Это маломассивная звезда массой 0.7-0.85 солнечных. Точнее определить сложно из-за поглощения света. Тем не менее, оценка важна, потому что она означает, что поглощение произошло не из-за расширения звезды (для этого надо уйти с Главной последовательности). Значит, планета "вспиралилась" из-за приливного сокращения орбиты.

Если это было слияние, то планета была массивной (типа Юпитера или Нептуна). Скорее всего, планета не была разорвана приливами. Но, вообще говоря, неясностей много. К тому же, расчеты (не в этой статье) показывают, что такие события должны быть очень редкими.

обзор arxiv:2504.08933 Химическая эволюция галактик (The Chemical Evolution of Galaxies)Authors: Mirko CurtiComments: 27 pages, a chapter for the Encyclopedia of Astrophysics (edited by I. Mandel, section editor S. McGee)

Благодаря массовым спектральным измерениям параметров далеких (и близких) галактик удается изучать изменение их химического состава на космологических временах. Основные рабочие лошадки - это 8-метровые телескопы с многопучковыми спектрографами, позволяющими строить спектры сразу для многих объектов в поле зрения. Теперь добавился JWST, что дает возможность изучать еще более далекие объекты. Разумеется, есть теоретические модели такой эволюции, и их можно сравнивать с данными.

Есть много процессов, влияющих на химический состав галактик в разные эпохи. Исключая самые ранние этапы, можно выделить два ключевых:
1. обогащение межзвездной среды веществом, вырощенным при взрывах сверхновых, слияния нейтронных звезд, а также на поздних стадиях звездной эволюции
2. приток нового вещества в галактики из внешней среды.
Но этим все не исчерпывается, поэтому возникают всякие инересные вопросы. Всему этому и посвящен обзор.

Надо, правда, отметить, что тема не слишком популярная, поэтому местами неподготовленному читателю будет непросто.

обзор arxiv:2504.10607 Поиск КХД аксионов как частиц темного вещества (Searching for the QCD Dark Matter Axion)Authors: Masha Baryakhtar, Leslie Rosenberg, Gray RybkaComments: 69 pages, Invited review for Reports on Progress in Physics

Мы не знаем, какие частицы составляют темное вещество. Может быть - это аксионы. Что хорошо - аксионы являются очень естественными частицами. Речь именно о т.н. КХД аксионах, которые нужны для решения некоторых проблем в теорфизике.

В обзоре кратко описывается физика аксионов. Далее - зачем они нужны в космологии и откуда они берутся. И, наконец, авторы рассказывают об астрофизических поисках аксионов и о попытках зарегистрировать их в лабораторных экспериментах.

обзор arxiv:2504.10941 Приливные взаимодействия в звездных и планетных системах (Tidal interactions in stellar and planetary systems)Authors: Adrian J. BarkerComments: 21 pages, a chapter for the Encyclopedia of Astrophysics (edited by I. Mandel, section editor F.R.N. Schneider)

Детально (насколько позволяет объем) описана теория приливов. В первую очередь, статья полезна как сборник формул.

Перечислены основные типы приливов и приливной диссипации в звездах. Если раньше все это было важно, в первую очередь, в контексте двойных систем, то сейчас - для орбитальной эволюции горячих экзопланет.

arxiv:2504.12030 Ограничения на планетное альбедо за счет надоблачной атмосферы: приложения к климату субнептуновых планет (Planetary albedo is limited by the above-cloud atmosphere: Implications for sub-Neptune climate)Authors: Sean Jordan, Oliver Shorttle, Sascha P. QuanzComments: 20 pages, Submitted to AAS Journals

В последние годы большое внимание привлекает планета K2-18b. Это сверхземля или мининептун с массой чуть более 8 земных (по видимому размеру планета в два с лишним раза превосходит Землю). Она была открыта спутником Кеплер, когда основная программа была уже закончена из-за поломки гироскопа. Планета вращается вокруг красного карлика вблизи или внутри зоны обитаемости. И вот тут начинаются тонкости.

Граница обитаемости (которую определяем по возможности существования жидкой воды на поверхности) сильно зависит от параметров атмосферы. Они известны плохо, а потому начинаются дискуссии. Для K2-18b было предложено много гипотез. Это может быть просто мининептун, или даже небольшая газовая планета. Или же под атмосферой может скрываться океан магмы (к слову, именно эту гипотезу косвенно поддерживают результаты в обсуждаемой статье). А может быть, что под водородной атмосферой скрывается водный океан. Такие планеты получили название hycean: от hydrogen и ocean. Так что там с K2-18b?

В новостях все кипит, но в связи с другой работой по этой экзопланете. Речь о статье arxiv:2504.12267. Авторы этой статьи считают, что под атмосферой находится водный океан. По наблюдениям на JWST они с малой достоверностью (чуть выше 3-сигма, но и это модельно зависимо) зарегистрировали диметилсульфид. А это вещество считают биомаркером. Так значит жизнь?

Не будем торопиться и вернемся к статье arxiv:2504.12030. Ее авторы исследуют альбедо планет. Они строят модель и прилагают ее и к K2-18b. Что же у них получается?

K2-18b находится довольно близко к звезде. Чтобы не запустился катастрофический парниковый эффект (runaway greenhouse), приводящий к испарению всей воды, надо, чтобы у планеты было большое альбедо, т.е., чтобы она отражала много падающего на нее излучения. По наблюдениям на Хаббле и JWST в атмосфере видны спектральные детали. Они формируются в атмосфере над облаками. Детальный анализ позволяет дать ограничения на альбедо. Так вот, оно оказывается недостаточным для того, чтобы сохранить воду. На поверхности слишком жарко.

Разумеется, отсутствие воды теоретически не закрывает обитаемость (вспомним фосфиновую дискуссию про Венеру). Но вот модель Hycean в приложении к K2-18b оказывается под угрозой. Так что я бы не торопился с заявлениями об открытии первой обитаемой планеты вне Солнечной системы.

Но все это так интересно!

обзор arxiv:2504.12539 Межгалактическая среда (The Intergalactic Medium)Authors: Nicolas TejosComments: 32 pages, a chapter for the Encyclopedia of Astrophysics (edited by I. Mandel, section editor S. McGee)

Большой (по меркам энциклопедии астрофизики) обзор по межгалактической среде, которая понимается как среда вне гало галактик.

Начинается все, как положено, с очень краткого исторического введения, а потом обсуждается физика дела. В связи с этим приведено много результатов моделирования.

Вторая часть обзора посвящена наблюдениям. В основном это данные, получаемые из спектров квазаров. Всякие другие подходы (включая FRB) очень кратко перечислены в финальном разделе обзора.

миниобзор arxiv:2504.12946 Перспективы обнаружения следов присутствия жизни в эпоху JWST (Prospects for Detecting Signs of Life on Exoplanets in the JWST Era)Authors: Sara Seager et al.Comments: 29 pages, accepted in PNAS on: 2025-01-29

JWST уже начал давать интересные результаты по атмосферам потенциально обитаемых планет. Авторы обозревают и обсуждают первые результаты, рассуждая о перспективах. Выводы довольно осторожные. Авторы полагают, что скорее всего результаты JWST не будут столь однозначными, как хотелось бы, оставляя простор для альтернативных интерпретаций (например, абиогенное объяснения присутсвия молекул, считающихся биомаркерами, или даже альтернативные интерпретации спектральных данных, что заставляет вспомнить историю о венерианском фосфине).

Авторы детально (но понятно для неспециалиста) разбирают сложности с обнаружением газов потенциально биологического происхождения в атмосферах экзопланет. Это самый понятный рассказ об этом от специалистов самого высокого уровня, который я видел.

arxiv:2504.16982 Тепловое излучение и подтверждение холодной планеты WD 1856+534b у белого карлика (Thermal Emission and Confirmation of the Frigid White Dwarf Exoplanet WD 1856+534b)Authors: Mary Anne Limbach et al.Comments: 14 pages, ApJL in press

С помощью JWST поставили еще один рекорд (правда, подозреваю, ненадолго). Напрямую зарегистрировано излучение холодной планеты. Сама планета имеет размер, как у Юпитера. Но вращается она вокруг белого карлика. Температура видимого диска примерно -90С. Так что излучает планета в ИК, что как раз на руку JWST. Ну и важно, что белый карлик своим излучением мало мешает увидеть слабое излучение "юпитера".

миниобзор arxiv:2504.17361 Звездная физика на диаграмме ГР с данными Gaia (Stellar Physics Across the HR Diagram with Gaia)Authors: Orlagh L. CreeveyComments: Introduction to Gaia and the astrophysical parameters from GDR3. Lecture notes from the Ecole Evry Schatzman 2023

В лекциях рассказывается, что нового для понимания звездной физики и эволюции дают данные Gaia. Но в начале автор подробно рассказывает о самом спутнике, наблюдениях на нем и обработке данных. Далее описываются различные программные инструменты, позволяющие получать данные по звездам разных типов из данных спутника.

Дополнительные материалы к лекциям доступны здесь.

миниобзор arxiv:2504.18219 Ледяные гиганты (Ice giants)Authors: Ravit HelledComments: 16 pages

Небольшой обзор по ледяным гигантам Солнечной системы. Описаны ключевые параметры Урана и Нептуна, модели их возникновения и эволюции и т.п.

arxiv:2504.20158 Наблюдения микролинзирования свидетельствуют, что сверхземли распространены на орбитах, как у Юпитера (Microlensing events indicate that super-Earth exoplanets are common in Jupiter-like orbits)Authors: Weicheng Zang et al.Comments: 79 pages, 2025, Science, Vol 388, Issue 6745, pp. 400-404

Половина статьи посвящена изучению события микролинзирования OGLE-2016-BLG-0007 на звезде с экзопланетой с помощью системы KMTNet. А вот вторая - более интересая, - представляет собой анализ распределения экзопланет, обнаруженных с помощью линзирования, по массам с учетом нового результата.

Метод микролинзирования чувствителен к экзопланетам, находящимся не слишком близко и не слишком далеко от звезды. Максимальная чувствительность примерно соответствует орбите Юпитера (разумеется, характерное расстояния зависит от массы звезды). Анализ показывает, что распределение планет по массам на таких орбитах бимодально. Один максимум соответствует газовым и ледяным гигантам (что и ожидалось, исходя из моделей формирования). А вот второй - сверхземлям. Это любопытно. Авторы кратко обсуждают, какие коррективы могут потребоваться для улучшения моделей формирования. Однако кажется, что это тема для будущей большой работы. Видимо, в течение года-двух несколько групп, занимающихся моделями формирования экзопланет, представят свои соображения и результаты новых расчетов.

Ниже перечисляем интересные для широкой публики статьи из раздела physics (включая cross-listing)

arxiv:2504.00079 Международная аксионная обсерватория (IAXO): описание, состояние и планы (The International Axion Observatory (IAXO): case, status and plans. Input to the European Strategy for Particle Physics)Authors: A. Arcusa et al.Comments: 10 pages, 2 figures. Input to the European Strategy for Particle Physics

Кратко описан проект новой установки по поиску аксионов. Она должна прийти на смену CAST в ЦЕРНе и обсуждается довольно давно. Установлен новый агрегат будет в DESY, но ученые из ЦЕРН активно участвуют в проекте.

Реализовано все будет в три захода: BabyIXAO, IXAO, IXAO+. Первую часть должны начать монтировать через год, и в 2029 начнется работа. С продолжением пока такой ясности нет.

В заметке также описано, зачем все это делать, какая там физика и тп. Но все очень кратко.

Будут искать аксионы от Солнца. Но, на мой взгляд, вероятность что-то обнаружить на BabyIXAO нулевая. Есть косвенные астрофизические пределы, которые закрывают практически всю область параметров, доступную установке на первом этапе. Вот с IXAO+ уже интереснее. Но, не исключено, что к тому времени, как до этого дойдет дело, уже будут более жесткие астрофизические пределы.

arxiv:2504.11311 От симметрии к суперсимметрии и далее к супергравитации (From Symmetry to Supersymmetry to Supergravity)Authors: Elena CastellaniComments: 15 pages, Invited contribution to the volume "Half a Century of Supergravity", A. Ceresole and G. Dall'Agata (eds.)

Небольшой интересный обзор по раннему периоду развития суперсимметричных моделей. Интересен финал где кратко обсуждаются два подхода к созданию моделей в фундаментальной физике. Суперсимметрия - модель дираковского типа.

arxiv:2504.17797 Уравнение Дирака: исторический контекст, сравнение с уравнениями Шредингера и Клейна-Гордона, элементарные следствия (The Dirac equation: historical context, comparisons with the Schroedinger and Klein-Gordon equations, and elementary consequences)Authors: Thiago T. Tsutsui et al.Comments: 23 pages, 7 figures

Статья будет интересна тем, кто серьезно интересуется историей квантовой механики, особенно если как раз ее и изучает в университете. Авторы хорошо объединяют объяснение физических основ квантовой механики с ее историей, показывая появление ключевых уравнений в исторической последовательности.

На всякий случай уточню. На 19 страницах авторы приводят 176 формул.

arxiv:2504.18347 Тахионы до тахионов: Лев Штрум (1890-1936) и сверхсветовые скорости (Tachyons Before Tachyons: Lev Strum (1890-1936) and Superluminal Velocities)Authors: Helge KraghComments: 25 pages

Еще одна статья по истории физики. Но на этот раз почти без формул. Речь идет о появлении и развитии идеи тахионов. Особое внимание уделено работе Льва Штрума. О нем также можно почитать в УФН.

arxiv:2504.21417 Мюонный коллайдер (The Muon Collider)Authors: Carlotta Accettura et al.Comments: 406 pages, supplementary report to the European Strategy for Particle Physics - 2026 update

Какой будет следующая (после LHC) большая международная установка в физике элементарных частиц? Неизвестно. Один из вариантов - мюонный коллайдер. Считается, что он во многом совмещает достоинства протононных и электронных коллайдеров. Но и сложностей получается много, качественно больше.

в данной книге представлены детальные результаты анализа, какую науку можно делать на мюонном коллайдере, какие стоят сложности и т.д. Для общего впечатления можно прочесть буквально первые страниц 20-30.

Если начинать сейчас, то научная работа установки придется примерно на 2050-2065 гг.

Обзоры препринтов научных статей «astro-ph/arxiv.org» за апрель 2025 года