Как стать автором
Обновить

Обзоры препринтов «astro-ph» за 01 — 31 января 2022 года

Время на прочтение11 мин
Количество просмотров1.6K

Выпуск N405

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 ссылок на первоисточники.

Указания на большую скорость отдачи по гравитационно-волновому сигналу от слияния черных дыр (Evidence of large recoil velocity from a black hole merger signal)

Эффект гравитационно-волновой ракеты очень красивый. Суть его в том, что в результате слияния черных дыр получившийся объект может приобрести большую скорость из-за несимметричного испускания гравволн. До настоящего времени не было хороших указаний на то, что эффект работает. И вот, анализируя данные по слиянию GW200129_065458, авторы приходят к выводу, что есть серьезные указания на высокую скорость отдачи - около 1000 км в сек. Точнее, значение составляет 1542+747-1098 км/с.

Красивые видео с визуализацией здесь.

Регистрация приливной деформации WASP-103b с помощью CHEOPS на уровне 3 сигма (Detection of the tidal deformation of WASP-103b at 3sigma with CHEOPS)

Красивый результат (хотя 3 сигма - это еще недостаточно много).

Если планета находится близко от звезды, то они начинают сильно влиять друг на друга приливным образом. Это приводит к ряду эффектов, в частности - к деформации планеты. Было бы очень здорово это увидеть и измерить, потому что это один из немногих доступных способов что-то дистанционно узнать о внутренних свойствах планет.

Выявить деформацию можно разными способами. Некоторые из них не совсем прямые и связаны с редким сочетанием параметров. Но есть довольно наглядный простой способ - наблюдение транзитов. Если сравнить, как идеально сферическая и эллипсоидальная (деформированная) планета "наезжает" на диск звезды, то увидим, что транзитные кривые блеска будут разными. Различие небольшое, поэтому его трудно заметить - но оно есть! И вот впервые на уровне лучше 3 сигма это удалось измерить (до этого было одно измерение на уровне около 2 сигма).

Речь идет о планете WASP-103b, которую наблюдали на CHEOPS, а потом на Хаббловском телескопе. В итоге удалось выявить искомый эффект и измерить степень сжатия.

Результат еще предстоит уточнять и проверять (есть некоторые вопросы, например, не удалось измерить уменьшение орбитального периода за счет приливных потерь энергии). Тем не менее, кажется, что результат устоит. Т.е., у нас появился новый способ "зондирования" недр экзопланет.

Второй релиз данных международной сети пульсарного тайминга: поиск изотропного гравитационно-волнового фона (The International Pulsar Timing Array second data release: Search for an isotropic Gravitational Wave Background)

Одним из способов поиска длинноволновых гравитационных волн является координированное наблюдение большого количества миллисекундных пульсаров, с целью обнаружения коррелированных вариаций времени прихода импульса. Существует три активных проекта с большим объемом накопленных данных (австралийский, американский и европейский), кроме того начинаются наблюдения в Китае и Индии, а также на MeerKAT в ЮАР.

Идея состоит не столько в обнаружении всплесков, сколько в выявлении гравитационно-волнового фона, сформированного многочисленными слияниями сверхмассивных черных дыр. Соответственно, чем дольше идут наблюдения, чем больше пульсаров задействовано, и чем "точнее идут часы" каждого из пульсаров - тем выше чувствительность (пульсары надо специально отбирать - механически увеличивать количество, включая все подряд, крайне неэффективно). На сегодняшний день основные проекты уже перешагнули 10-летний рубеж по длительности наблюдений, а количество пульсаров в отдельном проекте может достигать малых десятков. В 2021 г. стали появляться статьи (от американского проекта NANOGrav, европейского EPTA и австралийского PPTA), в которыx рапортуется о том, что какой-то сигнал виден, но он не похож на ожидаемый фон, и что это такое - непонятно.

Разумеется, можно улучшить чувствительность, если обрабатывать данные всех проектов вместе. Это очень нетривиальная задача. Тем не менее, люди идут по такому пути. Такой совместный проект называется IPTA (International Pulsar Timing Array). В статье представлены результаты на основе второго релиза.

Совместная обработка отстает от индивидуальной обработки каждого проекта. Так NANOGrav представил в 2021 г. результаты за 12.5 лет наблюдений, а в новой статье от EPTA включены данные NANOGrav только за 9 лет (это их предыдущий релиз). Тем не менее, в новой статье EPTA использованы данные уже по 65 пульсарам (в первом релизе было 44). Это больше, чем в любом индивидуальном проекте. Для некоторых пульсаров ряды наблюдений тянутся уже 30 лет.

В общем и целом, совместная обработка подтвердила то, что в 2021м году представили отдельные проекты. Какой-то сигнал есть, но на ожидаемый фон от слияний не похож. Видимо, придется еще ждать. Предыдущие статьи EPTA выходили в 2016м. Так что можно прогнозировать, что в районе 2032-2034 гг. будет что-то существенно превосходящее современные данные. Это нормально, потому что в 2032 eLISA еще не начнет работу. А конкурентами пульсарным сетям являются только космические лазерные интерферометры, среди которых, видимо, именно европейский проект будет первым (а потом уже китайский и, может быть, японский и второй китайский).

Мои ожидания пока, увы, не оправдались. Когда-то я прогнозировал, что во втором релизе EPTA уже будет виден сигнал он гравволнового фона. Посмотрим, что будет со следующим прогнозом :)

Обзор 70 холодных планет гигантов для поиска экзолун и новый кандидат Kepler-1708 b-i (An Exomoon Survey of 70 Cool Giant Exoplanets and the New Candidate Kepler-1708 b-i)

Авторы провели очень детальный анализ кеплеровских данных для поиска спутников экзопланет. На первом этапе было выделено 70 планет, наиболее подходящих для поиска спутников. Затем, собственно, очень сложной обработкой - искали. Выделен один кандидат: Kepler-1708 b-i. Значимость авторы оценивают в 4.8 сигма. Т.е., нужны дополнительные наблюдения. Нет сомнений, что для этого будут использованы крупные инструменты, в первую очередь - Хаббл.

Разумеется, пара планета-спутник необычная. Планета-то газовый гигант, тут все ясно. А вот спутник. По сути - это тоже планета. Радиус оценивается в 2.6 земных. Т.е., это сверхземля (или мини-Нептун).

Дорога к точной космологии (The Road to Precision Cosmology)

Отличный обзор про то, "откуда космологи это знают". Подробно, но понятно описана история того, как мы пришли в эпоху точной космологии, когда стандартная модель проверена разными независимыми способами на уровне лучше нескольких процентов. Формул в статье почти нет (зато много графиков). Так что почти науч-поп.

Звездообразование в окрестностях Солнца связано с расширением Местного пузыря (Star formation near the Sun is driven by expansion of the Local Bubble)

Используя данные Gaia, авторы анализируют распределение ассоциаций молодых звезд в окрестностях Солнца (речь идет о расстояниях до 200 пк примерно). Как известно, мы живем в т.н. Местном пузыре - области в межзвездной среде, которая характеризуется пониженной плотностью. Давно уже результаты моделирования показывали, что Пузырь должен возникнуть в результате серии вспышек сверхновых (ранее речь шла примерно о шести за миллион лет). С новыми результатами от Gaia по расстояниям и скоростях звезд авторы могут все делать точнее. Они уточняют и границы Местного пузыря. В итоге показано, что формирование многих ассоциаций вокруг нас связано с динамическим влиянием расширяющегося Пузыря.

Анимации доступны здесь.

Рождение Ве-звезды: поиск на APOGEE формирующихся Ве-звезд за счет переноса массы в двойных (Birth of a Be star: an APOGEE search for Be stars forming through binary mass transfer)

Двойная звезда, или двойная система, — система из двух гравитационно связанных звёзд, обращающихся по замкнутым орбитам вокруг общего центра масс. Двойные звёзды — весьма распространённые объекты. Примерно половина всех звёзд нашей Галактики принадлежит к двойным системам

Важный результат.

Ве-звезды - это источники с эмиссионными линиями, которые связаны с наличием истечения газа. Оно, в свою очередь, возникает из-за быстрого вращение В-звезды. Вопрос: как звезда раскрутилась? Самая популярная идея - за счет переноса масс в двойной системе. Но до сих пор не было прямых доказательств.

Авторы провели специальный поиск раздутых ободранных компонентов у Ве-звезд. И нашли систему с переносом массы! Это HD 15124.

По оценкам авторов 12-55% Ве-звезд имеют ободранные компоненты, в основном очень слабые. Таким образом, подтверждается, что в основном Ве-звезды формируются за счет раскрутки в двойных системах.

GRB 211227A - пекулярный длинный гамма-всплеск от слияния компактных объектов (GRB 211227A as a peculiar long gamma-ray burst from compact star merger)

В прошлом году активно обсуждали короткий гамма-всплеск, который на самом деле "длинный". Т.е., он все-таки короткий, но он сопровождался сверхновой, т.е., по сути физика там, как у длинных. А тут все наоборот. Длинный, но короткий.

Авторы представляют второй случай - GRB 211227A, - когда наблюдается длинный и относительно близкий всплеск, а сверхновая не видна. Более того, всплеск находится в 20 кпк от центра своей галактики, т.е. маловероятно, что он связан с коллапсом ядра массивной звезды.

Первым таким случаем был GRB 060614. Там даже было подозрение на наблюдение килоновой. GRB 211227A подальше, поэтому неудивительно, что там ничего не видно в оптике и ИК в смысле излучения радиоактивного распада насинтезированных элементов. В общем, - любопытно.

Открытие по данным архива Чандры трех кандидатов в быстрые рентгеновские транзиенты, связанные с магнитарами (Discovery of Three Candidate Magnetar-powered Fast X-ray Transients from Chandra Archival Data)

Некоторое время назад был открыт новый тип рентгеновских транзиентов, происхождение которых остается непонятным. Была высказана гипотеза, что некоторые из них могут быть связаны с формированием магнитаров после слияний нейтронных звезд. В статье авторы представляют еще три события такого типа, выявленные в результате поиска в архивных данных Чандра.

Странно, что авторы не обсуждают возможную связь этих источников с быстрыми радиовсплесками. Всплески сейчас открывают и в областях со слабым звездообразованием. Поэтому было предложено, что часть источников объясняется магнитарами, возникшими в результате слияний нейтронных звезд. Теоретически может быть связь между такими транзиентами и быстрыми радиовсплесками.

Гравитационный поиск околоземных черных дыр и других темных компактных объектов (Gravitational search for near Earth black holes or other compact dark objects)

Любопытная работа. Авторы используют данные с чувствительных гравиметров для поиска околоземных темных компактных объектов по их приливному действию. Чувствительность дотягивается до масс чуть меньше 1014 кг. Более мелкие черные дыры уже можно и по хокинговскому излучению увидеть.

Но мне интересно, неужели по телеметрии множества околоземных спутников (включая те, что предназначены для высокоточных измерений) не получаются пределы лучше?

Познание вселенной с помощью появляющихся методов (Unveiling the Universe with Emerging Cosmological Probes)

Часто приходится объяснять, что в современной космологии есть огромный комплекс разнообразных данных, на основе которого и делают выводы. Наблюдают спектры далеких галактик и квазаров, детали в спектрах, связанные с поглощением в облаках газа "по дороге", реликтовое излучение, есть статистика распределения галактик, есть сверхновые, гамма-всплески, гравитационно-волновые всплески, и т.д. и т.п. Кроме того, постоянно появляются новые наблюдательные возможности.В большом обзоре детально рассматривается, как в ближайшем будущем разнообразные методы позволят уточнять космологические параметры, а может - кто знает! - и обнаружить какие-то новые важные детали, пока ускользающие от нас.

Обзор спиральных галактик в скоплении в Деве на Чандре. I. Описание обзора и выборка новых ультрамощных источников (A Chandra Virgo cluster survey of spiral galaxies. I. Introduction to the survey and a new ULX sample)

Впервые проведен большой хороший обзор спиральных галактик в скоплении в Деве. Всего в выборку вошло 75 галактик. Для 23 были использованы архивные данные, а для 52 - проведены новые наблюдения. Всего было использовано около 2 млн секунд наблюдательного времени.

В статье дано общее описание обзора, а также приведены данные по ультрамощным источникам. Их аж 85 штук. Это отличная достаточно однородная выборка, которая позволит лучше разобраться в физике этой разнородной популяции.

Лекционные заметки по физике аккреции (Lecture notes on accretion disk physics)

Подробный курс по физике аккреции от одного из лучших в мире специалистов, который, к тому же, известен способностью хорошо излагать свой предмет. Рассмотрен очень широкий круг вопросов, касающийся темы аккреции в астрофизике. В основном речь идет о дисках (самых разных), но не только.

Исследование архитектуры и внутреннего строения планет системы TOI-561 с помощью CHEOPS, HARPS-N и TESS (Investigating the architecture and internal structure of the TOI-561 system planets with CHEOPS, HARPS-N and TESS)

Снова про важность комплексного подхода. Система TOI-561 становится одной из самых изученных, потому что есть фотометрия от CHEOPS и TESS и спектры (вариация радиальной скорости звезды) - от HARPS-N. В системе надежно известно 4 планеты. Для всех них удается хорошо измерить массы и размеры. Плюс, заподозрена еще одна планета (по вариации лучевой скорости) - долгопериодическая. Точные одновременные измерения массы и радиуса позволяют с большей надежностью применять модели внутреннего строения планет.

TESS возвращается к WASP-12: уточнение темпа уменьшения орбиты и ограничения на атмосферную переменность (TESS Revisits WASP-12: Updated Orbital Decay Rate and Constraints on Atmospheric Variability)

Планеты, близкие к своим звездам, возбуждают в них приливы. Это приводит к уменьшению орбиты планеты. Пока такое наблюдается только в одном случае - WASP-12. В данной статье новые данные TESS используются для уточнения параметров уменьшения орбиты.

TESS закончил свою основную двухлетнюю программу. Но поскольку аппарат продолжает хорошо работать, то реализуется расширенная программа исследований экзопланет. В рамках этой работы и наблюдали WASP-12.

Звездообразование, стимулированное черной дырой, в карликовой галактике Henize 2-10 (Black hole triggered star formation in the dwarf galaxy Henize 2-10)

Авторы провели детальное исследование центральной области близкой (9 Мпк) карликовой галактики Henize 2-10. Показано, что околоядерная область звездообразования связана с биполярным истечением от центральной сверхмассивной черной дыры. Т.о., черные дыры могут стимулировать формирование звездных околоядерных скоплений.

Красивый снимок на Рис. 1 в статье. Прямо видно, как поток от черной дыры соединяет ее с областью звездообразования.

Космологические параметры (2021) (The Cosmological Parameters 2021)

Это апдейт регулярной сводки текущих космологических параметров. Предыдущая выходила в самом конце 2019 г. С тех пор появились некоторые уточнения, хотя и не очень значительные.

Существенно, что в статье не просто дана таблица (она, конечно, тоже есть, совсем небольшая, буквально 10 строк), а приводятся описания параметров и связей между ними. А кроме того, обрисовывается, как параметры определяются. Т.е., скажем, для тех, кто хотя бы прочел пару-тройку хороших науч-поп книжек по космологии, статья послужит неплохим (и понятным) обзором по современному состоянию дел, переводя на несколько более высокий уровень понимания, чем после науч-поп книг. Для тех же, кто хочет "расширить и углубить" свои знания есть ссылки на оригинальные работы (их не слишком много - около полусотни).

Астросейсмология 3642 красных гигантов: поправки к соотношениям, основанные на детальном моделировании (Asteroseismology of 3,642 Kepler Red Giants: Correcting the Scaling Relations based on Detailed Modeling)

Красные гиганты можно изучать разными способами. Обычно - это спектроскопия. И недавно появились две большие выборки красных гигантов, исследованных с помощью LAMOST и APOGEE. Но в данной статьи использован совсем другой подход.

Авторы анализируют данные спутника Кеплер. Астросейсмология, наравне со спектроскопией, позволяет определять ключевые параметры красных гигантов. В статье приводится детальное сравнение результатов использования разных подходов и неопределенности в оценке параметров.

При столь массовом подходе удается определять ключевые параметры (массы, радиусы, возраста) с точностью лучше 10%.

Астросейсмология на просторах диаграммы Герцшпрунга-Рассела (Asteroseismology across the HR diagram)

А теперь про астросейсмологию вообще и в деталях!

Большой обзор по астросейсмологическим наблюдениям звезд всех типов. Благодаря работе Kepler, TESS и других инструментов за последние годы появилось много данных, и астросейсмология стала важнейшим инструментом изучения звезд.

Обзор посвящен в первую очередь результатам наблюдений, но и про методы тоже кратко рассказано.

Обнаружение одиночной черной дыры звездной массы по астрометрическому линзированию (An Isolated Stellar-Mass Black Hole Detected Through Astrometric Microlensing)

Проводя на Хаббловском телескопе наблюдения события длинного микролинзирования, авторы обнаружили в дополнение к фотометрическому эффекту и астрометрический. Это первое такое наблюдение и самый надежный результат по идентификации одиночной черной дыры. Масса черной дыры 6-8 масс Солнца. Интересно, что также удалось померить двумерную проекцию скорости. Получилось 45 км в сек, что указывает на небольшой "кик" при рождении (хотя можно и динамические причины придумать).

Само событие фотометрического линзирования наблюдалось в 2011 г., но понадобилось 6 лет наблюдений, чтобы получить астрометрический результат. Наверное, в недалеком будущем Gaia даст много таких данных.

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

Проверка ОТО на самых больших масштабах в 1915-1955 гг.: рассвет современной космологии (Testing General Relativity on the Largest Scales in the Years 1915-1955: the Dawning of Modern Cosmology)

Популярный рассказ об истории космологических исследований в период от создания ОТО и до начала 60-х гг.

Полный архив обзоров

Теги:
Хабы:
Всего голосов 13: ↑12 и ↓1+12
Комментарии2

Публикации