2017: Рождение многоканальной астрономии

Недавно мы попросили наших читателей выбрать самое значимое научное событие года. Ожидалось, что им станет регистрация гравитационных волн и вспышки килоновой от слияния нейтронных звезд, однако по итогам голосования в социальной сети «ВКонтакте» оно неожиданно оказалось на втором месте (первое место заняло редактирование генов живого человека). Тем не менее, это событие является огромным достижением современной науки, а журнал Science объявил его научным прорывом года. Давайте вспомним, какими еще астрономическими открытиями запомнится 2017 год.

Слияние нейтронных звезд

17 августа 2017 года, в 15:41:04 по московскому времени, детектор обсерватории LIGO в Хенфорде услышал рекордно длинную гравитационную волну — сигнал продолжался около ста секунд. Вскоре выяснилось, что второй детектор LIGO (в Луизиане) тоже зафиксировал гравитационный всплеск. На 1,7 секунды позже детектора в Хенфорде, независимо от него, сработали автоматические системы космических гамма-обсерваторий телескопов «Ферми» и «Интеграл», которые зарегистрировали яркий гамма-всплеск. Примерно через час LIGO разослал сведения о возможных координатах источника гравитационных волн в обсерватории по всему миру — установить эту область удалось благодаря тому, что сигнал не был зарегистрирован итальянским гравитационным детектором Virgo. Началась крупномасштабная охота на источник гравитационных волн и гамма-всплеска.

Обнаружить среди тысяч возможных кандидатов нужную вспышку первым удалось чилийскому метровому телескопу Swope — почти через 11 часов после гравитационных волн. Это была светящаяся точка в галактике NGC 4993 в созвездии Гидры, ее яркость не превышала 17 звездной величины. В дальнейшем к масштабной наблюдательной кампании присоединились аргентинский телескоп сети «МАСТЕР», телескопы Южной Европейской обсерватории, космические обсерватории «Хаббл» и «Чандра», массив радиотелескопов VLA и множество других телескопов — в сумме более 70 групп ученых наблюдали за развитием событий. Через девять дней астрономам удалось получить изображение килоновой в рентгеновском диапазоне, а через 16 дней — в радиодиапазоне.

Это была уже пятая успешная регистрация гравитационных волн (между прочим, Нобелевскую премию по физике за 2017 год вручили как раз за наблюдение гравитационных волн), однако в предыдущих случаях источниками были черные дыры, а в этот раз — нейтронные звезды. Но сам факт регистрации меркнет перед другим, более важным моментом — впервые удалось наблюдать слияние нейтронных звезд, включая саму регистрацию гравитационного всплеска, сразу во всех диапазонах волн. Родилась «многоканальная астрономия» (Multi-Messenger Astronomy, MMA).

Астрономы сорвали своеобразный научный «джекпот» — слияние произошло достаточно близко от Земли (по астрономическим меркам), а гравитационный всплеск не всегда сопровождается гамма-всплеском. Впервые ученые получили однозначное подтверждение существования вспышек килоновых, которые примерно в 1000 раз мощнее вспышек обычных новых и возникают при слиянии нейтронных звезд или нейтронной звезды и черной дыры. Удалось обнаружить продукты «работы» этой чудовищной «фабрики» по производству тяжелых элементов, такие как цезий, теллур, золото, платину и другие, образованные при слиянии нейтронных звезд. Была доказана связь коротких гамма-всплесков со слияниями нейтронных звезд, подтверждено, что скорость распространения гравитационных волн равна скорости света, вновь проверена Общая теория относительности и уточнена постоянная Хаббла, отвечающая за скорость расширения Вселенной.

Астрономы всего мира с нетерпением ждут новых гравитационных всплесков, причем не только от компактных объектов, но и от других источников, например гравитационного реликтового излучения. А пока есть время вдумчиво анализировать накопленные данные, которые уже помогли уточнить радиус нейтронных звезд до слияния и подтвердили образование «кокона» из выброшенного в межзвездное пространство вещества.

Посланец издалека

Однако это был не единственный «прорыв» в исследованиях космоса в ушедшем году. 18 октября 2017 года сеть телескопов Pan-STARRS на Гавайях открыла новый объект в Солнечной системе, который двигался по незамкнутой гиперболической траектории.

Тогда его посчитали первой межзвездной кометой, которая прибыла к нам из космоса и вскоре улетит навсегда в межзвездное пространство. Однако дальнейшие наблюдения показали, что объект не имеет никаких признаков комы и является астероидом. Ему дали официальное имя Оумуамуа (’Oumuamua), что в переводе с гавайского может означать «разведчик» или «посланец издалека». Наблюдения показали, что астероид имеет скорость около 26 километров в секунду относительно Солнца, прибыл к нам из близкой к солнечному апексу точки в созвездии Лиры и вскоре покинет Солнечную систему.

Другие наблюдения показали, что астероид имеет вытянутую форму и размеры около 200 на 20 метров и совершает один оборот вокруг своей оси за 7,34 часа. Его плотность может быть в шесть раз больше плотности воды, а поверхность покрыта толстым слоем, богатым органическими веществами, такими как толины, образовавшимися под действием космических и галактических лучей. Такое покрытие может работать как «одеяло», предохранившее внутренние слои астероида от нагрева и испарения во время его недавнего сближения с Солнцем.

Предполагается, что астероид в древности мог быть богат льдом и «высушен» за счет сублимации поверхностных слоев льда во время сближений с его родительской звездой, прежде чем он был выброшен из своей планетной системы, или являться обломком из протопланетного диска в другой звездной системе. Кроме того, ученые пытались найти следы инопланетян на астероиде, однако никого не обнаружили. Предлагались различные проекты космических аппаратов, при помощи которых можно было бы догнать межзвездного «странника» и изучить его поподробнее, однако исследователи были вынуждены признать, что легче не пытаться догнать астероид, а создать аппарат, способный достичь похожий быстролетящий объект, и дождаться следующего межзвездного «гостя», чтобы сильно сократить время полета, сложность миссии и ее стоимость.

TRAPPIST-1

2017 год был богат и на открытия экзопланет. В феврале астрономы подтвердили существование семи экзопланет у красного карлика TRAPPIST-1, который расположен в сорока световых годах от Земли. Все планеты имеют схожий с Землей размер, а на поверхности трех из них может существовать жидкая вода. Правда, в дальнейшем выяснилось, что звезда часто переживает мощные вспышки, которые могут негативно сказываться на атмосфере окружающих небесных тел и делать условия на них неподходящими для существования жизни, подобной земной, а четыре из семи землеподобных экзопланет в системе TRAPPIST-1 непригодны для жизни из-за активной вулканической деятельности и высокой температуры поверхности.

Однако это не помешало системе TRAPPIST-1 войти в число объектов, которые будет наблюдать космический телескоп Джеймса Уэбба, в декабре этого года успешно завершивший 100-дневное финальное криогенное тестирование и готовый к окончательной сборке. Запуск намечен на весну 2019 года с космодрома Куру.

Поиски новых экзопланетных систем будут продолжаться. Недавно для этих целей астрономы успешно использовали технологии машинного обучения Google, применявшиеся для анализа данных космического телескопа «Кеплер», которые помогли отыскать «сестру» Солнечной системы, содержащую восемь планет.

Другие события и планы на будущее

В этом году астрономам также удалось узнать больше о процессах, происходивших в ранней Вселенной. Был вновь побит рекорд по самому далекому квазару и завершен самый глубокий спектроскопический обзор в истории, в ходе которого астрономы смогли измерить физические свойства галактик, существовавших во времена, когда возраст Вселенной был менее миллиарда лет.

Ученые при помощи системы ALMA нашли пару массивных сливающихся галактик, существовавших во времена, когда могли формироваться лишь карликовые галактики, и построили самую подробную карту движения галактик в Местном сверхскоплении, смоделировав траектории около 1400 звездных систем в течение последних 13 миллиардов лет.

15 сентября завершилась 20-летняя миссия аппарата «Кассини» по изучению системы Сатурна. Ее завершающая часть по праву получила свое название «Гранд Финал» — 22 пролета в зазоры между кольцами и планетой и «нырок» в атмосферу Сатурна, где «Кассини» до последнего собирал научные данные и отсылал их на Землю. Благодаря «Кассини» ученые получили детальные данные о Сатурне и его огромных и удивительных кольцах, о его необычных спутниках, где могла возникнуть внеземная жизнь, о шестиугольных штормах, бушующих на газовом гиганте, и о многих других вещах. Собранные аппаратом данные ученым предстоит обрабатывать еще годы. 

Наступивший 2018 год будет не менее интересным. На интерферометре VLTI будет проведена наблюдательная кампания по уточнению орбиты звезды S2, расположенной очень близко к сверхмассивной черной дыре в центре Млечного Пути, у которой в этом году нашли отклонения в орбитальном движении, предсказанные общей теорией относительности. 

Продолжится работа гравитационных детекторов и их модернизация. 27 июля состоится Великое противостояние Марса, что обеспечит наилучшие условия для его наземных наблюдений. А в конце года аппарат «Новые Горизонты» долетит до своей новой цели — объекта 2014 MU69 из Пояса Койпера, и мы впервые увидим, как выглядит «свидетель» зарождения Солнечной системы. Недавно выяснилось, что объект может быть тройной системой, состоящей из тесной пары двух астероидов и одного небольшого спутника.

Александр Войтюк