Российские астрофизики измерили «шум» гравитации

Группа российских астрофизиков выяснила, что гравитация Млечного Пути может сильно мешать точному определению координат до далеких объектов. В некоторых случаях среднеквадратическое отклонение смещения положения источников на небесной сфере, например квазаров, может достигать нескольких десятков микросекунд дуги. Это значит, что в ближайшем будущем, когда точность наблюдений повысится, подобное «блуждание» будет мешать ученым при изучении движения небесных тел, поэтому его придется компенсировать математическими методами. Работа опубликована в журнале The Astrophysical Journal, препринт доступен на сайте ArXiv.

Так как Земля и вся Солнечная система находятся внутри Млечного пути, его гравитационное поле ограничивает точность астрометрических наблюдений далеких объектов. Дело в том, что когда луч некоторого источника, например звезды, проходит вблизи другого массивного тела, он слегка отклоняется гравитацией последнего. Обычно это отклонение очень мало, однако если на пути луча встречается много таких объектов, то оно может стать значимым. Более того, так как объекты движутся, угол отклонения луча меняется во времени и координаты источника начинают «блуждать» вблизи их истинного значения. Причем этот эффект справедлив для всех далеких источников, в том числе и для тех, которые являются опорными для построения систем координат — квазаров.

Группа российских астрофизиков из Астрокосмического центра Физического института им. Лебедева, Института космических исследований РАН, Московского физико-технического института и Института астрофизики Общества им. Макса Планка (Германия) в своей работе оценили, насколько сильно влияет гравитационное поле Млечного пути на точность определения координат внегалактических объектов. В основу их работы легли две модели распределения вещества в Галактике, созданные на основе наблюдений. Опираясь на них, исследователи рассмотрели, какое влияние будет оказывать галактическая барионная материя, в том числе и «невидимые» объекты, например коричневые карлики, на координаты далеких источников.

Они вычислили основные статистические характеристики (математическое ожидание, стандартное отклонение, автокорреляционную функцию и другие) для процесса, который описывает изменение позиций внегалактических источников на небесной сфере, вызванное отклонением световых лучей гравитационным полем случайно движущихся точечных объектов. Затем астрофизики построили двумерные «карты» неба, на которые они нанесли средние квадратичные углы смещения положения далеких источников (включая те, которые составляют основу международной небесной системы координат) относительно их истинного положения.

Вычисления показали, что для времени наблюдений около десяти лет величина среднего квадратичного отклонения смещения положения источников будет составлять около 2,5 микросекунд дуги на высоких широтах, увеличиваясь до нескольких десятков микросекунд в центральных областях Галактики. «Это значит, что когда точность измерений в абсолютной внеатмосферной астрометрии достигнет микросекунд, то эффект «блуждания» координат опорных источников, которое вызывает нестационарное поле Галактики, будет необходимо учитывать», — комментирует новость Татьяна Ларченкова, одна из авторов работы. Астрофизики также отмечают, что влияние такого гравитационного «шума» неустранимо, однако его можно будет частично компенсировать математическими методами.

Измерение координат, угловые размеров, тригонометрических параллаксов небесных тел важно для решения многих астрофизических задач. Например, эти параметры используются при определении расстояния до других объектов. Так, исторически первым способом найти достоверные расстояния до ближайших к нам звезд был как раз метод параллакса. О других способах измерения удаленности небесных тел и космических «линейках»

в нашем материале.