Астрономы впервые измерили поляризацию света вращающейся звезды
Распределения интенсивности излучения (показано цветом) и вектора поляризации (показано стрелками) на поверхности Регула
Daniel V. Cotton et al./ Nature Astronomy, 2017
Впервые экспериментально зарегистрирован эффект поляризации света, излучаемого звездами в результате их быстрого вращения. Для этого коллектив ученых из Австралии, Великобритании и США измерил сигнал от одной из самых ярких звезд на небе Регула с помощью сверхточного поляриметра. Теоретически этот эффект был предсказан более 50 лет назад. Работа опубликована в Nature Astronomy.
Известно, что поляризация света от сферической звезды, усредненная по поверхности, равна нулю. Однако если по каким-то причинам сферическая симметрия формы звезды нарушается, то средняя поляризация света звезды становится отличной от нуля. Этот эффект был предсказан еще в 1946 году нобелевским лауреатом Субраманьяном Чандрасекаром. Спустя 20 лет после этого в качестве одной из причин возможного нарушения сферической симметрии было предложено ее сплющивание в результате вращения с очень большой скоростью. Однако используемые до этого поляриметры не позволяли измерить поляризацию светового сигнала с достоверной точностью хотя бы для нескольких длин волн даже для самых ярких звезд.
В своем новом исследовании международный коллектив ученых из Австралии, Великобритании и США проанализировал поляризацию излучения Регула — самой яркой звезды в созвездии Льва и одной из самых ярких на всем ночном небе. Данные были получены с использованием наиболее чувствительного на сегодняшний день звездного поляриметра High Precision Polarimetric Instrument (HIPPI), установленного в обсерватории Сайдинг-Спринг. Ученым удалось измерить степень поляризации света в диапазоне длин волн от 395 до 618 нанометров. А объединив новые данные с полученными еще в 2006 году с поляриметра PlanetPol для длины волны 741 нанометров, исследователи получили данные для всего видимого спектра.
Измеренная поляризация света для различных длин волн. Серыми цветом обозначены исходные данные, красным — поправленные с учетом поляризации в межзвездном пространстве
Daniel V. Cotton et al./ Nature Astronomy, 2017
Оказалось, что измеренные значения линейной поляризации составили +42 миллионных доли для длины волны 741 нанометр и −22 миллионных доли для длины волны 395 нанометров. Обращение знака сигнала при изменении длины волны от красного к синему как раз характерно для поляризации, вызванной вращением.
Полученные данные ученые использовали для моделирования вращения Регула. В результате удалось рассчитать скорость вращения звезды, ориентацию оси ее вращения, а также распределение эффективного гравитационного поля на ее поверхности и распределение интенсивности и поляризации излучения для нескольких длин волн.
Гравитационное поле (a) и поле интенсивности излучения с длиной волны 400 нанометров (b), полученной с помощью моделирования на основе экспериментальных данных. Стрелками показано направление и величина вектора поляризации.
Daniel V. Cotton et al./ Nature Astronomy, 2017
Оказалось, что Регул вращается с угловой скоростью в 96,5 процента от критической скорости, которая привела бы к его распаду. При этом абсолютное значение скорости вращения на поверхности достигает 320 километров в секунду. При этом ось вращения звезды направлена под углом 86,3 градуса к направлению наблюдения. Ученые отмечают, что полученные данные прекрасно согласуются с данными о вращении Регула, полученными ранее с помощью интерферометрии. По словам ученых, полученные результаты Регула помогут в дальнейшем изучить окружение звезды и возможные пути ее эволюции.
Излучение звезды может поляризоваться не только из-за изменения ее формы, но и в результате процессов, происходящих со световым пучком уже в космосе, например, в результате двулучепреломления в сильных магнитных полях.
Александр Дубов
