Раскрученные черные дыры и слипающиеся нейтронные звезды

Астрономический июль оказался богат на наблюдательные результаты, особенно в том, что касается экзопланет.

Открытие по прямому изображению экзопланеты типа Юпитера в тройной системе. Это не первая планета в тройной, но в данном случае интересна ее орбита. Планета крутится вокруг звезды, а на некотором отдалении вращается еще пара звезд. Так вот, орбита планеты слишком большая — не сильно меньше орбиты двойной.

По всей видимости, чуда нет: орбита неустойчива, но система еще слишком молодая, а периоды обращения довольно большие (сотни лет).

В ближайшие миллионы лет планету выкинет из системы. Именно молодость и позволила ее обнаружить. На прямых изображениях чаще видят именно молодые планеты, так как они продолжают сжатие, а потому светят больше, чем старые объекты такой же массы.

Популяция долгопериодических транзитных планет. С помощью транзитов трудно открывать планеты с большими полуосями (большими орбитальными периодами), так как мало повторных проходов. В данных Кеплера их совсем немного. Однако авторы предлагают и используют новый алгоритм, чтобы определить долю таких планет.

У авторов получилось, что в среднем звезда типа Солнца имеет пару планет меньше Юпитера с орбитальным периодом от двух до 25 лет.

Международный глубокий планетный обзор II: зависимость частоты доступных для прямых изображений гигантских экзопланет от массы звезд. Авторы проводят многолетний поисковый обзор планет, используя крупнейшие телескопы (Keck, Gemini) для получения прямых изображений гигантов у близких звезд. Исследовано почти три сотни молодых звезд (молодость важна, так как планеты в таком случае еще находятся в стадии сжатия, а потому имеют более высокую температуру и их легче увидеть). Именно в этом проекте были открыты планеты системы HR 8799.

Авторы оценили, что несколько процентов звезд имеют гигантские планеты (1–14 масс Юпитера) в диапазоне полуосей 20–300 астрономических единиц.

Интересно, что частота встречаемости планет не зависит от массы звезд. При этом для близких планет такая зависимость имеется.

197 кандидатов и 104 подтвержденные планеты, по данным программы К2, в первых пяти полях. Как известно, на телескопе Kepler некоторое время назад отказал еще один гироскоп, обеспечивающий ориентацию спутника. В итоге аппарат не может постоянно смотреть в направлении созвездий Лебедя и Лиры, где была его основная площадка.

Но вся аппаратура работает. Так что хотя инструмент гуляет по всему небу, наблюдения продолжаются, проект называется К2.

Там есть много разных задач, но среди них, разумеется, есть и поиск экзопланет. В статье представлены результаты первого года по поиску планет. Обнаружено более сотни. Плюс почти две сотни кандидатов. Среди новых экзопланет есть довольно интересные объекты. В том числе и мелкие планеты (с радиусом менее двух земных). Некоторые — в зонах обитаемости.

Кеплер радует не только данными по экзопланетам, но и по звездам: Кеплеровский каталог звездных вспышек

В каталог попал почти миллион (точнее — 851 168) событий.

Они связаны более чем с четырьмя тысячами (4041) звезд. В среднем энергия вспышек — 10³⁵эрг. Напомню, что это все не только интересно, но и важно, потому что вдруг и у нас когда-нибудь шарахнет. Супермощная солнечная вспышка — одна из реальнейших глобальных угроз (намного вероятнее падения крупного астероида, а может быть, даже и вероятнее взрыва сверхвулкана).

От планет в двойных системах перейдем к самим двойным. Наблюдения черной дыры GS 1354-645 на NuSTAR: указание на быстрое вращение черной дыры.

Авторы исследуют тесную двойную систему GS 1354-645 с черной дырой. Моделирование показало, что у черной дыры может быть очень большой спин: a = 0,998 (–0,009).

Это довольно интересный результат, так как наблюдения быстровращающихся черных дыр могут помочь в проверке некоторых эффектов ОТО.

Но не только черные дыры, но и старые добрые белые карлики дарят сюрпризы.
Белый карлик, пульсирующий в радиодиапазоне. Звезда AR Скорпиона была когда-то классифицирована как переменная типа дельта Щита. Но авторы показали, что это куда более интересная система. Это двойная звезда с орбитальным периодом три с половиной часа.

В систему входят красный карлик и белый карлик. Белый карлик всему виной.

Он работает как радиопульсар. Объект вращается с периодом почти две минуты. На протяжении лет удалось увидеть, как он замедляется. И энерговыделение системы находится в согласии с тем, что источником является вращение белого карлика.

Система переменная и излучает от радио до рентгеновского диапазона. Оптический блеск может возрастать в несколько раз за десятки секунд (вообще же оптический блеск меняется раз в двадцать). Часть излучения приходит от красного карлика, но причиной является его взаимодействие с магнитосферой и релятивистскими частицами белого карлика. Аккреции в системе нет, хотя раньше могла и быть. Возможно, что периодически аккреция раскручивает белого карлика. Затем начинается период, когда аккреции нет, и наблюдается пульсароподобное поведение, а потом снова включается аккреция.

Наконец, а что у нас с двойными нейтронными звездами? Мы ждем к концу года рапортов о том, что наконец-то открыты их слияния. А пока — только верхние пределы.

Верхние пределы на темпы слияния двойных нейтронных звезд и нейтронных звезд с черными дырами, по данным первого научного прогона Advanced LIGO.

Обработаны данные первого научного прогона LIGO после апгрейда (сентябрь 2015 – январь 2016) на предмет поиска слияний с участием нейтронных звезд. Такие события могли наблюдаться с расстояния примерно 100 Мпк, что гораздо меньше расстояний до обнаруженных слияний двойных черных дыр (это связано с гораздо меньшей массой нейтронных звезд и сильной зависимостью амплитуды сигнала от масс сливающихся объектов). Сигналы не обнаружены. В общем-то, это находится в соответствии с предсказаниями (кроме самых-самых оптимистичных). Ожидается, что в следующих прогонах после очередного апгрейда сигналы все-таки будут обнаружены.

В завершение, раз уж мы вышли на внегалактические просторы, — кластеризация галактик в полном обзоре барионных акустических осцилляций SDSS-III: космологический анализ выборки DR12.

Барионные акустические осцилляции происходят в ранней вселенной. До рекомбинации темное вещество уже успело создать значительные флуктуации плотности, но барионы не могут их заполнять, так как связаны с фотонами. Как только барионы натекают в «ямку» в потенциале — туда попадают и фотоны. Их давление растет, и они «выталкивают» вещество обратно. В результате происходят «акустические осцилляции». Есть характерный масштаб, соответствующий размеру горизонта для звука в среде (скорость звука очень высока, около скорости света).

Потом, уже после рекомбинации, вещество «запоминает» эти колебания.

Когда флуктуации нарастут, вселенная расширится — мы сможем увидеть эти неоднородности в картине распределения галактик. Именно это и искали и нашли. И тщательно измерили.

Наличие выделенного масштаба — звукового горизонта — дает в руки космологам «стандартную линейку». В итоге по данным о барионных акустических осцилляциях можно определять космологические параметры. С помощью новой версии Слоановского цифрового обзора неба удалось сделать это в недоступном раньше масштабе (как по числу галактик — 1,2 миллиона, так и по красному смещению — почти до 1 миллилона). В итоге, используя в анализе также данные спутника Планк и данные по сверхновым Ia, авторы могут уточнить космологические параметры.

Конечно, результаты такого проекта нельзя представить в одной статье. Кроме обсуждаемой есть еще больше десятка, все доступны в архиве. Постоянная Хаббла равна 67–68 км/с/Мпк, доля вещества (обычного плюс темного) — 31%, вселенная плоская. Темная энергия похожа на космологическую постоянную. Все это с высокой точностью.