Dve zvezdy v den'20.08.2012 15:00 | N. Yu. Podorvanyuk/GAISh MGU
S pomosh'yu effekta Syunyaeva -- Zel'dovicha obnaruzheno neobychno massivnoe i yarkoe skoplenie galaktik s tempom zvezdoobrazovaniya dva nashih Solnca v den' -- v 740 raz vyshe, chem v nashei Galaktike. Rossiiskii astrofizik Rashid Syunyaev prokommentiroval dlya "Astroneta" i "Gazety.Ru" eto otkrytie, kotoroe bylo by nevozmozhno bez effekta, predskazannogo im sovmestno s Ya. B. Zel'dovichem v nachale 1970-h godov.
Veroyatno, chitateli Astroneta znayut ob effekte Syunyaeva -- Zel'dovicha, sut' kotorogo sostoit v ponizhenii yarkosti reliktovogo izlucheniya v napravlenii na massivnoe skoplenie galaktik s goryachim mezhgalakticheskim gazom. Ispol'zuya etot effekt, special'no sozdannye dlya etogo Atacama Cosmology Telescope (shestimetrovaya antenna submillimetrovogo diapazona, raspolozhennaya na vysote 5000 metrov v chiliiskih Andah) i kosmicheskii sputnik Planck ishut seichas dalekie skopleniya galaktik. Eshe odnim instrumentom, kotoryi ispol'zuetsya dlya poiska effekta Syunyaeva -- Zel'dovicha, yavlyaetsya South Pole Telescope (SPT). Diametr ego zerkala 10 metrov, raspolozhen on na Yuzhnom polyuse Zemli i takzhe rabotaet v submillimetrovom diapazone.
Na dannyi moment SPT zavershil programmu obzora 2500 kvadratnyh gradusov yuzhnoi polusfery neba, eta programma nachalas' eshe v 2007 godu (napomnim, chto ploshad' vsego neba sostavlyaet primerno 41 tysyachu kvadratnyh gradusov). Za eto vremya s pomosh'yu effekta Syunyaeva -- Zel'dovicha bylo naideno okolo 500 skoplenii galaktik.
Krasota effekta Syunyaeva -- Zel'dovicha v tom, chto on pozvolyaet obnaruzhit' galakticheskoe skoplenie na samom krayu nablyudaemoi Vselennoi tak zhe legko, kak skoplenie, raspolozhennoe nedaleko ot nas, -- govorit Dzhon Karlstrom, rukovoditel' proekta South Pole Telescope. -- Velichina effekta zavisit ot massy ob'ekta, a ne ot ego rasstoyaniya do Zemli.
Odnim iz skoplenii galaktik, kotoroe obnaruzhil SPT, yavlyaetsya ob'ekt SPT-CLJ2344-4243, raspolozhennyi na rasstoyanii 5,7 mlrd svetovyh let ot Zemli v sozvezdii Feniks (seichas ego nazyvayut prosto skoplenie Feniks). Posle otkrytiya skoplenie Feniksa dva goda detal'no issledovalos' s pomosh'yu semi instrumentov v opticheskom, infrakrasnom i rentgenovskom diapazonah na dvuh orbital'nyh observatoriyah (rentgenovskoi Chandra i infrakrasnoi Gershel') i treh nazemnyh teleskopah, raspolozhennyh v Chili (8,1-metrovyi Gemini South, 6,5-metrovyi Magellan observatorii Las-Kampanas i 4-metrovyi teleskop Blanko observatorii Serro-Tololo). Eti kompleksnye issledovaniya pokazali, chto skoplenie Feniks yavlyaetsya rekordnym po ryadu pokazatelei.
Podrobnye rezul'taty predstavleny v stat'e, opublikovannoi v zhurnale Nature. Vedushim avtorom publikacii yavlyaetsya Maikl Makdonal'd iz Instituta astrofiziki i kosmicheskih issledovanii imeni Freda Kavli (pri Massachusetskom tehnologicheskom institute). Sredi 86 avtorov etoi stat'i prisutstvuet sotrudnik Instituta kosmicheskih issledovanii RAN Aleksei Vihlinin, rabotayushii v nastoyashee vremya v Garvard-Smitsonovskom centre astrofiziki.
Rasskazhem podrobnee o rekordah skopleniya Feniks. Tak, ego massa blizka k 21015 mass Solnca, chto delaet ego odnim iz samyh massivnyh izvestnyh skoplenii galaktik vo Vselennoi. Rentgenovskaya svetimost' etogo skopleniya chrezvychaino velika: 81045 erg/s -- dva trilliona svetimostei Solnca. Ono obladaet kraine sil'nym potokom ohlazhdeniya (cooling flow) -- 3 820 mass Solnca v god. V skopleniyah galaktik terminom potok ohlazhdeniya (cooling flow) nazyvaetsya potok veshestva, kotoroe kondensiruetsya i ostyvaet, yavlyayas' v konechnom itoge ishodnym materialom dlya obrazovaniya zvezd. Samyi glavnyi vyvod stat'i zaklyuchaetsya v tom, chto v central'noi galaktike skopleniya Feniks proishodit burnoe zvezdoobrazovanie s effektivnost'yu 740 zvezd massoi Solnca v god.
Otmetim, chto temp zvezdoobrazovaniya v nashei galaktike sostavlyaet primerno odnu massu Solnca v god. Maikl Makdonal'd otmechaet, chto v spiske izvestnyh ob'ektov-rekordsmenov po zvezdoobrazovaniyu skoplenie Feniksa operezhalo by blizhaishego presledovatelya po effektivnosti kak minimum v pyat' raz. Konechno, eto ne sovpadenie, chto takoe intensivnoe zvezdoobrazovanie proishodit v naibolee bystro ohlazhdayushemsya iz vseh izvestnyh k nastoyashemu vremeni skoplenii vo Vselennoi, -- govorit Makdonal'd. -- My schitaem, chto etot ostyvayushii gaz i postavlyaet neobhodimoe toplivo dlya processa zvezdoobrazovaniya.
Otkrytie "techeniya ohlazhdeniya" i rekordno bystrogo zvezdoobrazovaniya bylo priznano specialistami nastol'ko vazhnym sobytiem, chto emu posvyasheny press-relizy Garvardskogo i Chikagskogo universitetov, Centra dannyh orbital'noi observatorii Chandra i Nacional'nogo nauchnogo fonda SShA, kotoryi finansiruet issledovaniya teleskopa na Yuzhnom polyuse Zemli. Garvardskii universitet opublikoval interv'yu s akademikom RAN Rashidom Syunyaevym, predvariv ego sleduyushimi frazami: Ne tak legko naiti oblast' kosmologii ili astrofiziki vysokih energii, na kotoruyu ne povliyali by raboty Rashida Syunyaeva -- odnogo iz naibolee uvazhaemyh i priznannyh uchenyh v etih oblastyah nauki. Vydayushimsya vkladom bylo, v chastnosti, predskazanie effekta, nazvannogo v chest' Syunyaeva i ego uchitelya Yakova Zel'dovicha.
Rashid Syunyaev podelilsya svoim mneniem ob otkrytii skopleniya galaktik Feniks i s nashimi chitatelyami.
-- Eto chrezvychaino interesnaya stat'ya. Rentgenovskie nablyudeniya goryachego (desyatki millionov gradusov) razrezhennogo gaza v skopleniyah galaktik pozvolili eshe 35 let nazad opredelit' plotnost' i temperaturu gaza i pokazat', chto vremya ego ohlazhdeniya sravnimo, a v central'nyh chastyah skoplenii dazhe men'she harakternogo vremeni rasshireniya Vselennoi. Togda zhe bylo predskazano, chto v centre skopleniya gaz dolzhen ostyvat', a vzamen k centru dolzhen podtekat' gaz s periferii, formiruya techenie ohlazhdeniya. Odnako detal'noe issledovanie spektral'nyh linii vysokozaryadnyh ionov, nablyudaemyh v rentgenovskom spektre skoplenii, pokazalo, chto ohlazhdenie po kakoi-to prichine ne proishodit i techeniya ohlazhdeniya v skopleniyah ne formiruyutsya. Obsheprinyatym ob'yasneniem stala krasiveishaya ideya, chto v skopleniyah rabotaet otricatel'naya obratnaya svyaz'. Stoit sformirovat'sya techeniyu ohlazhdeniya, kak ostyvayushii gaz nachinaet podpityvat' sverhmassivnuyu chernuyu dyru v central'noi dominiruyushei galaktike skopleniya. Aktivnost' akkreciruyushei chernoi dyry -- relyativistskie vybrosy veshestva i sil'noe izluchenie -- nagrevayut gaz v ee okrestnostyah i "vyrubayut" techenie ohlazhdeniya. Odna iz vazhneishih i obshepriznannyh rabot v etom napravlenii prinadlezhit peru chlena-korrespondenta RAN Evgeniya Churazova.
Vazhnost' otkrytiya skopleniya Feniks v tom, chto astronomy vpervye obnaruzhili pryamye svidetel'stva sil'neishego techeniya ohlazhdeniya (v central'nuyu zonu skopleniya vtekaet i kondensiruetsya 3800 mass Solnca v god), privodyashego k bystromu formirovaniyu plotnyh i holodnyh oblakov gaza, v nedrah kotoryh nachinayut intensivno rozhdat'sya molodye zvezdy.
Primer skopleniya Feniks demonstriruet, chto, skoree vsego, u mnogih skoplenii galaktik mogla byt' v proshlom stadiya, na kotoroi techenie ohlazhdeniya privodilo k intensivnomu zvezdoobrazovaniyu v central'noi galaktike skopleniya. Prodolzhiv poisk podobnyh yavlenii na vsem nebe, my smozhem ponyat', kakova prodolzhitel'nost' podobnyh periodov aktivnosti.
-- Kak vy dumaete, skoplenie prohodit fazu sil'nogo ostyvaniya neskol'ko raz ili avtoram raboty udalos' poimat' unikal'nyi moment ego evolyucii?
-- Ya lichno schitayu, chto skopleniya za vremya svoego sushestvovaniya neskol'ko raz prohodyat fazu sil'nogo ohlazhdeniya. Avtoram povezlo poimat' unikal'nyi moment neveroyatno vysokogo tempa zvezdoobrazovaniya, svyazannogo s sil'nym "techeniem ohlazhdeniya".
-- Blagodarya effektu, kotoryi vy predskazali vmeste s Yakovom Zel'dovichem, byli naideny i drugie interesnye ob'ekty, takie kak El' Gordo. Kak vy schitaete, smogut li issledovaniya naibolee massivnyh i dalekih skoplenii proverit' standartnuyu model' kosmologii i, mozhet byt', dazhe pozvolit' issledovat' prirodu rannei Vselennoi?
-- Takie ob'ekty, kak skopleniya Feniks i El' Gordo, koe v chem pohozhee na skoplenie Pulya, sposobny dat' nam massu informacii o fizicheskih processah v samyh massivnyh ob'ektah nashei Vselennoi.
Takie skopleniya predstavlyayut soboi unikal'nuyu laboratoriyu po issledovaniyu vysokotemperaturnoi plazmy. Oni harakterizuyutsya vysochaishei koncentraciei temnoi materii i, yavlyayas' ob'ektami s ogromnym gravitacionnym polem, formiruyut sil'noe gravitacionnoe linzirovanie. Ochevidno, chto otkrytie kazhdogo takogo massivnogo skopleniya yavlyaetsya ser'eznoi proverkoi standartnoi modeli nashei Vselennoi, kotoraya predskazyvaet maloe ih kolichestvo na bol'shih krasnyh smesheniyah. Podobnye issledovaniya, a takzhe izuchenie vsego neba mogut privesti k neozhidannym rezul'tatam i utochneniyu nashego ponimaniya prirody pervichnyh vozmushenii plotnosti veshestva vo Vselennoi.
-- Na dannyi moment pod rukovodstvom Breda Bensona prodolzhaetsya bol'shaya programma kosmicheskogo teleskopa Chandra po nablyudeniyu skoplenii galaktik, otkrytyh na South Pole Telescope. Odna iz celei programmy -- prodolzhenie raboty, nachatoi vashim molodym kollegoi Alekseem Vihlininym: ispol'zovat' narastayushuyu so vremenem krupnomasshtabnuyu strukturu Vselennoi dlya proverki kosmologii i uskorennogo rasshireniya Vselennoi. Kakovo vashe mnenie ob etih issledovaniyah, pomogut li oni prolit' svet na prirodu temnoi energii i gravitacii na kosmologicheskih masshtabah?
-- Dannye kosmicheskogo rentgenovskogo teleskopa Chandra ochen' vazhny dlya izucheniya skoplenii galaktik v interesah kosmologii. Nablyudeniya Chandry otkryvayut vozmozhnosti dostatochno tochnogo opredeleniya mass dlya tol'ko chto otkrytyh skoplenii. Nam neobhodimo znat' ih massy dlya togo, chtoby delat' bolee tochnye kosmologicheskie vyvody. Eto pozvolyaet naiti zavisimost' plotnosti chisla skoplenii s blizkimi massami ot krasnogo smesheniya (ili ot vremeni). Takaya informaciya pri sravnenii s predskazaniyami teorii otkryvaet vozmozhnost' opredeleniya osnovnyh parametrov Vselennoi, chto uspeshno prodemonstriroval Aleksei Vihlinin. Ya rad, chto takie yarkie molodye uchenye, kak Bred Benson, prisoedinilis' k etim issledovaniyam. Sravnenie nablyudatel'nyh dannyh s dannymi chislennogo modelirovaniya takzhe pomogaet nam prodvigat'sya vpered.
Ne somnevayus', chto nablyudatel'naya kosmologiya v blizhaishie 20--25 let dast nam ischerpyvayushuyu informaciyu o global'nyh svoistvah temnoi energii, no ya ne uveren, smozhem li my osmyslit' ee prirodu za stol' korotkoe vremya.
-- Vy aktivno prodolzhaete issledovaniya. Naprimer, tol'ko za 2012 god u vas i vashih soavtorov uzhe poyavilos' dvadcat' statei, opublikovannyh v nauchnyh zhurnalah ili v vide elektronnyh preprintov, to est', skoree vsego, napravlennyh v pechat' ili dolozhennyh na konferenciyah. Kakie temy v astrofizike volnuyut vas segodnya bol'she drugih? K kakim budushim rabotam ili issledovaniyam vy otnosites' s osobennym interesom?
-- Ya schastliv, chto zhivu vo vremya, kogda revolyuciya v nablyudatel'noi astrofizike i kosmologii prodolzhaetsya stol' uspeshno. V techenie blizhaishih desyati-pyatnadcati let budet vvedeno v stroi nemalo zamechatel'nyh nazemnyh opticheskih i radioteleskopov, zapusheny unikal'nye kosmicheskie observatorii. Zamechatel'no prosypat'sya utrom i pochti kazhdyi den' nahodit' v svezhei rassylke elektronnyh preprintov chto-to interesnoe ili dazhe absolyutno novoe dlya tebya, napisannoe aktivnym i ochen' sil'nym pokoleniem molodyh astrofizikov. Segodnya menya osobo interesuyut nablyudatel'nye metody, kotorye pozvolyat nam poluchit' dopolnitel'nuyu informaciyu o tom, kakoi byla nasha Vselennaya, kogda ona byla v tysyachi i milliony raz molozhe, chem seichas. Budet zdorovo, esli eti metody sdelayut vozmozhnym, skazhem, let cherez desyat'-pyatnadcat' pryamoe obnaruzhenie fotonov v spektral'nyh liniyah ot epohi rekombinacii vodoroda, kotoraya proishodila na krasnom smeshenii 1500. Predstav'te sebe znakomyi so shkol'nyh i studencheskih let spektr ul'trafioletovyh i opticheskih linii vodoroda, sdvinutyh v poltory tysyachi raz po dline volny v millimetrovyi i radiodiapazony. Bylo by kraine interesno uvidet' pryamoe podtverzhdenie sushestvovaniya fotosfery Vselennoi, sposobnoi sformirovat' prakticheski ideal'nyi chernotel'nyi spektr reliktovogo izlucheniya na krasnyh smesheniyah, blizkih k dvum millionam.
Nadeyus', chto sleduyushie pokoleniya kosmicheskih proektov sdelayut vozmozhnymi takie nablyudeniya i pozvolyat, nakonec, obnaruzhit' davno predskazannye chrezvychaino slabye otkloneniya spektra reliktovogo izlucheniya ot chernotel'nogo, svyazannye s dissipaciei melkomasshtabnyh zvukovyh voln v rannei Vselennoi.
Odnako eto stanet vozmozhnym uzhe v otnositel'no dalekom budushem. No dazhe v blizhaishie gody my navernyaka poluchim massu novoi informacii ob epohe reionizacii Vselennoi, kotoraya proizoshla vsego lish' na krasnom smeshenii 10, to est' kogda Vselennaya byla tol'ko v 30 raz molozhe, chem seichas. Rezul'taty evropeiskogo sputnika Planck, imeyushie otnoshenie k reionizacii Vselennoi i kosmologii rannei Vselennoi, budut ob'yavleny v nachale 2013 goda. Zhdat' ostalos' nedolgo. Posle etogo vse dannye pervyh dvuh let nablyudenii stanut obshedostupnymi.
Samoe vremya otmetit', chto v 2012 godu ya umudrilsya voiti v chislo soavtorov shesti statei po rezul'tatam nablyudenii skoplenii galaktik sputnikom Planck (u kazhdoi iz etih statei bol'she chem po 150--200 avtorov). Kak i v rabotah na uskoritelyah, kazhdyi, kto vnes kakoi-to vklad na opredelennoi stadii raboty po gromadnomu proektu, stanovitsya soavtorom stat'i.
-- Vashe predskazanie, sdelannoe sovmestno s Yakovom Borisovichem Zel'dovichem o tom, chto v napravleniyah na skopleniya galaktik budet nablyudat'sya effekt Syunyaeva -- Zel'dovicha, iznachal'no bylo vosprinyato kollegami skepticheski. Chto vy ispytali, kogda ubedilis' v tom, chto vashe predskazanie ne tol'ko podtverdilos', no i chto effekt Syunyaeva -- Zel'dovicha stal sushestvennoi chast'yu sovremennoi astrofiziki?
-- Da, vo vremya moih pervyh dokladov ob effekte nekotorye fiziki byli nastroeny ves'ma skepticheski v svyazi s tem, chto, kak oni schitali, umen'shenie yarkosti neba v radiodiapazone v napravlenii oblaka ochen' goryachego gaza protivorechit zakonam termodinamiki. Astronomy zhe otnosilis' skepticheski, kogda ya govoril, chto amplituda effekta i ego spektr ne zavisyat ot krasnogo smesheniya, t.e. rasstoyaniya do ob'ekta. Eto protivorechilo vsemu opytu, kotoryi byl nakoplen do etogo vo vnegalakticheskoi astrofizike. No esli v konce doklada poyavlyalsya trizhdy Geroi Socialisticheskogo Truda Ya. B. Zel'dovich i govoril Rashid prav, proishodilo udivitel'noe -- vse nemedlenno nachinali kivat' golovoi v znak soglasiya. Togda ya vpervye osoznal, kak horosho imet' za spinoi tyazheluyu artilleriyu.
V to zhe vremya menya sil'no ogorchalo to, chto Yakov Borisovich schital, chto effekt slishkom slab i, skoree vsego, ego nikogda ne smogut nablyudat'.
Ya byl molod i veril, chto esli fizika verna, to Vselennaya naidet sposob prodemonstrirovat' sushestvovanie effekta. Ya ochen' blagodaren nablyudatelyam, kotorye poverili v etu ideyu i potratili mnogie gody svoei zhizni, pytayas' obnaruzhit' effekt. Podlinnoe podtverzhdenie on poluchil tol'ko v konce 1980-h -- nachale 1990-h godov, cherez dvadcat' let posle predskazaniya. Horosho pomnyu den', kogda ya uvidel stat'yu radioastronoma iz Chikago Dzhona Karlstroma i ego kolleg s rezul'tatami nablyudenii effekta s pomosh'yu radiointerferometra BIMA (Berkeley-Illinois-Maryland Association) v napravlenii horosho izvestnyh skoplenii na raznyh krasnyh smesheniyah, ot z =0.17 do z =0.888. Konechno, v 1969 godu, kogda my gotovili k pechati svoyu pervuyu stat'yu ob effekte, ya dazhe i mechtat' ne mog o tom, chto segodnya South Pole Telescope, Atacama Cosmology Telescope i kosmicheskii teleskop Planck naidut na nebe bolee tysyachi neizvestnyh do etogo skoplenii galaktik. Eto potryasayushee chuvstvo -- osoznavat', chto bol'shinstvo iz etih skoplenii nahoditsya na ochen' bol'shih krasnyh smesheniyah i chto effekt pozvolyaet nam iskat' naibolee massivnye skopleniya vo Vselennoi. Trudno predstavit' sebe, chto skopleniya, otkrytye blagodarya effektu, budut nablyudat'sya na nebe posleduyushie milliardy let.
I voznikaet ser'eznyi vopros, budut li eshe na Zemle astronomy v eto dalekoe ot nas vremya.
Mne ochen' zhal', chto Yakov Borisovich Zel'dovich ne uvidel etot potok novyh interesneishih statei s rezul'tatami issledovaniya skoplenii galaktik, otkrytyh pri pomoshi effekta i nablyudaemyh segodnya na luchshih teleskopah mira v razlichnyh spektral'nyh diapazonah.
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
Syunyaev - Skoplenie galaktik - zvezdoobrazovanie - Zel'dovich - rentgen - Chandra
Publikacii so slovami: Syunyaev - Skoplenie galaktik - zvezdoobrazovanie - Zel'dovich - rentgen - Chandra | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
