Новый способ определения постоянной Хаббла

Продолжая традицию последних «Обзоров», когда мы писали об интересных научных статьях, разбираемых в блоге astrobites, в этом выпуске расскажем о посте Кэролайн Морли (Caroline Morley), посвященной работе группы астрофизиков по определению постоянной Хаббла.

В 1929 году американский астроном Эдвин Хаббл (Edwin Hubble) обнаружил, что Вселенная расширяется. Это открытие он совершил, заметив, что чем дальше находится от нас галактика, с тем большей скоростью она удаляется от нас. Это соотношение легло в основу знаменитого закона Хаббла: v=H*R, где v — скорость удаления галактики, R — расстояние до нее, а H — т. н. «постоянная Хаббла». Этот важный закон используется при измерений самых больших расстояний во Вселенной. Зная постоянную Хаббла и скорость удаления какой-нибудь галактики (которую легко определить по красному смещению в ее спектре), можно в одно арифметическое действие найти и расстояние до нее.

Единственная проблема заключается в том, что постоянная Хаббла до сих пор определена не очень хорошо. Ведь, чтобы узнать точное значение постоянной, нужно узнать расстояние до объектов с разной скоростью удаления. Но прямое измерение расстояний до далеких галактик очень трудно.

Расстояния до ближайших звезд измеряются напрямую, методом параллакса (наблюдаемое смещение близкой звезды относительно далеких звезд фона), но параллакс работает только для ближайших звезд. Расстояния до более далеких объектов измеряются с помощью «стандартных свечей». Стандартные свечи — это объекты, которые имеют известную светимость. Зная, сколько света излучают эти объекты и зная одновременно, что поток света уменьшается пропорционально квадрату расстояния до объекта, мы можем использовать блеск стандартных свечей для измерения больших расстояний (фактически, вплоть до тех расстояний, где стандартные свечи перестают быть видны).

Традиционно в качестве такой стандартной свечи используются сверхновые типа Ia, которые образуются в результате взрыва белого карлика. Эти сверхновые звезды очень яркие и их можно увидеть на больших красных смещениях, поэтому астрономы могут использовать их для измерения космологических расстояний (это одна из причин «охоты» за сверхновыми в других галактиках). С помощью этого метода было произведено лучшее на сегодня измерение постоянной Хаббла: H=73,8±2,4 км/с/Мпк

Статья Рикардо Чавеса и др. показывает, что в качестве стандартной свечи может быть выбран совершенно другой тип объекта — большие межзвездные облака ионизованного водорода HII и целые галактики, в спектрах которых доминируют такие облака (т. н. галактики HII).

Типичная область ионизованного водорода (HII) в нашей галактике — туманность Ориона. Оптическое изображение слева показывает облака газа и пыли, инфракрасное изображение справа показывает новорожденные звезды внутри них. Рисунок: astrobites

Исследовав ряд регионов HII в близких галактиках с известными расстояниями, авторы обнаружили сильную корреляцию между шириной некоторых деталей в спектрах этих облаков и общей светимостью этих деталей. А известная светимость в свою очередь дает способ определения расстояния до межзвездных облаков. И все это возможно, лишь измеряя ширину определенных линий в спектрах межзвездных облаков.

Желая проверить результаты, авторы взяли выборку более далеких HII-галактик вплоть до красного смещения 0,16 и вычислили расстояния до них. Это дало новую, независимую величину постоянной Хаббла, равную 73,9±2,7±2,9 км/с/Мпк. (2,7 — случайные ошибки, а 2,9 — систематические). Интереснейший результат, поразительно сопоставимый с тем, что дают измерения сверхновых типа Ia, но полученный абсолютно независимым способом!

постоянная Хаббла, новый метод

Рисунок 2 из статьи Чавеса и др. показывает все локальные области HII (GEHR на участке) и далеких галактик HII. Ширина линии (сигма) отложена на оси Х, а общая светимость линий нанесена на оси Y. Источник: astrobites

Это новое ограничение постоянной Хаббла дает независимое подтверждение скорости расширения Вселенной.

Археологические находки

На прошедшей неделе Пол Гилстер (Paul Gilster) в Centauri Dreams рассуждал о планетах вокруг древних звезд.

Прежде всего, что такое по-настоящему древняя планета? Недавние расчеты, выполненные Чарльзом Лайнуивером (Charles Lineweaver), показывают, что в среднем земноподобные планеты нашей Галактики старше Земли на 1,8 миллиарда лет. Но именно на землеподобных планетах преимущественно должна зарождаться жизнь. Если предположить, что при схожих начальных условиях жизнь появляется примерно на одной и той же стадии эволюции планет, то можно ли вообще представить жизнь на этих планетах? Жизнь, старше земной почти на два миллиарда лет?

А что, если где-нибудь не слишком далеко от нас находится система с обитаемой планетой вдвое старше Солнечной? Можно ли вообразить «другую Землю», жизнь на которой эволюционировала вдвое дольше, чем у нас?

Понятно, что в то далекое время — 9 миллиардов лет назад и больше — во Вселенной было не так много тяжелых элементов вроде углерода, кремния и железа, чем во времена образования Земли. (Так как эти элементы образуются в недрах эволюционирующих звезд-гигантов и все время накапливаются в космосе, служа материалом для землеподобных планет.) А потому вероятность образования скалистых планет в прошлом была гораздо ниже, чем сейчас. Древние планеты должны быть редкостью во Вселенной.

Однако в 2010 году астрономы обнаружили первую планетную систему у звезды, бедной металлами (это была звезда HIP 13044), а совсем недавно открыли еще одну подобную систему, причем, действительно, не слишком далеко от Земли — в 375 световых годах. Первооткрыватели сравнивают свои планеты с археологическими находками, обнаруженными во дворе собственного дома.

Звезда HIP 11952 подлинно древняя. Ее возраст оценивается в 12,8 миллиарда лет, он почти в три раза превышает возраст Солнечной системы! И однако же две гигантские планеты вращаются вокруг звезды с периодом 7 и 290 дней.

Итак, мы имеем уже две планетных системы у субкарликов за два года, причем одна из них находится по галактическим меркам у нас «под боком». Случайность это или закономерность? Если дальнейшие открытия планет у древних звезд не заставят себя долго ждать, то оценку таких планетных систем в Галактике астрономам придется менять. А это значит, что рассуждения на тему жизни (в том числе и разумной), которой 12 миллиардов лет от роду, перейдут в область более предметных дискуссий.

Сколько лун сейчас у Земли?

Вопрос может показаться глупым, ведь всем известно, что кроме Луны у нашей планеты больше нет естественных спутников (т. н. пылевые спутники Земли — отдельная история). Астрономы пришли к такому выводу после многолетних поисков. Возможно, говорят они, в прошлом Земля и имела еще спутники, но сейчас у нас есть только Луна.

А вот и нет, говорит Эндрю Фазекас (Andrew Fazekas), обозреватель National Geographic и блоггер, описывая результаты любопытного исследования, опубликованные в мартовском номере журнала Icarus. Само исследование не имело ничего общего с поиском тел на орбите Земли с помощью телескопа. Нет. Ученые создали грандиозную компьютерную симуляцию, смоделировав эволюцию орбит 10 миллионов астероидов, регулярно пролетающих через систему Земля-Луна. Орбиты таких астероидов меняются под воздействием тяготения Солнца, Земли и Луны. Схожесть орбит этих астероидов с орбитой Земли делает возможным захват астероидов гравитационным полем нашей планеты.

По расчетам астрономов, за всю историю Земли около 18000 астероидов были захвачены нашей планетой и стали ее спутниками. Где же они? Орбиты таких спутников чрезвычайно неустойчивы. Оказывается, большинство из этих захваченных тел в течение года либо вновь вышвыриваются на орбиту вокруг Солнца, либо падают на Землю. Тем не менее общее их количество таково, что прямо сейчас на орбитах вокруг Земли находятся один или два захваченных астероида размером с автомобиль и около тысячи мини-лун, превышающих по размерам грейпфрут.

Выходит, что некоторые из ярких спорадических метеоров или болидов, которые видят время от времени любители астрономии, — это на самом деле мини-луны, сгорающие в атмосфере Земли!

Расчеты также показывают, что в прошлом Земля захватывала и нечто покрупнее «космического автомобиля». Каждые 50 лет наша планета захватывает 10-метровое тело, а каждые 100 тысяч лет в плену земного тяготения оказывается 100-метровый астероид.

астероид Ида и Дактиль

Астероид Ида и его спутник, Дактиль. Похожие, но гораздо меньшие по размерам тела вращаются сейчас вокруг Земли как ее микроспутники. Фото: NASA

Выводы интереснейшие, но это все теория, а что говорят наблюдатели? На сегодняшний день известна только один астероид, ставший на время спутником Земли. Это астероид 2006 RH120 диаметром около 3 метров. Проболтавшись на орбите Земли менее года, он вновь вышел на орбиту вокруг Солнца. Теоретики полагают, что этот пример отлично иллюстрирует их расчеты.

Осталось за малым: найти мини-луны, которые находятся сейчас на орбите Земли. Но дело это очень и очень нелегкое: любительские телескопы, как правило, слишком малы, чтобы засечь такой объект в окрестностях Земли, а крупные телескопы заняты, скажем так, более важными вещами, чем поиск крошечных астероидов… Надежда остается на большие астрономические обзоры, вроде тех, что проводил космический телескоп WISE или проводятся сейчас на небольших автоматизированных обсерваториях.

Кто нарисует такую Луну на стене моего дома?

Аманда Бауер (Amanda Bauer), сотрудник Австралийской астрономической обсерватории, задается этим вопросом в своем блоге astropixie, глядя на полотно, которое было вывешено на стене дома в бельгийском курортном городке Кнокке-Хейст.

Фотография Луны на доме в бельгийском городе Кнокке-Хейст. Автор: Corey Arnold

Полотно с изображением Луны появилось в ходе большого фестиваля фотографии под названием Wonderland. Повсюду в городе площади и улицы украсили фотографии, сделанные на различную тематику несколькими известными фотографами. Идея пришла в голову куратору музея изящных искусств в Брюсселе Кристофу Де Ягеру, и он осуществил ее с характерным для западноевропейцев энтузиазмом и в присущей им же постмодернистской манере. Получилось странновато, но хорошо уж то, что в этом действе нашлось место и для неба.

Пасхальное Солнце

Ну а небезызвестный фотограф Алан Фридман поздравляет читателей своего блога Averted Imagination с наступлением католической Пасхи. В качестве подарка фотограф предлагает еще один потрясающий снимок Солнца через фильтр Hα. Протуберанцы, пятна и вспышки, а также сложная гранулированная структура солнечной фотосферы видны на этом изображении лучше, чем на обычных снимках. Но особенно потрясает то, что на этом снимке действительно выглядит шаром

солнце

Солнце в лучах Hα 8 апреля 2012 года. Фото: Alan Friedman

Но Алан Фридман, конечно имел в виду другое, называя Солнце на снимке пасхальным. Разве наша звезда здесь не напоминает вам крашеное яйцо?..