Световое эхо раскрывает секреты протопланетного диска

pia20645_main
На этом изображении показана звезда, окруженная протопланетным диском. Вещество, формирующее диск, плавно катится по окружности звездного магнитного поля и перетекает на поверхность звезды. Когда вещество диска достигает астрономического светила, оно ярко подсвечивается звездой. Credits: NASA/JPL-Caltech
Астрономы могут использовать световое эхо для измерения расстояний от звезды до окружающего ее протопланетного диска. Эта диаграмма иллюстрирует схему, по которой проходит процесс замедления времени (светового эха): замедление времени пропорционально расстоянию от звезды до протопланетного диска. Credits: NASA/JPL-Caltech
Астрономы могут использовать световое эхо для измерения расстояний от звезды до окружающего ее протопланетного диска. Эта диаграмма иллюстрирует схему, по которой проходит процесс замедления времени (светового эха): замедление времени пропорционально расстоянию от звезды до протопланетного диска.
Credits: NASA/JPL-Caltech

Попробуйте представить: вы хотите измерить параметры комнаты, в которой царит кромешная темнота. Если вы закричите, то сможете приблизительно предположить, большая комната или маленькая, в зависимости от того, как много уйдет времени на то, чтобы эхо дошло до вашего слуха уже после отражения от стен.

Астрономы взяли на вооружение этот принцип, чтобы исследовать объекты такие дальние, что ученые видят только точку и не могут рассмотреть их подробнее. В целом, научные деятели заинтересованы в произведении расчетов удаленности молодых звезд от внутренней части окружающего их протопланетного диска. Диски, состоящие из газа и пыли, являются областью формирования планет; а процесс образования планет занимает миллионы лет.

«Изучение протопланетных дисков может помочь нам раскрыть некоторые тайны, которыми окутаны экзопланеты, планеты находящиеся как в Солнечной системе, так и за её пределами,- пояснил Хуанг Менг, организатор научной работы, постдокторантуры, на базе университета в городе Тусон, штат Азизона.- Мы хотим узнать, как формируются планеты и почему мы находим массивные планеты, которые называются «горячие Юпитеры»(название проиходит от такого же близкого расположения к своим звездам)».

Хуанг Менг- главный исследователь новой научной работы- изучение протопланетного диска звезд типа Т Тельца на основе теоретических моделей и данных, полученных при помощи спектроскопов,- опубликованной в Журнале Астрофизика (Astrophysical Journal) и основанной на базе данных, полученных при помощи космического телескопа для наблюдения космоса в инфракрасном диапазоне «Спитцер» и четырёх стационарных телескопов в астрономических обсерваториях. Эти данные необходимы для определения расстояний от звезды до внутреннего ободка протопланетного диска, окружающего небесное тело.

Произведение расчетов оказалось не таким простым заданием, потомучто оно не ограничивалось размещением линейки поверх фотографии. Если бы все расчеты можно было бы провести при помощи линейки, они были бы такими же неточными, как данные о ширине точки в конце этого предложения, полученные спутником с фотографии монитора вашего компьютера.

Вместо этого, ученые используют метод под названием «фото-реверберация», так же известный как «световое эхо». Когда центральная звезда вспыхивает, свет отражается от её околозвездного диска, прибывая несколько позже и создавая иллюзию «запоздалого эха». Астрономы измерили количество времени, которое потребовалось свету, исходящего непосредственно от звезды, чтобы достичь Земли, а затем подождать приближения светового эха.

Благодаря специальной теории относительности Альберта Эйнштейна, мы знаем: свет путешествует с постоянной скоростью. Чтобы определить какую- либо дистанцию, астрономы могут умножить скорость света на время, которое требуется свету, чтобы преодолеть расстояние из одного пункта в другой.

Чтобы воспользоваться этой формулой, ученым необходимо найти звезду с переменным излучением, что буквально значит: звезда излучает радиоактивное излучение совершенно непредсказуемо. Наше Солнце обладает довольно устоявшимся излучением, но переменная звезда, несомненно, подвергается мощнейшим, сильно заметным изменениям касаемо степени излучения радиации. Эти изменения могут коррелировать со световым эхо. Молодые переменные звезды с нестабильным излучением- ярчайшие тому образцы и кандидаты в число объектов, представляющие интерес для астрономов.

Звезда, использованная в данной научной работе, называется YLW 16B и располагается в удалении от Земли на 400 световых лет. Светило YLW 16B имеет массу, сходную с земной, но на один миллион лет старше нашей планеты. Это соотношение может быть выражено на примере: сравните младенца со звездой, возраст которой 6,4 биллионов лет.

Астрономы сопоставили данные космического телескопа «Спитцер» и четырёх стационарных телескопов в астрономических обсерваториях: телескоп Майалл в состав Кит-Пикской Обсерватории (Кит Пик, штат Аризона, США); телескопы SOAR и SMARTS в Чили; и еще фотометрической системы Джонсона-Моргана в Мексике. В течение двух ночей исследований астрономы  увидели своеобразное отставание во времени, которое наблюдалось несколько раз между звездным излучением и его световым эхо в околозвездном диске. Стационарные телескопы обсерваторий уловили коротковолновое инфракрасное излучение, исходящее непосредственно от звезды, и телескоп «Спитцер» уловил длинноволновое инфракрасное излучение, которое в свою очередь отражалось от околозвездного диска и являлось световым эхо. Так как облака диска звезды YLW 16B настолько плотные, что с Земли ее невозможно увидеть, поэтому астрономы не могут использовать свет в видимой части спектра для анализа светила.

Исследователи затем подсчитали, как далеко этот свет мог пройти за период замедления времени: около 0.08 астрономической величины, что равняется приблизительно 8 процентам от всего расстояния от Земли до Солнца, или одной четвертой орбиты Меркурия. Этот результат оказался чуть меньшим, по сравнению с предыдущим, вычисленным при помощи неточной техники, но соответствующий ожиданиям ученых.

Несмотря на то, что этот метод не совсем точно измеряет высоту околозвездного диска, астрономам удалось установить, что внутренний обод диска относительно плотный.

Вплоть до этого открытия, астрономы использовали технику светового эха для измерения размера аккреционного диска, состоящего из вещества, вращающегося вокруг сверхмассивных черных дыр. Так как свет не проникает в черную дыру по причине сильнейшего гравитационного сжатия, исследователи сравнивают световое излучение внутреннего края аккреционного диска с излучением внешнего края, с целью определения размера астрономического тела. Этот метод также используется для измерения расстояния до других объектов, находящихся рядом с аккреционным диском, например, межзвездная пыль и близлежащий газ.

Так как, рассматривая сверхмассивные черные дыры, световое эхо указывает на задержку времени от нескольких дней до недель, деятели науки проводят измерения светового эхо, исходящего из протопланетного диска. И в этот раз результат равен примерно 74 секундам.

Исследовательская работа, проведенная при помощи космического телескопа для наблюдения космоса в инфракрасном диапазоне «Спитцер», ознаменовывает первый случай применения метода светового эхо по отношению к протопланетным дискам.

«Этот передовой подход может использоваться при изучении и других молодых звезд, окруженных протопланетными дисками, в которых проходит процесс образования планет»,- сказал Петр Плавчан, соавтор данной исследовательской работы и доцент публичного университета штата Миссури, расположенного в Спрингфилде, штат Миссури, США.

Лаборатория реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory)— это научно-исследовательский центр НАСА в городе Пасадина в Калифорнии, который занимается обслуживанием космического телескопа «Спитцер» для НАСА. Все научные работы проводятся в Научном центре «Спитцер» под управлением Калифорнийского технологического института (Калтех) в Пасадине.Хуанг Менг, однако, был лишь наблюдателем в ходе данного исследования.

Авиакосмическая техника предоставляется американской компанией Lockheed Martin Corporation, расположенной в городе Литлтон, штат Колорадо, США. База данных хранится в архивах Калифорнийского технологического института, который также организовывает Лабораторию реактивного движения для НАСА.

Рекомендуемые похожие статьи:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *