Компьютерра - Компьютерра PDA N76 (27.11.2010-03.12.2010)

- Как обнаруживают экзопланеты, ведь они невидимы напрямую?

- Почему же не видны? В некоторых случаях внесолнечные планеты уже удаётся наблюдать непосредственно. В других случаях (их, правда, пока большинство) на помощь приходят косвенные методы, из которых наиболее продуктивны метод лучевых скоростей и метод затмений. В первом методе используется тот факт, что на самом деле не планета вращается вокруг звезды, а звезда и планета вращаются вокруг общего центра масс. Это небольшое движение звезды приводит к тому, что она движется то к наблюдателю, то от него. В результате из-за эффекта Допплера её спектральные линии смещаются то в синюю, то в красную область спектра. Эти колебания и выдают присутствие невидимого спутника. Если масса спутника не превышает 13 масс Юпитера, его считают планетой. Правда, метод лучевых скоростей позволяет определить не саму массу, а только её нижнюю границу, точнее, он позволяет определить произведение массы планеты на синус угла между плоскостью её орбиты и небосводом.

Метод затмений работает тогда, когда плоскость орбиты планеты почти параллельна лучу зрения. В этом случае планета на каждом обороте проходит перед звездой, частично затмевая её свет. Метод затмений более сложен, но и информации даёт больше. В частности, для затмевающих планет удаётся измерять массы, спектры и радиусы. То есть он, в отличие от метода лучевых скоростей, позволяет не просто зафиксировать сам факт наличия планеты, но и определить её физические параметры и даже свойства атмосферы.

- А как можно исследовать свойства атмосферы, если нельзя увидеть даже саму планету?

- Здесь также работает спектральный анализ. Если речь идёт о затмевающей планете, то во время затмения, то есть в тот момент, когда планета проходит по диску звезды, газовая оболочка планеты поглощает часть звёздного света, и это добавочное поглощение можно зафиксировать в наблюдениях. В тех же (пока редких) случаях, когда удаётся увидеть саму планету, возможно получить и её спектр - непосредственно, а не в виде едва заметного изменения в спектре звезды.

- Чёрные дыры представляют собой особый класс объектов, так как сами ничего не излучают. Каким образом они были обнаружены, и как были измерены их массы?

- Измерение масс чёрных дыр - как раз тот случай, когда прекрасно работают законы четырёхсотлетней давности, законы Кеплера. Наблюдая движение вещества по кеплеровским орбитам, можно определить массу того тела, вокруг которого обращается вещество. В ряде случаев оказывается, что вещество вращается вокруг "пустого" места, то есть источник тяготения в фокусе орбиты есть, обладает весьма заметной массой и при этом невидим. Очень наглядный пример - объект в центре нашей Галактики. Вокруг него вращается несколько звёзд, орбиты которых измерены с очень высокой точностью. Из параметров этих орбит видно, что звёзды движутся в поле тяготения объекта массой в несколько миллионов солнечных масс. При этом объект невидим (видно лишь слабое рентгеновское излучение падающего на него газа) и обладает очень небольшими размерами. Всё это - характерные признаки чёрной дыры.

- А можно ли объяснить эти признаки, не привлекая теорию чёрных дыр? Есть ли другие гипотезы?

- Да, время от времени публикуются статьи, посвящённые попыткам объяснить поведение звёзд в центре Галактики другими объектами - нейтринными шарами, бозонными звёздами и прочее. Однако эти объекты более экзотичны, чем чёрные дыры, а в науке принято правило, согласно которому предпочтение отдаётся более простому объяснению.

- Большая часть массы Вселенной состоит из тёмной энергии и тёмной материи, природа которых неизвестна. Как астрофизика изучает их?

- Тёмная материя локальна, её признаки наблюдаются не только в масштабах Вселенной, но и в отдельных скоплениях галактик, и в самих галактиках. Поскольку тёмная материя является источником гравитационного притяжения, её распределение можно исследовать по наблюдениям явлений, связанных с гравитацией, например по наблюдениям гравитационного линзирования. Здесь в общем ситуация примерно та же, что и с чёрными дырами, - действие поля тяготения фиксируется совершенно уверенно, а его видимый источник отсутствует. Только речь идёт не об очень компактном массивном теле, а напротив, о распределении невидимого вещества в масштабах скопления галактик.

Тёмная энергия - вещь глобальная, и её признаки проявляются в космологических наблюдениях, то есть, по сути, в наблюдениях Вселенной как целого. Но методика и здесь остаётся той же: теоретики рассчитывают, как должна выглядеть Вселенная (крупномасштабное распределение вещества, свойства микроволнового фона) при том или ином соотношении обычного вещества, тёмного вещества и тёмной энергии, а наблюдатели проверяют, насколько эти предсказания оправдываются на практике, например в наблюдениях анизотропии микроволнового фонового излучения.