Четверть века VLT: научные результаты

Перед вами — изображение Юпитера, полученное Очень большим телескопом (Very Large Telescope, VLT) в июне 2016 года. Этот и другие впечатляющие снимки, сделанные в высоком разрешении, должны были помочь космическому аппарату «Юнона», который в тот момент приближался к Юпитеру, исследовать атмосферу планеты. И хотя за этим снимком не скрывается глубоких научных результатов, он так красив, что я не смог не поделиться им. Кстати, выбор объекта исследования не очень типичен для VLT: куда чаще телескоп обращает свой взор за пределы Солнечной системы.

VLT — основной исследовательский инструмент Паранальской обсерватории, расположенной на севере Чили. Несколько месяцев назад этот телескоп отметил свое 25-летие (см. картинку дня Четверть века VLT). За эти годы было опубликовано более 10 тысяч научных работ, использующих результаты наблюдений VLT. Остановлюсь на наиболее интересных и значимых из них.

В 2020 году Нобелевская премия по физике была присуждена Райнхарду Генцелю и Андреа Гез «за открытие сверхмассивного компактного объекта в центре нашей галактики», а также Роджеру Пенроузу за теоретические результаты (см. Нобелевская премия по физике — 2020, «Элементы», 13.10.2020). Речь идет о сверхмассивной черной дыре Стрелец А^*, которая благодаря своему мощнейшему гравитационному полю стала прекрасным «полигоном» для изучения и проверки эффектов, предсказываемых общей теорией относительности (ОТО). И хотя VLT не принимал непосредственного участия в ее открытии, он на протяжении почти 20 лет наблюдал за обращением звезды S2 вокруг Стрельца А^*. Эти наблюдения помогли уточнить характеристики черной дыры и показали, что орбита S2, сохраняя свою плоскость, медленно поворачивается вокруг оси, перпендикулярной этой плоскости, — этот эффект называется прецессией Шварцшильда. Скорость прецессии полностью совпала со значением, предсказанным теорией, что стало еще одним практическим подтверждением ОТО.

Схематическое изображение прецессии Шварцшильда. Фото с сайта eso.org

Впервые астрономы столкнулись с прецессией Шварцшильда еще в середине XIX века, наблюдая за орбитой Меркурия (см. Смещение перигелия Меркурия), однако этот эффект никогда не исследовался применительно к звезде, обращающейся вокруг массивной черной дыры. Наблюдая за S2, VLT обнаружил и гравитационное красное смещение — зависимость частоты испускаемого звездой электромагнитного излучения от расстояния до Стрельца А^*, — величина которого также хорошо согласуется с теоретическими предсказаниями.

VLT выпала честь сделать первые изображения экзопланет, то есть планет, находящихся за пределами Солнечной системы. Первые из них были обнаружены еще в конце 1980-х — начале 1990-х годов, однако до начала XXI века их существование можно было установить лишь косвенным образом — например, измеряя периодические колебания скоростей звезд, вокруг которых эти планеты обращались. Но в 2003 году VLT сделал в инфракрасном диапазоне первый в истории астрономии «портрет» далекой планеты — супер-Юпитера (так называются планеты, в 5–10 и более раз тяжелее Юпитера) Беты Живописца b. Правда, это открытие несколько лет оставалось незамеченным. Только в ноябре 2008 года, после повторной обработки изображений, выполненной с помощью более совершенных технологий, на снимках удалось разглядеть небольшую точку.

Звезда Бета Живописца (в центре) и ее планета (белая точка немного выше и левее). Желто-красно-голубые «языки» — остаточный диск, то есть околозвездный диск из пыли и обломков. Фото с сайта eso.org

К тому времени VLT успел сфотографировать другую экзопланету — 2M1207 b. Этот газовый гигант, открытый в апреле 2004 года, также является супер-Юпитером: он обращается вокруг коричневого карлика 2M1207 в созвездии Центавра на расстоянии 170 световых лет от Земли. Правда, его статус до сих пор окончательно не прояснен: в зависимости от того, как образовалась 2M2107 b, может оказаться правильным относить ее не к планетам, а к субкоричневым карликам.

Звезда 2M1207 (в центре) и ее планета. Фото с сайта eso.org

А вот совсем недавняя новость, опубликованная в конце июля: данные, полученные VLT совместно с комплексом радиотелескопов ALMA (см. картинку дня Радиообсерватория ALMA), стали экспериментальным подтверждением возможности образования планет вследствие гравитационной неустойчивости. Суть этой теории проста: небольшие случайные неравномерности в распределении вещества в протопланетном диске приводят к тому, что области, в которых сконцентрировалась большая масса, начинают сильнее притягивать окружающее вещество. Вследствие этого неравномерность распределения массы усиливается; постепенно в таких областях образуются всё более плотные и массивные сгустки пыли, которые, уплотняясь еще больше и продолжая притягивать окружающее вещество, образуют планеты.

До сих пор эта теория не находила явных практических подтверждений. Однако несколько лет назад внимание астрономов привлек сделанный VLT снимок скопления пыли вокруг молодой звезды V960 Единорога. VLT, который способен увидеть только внешнюю поверхность этого пылевого облака, «позвал на помощь» ALMA, и тот смог установить, что под воздействием гравитационной неустойчивости пыль собралась в крупные сгустки, масса вещества в каждом из которых в 3–10 раз превышает массу Земли. Это первое обнаружение подобных сгустков; их характеристики, исследованные ALMA, хорошо согласуются с результатами численного моделирования процессов, вызванных гравитационной неустойчивостью. Измерениям не помешало даже значительное расстояние, отделяющее V960 от Земли, — больше 5 000 световых лет.

Комбинированный снимок V960 Единорога и ее пылевого облака. На изображение, сделанное VLT (желтый), наложены изображения сгустков, реконструированные по измерениям ALMA (сине-сиреневый). Фото с сайта eso.org

На момент своей постройки VLT казался чудом техники. Но время не стоит на месте, и сейчас реализуются еще более удивительные проекты — например, Чрезвычайно большой телескоп (Extremely Large Telescope, ELT) с диаметром зеркала 39 м: его планируют ввести в строй в 2028 году. Однако отправлять VLT «на пенсию» рано. Не сомневаюсь, что он еще не раз порадует любителей астрономии новыми прекрасными снимками и совершит еще немало важных открытий.

Фото с сайта eso.org.

Алексей Деревянкин