za_neptunie (za_neptunie) wrote,
za_neptunie
za_neptunie

24 цикл (3-я часть)



  В этой части пойдет речь об оставшихся интересных программах телескопа Хаббл в 24 цикле.

    Планеты формируются в протопланетных дисках, по этой причине протопланетные и пылевые диски являются целью нескольких программ 24 цикла. Две программы посвящены наблюдениям молодой близкой звезды Бета Живописца. Первая программа заключается в спектроскопии экзокомет в течение трех орбит. В прошлом году в ESO опубликовали работу об обнаружении с помощью спектрографа HARPS в протопланетном диске данной звезды нескольких сотен экзокомет. Первые наблюдения космического телескопа Хаббл с помощью спектрографа COS обнаружили несколько комет в УФ-лучах с регистрацией у них HI, CII, NI., OI и нескольких стадий ионизации Si. Эти же наблюдения показали, что по соотношению водорода и углерода существует две различных популяции комет. Новые наблюдения в 24 цикле с помощью спектрографа STIS попытаются обнаружить переменность содержания ОН на длине волны в 3085 Ангстрем. В случае успеха, это будет первое косвенное обнаружение воды в диске звезды. Соотношение между содержанием ОН и марганцем позволит проследить за процессами аккрециции на поздних стадиях планетобразования. Вторая программа предлагает в течение 6 орбит космического телескопа осуществлять наблюдения звезды Беты Живописца во время транзита сферы Хилла известной планеты в системе. В описании программы сообщается, что анализ последних астрометрических наблюдений показывает, что транзит самой планеты исключается на уровне доверия больше 10 сигм. В тоже время существует очень большая вероятность, что будет наблюдаться транзит самой сферы Хилла планеты. К сожалению, во время самого затмения будут невозможны наблюдения с Земли. Учитывая большую редкость (период обращения планеты оценивается в 20 лет) уникального события, для наблюдения транзита будет задействован космический телескоп Хаббл. Для отслеживания яркости звезды будет использоваться камера WFC3. Авторы наблюдений рассчитывают на обнаружение протоспутникового диска с формирующимися спутниками. Первый такой случай транзита протоспутникового диска был обнаружен в 2012 году:



  Ещё одна программа концентрируется на изучении пылевого кольца у другой близкой молодой звезды Фомальгаут. В течениие короткой программы (одна орбита) предлагается провести подготовку к уникальному событию, которое случится в следующем десятилетии. Речь идет о затмении довольно яркой звезды (18 звездная величина) пылевым кольцом системы. Наблюдение данного события позволит зондировать плотность кольца. В 21 цикле была проведена разведывательная спектроскопия звезды с помощью спектрографа STIS (в то время звезду затмевала диффузная часть кольца). В 24-26 цикле будет проведена спектроскопия звезды во время её прохождения через толстую часть кольца, в 2021 году эти наблюдения будут продолжены телескопом JWST (звезда уже не будет затемнена кольцом). Данные наблюдения позволят впервые измерить оптическую прозрачность в пылевом диске у известной планетной системы. Другая программа проведет похожие наблюдения. Только в этом случае затмеваться будет не звезда, а галактика. Данная программа посвящена изучению пылевого кольца у солнечного аналога HD 107146, возрастом в 80-200 миллионов лет. Затмение будет длиться около трех лет, поэтому в общей сложности выделенно 30 орбит (по 10 орбит на каждый цикл). Галактику затмит самый яркий сектор пылевого кольца, она уже стала целью наблюдений Хабблом в 2011 году (GO-программа с номером 12228). Прошлые наблюдения были проведена, когда галактика ещё не была затемнена кольцом.



  Три программы концентрируются на изучении протопланетных дисков, в которых происходит активное формирование планет. В ходе первой из них за 20 орбит предлагается изучить 8 молодых звезд массой в 1-2 массы Солнца. В дисках этих звезд наблюдаются разрывы шириной по 0.3-5 астрономических единиц. Спектрограф COS космического телескопа проведет УФ-спектроскопию дисков, чтобы измерить дефицит водорода в разрывах дисков. Вторая программа использует 4 орбиты космического телескопа для наблюдения аккреции планеты LkCa 15 b. Данная планета, стала первой из известных, у которой наблюдается активная аккреция. Недавно данная планета была обнаружена с помощью адаптивной оптики в лучах Лайман-альфа. Телескоп Хаббл должен подвердить это обнаружение с помощью спектрографа STIS. Более того, данные измерения смогут измерить скорость движения газов в верхних слоях атмосферы планеты. Если данная скорость окажется близкой к скорости свободного падения, то это укажет на магнитосферную аккрецию, что станет доказательством существования магнитных полей у молодых планет. Третья программа концентрируется на системе звезды HD 106906 (спектральный класс F5V, возраст около 13 миллионов лет). В данной системе известна отдаленная планета (наблюдаемое расстояние от звезды составляет 650 а.е., масса около 11 масс Юпитера), кроме того у самой звезды обнаружен протопланетный диск. Этот диск был разрешен с помощью камеры GPI наземного телескопа и камеры ACS/HRC космического телескопа Хаббл. Снимки камеры GPI в фильтре H обнаружили пылевой диск радиусом в 50-100 а.е., ориентированный к земному наблюдателю ребром. В тоже время снимки Хаббла показывают гораздо большую ассиметрическую структуру с радиусом в 250-500 а.е. Удаленная планета находится примерно в 23 градусах от плоскости диска. Теоретики предполагают, что эта планета может быть выбрашена из диска. По этой причине у планеты должен быть пылевой хвост. Сравнение изображения планеты с 11 соседними звездами предварительно обнаруживает пыль в окрестностях планеты. В тоже время пока существует мало информации о переходной области диска на расстоянии в 100-250 а.е. от звезды, где диск переходит от симмертичной к ассиметричной форме. В связи с этим в 24 цикле запланированы коронографические наблюдения в течение 4 орбит с помощью спектрографа STIS. Эти же наблюдения должны попытаться обнаружить пылевой хвост между удаленной планетой и диском.




    Ещё пять программ 24 цикла также концентрируются на околозвездных дисках обычных звезд. Первая из программ  связана со спектроскопией очень молодой Хербиг-звезды (HD 163296) в течении трех орбит космического телескопа с помощью спектрографа STIS. Эта звезда окружена аккрецирующим диском с наблюдаемыми струями выбросов. Данные выбросы уже четыре раза становились целью спектроскопии на телескопе Хаббл с помощью спектрографа STIS. Прошлые наблюдения обнаружили загадочную Лайман-альфа эмиссию неизвестного происхождения, смещенную к красной стороне спектра, которая находится на той же стороне выброса, который обладает смещением к синей стороне спектра. В ходе новых наблюдений телескопа Хаббл будут получены ещё три спектра этой загадочной компоненты диска. Вторая программа связана с совместными наблюдениями молодых звезд в созвездие Волка телескопом Хаббл и крупнейшей субмиллиметровой обсерваторией ALMA. За 15 орбит космический телескоп получит ультрафиолетовые спектры трех звезд с протопланетными дисками. Третья программа предлагает анализ архивных изображений уже сфотографированных околозвездных дисков с целью изучения свойств пыли в них. Четвертая программа также изучает архивные изображения околозвездных дисков. Но в этом случае анализ осуществляется с целью изучения динамики дисков под действием турбулентности, взаимодействия планет и так далее. Пятая программа тоже анализирует архивные изображения космического телескопа с целью оттачивания новых технологий сверхвысокого разрешения для обнаружения более тусклых экзопланет и дисков.



  На прошлых снимках Хаббла показан протопланетный диск звезды HD 163296.


    Пылевые диски наблюдаются не только у обычных звезд, но и у их остатков: белых карликов и нейтронных звезд. В 24 цикле изучению пылевых дисков (и не только) у белых карликов посвящены шесть программ. По первой программе планируется наблюдать белый карлик SDSS J1228+1040, у которого существует быстро  изменяющий диск. Прошлый обзор большого количества белых карликов телескопом Хаббл с помощью спектрографа COS показал, что у как минимум 25 процентов из них, фотосферы загрязнены обломками планетобразования. Предполагается, что загрязнение фотосфер белых карликов происходит по причине приливного разрушения астероидов. В настоящее время избытки инфракрасного излучения обнаружены у почти 40 белых карликов. Среди них наблюдается небольшое количество систем с двойной спектральной линией Ca II (860 нм), говорящей не только о наличие загрязненной фотосферы, но и газового диска, богатого тяжелыми элементами. Наземные наблюдения за одним из таких белых карликов SDSS J1228+1040 в течение последних 11 лет показали резкое изменение ширины спектральных линий. Предполагается, что данные изменения связаны с прецессией диска с большим эксцентриситетом с периодом в 25 лет. Это говорит о том, что в данном диске наблюдается непонятное взаимодействие, которое может быть связано со скруглением диска или внешним воздействием. Предполагается, что и скорость аккреции также должна испытывать многолетние изменения. В связи с этим в течение трех циклов космический телескоп будет изучать скорость аккреции у данного белого карлика. В 24 цикле наблюдения займут 2 орбиты телескопа. Вторая программа изучает связь между переменностью блеска белых карликов и содержанием у них тяжелых элементов. Основная и расширенная миссия космического телескопа Кеплер показали, что около половины наблюдавшихся белых карликов испытывают небольшие изменения блеска с периодом от нескольких часов до нескольких дней. Выдвигаются различные объяснения этого явления: микролинзирование света вблизи белых карликов, эллипсоидная форма белых карликов, затмения небольшими объектами или переотражение света от короткопериодичных планет-гигантов. Тем не менее, все эти объяснения описывают маловероятные редкие события. Примерно 10% белых карликов обладают заметными магнитными полями, и они могут объяснить данные изменения блеска для некоторых звезд. В тоже время изменения блеска наблюдаются у примерно 50% белых карликов, что не позволяет объяснить изменения блеска только магнитными полями. С другой стороны известно, что также у около половины белых карликов фотосферы загрязнены тяжелыми элементами. В связи с этим можно предположить, что переменность белых карликов связана с неодродным распределением тяжелых элементов в их фотосферах. Для проверки этой гипотезы идеально подходит недавно обнаруженный немагнитный белый карлик J1529. У данной звезды наблюдаются 5.9%-затмения каждые 38 минут (их обнаружил телескоп Кеплер в ходе расширенной миссии). В 24 цикле телескоп Хаббл с помощью спектрографа COS в течение 4 орбит и будет проводить спектроскопию данного белого карлика, чтобы попытаться обнаружить различия в распределении тяжелых элементов в его фотосфере. Авторы отмечают, что будущий обзор телескоп LSST сможет обнаружить 100 тысяч переменных белых карликов. Третья программа посвящена исследованию недавного открытого белого карлика с разрушающимся астероидом, кометообразный хвост которого порождает 20-40% затмения каждые 4 часа. Кроме того на схожей орбите наблюдаются ещё до пяти объектов (возможных обломков астероида). Внеплановые наблюдения телескопа Хаббл в прошлом цикле отмечают возросшую активность в системе. В новом цикле космический телескоп продолжит наблюдения за системой в течение 12 орбит.




   Четвертая программа посвящена большому (66 орбит) ультрафиолетовому обзору белых карликов, у которых уже выявлено загрязнение тяжелыми элементами. Ультрафиолетовая спектроскопия является единственным способом обнаружения таких важных элементов, как кислород и углерод. В целом подобная спектроскопия позволяет обнаружить около 40 химических элементов, что даёт возможность детально изучить химический состав землеподобных планет. Новый обзор космического телескопа проведет УФ-спектроскопию с помощью спектрографа STIS для 31 белого карлика. Тем самым количество белых карликов, для которых будут получены ультрафиолетовые спектры в дальнем диапазоне вырастет в 5 раз. Пятая программа концентрируется на наблюдениях белого карлика с богатой водородной атмосферой и большим количеством различных пульсаций. Данный объект наблюдался в ходе расширенной миссии телескопа Кеплер, и количество обнаруженных пульсаций у него превышает любой другой белый карлик с водородной атмосферой. Наблюдения телескопа Хаббл в УФ-лучах должны исследовать пульсации в этом диапазоне электромагнитного спектра, а также измерить массу и температуру белого карлика с точностью недоступной для наземных наблюдений. Изучение пульсаций звезды поможет узнать больше информации о внутреннем строении белого карлика. Шестая программа заключается в наблюдении четырех горячих белых карликов в течение 12 орбит с помощью спектрографа STIS. Цель данных наблюдений проверка постоянства фундаментальных констант.



  Две программы 24 цикла связаны с проверкой возможности зарождения внеземной жизни в системах красных карликов. Первая из них даже обладает собственной аббревиатурой: HAZMAT (Habitable Zones and M dwarf Activity across Time). В ходе этой программы предлагается исследовать ультрафиолетовое излучение красных карликов разных возрастов. Наблюдения будут осуществляться в течение 118 орбит с помощью спектрографа COS. В выборку входит 12 звезд из молодого скопления Tuc-Hor (возраст 40 миллионов лет), 10 звезд из скопления Гиады (650 миллионов лет) и 10 старых звезд с минимальной активностью (возраст несколько миллиардов лет). Вторая программа также связана с ультрафиолетовыми наблюдениями красных карликов: FUMES (Far Ultraviolet M-dwarf Evolution Survey). Данная программа является продолжением программы MUSCLES Treasury Survey, которая осуществлялась в 19 и 21 цикле. В ходе новой программы предлагается проводить измерения ультрафиолетового излучения в дальнем диапазоне вблизи спектральных линий He II, C IV, и S IV. В новом цикле будут наблюдаться молодые красные карлики возрастом 12-650 миллионов лет. Данные наблюдения (16 орбит) позволят изучить звездные ветры у молодых звезд. Ещё одна большая (80 орбит) программа изучит звезды спектральных классов G и K с уже известными планетами. Основной целью этой программы называется изучение взаимодействия между звездой и планетой. Недавняя научная работа (France et al. 2016) показала, что у маломассивных звезд наблюдается корреляция между высокотемпературными (больше 100 тысяч Кельвинов) линиями излучения N V, C IV, Si IV и отношением массы планеты к её большой полуоси орбиты. Данный вывод был сделан на небольшой выборке звезд спектральных классов К и М. В ходе новой программы планируется осуществить ультрафиолетовую спектроскопию К и G-звезд с планетами в радиусе 50 парсек. В ходе этой программы будет использоваться спектрограф COS.



   Почти десяток программ в 24 цикле посвящены коричневым карликам. Первая из них проводит поиск коричневых карликов в шаровом скоплении М4. Прошлые наблюдения обнаружили четыре кандидата в коричневые карлики. Новые наблюдения (2 орбиты) с помощью камеры WFC3 должны подтвердить принадлежность данных кандидатов к шаровому скоплению. Если эти объекты принадлежат скоплению М4, то их собственное движение должно быть аналогично собственному движению участников скопления. Обнаружение коричневых карликов в шаровом скоплении позволит изучить влияние дефицита тяжелых элементов на формирование дозвездных объектов. Вторая программа попытается обнаружить коричневые карлики в окне Бааде. Наблюдения с помощью камеры WFC3 в течение 4 орбит станут первой попыткой обнаружить коричневые карлики в Балдже нашей галактики. Третья программа займется подтверждением двух кандидатов в планеты, обнаруженных в области звездобразования созвездия Змееносца возрастом всего 0.5 миллионов лет. Данные кандидаты были обнаружены в ходе прошлого поиска (GO-программа под номером 12944) компаньонов у молодых коричневых карликов. Оценки говорят, что их масса меньше 5 масс Юпитера. Отмечается, что данные планетные кандидаты настолько тусклы, что не могут быть обнаружены с помощью наземных телескопов, которые даже используют технологию искусственных лазерных звезд. Поэтому новые наблюдения Хаббла в течение двух орбит станут незаменимыми для подтверждения общего собственного движения планетных кандидатов с коричневыми карликами-хозяевами. Четвертая программа концентрируется на поиске объектов массой в 2-80 масс Юпитера в молодом скопление IC348. Данная программа будет использовать новую технологию ''drift and shift'' (DASH), которая позволит получать наиболее четкие снимки области звездобразования, недоступные с Земли. Теоретически новый обзор может обнаружить объекты с массой всего в одну массу Юпитера. На данные наблюдения планируется потратить 18 орбит телескопа. Ранее опубликованный снимок скопления IC348, сделанный на телескопе Хаббл:



   Пятая программа проверит наличие коричневого карлика у нейтронной звезды RX J0806.4-4123. Прошлые наблюдения наземных телескопов VLT (H-фильтр) и Джемини (J-фильтр) обнаружили слабый источник 24-25 звездной величины вблизи положения известной молодой нейтроной звезды, возрастом около 0.5 миллионов лет. Расстояние до этой системы оценивается в 250 парсек. Если объединить оба наблюдения, то их SNR составит лишь 3.1. Прошлые наблюдения телескопа Хаббл показали отсутствие в оптическом диапазоне любых источников в радиусе 2.5 угловых секунд от нейтронной звезды. Сама нейтронная звезда на этих снимках является очень тусклой: около 28 звездной величины в фильтре F475W. Ожидается, что в ближнем инфракрасном диапазоне нейтронная звезда будет ещё тусклее, поскольку молодые нейтронные звезды имеют максимум излучения в ультрафиолетовом или рентгеновском спектре. Поэтому инфракрасный источник, зарегистрированный наземными телескопами, может являться коричневым карликом массой около 13 масс Юпитера. За две орбиты наблюдений космический телескоп может подтвердить наличие коричневого карлика в фильтре H. Кроме того потребуется подтвердить общее собственное движение объекта с нейтронной звездой. Ожидается, что в случае подтверждения данная система станет хорошей целью для будущего телескопа JWST. Шестая программа продолжает трехлетний астрометрический мониторинг 11 двойных систем коричневых карликов. В этом цикле на эту программу выделено 8 орбит. Данная программа позволит провести точное определение масс коричневых карликов с температурой в 1000-2000 Кельвинов. Седьмая программа также продолжает трехлетний астрометрический мониторинг двойных систем коричневых карликов, но в этом случае участвуют самые маломассивные из них (примерно 5-15 масс Юпитера). Наблюдаемое разделение в этих системах составляет лишь 0.7-1.4 астрономических единиц. Планируется определить массу объектов с точностью лучше 5%. Первыми двумя целями наблюдений являются системы объектов спектрального позднего класса T и Y возрастом в 1-5 миллиардов лет и температурой в 350-500 Кельвинов. Среди них есть единственная известная система двойного Y-карлика. Третьей целью является молодой коричневый карлик спектрального класса L. Восьмая программа изучит полярные сияния у коричневого карлика LSR J1835+3259. Данный объект является на сегодняшний день единственным за пределами Солнечной Системы, у которого заподозрены (в 2015 году) полярные сияния. Данное открытие было сделано через регистрацию радиоизлучения и излучения в линиях Бальмера. В ходе новой программы предлагается наблюдать уникальный коричневый карлик в течение 5 орбит в УФ-лучах. Данные наблюдения попытаются обнаружить изменения в полярных сияниях, характерные для Юпитера.



   Пара программ посвящены изучению активности близких звезд. Первая из них проведет изучение Проциона. Вторая будет наблюдать ближайшую систему звезд – Альфа Центавра.

      В заключение стоит упомянуть ещё о четырех интересных программах. Первая из них касается изучения радиозвезды CU Vir. Данную звезду даже называют пульсаром главной последовательности. В описании программы говорится, что эта звезда является одной из самых загадочных среди всех известных в верхней части главной последовательности. Она была первой звездой главной последовательности, для которой были обнаружены регулярные радиоимпульсы, которые сохраняют периодичность в течение несколько десятилетий. Данные радиоимпульсы похожи на импульсы радиопульсаров или радиоизлучение полярных сияний планет. Существует предположение, что это радиоизлучение вызвано относительно сильным звездным ветром, который не был предсказан теоретиками. Кроме того звезда отличается необычно быстрым вращением. Также звезда относится к редкой группе магнитных пекулярных звезд с необычным химическим составом и переменным периодом вращения (предположительно вызванных торсионными осцилляциями). Ко всему прочему звезда обладает необъяснимой переменностью. Ультрафиолетовые наблюдения Хаббла в течение 5 орбит с помощью спектрографа STIS должны попытаться изучить звездный ветер и возможные полярные сияния гипотетической планеты в системе.





  Вторая программа является частью многолетнего поиска черных дыр звездных масс в событиях микролинзирования. Черные дыры планируется обнаружить с помощью регистрации астрометрического смещения положения фоновых звезд в поле тяготения невидимой черной дыры, вызывающей событие микролинзирования. Измерение данного отклонения позволит определить массу черной дыры с высокой точностью. Телескоп Хаббл на сегодня единственный пригодный инструмнет для этой задачи. К этому времени программа смогла обнаружить астрометрическое смещение для невидимых объектов во время трех событий. Тем не менее, из-за большой длительности событий (больше 100 дней) до сих пор точно неизвестно, чем вызвано смещение: искривлением в гравитационном поле или собственным движением. Наблюдения показывают одинаковое смещение во время всех наблюдений. Поэтому новые наблюдения должны точно оценить смещение, так как события микролинзирования уже близки к завершению. Для двух целей необходимы два измерения в течение года, для третьей цели достаточно только одного измерения. Ожидается, что новые наблюдения длительностью в 5 орбит телескопа смогут окончательно измерить массу одиночных черных дыр звездных масс.



  Третья программа связана с двойной системой массивных звезд MY Cam. Данную систему звезд (массой 38 и 32 массы Солнца) считают одним из лучших доказательств возможности образования двойных черных дыр звездных масс, слияние которых породило источник гравитационных волн GW150914. УФ-наблюдения Хаббла с помощью спектрографа STIS в течение 5 орбит позволят лучше изучить звездные ветра в системе. Четвертая программа посвящена повышению точности измерения параллаксов звезд до 30 угловых микросекунд в течение 18 орбит телескопа. Данная технология незаменима для независимой проверки точности измерения параллаксов космической миссии GAIA. Прошлые наблюдения уже получили снимки 9 участков неба. В 24 цикле планируется для каждого данного участка неба с помощью камеры WFC3 получить по четыре новых снимка. В конечном счете, это позволит измерить параллаксы для 150 звезд с точностью до 30 микросекунд, что достаточно для проверки миссии Gaia.


    В общем итоге, вышеперечисленные программы 24 цикла потратят на наблюдения 1583 орбит космического телескопа или примерно 30% от всей продолжительности цикла.  Для сравнения в 23 цикле этот показатель составлял 16%, а в 22 цикле 19%.
Tags: Млечный путь, телескоп Хаббл
Subscribe
promo za_neptunie july 10, 2014 20:36 8
Buy for 30 tokens
Число постов в блоге перевалило за сотню, поэтому я решил систематизировать их по различным тематиками. Это поможет мне и моим читателям быстрее находить в блоге интересную информацию. Последнее обновление от 4 августа 2014 года Венера Новая книга о Венере Венера-Экспресс готовится к…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments