za_neptunie (za_neptunie) wrote,
za_neptunie
za_neptunie

Глубокие обзоры пояса Койпера



    Шкала видимых звездных величин


      В одной из недавних заметок были рассмотрены крупные нынешние и будущие обзоры неба (десятки и тысячи квадратных градусов) до 27 звездной величины. В другой заметке рассматривались крупные обзоры по поиску ТНО (площадью больше 10 квадратных градусов), которые обнаружили порядка 20% всех объектов пояса Койпера с размерами больше 100 км (абсолютная звездная величина больше 8 звездных величин – H<8). В связи с этим в этой заметке я решил рассмотреть обзоры, которые позволили  впервые оценить число объектов пояса Койпера с размерами меньше 100 км. С этой целью было осуществлено фотографирование нескольких небольших участков неба до 27-29 звездной величины.


   Почти сразу же после открытия в 1992 году  первых небольших объектов пояса Койпера (размеров в несколько сотен км при видимом блеске около 23 звездных величин), обнаруженных при обзоре нескольких десятков квадратных градусов неба на 2.2-метровом телескопе Гавайского университета, начались попытки обнаружить ещё более небольшие объекты пояса Койпера, размером в несколько десятков километров.

     21-22 августа 1994 года космический телескоп Хаббл провел 16-часовой обзор небольшого поля (площадью в 4 квадратных угловых минут) до V=28.6. В ходе обзора камера WFPC2 получил серию из 34 снимков с 8-10 минутными экспозициями (общее время экспозиций составило 5 часов при общей продолжительности программы в 30 часов). Целью обзора было обнаружение объектов пояса Койпера (возможного источника короткопериодических комет) с радиусом до 11 км (при альбедо 3% и удалении до 40 а.е.). Оценки показывали, что данный обзор может обнаружить от 12 до 65 объектов пояса Койпера. Первоначальный анализ показал обнаружение 29 кандидатов в такие объекты с 28-29 звездной величиной:




      По оси х - видимый блеск кандидатов в фильтре V, по оси y - количество кандидатов в зависимости от видимого блеска.

   Если данные объекты принадлежали бы поясу Койпера, то их размер должен был бы составлять 5-10 км (альбедо 4%) с общей оцениваемой популяцией в 200 миллионов. Почти сразу появились сомнения в реальности обнаруженных кандидатов, другие астрономы посчитали их следствием шума. Чтобы проверить свои выводы, таже группа астрономов через 2 года повторила наблюдения на Хаббле с помощью значительно большего объема наблюдений (52 часа против 16 часов). В этих наблюдениях ожидалось обнаружить уже около 200 объектов пояса Койпера, однако публикации по результатам этих наблюдений так до сих пор и не появилось.

      В 1994-1996 годах 10-метровый телескоп Кек с похожей целью осуществил два новых глубоких обзора. В ходе первого из них были отсняты 24 площадки неба общей площадью в 1007 квадратных угловых минут. В ходе обзора использовались 900-секундные (15-минутные) экспозиции камеры LRIS с полем зрения в 42 квадратных угловых минут (размер пикселя 215 угловых миллисекунд). Для обнаружения объектов пояса Койпера каждое поле фотографировалось по три раза. В ходе второго обзора были отсняты три площадки с экпозициями уже по 4500 секунд (75 минут). Каждое из этих полей фотографировалось по 15-19 раз. В итоге оба обзора смогли обнаружить шесть ТНО 24-27 звездной величины:






  Как видно из таблицы для первого обзора чувствительность составляла около 26.0-26.2 звездных величин, для второго обзора порядка 26.6 звездных величин. 26 звездная величина соответствует объектам пояса Койпера диаметром около 80 км (при альбедо в 3% и расстояние 50 а.е.). Тем самым была произведена оценка, что численность объектов пояса Койпера больше 80 км составляет около 310 тысяч. Обзоры на телескопе Кек стали дополнительным свидетельством ошибочной интерпретации обнаруженных кандидатов на Хаббле:



  По оси х - видимый блеск в фильтре R, по оси y - количество ТНО на один квадратный градус

   Простые 600-секундные экспозиции на телескопе Кек позволяли обнаружить объекты 26-ой звездной величины. Поэтому 31 августа 1997 года был выполнен обзор одного поля с размерами 5 на 7 угловых минут до 28 звездной величины. Для этого телескоп получил 29 снимков с общим временем экспозиции в 4.8 часов. На снимках обзора было обнаружено 2 ТНО с яркостью в 25.5 и 27.2 звездных величин на расстоянии в 33 и 44 а.е.. Вероятно эти ТНО обладают диаметром около 50 км (альбедо 4%).

     Вскоре к подобным наблюдениям присоединился и 8-метровый телескоп VLT. 10 июля 1999 года он произвел фотографирование поля размером 6.7 на 6.7 угловых минут до R=26.7 (общая площадь 0.012 квадратных градусов) с помощью камеры FORS1. Во время фотографирования  в течение 7 часов было получено 40-50 снимков в фильтре R c экспозициями по 432 секунд. 11 июля телескоп произвел повторные наблюдения соседнего поля с целью определения орбит возможных обнаруженных объектов в первую ночь. Тем не менее, на снимках никаких достоверных ТНО обнаружить не удалось. По причине того, что наблюдения осуществились лишь через несколько месяцев после начала работы телескопа, предельная чувствительность обзора оказалась значительно ниже прогнозируемой (27.5 против 28.0-28.1 звездных величин).
Одновременно с наблюдениями на VLT в феврале 1999 года было осуществлено наблюдение поля размером 35 на 28 угловых минут (или 0,31 кв. угл. град.) с помощью 3.5-метрового гавайского телескопа CFHT до R=25.9. Для этого было получено 38 снимков с 10-минутными экспозициями (почти 5 часов наблюдений). На следующий день также осуществлялось фотографирование соседнего поля для повторного обнаружения ТНО и определения их орбит. В результате на снимках было обнаружено 14 ТНО 25-26 звездной величины (от 25 до 200 км):




    В целом ситуация по глубоким обзорам 20 века с целью поиска небольших ТНО:





   По оси х - видимый блеск в фильтре R, по оси y - количество ТНО на один квадратный градус

   В 2002-2003 годах был проведен новый и более глубокий обзор на Хаббле, который до сих пор остаётся рекордным по чувствительности. На него было выделено 125 орбит космического телескопа. В ходе обзора планировалось произвести поиск ТНО на шести полях (общая площадь в 0.02 квадратных градусов) с помощью камеры ACS до 28.5 звездных величин (с диаметром до 10 км). Ожидалось, что обзор сможет обнаружить от 12 до 50 ТНО.

     В результате обзора было найдено только 3 новых ТНО диаметром около 25 км, а глубина обзора достигла 29.2 звездных величин, что позволяло обнаружить 15 км объекты в поясе Койпера. Для этого телескоп использовал 6-часовые экспозиции. Обзор превысил в 13 раз по общей площади наблюдений прошлый обзор на Хаббле 1994 года.  Самый тусклый найденный ТНО обладал видимым блеском в 28.3 звездных величин, что было сразу на три звездных величины меньше любого другого ТНО с хорошо определенной орбитой (известного до обзора на Хаббле).




    Обзор состоял из двух частей. Сначала 26-31 января 2003 года делались снимки для первоначального обнаружения ТНО, затем 5-9 февраля было выполнено повторное фотографирование тех же полей для более точного определения орбит обнаруженных ТНО (использовались 4-часовые экспозиции). Расчеты показывали, что типичная угловая скорость объектов пояса Койпера позволяла им находится на наблюдаемых полях около 15 суток. С целью калибровки обзор также пронаблюдал уже известный ТНО 23 звездной величины - 2000 FV53. Этот поиск ТНО на Хаббле по чувствительности стал сравним с космологическими обзорами:



    По оси х - площадь обзора в квадратных угловых минутах, по оси y - это чувствительность обзора в звездных величинах (на уровне 5 сигм)

    Позже Хаббл провел дополнительные наблюдения поля UFD. Новый космологический обзор получил название XDF (Экстремально глубокое поле).









   Фотометрических данных по трем обнаруженным ТНО оказалось достаточно даже для определения их периода вращения:



   Через год все три обнаруженных ТНО попытались снова пронаблюдать на Хаблле. Однако никакой информации об этих обнаружениях нет, в базе данных Центра Малых планет существует лишь информация о дополнительных наблюдениях 2003 BG91 в обсерватории Маун Кеа.

    Наземные телескопы в 21 веке также провели несколько глубоких обзоров ТНО. В 2001-2004 годах 3-4 метровые телескопы CFHT и Бланко отсняли около 3 квадратных градусов неба до g=26.4 и нашли 72 ТНО 23-27 звездной величины. Телескоп Субару провел свой первый поиск ТНО с помощью камеры Suprime-cam в 2007-2008 годах. На поле площадью в 1/3 квадратного градуса была достигнута чувствительность до R=26.8 и найдено 36 ТНО 24-29 звездной величины. Данный поиск состоял из двух частей (каждая часть по 4 часа наблюдений):




   Вторая часть наблюдений смогла подтвердить 7 из 36 ТНО. Кроме того был проведен переанализ двух программ телескопа с целью поиска астероидов главного пояса и спутников Урана. На снимках первой программы (также наблюдение одного поля) было найдено 20 ТНО 24-27 звездной величины. Вторая программа позволила обнаружить 72 ТНО 24-26 звездной величины на площади в 3 квадратных градусов с чувствительность снимков до R=25.7.

    Похожий поиск был выполнен и в архивных данных Хаббла. Для поиска были выбраны снимки нескольких десятков полей в 10-градусной полосе эклиптики:




    Общая чувствительность данного поиска достигла 27 звездной величины на площади неба в 0.1-0.3 угловых квадратных градусов неба:



    По оси х - видимый блеск в фильтре R, по верхней оси y - количество ТНО на один квадратный градус, по нижней оси y - количество ТНО на один угловой градус.


    Среди 14 ТНО 23-27 звездной величины был обнаружен объект 26 звездной величины (H=5.0) c ретроградной орбитой и удалением в 132 а.е. (это больше чем у любого известного ТНО):



      Позже этот поиск был расширен на 20-градусную полосу эклиптики.



      Площадь этих поисков составила уже почти 2 кв. угл. градусов вплоть до 27 звездной величины. Было найдено ещё 28 ТНО 24-27 звездной величины.

       Большое количество глубоких обзоров для пояса Койпера было выполнено в ходе поисков дополнительной цели для  зонда Новые Горизонты. В 2011-2014 годах наземные телескопы (в основном Subaru-SuprimeCam и Magellan-SuprimeCam) отсняли несколько квадратных градусов неба до R=26. Эти поиски открыли около 50 ТНО. Летом 2014 года Хаббл с помощью камеры WFC3 провел более тщательный поиск объектов пояса Койпера на площади неба в 0.17 квадратных градусов (83 поля) до R=27.5. Поиск, на который космический телескоп использовал 194 своих орбит, привел к открытию 5 ТНО 26-27 звездной величины:




       Отмечается, что новый поиск Хаббла утроил число известных ТНО с H<10. Хотя это явное преувеличение:



       Обзор незначительно уточнил популяцию объектов пояса Койпера (черные линии до обзора, красные после):



   По оси х - абсолютный блеск ТНО в звездных величинах, по оси y - количество ТНО на один квадратный градус


   Тем самым число объектов пояса Койпера сравнимых по размеру с 2014 MU69 может составлять около полумиллиона. Для сравнения в Солнечной Системе сейчас известно 3953 объектов с H<11.0. Из них:
- 1287 астероидов главного пояса (последний из них открыт в 1999 году). Среди данных астероидов только у 6 нет собственного имени (в том числе 1927 LA – потерянный астероид).
- 228 троянцев (последний из них открыт в 2000 году)
- 2438 ТНО

    Теперь остановимся на будущих проектах. В 2003 году высказывались предположения о том, что одновременные наблюдения двух телескопов VLT за три ночи смогут произвести поиск ТНО тусклее 30 звездной величины. Для 100-метрового телескопа OWL прогнозировалась возможность регистрации объектов 38-ой звездной величины за 10 часов наблюдений. Будущий 8-метровый обзорный телескоп LSST сможет обнаружить на южном небе примерно 96% объектов пояса Койпера с абсолютной звездной величиной больше H=7.0.



   По оси х - абсолютный блеск объектов Солнечной Системы в звездных величинах, по оси y - вероятность обнаружения.


   Кроме того отдельные поля планируется фотографировать более интенсивно, чем в основном обзоре. Это позволит обнаружить объекты Солнечной Системы до r=27 (на две звездных величины тусклее, чем во время основного обзора). Для этого телескоп LSST получит  за одну ночь около 336 снимков каждого поля. В общей сложности планируется пронаблюдать 9 таких полей с упором на облака троянцев Юпитера и Нептуна. На каждом поле планируется найти около 450 ТНО ярче r=27. Для наблюдения 9 полей потребуется примерно 114 часов наблюдений (это около 9% наблюдений за один год). Прогноз открытий на 9 полях:




     В обзоре возможностей 2.4-метрового космического телескопа WFIRST на 24 странице указывается, что данный телескоп сможет обнаружить около 5 тысяч ТНО до 29.6 звездной величины (диаметром до 10 км) при обзоре нескольких полей кампаний микролинзирования общей площадью в 17 квадратных градусов. У данных ТНО могут быть открыты спутники с видимым блеском до 30.4 звездной величины (диаметром до 7 км). Кроме того в этих же наблюдениях около тысячи ТНО могут быть открыты через звездные покрытия.


  По оси х - абсолютный блеск ТНО в звездных величинах, по оси y - число открытий в логарифмической шкале.


  Еще больше возможностей ожидается со следующим большим оптическим космическим телескопом HDST (краткий обзор по нему можно прочитать здесь, здесь и здесь).




  По оси х - длина волны в микронах, по оси y - угловое разрешение в угловых секундах




  По оси х - длина волны в микронах, по оси y - чувствительность в Янах или звездных величинах.

  За 100 часов наблюдений этот космический телескоп сможет увидеть источники света 34 звездной величины на уровне доверия в 10 сигм. Это значительно превысит возможности наземного 39-метрового телескопа E-ELT (кроме того отмечается, что для наземных телескопов может стать предельной 30-31 звездная величина по причине значительной фоновой яркости неба из-за земной атмосферы):


   По оси х - звездные величины, по оси y - длительность экспозиции.


   В связи с этим телескоп сможет проводить большие (площадью в несколько квадратных градусов) и глубокие (до 32 звездной величины) обзоры. Для получения снимков неба с чувствительностью в 32 звездных величины телескопу требуется только 1 час наблюдений:



   По оси х - звездные величины, по оси y - площадь обзора в угловых градусах (логарифмическая шкала).

   Новый телескоп сможет обнаружить объекты пояса Койпера размером до 1-1.5 км (при альбедо равном 4%). Из нынешних наблюдений звездных покрытий ожидается, что количество ТНО километрового размера будет составлять почти миллион штук на один квадратный градус.



 По нижней оси х - расстояние в астрономических единицах, по верхней оси х - минимальный размер объекта в км


 Телескоп способен зарегистрировать карликовые планеты (размером больше 500 км) или даже планеты (размером с Землю или Нептун) до удаления в 5000-15000 а.е. Так же телескоп сможет проводить спектроскопию объектов пояса Койпера размером до 10 км. Кроме того существует возможность картографирования поверхности крупнейших объектов пояса Койпера. Так для Плутона телескоп сможет получить разрешение в 300 км на пиксель:



      Диаметр поля зрения телескопа будет равен 20 угловым минутам:







Tags: ТНО, обзор, пояс Койпера
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.
  • 3 comments