Звездный зайчик запнулся за Землю

У астрономов не так много способов определить расстояние до объектов, которые они исследуют. Протянуть рулетку даже до ближайшего небесного объекта, Луны, пока не представляется возможным, хотя своего рода «световая рулетка» – уголковые отражатели для лазерного сигнала – стоят на естественном спутнике Земли с 60-х годов прошлого века.

Но расстояние до Луны, пусть и с гораздо меньшей точностью, мы знали еще со II века до н. э. Чтобы определить его, Гиппарх воспользовался методом параллакса. Мы живем на вращающейся Земле, а потому она сама каждый день переносит нас на несколько тысяч километров то вправо, то влево. Такой параллакс называется суточным, и для Луны угол смещения составляет почти градус в каждую стороны – то есть по два ее полных диаметра. Заметить это совсем несложно, надо лишь правильно учесть естественное движение Луны по небу.

Однако звезды (за исключением Солнца) безумно далеки, и потребовалось 2 тысячи лет, чтобы определить расстояние до них тем же методом. Лишь в 1837 году российский астроном Василий Яковлевич Струве измерил таким образом расстояние до Веги. Только воспользовался он не суточным, а годичным параллаксом, связанным с движением Земли вокруг Солнца. Годичный параллакс Веги – всего 0,12 угловой секунды, что в несколько раз меньше характерной ошибки наблюдений с Земли из-за неоднородностей атмосферы (помогло Струве многократное усреднение наблюдений).

Суточный же параллакс даже ближайших к нам звезд – десятки микросекунд, и разрешение таких углов даже никакому «Хабблу» не снилось.

Однако в 1995 году австралийские астрономы Марк Уокер и Стивен Харди придумали, как заметить такую крохотную величину.

Они предложили использовать явление гравитационного микролинзирования света. Когда между далекой звездой и нами проходит какое-то массивное тело, оно своим гравитационным полем фокусирует свет, и для земного наблюдателя далекий объект ненадолго становится гораздо ярче. Гравитационное линзирование широко используется в астрономии как метод исследования темного вещества – на масштабах от гигантских галактических сверхскоплений до отдельных слабо светящихся объектов нашей Галактики.

Уокер и Харди показали, что скольжение «фокального пятна» сфокусированного света по поверхности Земли можно заметить, если взять два телескопа, разнесенных на достаточно большое расстояние. Просто благодаря тому, что до одного телескопа пятно доберется раньше, чем до другого, мы зарегистрируем небольшую задержку в несколько секунд. Поскольку закон изменения наблюдаемого блеска внутри «фокального пятна» известен, отсюда можно определить и расстояние до гравитационной линзы, и ее скорость.

Собственно, метод Уокера и Харди задумывался как раз ради того, чтобы определить обе эти величины по отдельности, а не их комбинацию – выражаясь по-научному, чтобы «снять вырождение» между расстоянием и скоростью. А дальше можно определить и массу небесного тела-линзы – даже если мы совсем его не видим, эта информация оказывается «зашифрованной» в изменении блеска далекой звезды, свет которой фокусирует линза.

Через 10 с лишним лет после работы двух австралийцев этот эффект удалось заметить.

Команда из более чем полусотни ученых из разных обсерваторий мира под управлением Эндрю Гулда из Университета американского штата Огайо проследила, как по Земле проскользнуло пятно света далекой звезды, сфокусированного темным объектом, проплывшим где-то в глубоком космосе между Солнечной системой и центром Млечного пути. Работа ученых должна быть вскоре опубликована в Astrophysical Journal, но ее уже сейчас можно прочитать в архиве электронных препринтов Корнельского университета.

9 мая 2007 года телескопы польско-американской коллаборации OGLE зафиксировали постепенный и все ускоряющийся подъем блеска далекой звездочки, находящейся примерно в 20–25 тысячах световых лет от нас в направлении на центральное «вздутие» – балдж нашей Галактики. Через три дня то же явление заметила японско-новозеландская коллаборация MOA, и на основании данных обеих групп сотрудники OGLE выпустили специальное оповещение членам третьей коллаборации – μFUN (μ-lensing Follow-Up Network, «сеть слежения за микролинзированием»), в которую входят и OGLE, и MAO, и множество других обсерваторий.

Специальное оповещение появилось потому, что центр «фокального пятна» проходил очень близко к Земле, а само событие относилось к разряду экстремальных, при которых блеск далекой звезды возрастает в 100 и более раз. Такие события очень чувствительны к присутствию у звезды-линзы маломассивных спутников – например, планет. Именно их и надеялись обнаружить участники μFUN – увеличение блеска звезды 13 мая 2007 года превысило 1000 раз!

Планет в данном случае найти не удалось, однако все получилось еще интереснее. При сравнении данных, полученных в Чили, ЮАР и на Канарских островах, обнаружился систематический сдвиг кривых блеска относительно друг друга. Сдвиг небольшой, всего около минуты, но вполне достаточный, чтобы точно определить и расстояние до звезды-линзы, и ее массу, и ее скорость.

Линзой оказалось тело массой в 18 раз меньше Солнца, движущееся на расстоянии 1,7 тысячи световых лет от нас со скоростью 110 км/с в направлении, прямо противоположном вращению Галактики.

Эти данные (полученные с точностью 10–20%) заставляют ученых предположить, что звезда-линза – это бурый карлик, принадлежащий старому, так называемому «толстому диску» нашей звездной системы.

Бурые карлики – это «почти звезды», которым для ядерного горения водорода в центре звезды не хватило массы. Они светят очень слабо, излучая энергию своего медленного гравитационного сжатия. Попытка обнаружить это свечение с помощью космического телескопа имени Хаббла через месяц и через год после того, как по нам скользнуло «фокальное пятно», не увенчалась успехом – рядом со звездой-источником находится еще одна звездочка, которая мешает наблюдениям. Тем не менее этого бурого карлика – если это действительно он, а не какой-то загадочный совсем темный объект – должен будет уверенно обнаружить инфракрасный космический телескоп имени Джеймса Уэбба, запуск которого NASA сейчас планирует на 2013 год.

Тем не менее уже нынешнее обнаружение выявило одну большую проблему. Объекты массой в 5–6% солнечной – линзы не очень эффективные. Исходя из современных представлений о количестве таких объектов ученые оценивают апостериорные шансы увидеть прохождение именно такого «фокального пятна» по Земле примерно как 1:200.

Вероятность небольшая, так что астрономы чувствуют себя не очень уютно. По мнению Гулда и его коллег, не исключено, что бурых карликов на деле в десяток-другой раз больше в наших галактических окрестностях, чем до сих пор считалось. На это указывают и результаты нескольких других наблюдательных программ, не связанных с гравитационным линзированием. Если эти результаты подтвердятся, ученым придется пересмотреть свои модели образования звезд, «подстроив» их так, чтобы маломассивных объектов появлялось гораздо больше.