Солнечная гравитационная линза пригодится в картировании белых карликов и черных дыр
Солнце — это потенциальный телескоп. Физик Вячеслав Турышев из Лаборатории реактивного движения NASA опубликовал препринт, где доказывает: если отправить аппарат на 550–650 астрономических единиц от Солнца — это примерно в четыре раза дальше, чем сейчас летит «Вояджер-1» — можно использовать гравитацию самой звезды как исполинскую линзу. Там можно будет делать снимки с разрешением, которое сегодня вообще не снится ни одному земному или орбитальному инструменту.
Явление называется солнечной гравитационной линзой, или СГЛ. Его основа — общая теория относительности: массивное тело искривляет пространство вокруг себя, и свет, который проходит рядом с ним, отклоняется так же, как в обычной стеклянной линзе. Солнце достаточно тяжело, чтобы собирать и усиливать свет далеких объектов — но фокус этой линзы начинается лишь на расстоянии около 550 а.е. от него. Для сравнения: Земля находится на расстоянии 1 а.е. от Солнца, Плутон — в среднем около 40 а.е.
Астрономическая единица: что это такое и чему она равна
До сих пор СГЛ обсуждали почти исключительно как инструмент для съемки экзопланет — планет у других звезд. Но там есть серьезная проблема: экзопланеты сами не светятся, они отражают свет своей звезды. Это порождает фотонное голодание — телескопу нужно очень долго смотреть на одно место, чтобы накопить достаточно сигнала на фоне помех от солнечной короны. Турышев отмечает: у объектов, которые сами излучают свет, этой проблемы нет, и здесь открываются совершенно другие возможности.
Первый пример в статье — магнитные белые карлики. Белый карлик — это то, во что превращается звезда вроде нашего Солнца после того, как сжигает все ядерное топливо: мертвое ядро размером примерно с Землю, но по-прежнему очень горячее и яркое. Сегодня лучшие телескопы различают детали на поверхности белых карликов с угловым разрешением до микросекунды дуги — это ничтожно малый угол, но для таких крошечных объектов этого недостаточно.
СГЛ, по расчетам Турышева, позволит рассматривать детали вплоть до наносекунды дуги — в тысячу раз точнее — на карликах в 10 парсеках от нас. Парсек — единица расстояния в астрономии, равная примерно 3,26 светового года, то есть 10 парсеков — это около 32 световых лет. При таком разрешении станут видны перепады температур на поверхности и каменистые обломки в поясе аккреции — кольце из вещества, которое карлик постепенно притягивает к себе.
Парсек: что это за единица измерения и чему она равна
Второй случай — черная дыра M87*. В 2019 году Телескоп горизонта событий (Event Horizon Telescope, EHT) первым в истории сфотографировал тень сверхмассивной черной дыры: то знаменитое оранжевое кольцо из раскаленного газа вокруг черного пятна в центре галактики M87. Разрешение того снимка составило десятки микросекунд дуги — уже само по себе рекорд.
Турышев показывает, что СГЛ может улучшить это разрешение до 0,66 микросекунды дуги на пиксель, то есть улучшение сразу на несколько порядков величины по сравнению с EHT. Это позволило бы рассмотреть структуру горизонта событий и джета — потока вещества, который черная дыра выбрасывает в пространство— в несравнимо большей детализации.
Третий сценарий связан с протопланетными дисками — плоскими облаками газа и пыли вокруг молодых звезд, внутри которых рождаются планеты. Весь диск целиком СГЛ охватить не сможет: он может сосредоточиться только на небольшом участке площадью около 0,1 а.е. — именно там, где идет активное планетообразование. Зато этот участок удастся изучить с разрешением, недоступным любому другому инструменту.
Однако у СГЛ есть фундаментальное ограничение, которое делает всю идею технически очень сложной. Аппарат должен двигаться не в произвольном направлении, а строго вдоль фокальной линии — прямой, которая проходит через центр Солнца и наблюдаемый объект. Чтобы переключиться с одной цели на другую и сместить направление всего на один градус при нахождении на расстоянии 650 а.е. от Солнца, аппарату нужно преодолеть расстояние, сравнимое с расстоянием от Земли до Сатурна. На современных двигателях это займет годы или десятилетия.
Поэтому экспедиция к солнечной гравитационной линзе пока остается проектом будущего. Отдельная работа Турышева, опубликованная в начале этого года, разбирает варианты двигательных систем: солнечные паруса, ядерно-электрические двигатели и гибридные схемы. По самым оптимистичным оценкам, аппарат сможет достичь 650 а.е. не раньше чем через 20–33 года после запуска, и только при условии разработки технологий, которых пока не существует.
Фото EHT Collaboration
Самое популярное
