Астрономы предложили необычный способ значительно расширить возможности будущих космических наблюдений. Вместо того чтобы использовать только гравитационную линзу Солнца, исследователи предлагают задействовать и другие звёзды — белые карлики. Согласно новому исследованию, эти компактные объекты способны стать естественными космическими линзами, которые помогут получать изображения далёких экзопланет с беспрецедентной детализацией.
Хотя реализация подобных миссий остаётся задачей далёкого будущего, расчёты показывают, что технология может оказаться значительно более гибкой, чем ранее считалось. Это открывает новые перспективы для поиска потенциально обитаемых миров и изучения планет за пределами Солнечной системы.
Что такое гравитационная линза
Одним из наиболее необычных следствий общей теории относительности стало предсказание, что массивные объекты способны искривлять пространство вокруг себя.
Из-за этого лучи света, проходящие рядом с массивным телом, отклоняются, словно проходят через гигантскую линзу.
В астрономии подобный эффект давно используется для изучения далёких галактик и квазаров. Иногда именно благодаря гравитационному линзированию удаётся увидеть объекты, которые невозможно обнаружить обычными методами.
Но учёные уже давно рассматривают ещё более амбициозную идею — использовать Солнце как естественный гигантский телескоп.
Как Солнце может стать телескопом
Гравитационное поле Солнца тоже отклоняет свет.
Если отправить космический аппарат на расстояние примерно 550 астрономических единиц от нашей звезды, он окажется в области, где солнечная гравитационная линза начинает эффективно фокусировать свет удалённых объектов.
Для сравнения: это более чем в 13 раз дальше орбиты Плутона и значительно дальше, чем сейчас находится любой космический аппарат человечества.
По расчётам, использование такого эффекта позволит получать изображения экзопланет с разрешением, которое невозможно обеспечить даже самым большим проектируемым телескопам.
Именно поэтому концепция Solar Gravitational Lens (SGL) уже несколько лет активно изучается специалистами NASA и другими исследовательскими группами.
В чём проблема солнечной линзы
Несмотря на огромный потенциал, солнечная гравитационная линза имеет серьёзное ограничение.
Для каждой наблюдаемой цели космический аппарат должен располагаться практически на одной линии с Солнцем и далёкой планетой.
Если потребуется исследовать другой объект, аппарату придётся перемещаться на огромные расстояния.
На таких удалениях даже небольшое изменение направления означает перелёт длиной в десятки или сотни астрономических единиц, который может занять многие годы.
Поэтому возник вопрос: существуют ли другие природные линзы, которые можно использовать аналогичным образом?
Почему внимание привлекли белые карлики
Авторы нового исследования предлагают обратить внимание на белые карлики.
Это чрезвычайно плотные остатки звёзд, подобных Солнцу. После завершения своей эволюции такие звёзды сбрасывают внешние оболочки, а их ядро превращается в компактный объект размером примерно с Землю.
Несмотря на сравнительно небольшие размеры, масса белого карлика обычно составляет около половины или даже почти равна массе Солнца.
Именно сочетание высокой массы и очень малого диаметра создаёт сильное гравитационное поле, способное эффективно отклонять свет.
По расчётам исследователей, многие белые карлики могут работать как естественные гравитационные линзы не хуже, а в некоторых случаях даже эффективнее Солнца.
Какие преимущества дают белые карлики
Главное достоинство подобных объектов заключается в компактности.
Из-за меньших размеров влияние собственного излучения белого карлика оказывается значительно слабее, чем у Солнца.
Это означает, что наблюдать далёкие объекты становится проще, поскольку меньше мешает яркое свечение самой звезды.
Кроме того, вокруг многих белых карликов отсутствуют мощные потоки солнечного ветра и интенсивная корона, которые осложняют работу приборов в случае солнечной линзы.
В результате качество потенциальных наблюдений может оказаться выше.
Можно ли получать изображения экзопланет
Авторы исследования моделировали различные варианты использования белых карликов в качестве природных телескопов.
Расчёты показывают, что подобная система теоретически позволит получать изображения экзопланет с детализацией, достаточной для изучения крупных элементов поверхности.
В перспективе это может помочь исследовать:
- распределение материков и океанов;
- облачные системы;
- крупные атмосферные структуры;
- сезонные изменения;
- возможные признаки биологической активности.
Следует подчеркнуть, что речь идёт о долгосрочной перспективе. Современные технологии пока не позволяют реализовать подобную миссию.
Насколько далеко придётся лететь
Хотя белые карлики способны выполнять роль линз, расстояния до них остаются огромными.
Даже ближайшие представители этого класса находятся в нескольких световых годах от Земли.
Это означает, что современные космические аппараты не смогут добраться до них за приемлемое время.
Однако исследователи отмечают, что подобные идеи рассматриваются в расчёте на технологии будущих десятилетий и даже столетий.
Сегодня астрономы уже работают над концепциями межзвёздных автоматических аппаратов с использованием лазерного разгона, световых парусов и других перспективных двигательных систем.
Какие задачи поможет решить новая концепция
Использование нескольких естественных гравитационных линз позволит значительно расширить возможности будущей астрономии.
Вместо одной фиксированной точки наблюдений можно будет выбирать разные звёзды и исследовать различные участки неба.
Это особенно важно для поиска потенциально обитаемых миров.
Если удастся получать изображения экзопланет напрямую, а не только анализировать их слабое излучение, исследователи смогут значительно лучше изучать климат, состав атмосферы и геологические особенности далёких миров.
Подобные данные невозможно получить большинством существующих методов наблюдений.
Какие трудности ещё предстоит решить
Даже если человечество создаст достаточно быстрые межзвёздные аппараты, останется множество технических задач.
Необходимо обеспечить исключительно точную навигацию. Космический аппарат должен находиться практически идеально на линии между белым карликом и исследуемой планетой.
Кроме того, потребуется разработать новые методы обработки изображений. Гравитационная линза не создаёт привычную фотографию объекта — информация распределяется особым образом, поэтому изображение необходимо восстанавливать с помощью сложных вычислений.
Подобные алгоритмы уже разрабатываются применительно к солнечной гравитационной линзе, однако их придётся адаптировать и для других звёзд.
Новый взгляд на природные телескопы Вселенной
Идея использования белых карликов в качестве гигантских природных линз демонстрирует, насколько необычными могут быть будущие методы исследования космоса. Вместо строительства всё более крупных телескопов учёные предлагают использовать саму гравитацию звёзд как часть научного инструмента.
Пока подобные проекты существуют лишь в виде теоретических исследований и инженерных концепций. Тем не менее они показывают возможное направление развития астрономии на многие десятилетия вперёд. Если технологии межзвёздных полётов продолжат развиваться, белые карлики однажды действительно могут превратиться в естественные обсерватории, позволяющие рассматривать далёкие экзопланеты с детализацией, которая сегодня кажется недостижимой.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
