Узнала ли GAIA что-нибудь о том, что Общая теория относительности смотрит вблизи Юпитера? (Джерри Гилмор: «сплющенная вращающаяся масса, движущаяся в более глубоком (солнечном) потенциале»)

Gaia является продолжением миссии Hipparcos , которая была деактивирована в 1993 году. Таким образом, результаты Gaia формируются десятилетиями. Слово «Гайя» изначально было аббревиатурой от «Глобальный астрометрический интерферометр для астрофизики», но по мере того, как масштаб научных целей миссии значительно расширился, оно устарело и теперь устарело.

Тема микролинзирования с Юпитером давно ожидалась в наборах данных Gaia, например, в этой основополагающей статье . При обработке данных Gaia искривление света учитывается в постньютоновском приближении, см. здесь . Они заявляют: «Во-первых, распространение света от источника до местоположения Гайи моделируется в BCRS со всеми подробностями, необходимыми для достижения требуемой численной точности около 0,1 мкс. В этом процессе влияние гравитационного поля Солнца -система принимается во внимание. Это включает в себя гравитационное искривление света из-за Солнца, больших планет и Луны».

Я не могу найти ни одного предшественника Гайи, который мог бы ограничивать искривление света вокруг Юпитера. Вот почему Gaia настолько уникальна: это единственная активная космическая миссия (насколько мне известно, я могу ошибаться!), которая пытается провести обзор всего неба для высокоточной астрометрии. Таким образом, это (возможно) единственное, что у нас есть в настоящее время для исследования отклонения света Юпитером.

Теперь я постараюсь ответить на ваши вопросы напрямую:

Возможно ли смотреть так близко к чему-то столь же яркому, как Юпитер, и все еще проводить точную астрометрию с использованием GAIA? Это пробовали? Это сработало?

РЕДАКТИРОВАТЬ: Краткие ответы: Да, это возможно (и все более правдоподобно!); насколько мне известно, это не было испытано с полной строгостью; ожидается, что это сработает, поскольку микролинзирование с Юпитером было успешным для открытия, например, экзопланет.

Действительно, Юпитер яркий , но есть систематические способы справиться с этим в фотометрии Gaia. Gaia будет наблюдать за более чем 350 000 объектов в нашей Солнечной системе. Подавляющее большинство из них являются астероидами главного пояса, но сюда входят и спутники других планет, а это означает, что для этого им придется учитывать яркость самих планет.

На этом сайте описывается возможность обнаружения звезд вблизи Юпитера (относительно точки зрения Гайи), где «обнаруживаемость зависит от углового положения звезды по отношению к Юпитеру». Полезно изображение с этого сайта, которое показывает пределы обнаружения «звезды с величиной G = 13,5, когда она приближается к Юпитеру в широком диапазоне относительных ориентаций… Юпитер имеет вытянутую форму, потому что пиксели Gaia прямоугольные, с размером в три раза меньше в направлении оси X. Пределы обнаружения, найденные для звезды G = 13,5, близкой к Юпитеру, составляют от 2 до 4 дюймов.

Группа калибровки Gaia SOC разработала инструменты калибровки с использованием GEREQ (аббревиатура от «Релятивистский эксперимент Gaia на квадруполе Юпитера», устройство на борту Gaia, выполняющее эти измерения), являющееся прототипом.

Видели ли они «квадрупольное искривление света из-за «сплющенной вращающейся массы, движущейся в более глубоком (Солнечном) потенциале»?

РЕДАКТИРОВАТЬ: Короткий ответ: Нет, еще нет :)

Я проверил оба выпуска данных, здесь и здесь , и не вижу результатов, опубликованных по этому поводу, но я не знаком с ним близко (и с их архивом данных ).

Это активная область исследований. Например, в этой статье представлены последние разработки в области оценки и калибровки, где они демонстрируют$\mu$стабильность на уровне «местной системы отсчета, состоящей из нескольких десятков звезд сравнения, окружающих яркую целевую звезду, которая, как ожидается, будет демонстрировать большое значение релятивистского отклонения света из-за ее близости к лимбу Юпитера». В заключение авторы заявляют, что планируют затем применить методологию «к фактическим наблюдениям за событиями в эксперименте GAREQ».

ОТО говорит нам, что свет будет казаться отклоненным вблизи Юпитера, а распределение массы Юпитера сплюснуто, потому что он вращается быстро, поэтому можно ожидать, что отклонение будет иметь квадрупольный момент. Но связано ли какое-либо из этих отклонений непосредственно с вращением, или оно будет примерно таким же для статического, невращающегося, но сжатого Юпитера? Как далеко это зашло в кроличью нору GR?

В принципе, дополнительный изгиб связан с формой линзы, так что это напрямую связано со сплющиванием. Но сплюснутость в этом случае сама по себе обусловлена ​​вращением планеты. Итак, если Юпитер не вращается, то почему он должен быть сплюснутым?

Ладно, если это чисто мысленный эксперимент, то несферичность линзы, которая не вращается, была бы в принципе аналогична искривлению галактического света, где линзой является какая-то несферическая галактика. Несферическая природа линзы может усложнить искривление света, что приведет к появлению частичных дуг вокруг линзы вместо полного изображения. Как справиться с несферичностью, в целом, является открытым вопросом, и в разных областях были разработаны различные методы для ее учета, которые обычно зависят от контекста. В области микролинзирования в этой статье показано, как с этим можно справиться для тесных двойных звездных систем. О том, как вычислить угол Эйнштейна в событиях микролинзирования, см. здесь .. Имейте в виду, что даже если в линзе есть несферичность, если линза совмещена с источником, то усиление источника максимальное.

В конкретном случае микролинзирования с Юпитером и Гайей основополагающая статья , также цитируемая выше, довольно хорошо объясняет: исходя из уравнения геодезии, они приходят к уравнениям 10-12, которые дают вектор отклонения, содержащий обычный монопольный член и соответствующие квадрупольные члены. Они упрощаются в случае «почти скользящих лучей, поскольку, в отличие от солнечного отклонения, эффект слишком мал, чтобы его можно было наблюдать под большим углом от планеты» в уравнения 13 и 14, которые зависят от ориентации оси вращения. планеты (т.е. внутренние произведения с вектором спина в$z$направление). В уравнении 13 монопольный член — это первый член, не зависящий от$J_2$(безразмерный коэффициент второй зональной гармоники), а вычитаемые из него члены являются квадрупольными членами. Уравнение 14 связано с квадруполем. Ясно, что квадрупольные члены зависят от$z$, подразумевая, что это напрямую связано со сплюснутостью Юпитера...

РЕДАКТИРОВАТЬ: .... что САМОЕ сжатие связано с вращением планеты. В принципе, невращающаяся планета по-прежнему будет вызывать искривление света (из-за решения Шварцшильда), а несферическое распределение массы планеты может вызвать дополнительное искривление света из-за квадрупольного момента массы несферичности. , но это было бы больше похоже на эффект протяженного тела в общей теории относительности, а не на вращение, которое моделируется в случае Юпитера. Таким образом, в частности, в случае Юпитера можно не ошибиться, если сказать, что сжатие напрямую вызывает большее изгибание, но это связано с нюансом, что само сжатие связано с вращением: это показано в уравнениях 13 и 14 выше, по количеству$J_2$появляется везде, где есть вращение. В этой статье это объясняется более технически.

БОНУС: Юпитер не одинок в этой возможности. Как сказано выше, Гайя увидит сотни тысяч тел Солнечной системы. Это означает, что потенциально существует более тысячи возможных событий микролинзирования. Используя DR2 Gaia, уже предсказано около 100 событий микролинзирования! Я еще не видел улучшенных прогнозов, так как они ожидали улучшить неопределенность своих прогнозов, используя данные DR3, которые были отложены из-за пандемии.

ДВОЙНОЙ БОНУС: вот отличное предложение для новой космической миссии по испытанию постньютоновской гравитации вблизи Земли!