donmigel_62: (кот - учёный)


Ровно в 20:00 по московскому времени в Гарвард-Смитсоновском центре астрофизики на  пресс-конференци, в режиме онлайн было объявлено о крупнейшем открытии в области астрофизики. Ожидания мирового научного сообщества оправдались. На конференции было объявлено о регистрации реликтовых гравитационных волн, предсказанных общей теорией относительности (ОТО) Альберта Эйнштейна 100 лет назад.Эти гравитационные. волны были произведены на раннем этапе развития Вселенной, процессами, предсказанными Стивеном Хокингом .

Это грандиозное открытие не только подтверждает теорию Эйнштейна, но и является доказательством инфляционной модели, которая предполагает ускоренное расширение Вселенной на ранней стадии Большого Взрыва.

На пресс-конференции рассказали об эксперименте BICEP2. Цель эксперимента - измерение магнитной моды поляризации реликтового излучения. BICEP2 - продолжение эксперимента BICEP1, за три года были получены результаты, которые равны 30-летним результатам эксперимента BICEP1.  BICEP2 - это 512 детекторов на частоте 150 GHz.

Полученные результаты позволяют отсеять множество некорректных гипотез и сосредоточить усилия физиков в правильном направлении.

Ученые предупреждают, что их данные должны подвергнуться тщательной проверке со стороны других групп исследователей. . Прежде чем экспериментальное доказательство существования гравитационных волн будет подтверждено, может пройти несколько месяцев.

Все подробности - завтра.

donmigel_62: (кот - учёный)

Меркурий сжимается быстрее, чем предполагалось

Скорость, с которой «сжимается» Меркурий, оказывается, в 2-8 раз превышает показатели, на которые указывали компьютерные модели первой планеты Солнечной системы и предыдущие замеры.

Дольчатые откосы, возникают на поверхности Меркурия в результате охлаждения и сжатия его ядра

При помощи данных, полученных с межпланетного зонда «Мессенджер», Пол Бирн из Института науки Карнеги в Вашингтоне (США) и его коллеги вычислили скорость, с которой «сжимается» Меркурий, и установили, что она в 2-8 раз превышает показатели, на которые указывали компьютерные модели первой планеты Солнечной системы и предыдущие замеры.


В конце 19 − начале 20 века теории о том, что ядро, недра и кора Земли постепенно теряют свое тепло и сжимаются, пользовались огромной популярностью среди ученых. До открытия тектонических процессов и развития тектоники как самостоятельной научной теории, причиной землетрясений и вулканизма считалось это сжатие. Такие процессы, несмотря на неприменимость теорий «сжатия» к Земле, тем не менее, происходят или происходили на других телах Солнечной системы – на древней Луне и на современном Меркурии.

В рамках исследования специалисты, проанализировав данные, полученные зондом «Мессенджер» с момента его прибытия на орбиту Меркурия в 2011 году, установили, что скорость сжатия Меркурия существенно отличается от предполагаемой.


«Мессенджер» – американская автоматическая межпланетная станция (АМС) для исследования Меркурия. Запущена 3 августа 2004 года со станции ВВС США на мысе Канаверал с помощью ракеты-носителя «Дельта» 7925H-9.5. 18 марта 2011 года в 01:10 UTC станция благополучно вышла на орбиту Меркурия. До «Мессенджера» его посетил всего один аппарат –  «Маринер-10», 3 раза пролетевший около планеты в 1974-1975 годах.


Авторы исследования, интересующиеся особыми структурами – «дольчатыми откосами», предположительно возникающими в результате остывания и сжатия недр планеты, воспользовались полной топографической картой поверхности Меркурия, которая была представлена в марте прошлого года.

В результате анализа формы этих структур, их расположения и глубины, специалисты установили, что радиус Меркурия за последние 4 миллиарда лет уменьшился не на 0,8-3 км, как считалось, а на 5-7 км. Таким образом, выяснилось, что Меркурий «сжимается» в 2-8 раз быстрее, чем на то указывали замеры «Маринер-10» и компьютерные модели на основе собранных им данных. За счет чего происходит это ускоренное сжатие – ученые пока не знают.

donmigel_62: (кот - учёный)

На Земле воссоздали лед спутника Юпитера Европы

Ученые смоделировали условия, существующие под ледяным покровом Европы, спутника Юпитера.



Поверхность Европы

В рамках исследования, направленного на изучение необычных образований, представляющих собой подъемы и провалы на поверхности Европы, испанские ученые смоделировали условия, существующие под ледяным покровом спутника Юпитера.









Европа – шестой спутник Юпитера, наименьший из четырёх галилеевых спутников, один из самых крупных спутников в Солнечной системе. По размерам уступая земной Луне, Европа состоит в основном из силикатных пород, а в центре содержит железное ядро. Поверхность состоит изо льда и является одной из самых гладких в Солнечной системе; на ней очень мало кратеров, но много трещин. Легко заметная молодость и гладкость поверхности привели к гипотезе, что под ней находится водяной океан, в котором не исключено наличие микроскопической жизни.


По предположениям авторов исследования, эти подъемы и провалы на поверхности Европы могли быть результатом квази-вулканической активности, которая обеспечивается движением не магмы (как на Земле), а льда и солевых соединений.

Для изучения процесса кристаллизации данных соединений специалисты смоделировали высокое давление (до 300 атмосфер) и умеренно низкую температуру водной оболочки Европы. Поведение вещества, как выяснилось,  зависит от баланса концентрации солей магния и клатратов углекислого газа, который может склоняться в ту или иную сторону в конкретной точке спутника. Красный оттенок этих подъемов и провалов, по мнению специалистов, возможно связан с действием заряженных частиц, проходящих с Юпитера или другого спутника, Ио (спутник Юпитера, самый близкий к планете из четырёх галилеевых спутников).


donmigel_62: (кот - учёный)
Понедельник, 17 марта, станет днем нового открытия. Это обещают нам астрофизики из Европейского Космического Агентства(ESA)

Ученые из  при тесном сотрудничестве с астрофизиками из института Макса Планка собираются сделать какое-то очень важное открытие. О нем будет официально сообщено на конференции в Гарвард-Смитсоновском Центре Астрофизики.

Пока известно только то, что астрофизики совместно работали над изучением физических процессов, которые определяют природу и эволюцию Вселенной.

donmigel_62: (кот - учёный)

«Внутри дыры происходит рождение вселенной»

В конце января 2014 года на сайте arXiv.org появился препринт работы Стивена Хокинга, в которой тот предложил отказаться от понятия горизонта событий — формальной границы черной дыры, существование которой предсказывается в рамках теории относительности.

Сделано это было для того, чтобы решить так называемую проблему файервола, или «стены огня», возникающую на стыке квантовой механики и теории относительности. Горизонт событий предлагалось заменить так называемым видимым горизонтом.

Работа Хокинга привлекла внимание как физиков-профессионалов, так и просто интересующихся наукой людей. Это и не удивительно:

черные дыры,


  • во-первых, довольно часто фигурируют в научных новостях, а

  • во-вторых, входят в число самых загадочных и непонятных объектов Вселенной.

Познакомтесь  со свежей точкой зрения большого специалиста в этой области исследования, нашего экс-соотечественника, физика Валерия Фролова, профессора Альбертского университета.

В интервью Фролов рассказал, как возникло понятие «черная дыра» и что оно означает, объяснил разницу между настоящими астрономическими объектами и их теоретической моделью. Заявления о том, что «Стивен Хокинг отменил черные дыры», он назвал полным бредом и пояснил, что идея Хокинга не является чем-то новым.

Впервые концепция дыры без горизонта событий, но с так называемым видимым горизонтом была предложена самим Фроловым и Григорием Вилковыским в конце 1970-х годов. С тех пор работа в этом направлении не останавливалась — очередная статья Фролова и коллег, посвященная этой теме, в настоящее время подана в один из рецензируемых журналов. В завершение интервью физик рассказал о других (помимо файервола) нерешенных вопросах, связанных с черными дырами, — в частности, об энтропии этих объектов.


Что такое черная дыра?

Валерий Фролов: Черные дыры — одно из самых удивительных предсказаний теории гравитации Эйнштейна.

preview_1_5.jpg
Валерий Фролов: в 1970 году закончил МГУ, в 1973-м защитил кандидатскую диссертацию в физическом институте Лебедева. В 1984 году стал доктором наук. В настоящее время является профессором Альбертского университета. Автор нескольких учебников и монографий, посвященных теории относительности и черным дырам, в частности

Представим себе поверхность планеты. Из физики известно, что сила тяготения, создаваемая на поверхности такого небесного тела пропорциональна массе этого тела и обратно пропорциональна квадрату его радиуса. Для такой планеты можно определить понятие второй космической скорости — это скорость, которую должно набрать тело, чтобы преодолеть тяготение планеты (то есть перейти на незамкнутую орбиту вокруг этого тела). Для Земли эта скорость равна 11 километрам в секунду.

Если массу тела увеличивать, а размеры уменьшать, то значение скорости будет расти. Например, для нейтронных звезд такая скорость составляет половину световой. Оказывается, если масса тела достаточно велика, а радиус — достаточно мал, вторая космическая скорость окажется больше скорости света. Так как, согласно теории Эйнштейна, ничто не может двигаться быстрее света, образуется объект, который не позволяет ничему, даже свету, вырваться наружу. Получается черная дыра.

Сейчас мы знаем, что такие дыры неизбежно возникают при коллапсе массивных звезд на заключительном этапе их жизни.

─ Когда открыли черные дыры?

─ Первооткрывателем черных дыр был немецкий астроном Карл Шварцшильд. В 1916 году, то есть через год после того, как Эйнштейн опубликовал окончательный вариант своей теории, он предъявил первое точное сферически-симметричное решение уравнений теории относительности. Это, кстати, довольно трагичная история — свои работы Шварцшильд писал в военном госпитале. Спустя несколько месяцев после появления этих трудов он умер от пузырчатки.

Дальнейшие исследования, в которых приняли участие многие известные ученые, показали, что решение Шварцшильда описывает гравитационное поле невращающейся черной дыры. Вывод о неизбежности возникновения черных дыр при коллапсе массивных звезд был сделан в работах 30-х годов прошлого века.

Само же название «черная дыра» было введено известным американским физиком Джоном Уиллером в конце 1967 года и вскоре стало общепринятым.

В 1963 году физик из Новой Зеландии Рой Керр открыл новое точное решение уравнений Эйнштейна, которое описывает вращающуюся черную дыру (позже было показано, что это самое общее вакуумное решение). Помимо массы такая дыра обладает моментом вращения и увлекает за собой, закручивает окружающее пространство.

Как оказалось, вращающаяся черная дыра гораздо интереснее статичной. При падении в любую дыру вещество разгоняется до невероятных скоростей, и выделяется энергия.

Так вот быстро вращающиеся черные дыры преобразуют массу покоя вещества в энергию с очень высокой эффективностью — более 40 процентов. В отсутствие антивещества это самые эффективные источники энергии во Вселенной.

pic_1_8.jpg
Рис. 2. Двойная система черных дыр 3C 75. (Фото: NASA). Система располагается на расстоянии 300 миллионов световых лет от Земли в скоплении Abell 400. На фото видны многочисленные джеты — потоки материи, движущейся с околосветовой скоростью.

─ Вы говорите про теорию. А когда были открыты черные дыры в смысле астрономических объектов?

─ Это произошло в 70-е годы прошлого века. Так как черная дыра все поглощает и ничего не излучает, то поиск таких объектов с самого начала казался довольно проблематичным. Однако если черная дыра образует пару вместе с обычной звездой, то она вполне доступна для наблюдений.

Дело в том, что почти треть всех звезд во Вселенной являются двойными. Если одна из звезд в двойной системе имеет большую массу, со временем она может образовать черную дыру.

В результате появляется пара из обычной звезды и черной дыры. Если условия подходящие, то дыра начинает перетягивать на себя вещество с компаньона. В результате вокруг дыры образуется диск (он называется аккреционным). Диск очень горячий, ведь, как я говорил, дыра крайне эффективно преобразует массу в энергию. Излучение диска уже можно зарегистрировать, а по характеристикам этого излучения — сделать вывод о наличии внутри черной дыры.

Все обнаруженные сейчас кандидаты в черные дыры звездной массы (об этом чуть позже) находятся в двойных системах — сейчас их известно более двадцати.

Все они или в нашей Галактике, или вблизи ее. Оно и понятно — издалека излучение диска не рассмотреть. Но мы видим далеко не все такие объекты — только в нашей Галактике может быть более 100 миллионов черных дыр. Если учесть, что во Вселенной порядка 100 миллиардов галактик, то оказывается, что дыры — не такое уж и редкое явление. Все найденные дыры активно изучаются — астрофизики хотят убедиться, что свойства этих объектов именно такие, как предсказывает теория Эйнштейна.

pic_2_22.jpg
Рис. 2. Квазар CXOC J100043.1+020637 Фото: harvard.edu. Активное галактическое ядро, расположенное на расстоянии 3,9 миллиарда световых лет от Земли в созвездии Секстанта. Черная дыра в центре образовалась в результате слияния двух галактик.

Выше я назвал черные дыры, образующиеся при коллапсе звезд, звездными. Такое название они получили, чтобы их можно было отличать от сверхмассивных черных дыр. В 1963 году были обнаружены квазары — мощнейшие источники радиоизлучения.

Оказалось, что они располагаются крайне далеко от нашей галактики, в миллиардах световых лет.

Для объяснения их необычайно высокой активности предположили, что ядро квазара — это очень массивная черная дыра. К настоящему времени эта точка зрения является общепринятой. Более того, исследования, выполненные за последние 50 лет, не только подтвердили ее, но и привели к выводу, что

такие сверхмассивные черные дыры (с массой в миллионы и миллиарды солнечных масс) есть в центрах практически всех галактик.

Вопрос о том, как образовались такие черные дыры, до сих пор является одной из нерешенных проблем современной астрофизики. Кстати, такая черная дыра с массой 4 миллиона солнечных масс имеется и в центре нашей галактики. Она называется Стрелец А* и, поскольку она самая близкая к нам, ее интенсивно изучают.

А что такое черная дыра Керра-Ньюмана?

Если в черную дыру упадет электрический заряд, то дыра станет заряженной. Решение, описывающее заряженную вращающуюся черную дыру, называется решением Керра-Ньюмана. Эти решения довольно интересны для теоретиков.

pic_3_33.jpg
Рис. 3. Сверхмассивная черная дыра 4C+29.30. Фото: harvard.edu. Одноименная галактика находится на расстоянии 850 миллионов световых лет от Земли. Масса дыры составляет 100 миллионов солнечных. Отличительной особенностью объекта является пара мощных джетов.

Однако в астрофизике трудно ожидать, чтобы черная дыра в присутствии окружающей ее плазмы имела большой электрический заряд.

─Расскажите про излучение Хокинга

─ В классической физике вакуум — это пустота, то есть отсутствие какой-либо материи. Квантовая теория существенно изменила эти представления. Квантовый вакуум заполнен «недоделанными», виртуальными частицами. Под воздействием сильного поля эти виртуальные частицы могут стать реальными, то есть регистрируемыми нашими детекторами.

В 1974 году известный английский физик Стивен Хокинг показал, что такие процессы рождения частиц из вакуума должны происходить в сильном гравитационном поле черных дыр в непосредственной близости от горизонта событий. Рождение это происходит парами частица-античастица. При благоприятных условиях одна из этих частиц падает в дыру, а другая — улетает. В результате мы видим некоторое излучение. Оно получило название излучения Хокинга.

Это излучение обладает несколькими замечательными свойствами. Например, у него тепловой спектр, то есть черная дыра излучает как нагретое абсолютно черное тело. В ходе излучения дыра испаряется, то есть теряет массу, причем интенсивность излучения обратно пропорциональна квадрату массы дыры.

pic_4_21.jpg
Рис. 4. M87. Фото: NASA. Эллиптическая галактика M87 располагается на расстоянии 53 миллионов световых лет от Земли. Длина джета на картинке — свыше пяти тысяч световых лет.

Эта интенсивность ничтожно мала для астрофизических черных дыр. Даже если мы предположим, что поток вещества и излучения на черную дыру, скажем, массой в 10 солнечных масс отсутствует, время ее квантового распада чудовищно велико.

Оно превосходит время существования нашей Вселенной более чем на 65 порядков. Это означает, что такие (и более массивные) черные дыры практически вечны.

Для полного распада за время жизни Вселенной масса черной дыры должна быть меньше миллиарда тонн. Хотя такие дыры теоретически возможны, нет ни одного наблюдения, указывающего на их существование.

─ Я так понимаю, теоретическое открытие этого излучения довольно сильно усложнило жизнь физикам. Возникли разного рода проблемы — например, проблема потери информации.

Проблема потери информации в черной дыре является сейчас одной из фундаментальных проблем теоретической физики. Она связана с, казалось бы, простым вопросом: что происходит, когда черная дыра полностью испаряется?

Ясно что этот вопрос чисто теоретический и касается только черных дыр с малой массой (если таковые существуют). Дело в том, что физические теории имеют дело с описанием эволюции системы. То есть, скажем, если у вас есть начальное состояние, то теория позволяет описать, как, начиная с него, будет меняться состояние системы. При этом и в классической и в квантовой механиках предполагается, что информация о системе в ходе эволюции не теряется. Этакий закон сохранения информации.

pic_5_25.jpg
Рис. 5. Крупнейшая из известных черных дыр NGC 1277 Фото: mcdonaldobservatory.org. Масса NGC 1277, располагающейся на расстоянии 220 миллионов световых лет от Земли в созвездии Персея, составляет 17 миллиардов солнечных. Это 14 процентов от массы всей галактики.

Это свойство в квантовой физике называют унитарностью. Так вот, если черная дыра испаряется полностью, то наблюдатель полностью теряет информацию о состоянии той части физической системы, которая попала в черную дыру. Или, как говорят физики, теория становится неунитарной.

Вот уже почти 30 лет теоретики спорят об этой проблеме. Исходная точка зрения Хокинга состояла в том, что надо модифицировать квантовую механику. Теория струн приводит аргументы в пользу того, что унитарность каким-то образом восстанавливается после испарения черной дыры. Позднее Хокинг согласился с этой точкой зрения.

─Проблема файервола возникла в ходе этих споров?

─ Да. Реальная трудность состоит в том, что если унитарность сохраняется, то непонятно, как информация о внутренности черной дыры «выдавливается» наружу в процессе испарения. Ведь напомню, что, согласно самому определению черной дыры, это область пространства-времени, из которой передача информации наружу невозможна в принципе, ведь дыру ничто не может покинуть!

Грубо говоря, сейчас имеется множество различных предположений, однако единого общепринятого ответа нет. Файервол, о котором вы говорите, появился в относительно свежей работе ученых из Санта-Барбары. Согласно этому подходу, всякая попытка падающего в черную дыру наблюдателя получить полную информацию о состоянии вещества внутри черной дыры сопровождается «катастрофой», которая изменяет структуру самой черной дыры.

pic_6_15.jpg
Рис. 6. Сравнение размеров NGC 1277 с Солнечной системой. Несмотря на колоссальную массу, размеры дыры сравнительно невелики: ее диаметр — «всего» 4 световых дня.

─ Как вы могли бы прокомментировать работу Хокинга, посвященную отмене горизонта событий?

─ Тут все довольно просто. Модель файервола с самого начала представлялась довольно экзотической. Работы, критикующие эту модель, появлялись и появляются до сих пор. Статья Хокинга, которая в виде препринта появилась в конце января 2014 года, — лишь одна из них. Она короткая (4 страницы), не содержит вычислений и предлагает одно из возможных решений проблемы унитарности.

Смотрите, согласно стандартному определению, черная дыра имеет границу — горизонт событий. Он отделяет область, доступную для наблюдений извне, от недоступной, то есть как раз той, которую никогда и ничто не может покинуть. Из внутренней области информация никогда не выходит. Чтобы узнать, есть ли горизонт событий (и, следовательно, черная дыра), на практике наблюдателю потребуется, во-первых, прожить бесконечно долго, а во-вторых, еще узнать, что будет потом. Это, конечно, не очень естественно, но очень удобно с математической точки зрения: позволяет получать математически строгие доказательства многих важных результатов в физике черных дыр. Это, правда, в классической теории, когда черные дыры не исчезают, а могут только расти. Однако когда черная дыра испаряется, возникает вопрос о том, насколько удачно это математически элегантное определение.

Для астрофизика-наблюдателя важно, что в результате коллапса образуется объект с исключительно сильной гравитацией. Для характеристики этой сильной гравитации используется другое, более практичное определение — видимый горизонт. Чтобы определить видимый горизонт, рассмотрим следующий мысленный эксперимент.





Пусть произошел гравитационный коллапс и тело сжалось до размера меньше его гравитационного радиуса. Окружим тело оболочкой и представим, что она в какой-то момент взрывается. Свет, излученный оболочкой, распространяется как внутрь, так и наружу ее. Так вот, в отсутствие гравитации площадь наружнего фронта увеличивается. Гравитация замедляет этот процесс, а если сила гравитации очень сильная, то площадь наружного фронта излучения не растет, а уменьшается. Граница области, где это происходит, и называется видимым горизонтом.

В теории относительности появление такого горизонта обязательно означает, что вблизи и снаружи от него имеется горизонт событий. Однако при рассмотрении квантовых процессов выясняется, что, вообще говоря, это не всегда так. Так вот, чтобы решить проблемы с унитарностью, Хокинг предположил, что горизонта событий нет, а видимый горизонт есть. Для «нормального» астрофизика эта разница не имеет никакого значения. Чтобы обнаружить ее, он должен прожить жизнь длиной более чем на 65 порядков больше, чем современный возраст Вселенной.

Поэтому, когда в газетах пишут, что Хокинг опроверг существование черных дыр, — это полный бред. Его статья ничего не меняет в нашем преставлении о наблюдаемых черных дырах и их свойствах. Даже для малых черных дыр, если они существуют, вся картина их наблюдаемого квантового испарения остается той же вплоть до последнего этапа (квантового взрыва), когда их масса сравнима с планковской (10–5 грамма). Речь идет исключительно о том, что некоторое математическое определение недостаточно адекватно физической реальности.

Да и надо сказать, что эта проблема (и само определение черной дыры) важна лишь для черных дыр малой массы.

pic_7_14.jpg
Рис. 7. Расчетная траектория движения облака G2, падающего в черную дыру в центре Млечного пути.

Помимо этого, его идея — отказаться от горизонта в пользу видимого горизонта — не является новой и предлагалась раньше. На самом деле одну из первых работ на эту тему выполнили мы с Григорием Вилковыским почти 35 лет назад. В 1979 году я докладывал ее на конференции в Триесте, где, кстати, Хокинг присутствовал.

В нашей работе мы исходили из того, что в области больших кривизн теория Эйнштейна нуждается в модификации. Поскольку соответствующая квантовая теория гравитации неизвестна, мы предположили только, что она «излечивает» трудности классической теории и, в частности, устраняет сингулярность внутри черной дыры.

В рамках такой модели мы и пришли к выводу о возможности существования несингулярных черных дыр с замкнутым видимым горизонтом и без горизонта событий.

─ Проблема файервола ведь не единственная. Расскажите о проблеме энтропии черных дыр

─ Черная дыра излучает как нагретое тело. Поэтому неудивительно, что для описания ее свойств разумно использовать термодинамику. Если есть температура, то объект должен иметь определенную энтропию.

Идею об энтропии черной дыры предложил физик Яков Бекенштейн в 1972 году, еще до открытия Хокингом квантового излучения.

Проблема состоит в том, что эта энтропия чудовищно велика. Достаточно сказать, что энтропия только одной черной дыры в центре нашей Галактики превосходит энтропию всего вещества и излучения в видимой Вселенной.

Для того чтобы понять, почему эта проблема действительно сложна, давайте рассмотрим следующую задачу. Пусть имеется сфера площади S. Покроем ее равносторонними треугольниками, и пусть площадь каждого из них есть s. Число треугольников в этом покрытии N=S/s. Теперь раскрасим треугольники. Пусть каждый из них имеет или синий, или красный цвет. Число вариантов такой раскраски 2^N. Используя специальный код, мы можем использовать такую раскрашенную сферу для передачи информации, причем величина этой информации пропорциональна логарифму числа вариантов раскраски, то есть N. Соответственно, если информация о раскраске нам недоступна, мы охарактеризуем ее потерю энтропией порядка N. Так вот, чтобы получить энтропию черной дыры, надо предположить, что соответствующие «треугольники» имеют планковский размер.

Иными словами, для объяснения энтропии черной дыры необходимо привлечь квантовую гравитацию.





Существует несколько подходов, предлагающих объяснение природы энтропии черных дыр. Наиболее продвинутый подход основан на теории струн. Альтернативный метод использует так называемую петлевую теорию гравитации. Мы с Дмитрием Фурсаевым и Андреем Зельниковым предложили подход, основанный на идее Сахарова об индуцированной гравитации. Хотя достигнут известный прогресс, исследования этой проблемы продолжаются.

Чтобы объяснить суть идеи Сахарова, можно использовать следующую аналогию. Пусть имеется кристалл. Если к нему приложена сила, он деформируется. Деформацию можно описать как усредненный сдвиг положения атомов кристалла, и мы получаем теорию упругости. Сахаров предположил, что изначально гравитация подобна полю деформаций и она становится динамической только как результат коллективного квантового движения массивных степеней свободы (конституентов) какой-то более фундаментальной теории. Наше предложение было в том, чтобы объяснить энтропию черной дыры, связав ее с энтропией конституентов.

─ Какие еще теоретические проблемы связаны с черными дырами и в чем их суть?

В заключение упомяну еще одну нерешенную проблему черных дыр. Это вопрос о том, как устроено пространство-время внутри черной дыры и что происходит с веществом, попавшим в нее.

Известно, что в процессе неотвратимого сжатия вещества кривизна растет и достигает таких значений, при которых теория Эйнштейна перестает работать и должна быть модифицирована. Мы еще мало знаем о том, как последовательно это можно сделать.

В этой ситуации нам пока остается строить модели, основанные на разумных принципах, и проверять их самосогласованность. Одна из таких моделей была предложена 20 лет назад в совместной моей работе с Моисеем Марковым и Вячеславом Мухановым.

Согласно этой модели внутри черной дыры вместо образования сингулярности происходит зарождение одной (или даже нескольких) новых вселенных типа нашей. Любопытно, что за прошедшее время эта идея стала довольно популярной.

Рост кривизны внутри черной дыры связан с ускорением процесса «сжатия пространства». Если допустить, что кривизна не может расти неограниченно, должен существовать универсальный механизм, замедляющий этот рост, что эквивалентно появлению доминирующих сил отталкивания.

Остановив процесс сжатия, они могут привести к началу расширения, и тогда возможно возникновение стадии инфляции, которая существовала в нашей ранней Вселенной. В этом случае внутри черной дыры рождается новая вселенная.

Автор: Андрей Коняев.
donmigel_62: (кот - учёный)

Могут ли тёмные фотоны объяснить периодические земные вымирания?

Встречи с крупными небесными телами часто вызывают на Земле неприятные события, кои иной раз соотносятся с массовыми вымираниями видов. В последние годы накапливаются свидетельства того, что такие столкновения периодичны и происходят чаще, чем обычно. И периодичность этого «чаще» равна 35 млн лет...

...Чему причиной может быть только одно — периодическое усиление кометной и метеоритной бомбардировки Земли из-за повышенной активности облака Оорта.


Эти данные породили два вида интерпретаций. Первый, «гипотеза Немезиды», утверждает, что у Солнца есть до сих пор не обнаруженный компаньон — особо тусклая звезда (менее реально) или коричневый карлик (более реально). Однако ничего подобного пока так и не найдено, что не позволяет всерьёз обсуждать эту гипотезу в эпоху более или менее приличных наблюдательных средств.



Второе объяснение включает детали пути Солнца через галактический диск — уплощённую структуру, содержащую в себе почти всю обычную материю типичной спиральной галактики, которой и является Млечный Путь. Его плотность падает экспоненциально, и уже в трёхстах парсеках над и под диском почти ничего нет. Точнее, нет ничего обычного. Тёмная материя в диске не «сплющивается», так как не умеет излучать фотоны, а потому очень слабо охлаждается, оставаясь сфероидным облаком тёмного гало Галактики, плотность которого постепенно убывает вплоть до расстояний в 20 кпк от центра Млечного Пути.

Галактический диск обычной материи, по мысли авторов, может содержать в себе другой, ещё более тонкий диск из тёмной материи определённого рода, способной испускать тёмные аналоги фотонов. (Иллюстрация Wikimedia Commons.)

Предпринимались попытки показать, что движение Солнечной системы вверх-вниз в тонком диске может привести к нарушению спокойствия в облаке Оорта и соответствующим астероидно-метеоритным дождям. Но конкретные механизмы таких возмущений до сих пор не озвучивались.

И вот Лиза Рэндалл (Lisa Randall) и Мэттью Рис (Matthew Reece) из Гарвардского университета (США), взяв на вооружение тёмную материю (ТМ), предлагают механизм, который мог бы обеспечить периодическую нестабильность в облаке Оорта.

Хотя основная масса ТМ действительно находится в гало и не показывает охлаждения эмиссией фотонов и тенденции к образованию плоского диска, ТМ, судя по нынешним успехам в её поисках, может быть представлена целым рядом частиц, считают учёные. И их малая часть может испытывать взаимодействия, сходные с теми, что происходят с обычный материей. В этом случае «тёмные фотоны» (гипотеза о которых высказана давно) вполне могли бы стать средством рассеивании энергии ряда ТМ-частиц и быть причиной образования особо тонкого ТМ-диска — более тонкого, чем диск из обычной материи, поскольку основная часть ТМ в диск всё же не попадёт. Пока нельзя однозначно выяснить, существует он или нет, так как наблюдательные мощности (космический телескоп Gaia) позволят сделать это лишь через несколько лет.

Но если такой «особо тонкий» диск существует, он должен создавать мощные приливные силы, воздействующие на все планетные системы Галактики, включая нашу. Конкретнее говоря, из расчётов следует, что при плотности мини-диска тёмной материи в десять солнечных масс на квадратный парсек его приливное действие должно быть достаточным, чтобы колебания Солнечной системы вверх и вниз по диску обычной материи Млечного Пути приводили к «приливам» и «отливам» астероидно-метеоритной активности при пресечении нашей системой плоскости невидимого ТМ-диска.

По словам авторов работы, поиск кратеров диаметром более 20 км в существующих базах данных приводит к выводу, что периодичность их особо частого появления, равная 35 млн лет, совпадает с периодичностью пересечения Солнечной системой такого гипотетического тёмноматериального диска.

При движении вокруг центра Галактики Солнце периодически поднимается и опускается относительно плоскости Млечного Пути. (Иллюстрация Lisa Randall.)

У исследования есть две основные проблемы: вариант с всплеском крупных астероидных ударов раз в 35 млн лет лишь в несколько раз вероятнее варианта, когда такой периодичности нет. То есть со строго научной точки зрения это недостаточно убедительное объяснение происходящего. Вторая проблема: авторы рассматривали лишь последние 250 млн лет, так как кратеры ранних эпох часто трудно выявить. Это, по сути, время последнего галактического года для Солнечной системы, а ещё недостаточно представительный объём данных, чтобы делать на его основе вывод обо всей истории нашей системы.

С другой стороны, авторы правы, замечая, что наблюдения Gaia за скоростью и тенденциями в кинематике звёзд в галактическом диске должны помочь опровергнуть или доказать их теорию.

Отчёт об исследовании вскоре будет опубликован в журнале Physical Review Letters, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.
donmigel_62: (кот - учёный)

Черная дыра нарушила энергетический предел

Черная дыра, обнаруженная в соседней галактике, обошла теоретический предел яркости, опровергнув факт, что предел Эддингтона – фундаментальный закон природы.



Галактика М 83 (фото кликабельно)

Считается, что энергия излучения не может быть выше так называемого предела Эддингтона, напрямую связанного с массой дыры. Иначе засасываемый газ просто покинул бы зону притяжения черной дыры, которая перестала бы расти.









Предел Эддингтона – величина мощности электромагнитного излучения, исходящего из недр звезды, при которой его давления достаточно для компенсации веса оболочек звезды, которые окружают зону термоядерных реакций, то есть звезда находится в состоянии равновесия: не сжимается и не расширяется. При превышении предела Эддингтона звезда начинает испускать сильный звездный ветер.


Однако новое исследование Роберто Сории (Roberto Soria) и его коллег из университета Кёртин в Австралии показало, что предел Эддингтона – это отнюдь не фундаментальный закон природы, а всего лишь ориентир.

Ученые обнаружили в соседней галактике черную дыру массой, превышающей солнечную в 100 раз. Однако она испускала излучение в миллионы раз большей энергии, чем должна была.

Черная дыра в галактике M 83

©Hubble Legacy Archive, ESA, NASA

Специалисты подробно изучили черную дыру в спиральной галактике M 83.

Messier 83 (M 83) – спиральная галактика с перемычкой в созвездии Гидра. Она находится на расстоянии приблизительно 15 миллионов световых лет от нас. В галактике было зарегистрировано шесть сверхновых (SN 1923A, SN 1945B, SN 1950B, SN 1957D, SN 1968L и SN 1983N).


В течение года ученые наблюдали за черной дырой, а также ее излучением в рентгеновском, оптическом и радиодиапазонах. Несмотря на ее относительно небольшую массу, количество излучаемой энергии значительно превышало предел Эддингтона.

Степень яркости этого объекта также указывает на то, что он должен был поглощать газ и излучать энергию тех же порядков, по крайней мере, в течение последних 10 тысяч лет. Сначала мы подумали, что это разовое явление – выброс столь мощного излучения – но теперь мы видим, что оно довольно-таки постоянное.

– Нокс Лонг, соавтор исследования из Научного института космического телескопа в Балтиморе, США

Каким образом и почему черная дыра в галактике M 83 нарушает этот предел Эддингтона, ученые пока не знают. Но наблюдения продолжаются, и в ближайшее время специалисты намерены получить больше сведений об этом объекте. Завершив исследование, можно будет установить не только роль этой черной дыры в развитии ее галактики, но и в целом определить роль черных дыр в эволюции звездных систем.


donmigel_62: (кот - учёный)
Астрономы смогли увидеть громадные облака газа, вращающиеся по орбите вокруг сверхмассивных черных дыр в центрах галактик. Раньше считалось, что поглощаемое вещество образует относительно равномерное, похожее на туман кольцо. На самом деле, оно формирует скопления, достаточно плотные для того, чтобы периодически затуманивать интенсивное излучение, которое исходит от этих громадных объектов, когда они накапливают и поглощают материю. Этот труд будет опубликован в издании Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Существование таких облаков доказывают данные, которые в течение более 16 лет собирал спутник NASA - Rossi X-ray Timing Explorer, который вращается на низкой околоземной орбите, оснащенный приборами, которые измеряли изменения источников рентген-излучения. Эти источники - активные ядра галактик, ярко светящиеся объекты, которые получают свою энергию от сверхмассивных черных дыр, когда те собирают и уплотняют громадные количества пыли и газа.


Просмотрев данные о 55 активных ядрах галактик, астрофизик университета Калифорнии Алекс Марковитц (Alex Markowitz) и его коллеги обнаружили множество примеров «заглушения» рентген-сигнала время от времени, на периоды от нескольких часов до нескольких лет, в основном тогда, когда облако плотного газа проходило между источником излучения и спутником.

Соавторами доклада были Мирко Крумпе (Mirko Krumpe) из Европейской Южной Обсерватории в Гарчинге, Германия и Роберт Никутта (Robert Nikutta), из университета Андрес Белло в Сантьяго, Чили.

Облака, за которыми они наблюдали, вращаются по орбитам на расстоянии от нескольких световых недель до нескольких световых лет от центра активного галактического ядра. Одно из них, в спиральной галактике NGC 3783, которая находится недалеко от созвездия Центавра, похоже, сейчас находится на полпути к тому, чтобы быть разорванным на части приливными силами.
donmigel_62: (кот - учёный)
Впервые астрономам удалось заглянуть в сердце взрывающейся звезды в последние минуты ее существования. Это смог сделать космический телескоп жесткого рентгеновского диапазона NuSTAR. Ему удалось сделать снимки радиоактивного титана в останках сверхновой Cassiopeia A, которые стали видны с Земли в тот момент, когда взорвалась звезда в 1671 году.

Подобная работа – основная для миссии NuSTAR, запущенной в июне 2012 года для того, чтобы измерять жесткое рентген-излучение взрывающихся звезд, или сверхновых, и черных дыр, в том числе массивной черной дыры в центре Млечного Пути.

На этой неделе ученые из команды NuSTAR опубликовали статью в журнале Nature. В статье говорится, что ученым удалось создать первую карту титана, исторгнутого из ядра звезды, взорвавшейся в 1671 году. В результате этого взрыва образовались останки сверхновой, известные как Cassiopeia A.


Этот объект уже не раз удавалось запечатлеть на снимках различных телескопов, однако лишь на этом снимке можно разглядеть, как космические осколки сталкиваются с окружающим газом и пылью и нагревают их. Благодаря NuSTAR впервые удалось составить карту жесткого рентген-излучения вещества, созданного прямо в ядре взрывающейся звезды: радиоактивного изотопа титан-44, который сформировался в ядре звезды, когда она сжалась в нейтронную звезду или в черную дыру. Энергия, которая высвободилась в результате коллапса ядра сверхновой, «сорвала» внешние слои звезды, и осколки этого взрыва до сих пор летят со скоростью 5000 километров в секунду.

Ученые надеются, что эта информация помоет астрономам построить трехмерные компьютерные модели взрывающихся звезд, и, в конце концов, понять некоторые загадочные характеристики сверхновых, - такие, как джеты вещества, которые испускают некоторые из них. Например, прежние наблюдения за Cassiopeia A с помощью рентген-телескопа Chandra (Чандра), позволили увидеть кремниевые джеты, которые испускает звезда.

Cassiopeia A находится примерно в 11 000 световых лет от Земли и является одной из самых изученных останков сверхновой. Через 343 года после того, как взорвалась звезда, осколки взрыва распространились на почти 10 световых лет вокруг.

В результате более ранних наблюдений за разогретым от ударной волны железом в осколках некоторые ученые пришли к выводу, что взрыв был одинаково мощным во всех направлениях – симметричным. Однако, последние данные говорят о том, что происхождение железа настолько туманно, что его распространение может и не совпадать с «рисунком» взрыва.

Новая карта титана-44, которая не совпадает с распространением железа в останках, позволяет выдвинуть еще одну гипотезу – о том, что внутри существует холодное железо, которое не видит Chandra. Железо и титан формируются в одном и том же месте звезды, поэтому в осколках взрыва они должны распространяться похожим образом.

В настоящее время NuSTAR продолжает наблюдать за излучением радиоактивного титана-44 из некоторых других останков сверхновых для того, чтобы определить, как развиваются события там. Эти останки сверхновых должны находиться достаточно близко к Земле, чтобы можно было увидеть структуру осколков, и в то же время быть достаточно молодыми, для того, чтобы радиоактивные элементы, такие, как титан, - все еще выделяли жесткое рентген-излучение.
donmigel_62: (кот - учёный)

Потерянная масса галактик найдена

Потерянная масса галактик найдена

Ученые решили одну из загадок современной астрофизики: обнаружили «недостающую» массу галактик, которая породила множество экзотических физических теорий.

В настоящее время астрономы наблюдают во Вселенной множество скоплений галактик – групп из сотен или тысяч галактик, связанных вместе гравитацией. Эти гигантские скопления триллионов звезд сформировались в результате «ряби» в очень ранней Вселенной: вскоре после Большого взрыва в кипящем шаре горячей плазмы сформировались крошечные квантовые колебания. Миллиарды лет спустя, эти колебания плотности вещества превратились в скопления галактик.


Однако в этой модели эволюции Вселенной есть нестыковки. Впервые проблему обнаружили с помощью наблюдений космического телескопа ЕКА Planck, который измеряет колебания космического микроволнового фонового излучения, оставшегося от Большого Взрыва. Ученые сравнили картину колебаний и сравнили их с наблюдаемыми скоплениями галактик.

Согласно результатам наблюдений, опубликованным в прошлом году, во Вселенной «не хватает» 40% массы галактических скоплений. Проще говоря, количество колебаний на заре формирования Вселенной было больше, чем ныне наблюдаемых скоплений галактик. Это противоречие заставило физиков придумывать самые невероятные объяснения, большинство из которых находятся за пределами Стандартной модели.

Так, некоторые теоретики обратились к нейтрино – призрачным субатомным частицам почти нулевой массы. Например физик Уэйн Ху (Wayne Hu) из Университета Чикаго и его коллеги опубликовали теорию о связи несоответствия с тем, что три известных типа нейтрино на самом деле значительно тяжелее, чем считалось ранее, или же существует четвертый, еще не открытый, вид нейтрино. Дополнительная масса нейтрино могла бы оказать влияние на рост первичной ряби и снизить количество скоплений галактик.

Однако, возможно, объяснение «отсутствующей» массы скоплений галактик может быть гораздо более простым. Согласно исследованию, проведенному учеными из Стэнфордского университета в Калифорнии, скопления галактик на самом деле могут иметь большую массу, чем показывают наблюдения телескопа Planck. Таким образом нет особой необходимости в придумывании новой экзотической физики. Исследование использует гравитационное линзирование, технику, которая позволяет «взвесить» скопления галактик, измеряя силу искажения света их гравитационными полями.

Работая над проектом под названием Weighing the Giants («Взвешивание гигантов»), ученые изучили с помощью телескопа Subaru и Canada–France–Hawaii 22 скопления галактик, изученных ранее космическим телескопом Planck. Измерения показали массу на 43% выше, чем масса, которую рассчитали по наблюдениям аппарата Planck. В другом исследовании под названием Cluster Lensing and Supernova Survey («Линзирование скоплений и наблюдение сверхновых») использовали космический телескоп Хаббл для измерения 25 кластеров, ранее изученных телескопом Planck. Эти наблюдения также показали превышение массы наблюдаемых скоплений, над той, что измерил Planck, на этот раз на 30%.


Наблюдение галактик с помощью гравитационного линзирования связано с неопределенностью, которая возникает из-за взаимодействия реликтового излучения с горячим газом

Судя по всему, разница в измерениях связана с неопределенностью наблюдений телескопа Planck. Дело в том, что космический телескоп обнаруживает фотоны космического микроволнового фона, которые на пути к объективам телескопа проходят через скопления галактик. Внутри галактик эти фотоны сталкиваются с энергичными электронами из облаков горячего газа, в результате чего фотоны приобретают больше энергии. Именно это воздействие добавляет неопределенности в измерения массы скоплений галактик.

Многие астрофизики полагают, что оставшиеся расхождения в измерении массы скоплений галактик будут разрешены благодаря новому телескопу Dark Energy Survey стоимостью $50 млн. Этот телескоп 9 февраля уже завершил первую трехмесячную серию наблюдений, в ходе которых были изучены сотни скоплений галактик. Анализ этих данных займет время: первые результаты ожидаются в конце 2014 года.

http://mnras.oxfordjournals.org/content/early/2014/02/04/mnras.stt2129.abstract
donmigel_62: (кот - учёный)
Два астрофизика, Карло Ровелли (Carlo Rovelli) и Франческа Видотто (Francesca Vidotto), предполагают, что структура, известная как звезда Планка, существует в центре черных дыр. Это позволяет предположить, отмечают они, что черные дыры в какой-то момент возвращают всю информацию, которую они втянули, во Вселенную.

Современные представления о черных дырах заключаются в том, что у них есть две очень простые части, горизонт событий и сингулярность. Так как зонд не может быть отправлен в черную дыру, чтобы увидеть то, что действительно происходит, исследователи должны полагаться на теории. Теория сингулярности страдает от того, что стало известно как "информационный парадокс" - черные дыры появляются, чтобы уничтожить информацию, что, кажется, нарушает правила общей теории относительности, потому что они вместо этого следуют правилам квантовой механики.

Идея «звезды Планка» берет начало из аргументов к теории Большого взрыва. Она предполагает, что, когда происходит неизбежное Большое сжатие, вместо формирования сингулярности,  происходит что-то немного более ощутимое – что-то по масштабу Планка. И когда это случится, произойдет скачок, в результате которого Вселенная расширится снова, а затем коллапсирует снова и так далее до бесконечности и обратно.


Ровелли и Видотто задались вопросом, почему это не может относиться и к черным дырам, а сингулярность в их центре не может быть структурой Планка – звездой – что позволило бы общей теории относительности вернуться в игру. Если бы это было так, то черная дыра могла медленно в течение долгого времени терять массу за счет излучения Хокинга, а звезда Планка внутри расти за счет поглощения информация. В конце концов, звезда пересечет горизонт событий и черная дыра дематериализуется в одно мгновение, когда вся информация, всасываемая за все время, извергнется во Вселенную.

Эта новая идея Ровелли и Видотто несомненно пройдет тщательную проверку в астрофизическом сообществе и, скорее всего, завершится дискуссией между теми, кто примет идею звезды Планка за ответ на информационный парадокс, и теми, кто воспримет всю идею неправдоподобной.

http://phys.org/news/2014-02-astrophysicists-duo-planck-star-core.html

donmigel_62: (кот - учёный)
Группа ученых во главе с Токийским университетом сообщают, что химические составы межзвездного облака и диска не идентичны.

Звезды образуются в результате сжатия межзвездного газа и пыли, и эта смесь, в конечном счете, помогает образованию планеты. Тем не менее, ученые задались вопросом, являются ли химические составы межзвездного облака и диска, который создает планеты, идентичными.

Ученые наблюдали за звездой-малышом, известной как L1527, в созвездии Тельца.

Протозвезда в исследовании была использована многими астрономами для наблюдений. Даже космический телескоп НАСА Спитцер сделал инфракрасные снимки звезды. L1527 испускает звездный свет, выходящий через впадину, вырытую мощным биполярным газовым потоком звезды, и освещающий окружающий газ. Предыдущие исследования показали, что газ кружит вокруг звезды, формируя диск.


Доктор Нами Сакаи (Nami Sakai) из Токийского университета и ее коллеги провели высокочувствительные наблюдения высокого пространственного разрешения с помощью ALMA (Атакамской большой миллиметровой/субмиллиметровой решетки). Ученые обнаружили, что карбоцепные молекулы и связанные с ними виды, такие как циклический C3H2, почти полностью исчезают из газовой фазы в радиусе 100 астрономических единиц вокруг протозвезды. Формирование диска и связанных с ним химических изменений были успешно обнаружены наблюдениями двух химических веществ, циклической C5H2 и SO (оксид серы).

Астрономы сказали, что им интересно изучить, насколько широко применяется увиденное явление в L1527 в других областях звездообразования.

"Расширяя применение этого нового метода на различные протозвезды солнечного типа с помощью ALMA, разнообразие и всеобщность химической эволюции межзвездного вещества в планетарной материи будут раскрыты в ближайшие несколько лет", сказали ученые Национальной астрономической обсерватории Японии. "Тогда мы сможем критически оценить, испытала ли Солнечная система такое резкое химическое изменение".

donmigel_62: (кот - учёный)

Коричневый карлик не всегда коричнев...

Звезда ULAS J222711-004547 спектрального класса L 7, что в созвездии Водолея, на вид не очень коричневая. И это не только выставляет в дурном свете её видовое название, но и рождает вопрос о том, чем всё это вызвано.

После первых наблюдений учёные, ведомые Федерико Марокко (Federico Marocco) из Хартфордширского университета (Великобритания), привлекли «Очень большой телескоп» Европейской южной обсерватории в Чили — но тщетно! Красный цвет так и не думал исчезать с лица этой недозвезды.

Коричневый карлик с красной облачностью в представлении художника (здесь и ниже иллюстрации RAS).

Но почему? Нельзя сказать, что астрономы совсем ничего не знают о телах такого рода. Из-за отсутствия устойчивых термоядерных реакций в ядре подобные субзвёзды нельзя назвать «красными карликами»: последние значительно массивнее. Как и планеты-гиганты, коричневые карлики затянуты облаками, но, насколько было известно, красный цвет в их «палитре» не доминирует.


Как и на других коричневых карликах, в атмосфере ULAS J222711-004547 есть следы водяного пара, метана и, быть может, аммиака. Но при этом окраску своим облакам придают не они. Облачный слой расцвечен минеральной пылью — чем-то вроде энстатита или корунда. Высокая температура, без сомнения, объясняет присутствие последних в облаках, но почему этой пыли так много и почему размеры её частиц (0,5 мкм) совпадают с «габаритами» частиц глины, то есть непохожи на то, что зафиксировано в облаках других известных нам небесных тел?

Карлик спектрального класса L заметно краснее других подтипов коричневых карликов. Но ULAS J222711-004547 и на таком фоне выделяется.

Исследование подобной атмосферы не первое в списке наблюдений сравнительно красных коричневых карликов, однако столь радикальная краснота, как и обнаружение множества корундовых облаков, странно. И астрономы полагают, что регулярно отслеживая объект и колебания его светимости, вызванные погодными явлениями, смогут выяснить массу деталей того, как облака перемещаются на подобных телах и что именно обусловливает их необычную окраску, отличая от гигантских планет и прочих коричневых карликов.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, а его препринт стоит полистать на сайте arXiv.

Подготовлено по материалам Королевского астрономического общества.
donmigel_62: (кот - учёный)

Парадокс огненной стены закрыт, классическая чёрная дыра спасена?

И всё это достижимо без модифицирования горизонта событий, утверждает немецкий физик Сабина Хоссенфельдер. Почему она не видит ничего достойного внимания в последней работе Стивена Хокинга? И что из всего этого следует?

Вы уже знаете это: Стивен Хокинг посчитал лучшим решением парадокса «огненной стены» предположение о том, что у чёрной дыры (ЧД) нет настоящего горизонта событий и налицо лишь кажущийся горизонт, который не является — в отличие от традиционной ЧД — вечным.

Что ж, в январе с. г. решение проблемы огненной стены было предложено не только им. Работа Сабины Хоссенфельдер (Sabine Hossenfelder) из Северного института теоретической физики (Швеция) утверждает, что такого парадокса нет, а потому модификации классических представлений о ЧД до некоторой степени не вполне оправданны.

Квантовая запутанность частиц, появляющихся у горизонта чёрной дыры, создаёт парадокс «огненной стены» — но только если запутанность между ними не исчезнет. (Здесь и ниже иллюстрации JPL / NASA.)

Чтобы полностью понять настоящее, часто надо вернуться в прошлое, и глубины первого и второго действия иногда прямо пропорциональны: на сей раз в прошлое придётся отправиться хотя бы лет на сорок.



Когда идея горизонта событий замаячила над головами учёных, стали возникать неприятные вопросы. Вот, например: горизонт событий (классический) пресекается только в одном направлении, но это, кажется, противоречит термодинамике! При стремлении температуры к абсолютному нулю энтропия тел системы тоже стремится к нулю — следовательно, абсолютного нуля нельзя достичь ни в каком конечном процессе, связанном с изменением энтропии: вы будете бесконечно приближаться к нему по асимптоте, и только, по типу Ахиллеса, догоняющего черепаху.

Но если абсолютный нуль недостижим — значит, все тела должны хоть что-то да излучать, как-то отдавать хоть чуть-чуть тепла. Однако горизонт событий вроде бы ничему излучаться не даёт, ведь его даже свет не может преодолеть. Тогда — ровно сорок лет тому назад — Стивен Хокинг выдвинул идею так называемого излучения Хокинга. Чтобы ЧД «начала» излучать, учёный использовал квантовую механику: поскольку мы не можем знать точную энергию объекта в любой момент, она может серьёзно колебаться, хотя среднее её значение при этом будет неизменным. Поэтому около горизонта событий, рассуждал физик в ту пору, может появляться пара частиц («из ничего»), и одна частица из пары будет поймана внутри горизонта (на каплю уменьшая массу ЧД), в то время как другая покинет ЧД как излучение, унося с собой каплю её энергии.

Решение было элегантным, но тогда ещё никто не знал, что через 38 лет из излучения Хокинга, помирившего термодинамику и ЧД, родится другая сущность — парадокс «огненной стены». Дело в том, что пара частиц, рождённых, так сказать, вышеупомянутым квантовомеханическим путём, появлялась «из ничего», будучи квантово запутанной, — а значит, убегание одной частицы и удержание другой такую запутанность разрушает. Квантовомеханически говоря, частицы рождаются в чистом (не смешанном) состоянии, а горизонт событий это чистое состояние разрушает.

Нотки печали особенно усиливаются потому, что если весь этот процесс появления излучения Хокинга действительно повествует о частицах в чистом квантовом состоянии, то ЧД, во-первых, не может излучать без издевательства над термодинамикой, а во-вторых, если и может, то тогда за поверхностью горизонта событий должны образоваться потоки частиц чрезвычайно высоких энергий, разрушающие любое попадающее внутрь тело. Как мы уже много раз говорили, во втором варианте на заклание вместо термодинамики надо отдать либо общую теорию относительности, либо квантовую механику, хотя это неприятно и противоречит очевидным успехам этих направлений в последние десятилетия.

Спохватившийся Стивен Хокинг решил загнать джинна излучения имени себя обратно в бутылку, предположив, что огненной стены нет, потому что горизонт событий не ловит ничто навечно, а потому и особой нужды в нагнетании обстановки с излучением нет.

А вот Сабина Хоссенфельдер показывает нам, что излучение Хокинга вполне может рождаться и не в чистом состоянии. Такое излучение, считает исследовательница, образуется не благодаря появлению пар квантово запутанных частиц, а благодаря появлению... двух пар запутанных частиц. Внешне различий нет: излучение Хокинга для стороннего наблюдателя будет в любом случае (что удержит на плаву термодинамику). Но — и это ключевой момент — вместо чистого состоянии у частиц, которым излучение обязано своим существованием, будет смешанное, то есть такое, в котором не задан полный набор независимых физических величин, определяющих состояние системы, а есть лишь вероятности нахождения системы в различных квантовых состояниях. Раз чистое квантовое состояние не возникает, то его нельзя и разрушить, а именно из его гипотетического разрушения и вытекает огненностенный парадокс.

Каково состояние квантово сцепленных частиц — чистое или смешанное?

Как далее показывает г-жа Хоссенфельдер, между частицами излучения Хокинга, испущенного, скажем, 200 млн лет назад, и сегодня никакой запутанности нет, что подрывает возможность того, что частицы излучения являют собой случай чистого квантового состояния. При отсутствии квантовой запутанности противоречия между классическим и квантовым описаниями событий у горизонта ЧД сглаживаются, а огненная стена исчезает (подробности о роли запутанности в строительстве стены см. здесь). Итак, все довольны: три потенциально ущербные группы физических теорий целы, традиционные чёрные дыры — тоже. Хокинговское излучение не находится в чистом квантовом состоянии, огненной стены нет, парадоксов нет. Но что же с самим Стивеном Хокингом и нанесённым им скоропалительным ударом по горизонту событий, который он «переделал» из вечного в кажущийся, видимый, со временем обречённый на исчезновение?

Надо сказать, что существует множество других моментов, которые давят на физиков, заставляя их дрейфовать в сторону идеи о невечном, кажущемся характере горизонта событий чёрных дыр. Поэтому Сабина Хоссенфельдер и замечает, что является сторонником подобных идей — но её тезис о кажущемся характере горизонта событий ЧД был выдвинут четыре года назад (в соавторстве с Ли Смолиным). Поэтому она заявляет: «"Работа" Хокинга в действительности — лишь запись его выступления прошлого года, резюме его мыслей по поводу огненной стены чёрных дыр. И ни одну из этих мыслей я не нахожу ни замечательной, ни выдающейся. Будь его работа выложена кем-то другим, её никто не заметил бы».

Хотя огненная стена падающему в чёрную дыру не грозит, угрозы спагеттификации с летальным исходом тоже никто не отменял.

В общем, ничего нового г-н Хокинг не сказал, считает г-жа Хоссенфельдер. А вот мы не были бы столь категоричны: резкость её реакции во многом обусловлена не столько тем, что в работе Стивена Хокинга «нет ничего нового» (на arXiv постоянно выкладываются чисто обзорные работы, да и г-н Хокинг не претендует здесь на особую новизну), сколько тем, что его тезисы получили мощное освещение в СМИ, в то время как опубликованная в январе работа самой Сабины прессой не замечена вовсе. Впрочем, так бывает: мало кто из учёных способен популярно изложить свои результаты, и мало кто из «неучёных» (включая даже физика из другой области) может быстро понять эти результаты самостоятельно, и всё это вряд ли вина одной лишь «раскрученности» Стивена Хокинга.

Отвлекаясь от понятной с эмоциональной точки зрения оценки «ни одну из этих мыслей я не нахожу ни замечательной, ни выдающейся», резюмируем: парадокс «огненной стены» действительно решён без уничтожения горизонта событий, но его переделки в «кажущийся» всё равно следует ожидать даже вне связи с этим конкретным парадоксом. Вот только проверить истинную природу горизонта при современном уровне наших возможностей пока нельзя: ЧД далеко, а жизнь человеческая коротка, поэтому без дальнейшего продвижения в физике чёрных дыр ни подтвердить, ни опровергнуть «вечность» горизонта событий не получится...

Подготовлено по материалам различных источников.
donmigel_62: (кот - учёный)

PandaX - самый глубокий эксперимент, направленный на обнаружение частиц темной материи

Емкость для жидкого ксенона


На глубине 2004 метров ниже уровня моря под толщей гор, находящихся в провинции Сычуань, Китай, команда ученых и инженеров начинают вводить в строй научное оборудование, целью работы которого является непосредственное обнаружение частиц самой загадочной материи во всей Вселенной, частиц темной материи. Спустя непродолжительное время датчики эксперимента PandaX (Particle and Astrophysical Xenon) начнут собирать огромные массивы научной информации в которой ученые будут искать доказательства существования неуловимых частиц, которые являются основой темной материи, на долю которой приходится более 84 процентов от все материи Вселенной.


В свое время ученые-физики выдвинули гипотезу о существовании темной материи для объяснения феномена недостающей массы Вселенной. Этот феномен проявляется в том, что галактики производят более сильные гравитационные силы, нежели можно объяснить с учетом массы их обычной видимой материи. Текущая теория о темной материи заключается в том, что темная материя состоит из массивных частиц, слабо взаимодействующих с обычной материей, так называемых WIMP-частиц (weakly interacting massive particles), которые взаимодействуют с нормальной материей только через силы гравитации и силы слабых взаимодействий, фундаментальных сил, действующих на очень маленьких расстояниях и ответственных за процессы ядерного распада.

Датчик PandaX


Если WIMP-частица сталкивается с ядром атома обычного вещества, то в теории она может вступить с ним во взаимодействие, которое станет причиной излучения фотонов света и потока других частиц, факт наличия которых может послужить доказательством факту столкновения. Но, к сожалению, такие случаи весьма редки, и на имеющихся в настоящее время датчиках регистрируется не больше трех-четырех подобных событий в год.

Выбор места проведения эксперимента PandaX далеко не случаен. Область, где проводятся эксперименты по прямому обнаружению WIMP-частиц, должна быть хорошо защищена от космического излучения и источников других частиц, которые ошибочно могут быть приняты за WIMP-частицы. Новая подземная лаборатория в Китае является самой глубокой лабораторией в мире. Толща горных пород, которые окружают помещение лаборатории, надежно защищает датчики и оборудование не только от космических лучей, но и от других источников излучения на поверхности Земли. Кроме этого, породы, окружающие лабораторию, являются одной из разновидностей мрамора, в составе которого практически отсутствуют радиоактивные элементы, способные стать источником ложных сигналов.

Следует заметить, что эксперимент PandaX является еще одним из нескольких подобных экспериментов, направленных на поиски частиц темной материи, которые работают уже сейчас или которые планируется начать в самое ближайшее время. Ключевым элементом установки эксперимента PandaX является емкость, заполненная ксеноном, охлажденным до жидкого состояния. В настоящее время объем этой емкости способен вместить 1 тонну жидкого ксенона, но для проведения второй фазы эксперимента объем емкости будет увеличен и количество ксенона составит 2.4 тонны.

Оборудование эксперимента PandaX


Если WIMP-частица столкнется с ядром атома ксенона в пределах емкости установки PandaX, это приведет к эмиссии фотонов света, которые будут обнаружены при помощи высокочувствительных датчиков-фотоумножителей. Кроме этого, столкновение станет источником некоторого количества свободных электронов, которые пройдут через жидкий ксенон с определенной скоростью. Сравнивая сигналы от детекторов фотонов и электронов, ученые смогут точно выяснить точку пространства, в которой произошло столкновение, время столкновения и некоторые другие параметры. Поскольку материал стенок емкости сам по себе испускает радиоактивные частицы, то ученые будут принимать в расчет только те события, которые произошли в центральной части резервуара с жидким ксеноном.

Следует заметить, что заявленный объем жидкого ксенона делает эксперимент PandaX не только рекордсменом по глубине проведения, но и по объему рабочей жидкости тоже. Сбор первых данных начнется сразу же по завершению монтажа и тестирования оборудования, а появления первых результатов эксперимента следует ожидать ближе к концу этого года. Если все оборудование и идея, заложенная в эксперименте, будут работать должным образом, то у неуловимых WIMP- частиц останется меньше места, чтобы скрываться от любопытного взгляда ученых.

donmigel_62: (кот - учёный)

Найдены «предки» ранних компактных эллиптических галактик

Астрономы, использовавшие наземные и космические телескопы, создали общую картину эволюции загадочных галактик-тяжеловесов ранней Вселенной — исключительно массивных эллиптических структур, сам факт существования которых долгое время приводил учёных в некоторое недоумение.

Хотя Вселенная образовалась 13,8 млрд лет назад, уже через три миллиарда лет в ней были компактные галактики эллиптической формы с огромным количеством звёзд и большой видимой массой.

«Всё это было загадкой на протяжении многих лет, потому что всего через три миллиарда лет после Большого взрыва мы могли видеть половину самых массивных галактик уже закончившими звездообразование», — говорит Суне Тофт (Sune Toft) из Института Нильса Бора (Дания), ведущий автор новой работы.

Слева — Млечный Путь, справа — компактная массивная «мёртвая» галактика, плотность звёзд в которой в десятки раз выше. Светил в той и другой примерно одинаково, но вот размеры у них разные, да и возраст различается на десяток миллиардов лет. (Иллюстрация NASA, ESA, S. Toft, A. Feild.)

Поясним: традиционный взгляд на эволюцию галактик предполагает, что после возникновения они должны были расти постепенно, как наш Млечный Путь, периодически сталкиваясь и набирая габариты и массу. Компактные эллиптические галактики, ставшие массивными уже в эпоху, когда Млечный Путь и прочие его спиральные коллеги только формировались, явно выбивались из этого ряда, и никто не знал, почему. Что ещё более странно, звёзды там были намного ближе друг к другу, чем в эллиптических галактиках сегодняшней Вселенной, то есть расположены в 10–100 раз плотнее. Такие цифры характерны для шаровых скоплений, а не для галактик.


Проведя наблюдения самых ранних из известных галактик, в течение 1–2 млрд лет «предшествовавших» древним компактным эллиптическим «тяжеловесам», г-н Тофт сравнил затем между собой характеристики этих двух групп.

Ранние галактики были богаты пылью и газом и очень быстро образовывали звёзды: по расчётам, вспышка звездообразования в них, исходя из наблюдаемых запасов газа, не могла продолжаться более 40 млн лет.

Между тем черты более поздних эллиптических галактик оказались удивительно схожи с этими ранними быстро развивающимися объектами — за вычетом того, что звездообразование в них уже не шло, но масса и размеры были много больше.

Что особенно важно, быстро развивающиеся галактики первых двух миллиардов лет после Большого взрыва имели толстую «оболочку» из пыли, которая позволяет наблюдать их в ИК-диапазоне и препятствует утеканию газа, разогреваемого звездообразованием. В результате плотность газа там резко растёт, и звёзды создаются очень быстро в очень небольших областях, в то время как в других галактиках, вроде нашей, газ «выталкивается» звездообразованием на периферию и в гало, где не может участвовать в рождении светил.

Однако затем, всего через несколько десятков миллионов лет, галактики с пылевым одеялом уже не способны к производству новых звёзд, так как газ в них истощился. И они не могут притянуть ранее выброшенные газовые облака из галактического гало — просто потому, что в своё время ничего туда не выбрасывали.

Эволюция эллиптических галактик от ранней Вселенной до наших дней.

По мнению авторов работы, столь разный ход галактической эволюции привёл к наблюдаемому сегодня, 10 млрд лет спустя, разнообразию галактик во Вселенной, где спиральные, всё ещё генерирующие новые звёзды структуры соседствуют с уже миллиарды лет «мёртвыми» эллиптическими галактиками, основным типом населения которых являются древние долгоживущие красные карлики.

Отчёт об исследовании опубликован в Astrophysical Journal, а его препринт доступен на сайте arXiv.

Подготовлено по материалам Института Нильса Бора.
donmigel_62: (кот - учёный)
Ученые сообщили о старте нового космического проекта "Нанокосмос".

Группа европейских астрономов начала амбициозный и дорогой новый проект. В течение шести лет будут построены три лаборатории космического моделирования, две в Испании и одна во Франции.

Три новые махины по пять метров в длину, работающие с водородом, углеродом, азотом, кислородом, кремнием, титаном, железом и другими металлами при температуре 1500 градусов C (2732 F), дадут ученым возможность создать в лабораторных условиях и изучить умирающие звезды.

Это не первый раз, когда астрономы создают "звездный материал", чтобы разгадать астрономические тайны. Астрономы уже пытаются создать белых карликов в пустыне на Земле. Лаборатория Z - самый большой генератор по созданию звездного материала в мире. Она разработана, чтобы проверить материалы в условиях чрезвычайной температуры и давления.

Теперь, пора изучить красных гигантов!

В проекте под названием Nanocosmos примет участие 40 инженеров и астрономов во всем мире, а также телескоп ALMA в Чили и различные радио-телескопы во всем мире.


Впервые, в ходе проекта Нанокосмос будет построена специальная лаборатория, в которой можно будет создать межзвездные зерна пыли, подражающие физическим и химическим условиям внешних слоев умирающих звезд - красных гигантов.

Звезды преобразовывают водород в гелий, чтобы произвести свет и другую радиацию.

Стоимость проекта составляет 15 миллионов евро.

Ученые надеются, что проект Nanocosmos окажет значительное влияние на область астрофизики, нанонаук, химии.

donmigel_62: (кот - учёный)

Ветер из тёмной материи, похоже, всё-таки дует на Землю

Тёмная материя по-прежнему остаётся главным претендентом на решение проблем астрофизики и космологии — и по-прежнему в экспериментах нет достоверных свидетельств обнаружения её частиц. Или мы слишком требовательны?
Как нет, воскликнут иные, ведь DAMA аж с 2000 года заявляет: вимпы (частицы тёмной материи) есть, и свидетельства их существования «тянут» сегодня на 9σ (девять сигм), что куда убедительнее открытия бозона Хиггса. Увы, данные более «свежих» детекторов никаких 9σ не показывают, отчего господа физики за пределами коллаборации DAMA привычно ссылаются на некие невидимые миру источники погрешностей, которые пока не учтены «дамовцами». Что интересно, при этом эксперимент демонстрирует сезонные колебания числа и энергии в следах вимпов, а другие эксперименты ничего такого не показывают. К тому же за всё время дискуссии никто из DAMA-оппонентов так и не смог чётко изложить, какой именно физический механизм мог бы обеспечивать ложные срабатывания.

Когда скорость вращения Солнца вокруг центра Галактики складывается со скоростью вращения Земли вокруг него же (220 + 30 км/с), вимп-«ветер» для нас достигает максимума, в начале зимы (220 - 30 км/с) — минимума. (Илл. Christopher Savage et al.)

Типичная, словом, для ТМ-историй степень запутанности: то ли «дамовцы» чего-то не учли, то ли оппоненты любят всё списывать на ошибки, источник которых сами даже примерно представить не могут.

Теперь эта эпопея может пополниться некоей дозой оживляжа: проводимый в США эксперимент CoGeNT тоже наблюдает сезонные изменения в количестве регистрируемых его детекторами событий.



Идея DAMA в основе проста: изолированный детектор считает, как изменяется количество всех событий, им регистрируемых. Поскольку Солнечная система движется относительно предположительно существующего гало из тёмной материи, окружающего Млечный Путь, а Земля ещё и круги вокруг Солнца нарезает, то соответствующие скорости (220 км/с и 30 км/с) северным летом складываются, достигая максимума в районе 2 июня (или конца мая, по другой серии расчётов). Северной же зимой они, напротив, падают до минимума. Всё это не имело бы особого значения, когда б ТМ-гало вращалось вместе с остальной Галактикой, вот только теория предсказывает, что оно, по идее, вращаться не должно вовсе.

Разумеется, это означает, что скорость, на которой вимпы сталкиваются с земной материей в детекторе, должна-таки колебаться, что отражается на энергиях и частоте регистрации таких столкновений в зависимости от времени года.

Хуан Койяр (Juan Collar) из Чикагского университета (США) и руководимая им коллаборация CoGeNT взялись выяснить, насколько подобные колебания могут быть подтверждены их детектором, работающим не на 250 кг йодида натрия, как DAMA, а на 100 г германия. После ряда наблюдений 2011 года тогда ещё скептически настроенный г-н Койяр заявил, что, к его удивлению, некоторые следы сезонных колебаний в регистрации событий всё же имеются. И инициировал ещё более тщательную проверку.

Кроме прочего, его коллаборация присмотрелась к энергии регистрируемых событий: в теории вимпы должны давать энергию ниже 2 кэВ, а сами события — происходить в толще материала детектора. Оказалось, что регистрируемые CoGeNT столкновения носят именно такой характер, то есть почти идеально подходят на роль вимпов.

Какова статистическая значимость этих выводов? Хуан Койяр скромен: 2,2σ — далеко не пять сигм, после которых дискуссию можно было бы закрыть. То есть вероятность ошибки в подтверждениях данных DAMA всё ещё около 2%, что для физиков много. В то же время, учитывая данные DAMA и эксперимента CRESST, который проводится в Италии, получается, что вероятность сезонных колебаний столкновений с вимпами становится довольно высокой.

Правда, тут есть нюанс: массы вимпов и сила их взаимодействия с обычной материей во всех трёх экспериментах выглядят не так уж и одинаково — а если честно, то и сильно по-разному. Но здесь, полагает г-н Койяр, нужно проявить осторожность. Да, если вимпы движутся внутри галактического гало примерно случайно, то и массы и сила взаимодействия у всех детекторов планеты должны быть сходными.

Однако ряд недавних работ заставляет предполагать, что часть вимпов ведёт себя не так, как другие: в частности, они способны образовывать что-то вроде «потоков», текущих в определённом направлении. В этом случае разные результаты трёх экспериментов становятся вполне объяснимыми, замечает учёный.

Ну а далее идут типичные для данной области реверансы и заклинания об осторожности в интерпретации: это «не свидетельство» ТМ, а лишь «накладывание ограничений» на возможную сущность тёмной материи. Да, с 2,2σ прыгать на одной ноге и кричать «Эврика!» действительно рано, но когда г-н Койяр опять заявляет, что сезонные колебания в зарегистрированных его группой сигналах могут объясняться неким «пока неизвестным источником систематических ошибок», так и хочется спросить, что же это за ошибки такие, которые работают и с германием, и с йодидом натрия, — а главное, никем из физиков, людей, прямо скажем, не лишённых воображения, пока даже примерно не выявлены.

Вдогонку напомним: CDMS, который нашёл-таки «свои» следы тёмной материи в Судане на кремниевых детекторах, никаких следов ежегодных колебаний на германиевых не показал. Неужели регистрация германиевыми дисками вимпов — или пресловутая «неизвестная систематическая ошибка» — может как-то зависеть ещё и от географического расположения подобных детекторов?

Детектор CoGeNT скромен размерами, но, по идее, более чувствителен к маломассивным вимпам. (Фото Pacific Northwest National Laboratory.)

Как будто нарочно, пара ксеноновых экспериментов, имеющих аналогичные цели, не видит вообще никаких вимпов, отчего их ныне калибруют и готовят к сезону-2014. Впрочем, Хуан Койяр и Ко не дремлют и строят пусть и маленький, зато собственный ксеноновый детектор, надеясь получить от него результаты уже через несколько недель, — то есть ждать осталось недолго.

Спекулятивно, учёный также полагает, что если вышеупомянутые «потоки» и течения вимпов всё же существуют и частично проходят через Солнечную систему, то космический телескоп Gaia может заметить их косвенные последствия, поскольку тёмная материя должна увлекать часть звёзд Галактики в том же направлении — то есть к земному наблюдателю. Что же, подождем ещё и регистрации звёздных течений?

Препринт отчёта об исследовании можно полистать здесь.

Подготовлено по материалам Physicsworld.Com
donmigel_62: (кот - учёный)

Как при помощи ветра получить воду из камня

Воды в космическом пространстве много и к тому же постоянно становится ещё больше — за счёт Солнца.

Джон Брэдли (John Bradley) из Ливерморской национальной лаборатория им. Лоуренса (США) открыл новый источник воды в нашей Солнечной системе и, похоже, далеко за её пределами. Лабораторные эксперименты его группы показали, что солнечный ветер вполне может создавать воду прямо в межпланетной пыли.

Оливин, клинопроксен и анортит оказались вполне подходящим сырьём для получения... воды. (Здесь и ниже иллюстрации NASA.)

Вышеупомянутый ветер представляет собой поток высокоскоростных частиц, разбрасываемых нашим светилом во всех направлениях. Тела системы, разумеется, постоянно бомбардируются этими частицами, и малые тела вроде пылевых частиц или метеороидов могут серьёзно мпострадать от них, получив свою порцию «ветровой» эрозии.



Углублённое изучение образцов лунного грунта в земных лабораториях 1990-х годов показало, что такая эрозия в его силикатах часто ведёт к ослаблению связей, удерживающих атомы водорода и кислорода в составе поверхностных пород. Тогда-то и возникли предположения о том, что в итоге такой бомбардировки из грунта может быть извлечена вода.

Хотя при подобном «обстреле» силикаты освободят только один атом водорода на один атом кислорода, дефицит ещё одного водородного атома поможет преодолеть тот же солнечный ветер, несущий с собой атомы водорода в виде протонов. Однако попытки найти в лаборатории подтверждение существования такого механизма давали смешанные результаты. Реакции такого рода идут медленно, и в лаборатории обнаружить их следы за короткое время очень сложно.

Группа г-на Брэдли использовала для этого спектроскопию характеристических потерь энергии электронами, включающую в себя бомбардировку образца электронным пучком. При столкновении электронов с исследуемым веществом их луч будет отклоняться с разными скоростями, демонстрируя, как много энергии было потеряно электронами при соударении, что указывает на то, с какими именно атомами пучок электронов вошёл в контакт.

В экспериментах использовались исходные минералы трёх типов: оливин, клинопроксен и анортит. Всё они достоверно представлены в космосе, поэтому их обстрел частицами водорода и гелия воспроизводил реально идущие в Солнечной системе процессы.

В образцах, которые бомбардировали водородом, вода действительно обнаруживалась, а вот в контрольных, обстреливавшихся ядрами атомов гелия — нет, что исключает альтернативные пути образования воды в проводившемся опыте.

Даже такой маленький фрагмент космической пыли может нести в себе воду, полученную при помощи солнечного ветра.

Что ж, убедительное свидетельство образования воды в космосе просто за счёт бомбардировки солнечным ветром получено. И оно означает не только то, что на планетах, астероидах и просто пылевых частицах системы, миллиарды лет последовательно подвергавшихся воздействию ветра, наверняка скопились значительные количества такой воды. И не только то, что на полюсах и в кратерах Луны и Меркурия такой воды, по идее, может быть очень много, тем более что данные ряда зондов уже подтвердили эту гипотезу на практике. Не менее важным выводом следует считать то, что водный лёд, известный как самое распространённое твёрдое вещество во Вселенной, должен встречаться по всему объёму планетарных систем, в центре которых находится звезда главной последовательности. Иначе говоря, один из главных ингредиентов, нужных для возникновения и поддержания жизни, распространён едва ли не повсеместно.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Подготовлено по материалам The Conversation.

donmigel_62: (кот - учёный)

Получено первое изображение "космической паутины", связывающей воедино все во Вселенной

Космическая паутина


Ученые-астрономы из Калифорнийского университета в Санта-Круз, используя 10-метровый телескоп из состава обсерватории W.M.Keck Observatory на Гавайях, получили первые снимки "космической паутины", сети из материи, соединяющей все объекты во Вселенной. На представленном ниже изображении можно увидеть голубую туманность, размерами 2 миллиона световых лет, которая окружает чрезвычайно яркий квазар UM287. Высокоэнергетическое излучение квазара заставляет светиться материю туманности в определенном диапазоне длин волн, что позволило ученым детально изучить структуру и определить некоторые свойства нитей космической паутины.


Согласно рассказу Себастиано Канталупо (Sebastiano Cantalupo), одному из ведущих специалистов в данных исследованиях, космическая паутина, размером в 2 миллиона световых лет, "является исключительным астрономическим объектом. Она просто огромна, ее размеры минимум в два раза превышают размеры любой известной людям туманности, и она простирается далеко за пределы галактического окружения квазара UM287".

Полученное учеными изображение служит подтверждением теории "космической паутины", которая опутывает всю Вселенную, соединяя все космические объекты невидимыми нитями, состоящими на 84 процента из таинственной темной материи. Созданная учеными компьютерная модель, показанная на первом снимке, демонстрирует распределение материи нитей во Вселенной, а на вставке показана область космического пространства, размером в 10 световых лет, в центре которой находится квазар и на которой видно части нитей, состоящие из обычной и темной материи.

Туманность возле квазара UM287


Сделанные учеными снимки являются ключевым моментом в будущих поисках других экзотических космических объектов, известных под названием темных галактики. Согласно имеющейся теории, темные галактики это узлы космической паутины, относительно небольшие области пространства, где материя нитей паутины имеет чрезвычайно высокую плотность. На изображении, составленном по компьютерной модели, можно увидеть несколько таких темных галактик, некоторые из которых находятся в непосредственной близости от обычных галактик и туманностей. Часть материи темных галактик попадает в обычные галактики, но, как это ни парадоксально, большая часть материи темных галактик и нитей паутины таки и остается в рассеянном состоянии, не принимая участия в формировании туманностей и новых звезд.

Ученые уже планируют дальнейшие поиски нитей космической паутины, темных галактики и других экзотических космических объектов, имеющих отношение к "темной" стороне Вселенной. Не стоит сомневаться в том, что эти поиски, рано или поздно, дадут результаты, которые значительно расширят область знаний люде об строении Вселенной и о происходящих в ней процессах.

Компьютерная модель "паутины" на видео. 2009 год..



http://news.ucsc.edu/2014/01/cosmic-web.html

Profile

donmigel_62: (Default)
donmigel_62

March 2014

S M T W T F S
       1
2 3 4 5 6 7 8
9 10 11 12 13 14 15
16 17 1819202122
23242526272829
3031     

Syndicate

RSS Atom

Page Summary

Style Credit

Expand Cut Tags

No cut tags