Эй, НАСА, а черные дыры таки существуют! (перевод)

«Моя цель проста: полностью разобраться в устройстве Вселенной и понять, почему она такая и зачем она существует».
Стивен Хокинг
От переводчика. А вы,заметили что тема космоса становится всё популярнее? Curiosity покоряет Марс, Virgin Galactic продает билеты на суборбитальные космические полеты, а Китай стал третьей страной, добравшейся до Луны. На самом деле, еще большие изменения происходят в космической теории. В этой статье речь пойдет о том, как изменилось представление ученых о черных дырах за последние пару лет. В переводе не исключены ляпы — пишите в личку или подробно (чтобы всем было понятно и интересно) в комментариях. Заранее большое спасибо и приятного чтения!

(Претензии на тему jpeg/png отправлять автору статьи.)

Для нас с вами, живущих на задворках Вселенной, главным источником гравитации является планета Земля. Чтобы вырваться из ее гравитационных объятий, нужно превысить вторую космическую скорость — наименьшую скорость, необходимую для преодоления гравитационного притяжения, создаваемого нашей планетой. Люди уже не раз успешно это делали — всего и делов, что разогнаться до 11,2 км/с (0,004% скорости света).

По сравнению с тем, что творится в космосе, скорость совсем не большая. С одной стороны, наша планета обладает приличной массой 6 × 10^24 кг. С другой, вся эта масса распределена в довольно большом объеме пространства, поэтому и скорость побега с Земли такая скромная.

Позволь нам законы физики сжать Землю в намного более плотный комок материи, вторая космическая скорость выросла бы значительно. Уменьшите нашу планету до шара радиусом менее 1 см — и с нее уже никто и ничто не сможет улететь. Даже свет. Вот так легким движением руки Земля превращается в черную дыру.

Скорость света в вакууме — общий предел скорости. Во Вселенной есть места сосредоточения огромных масс в таком небольшом объеме, что из них ничто не может вырваться. Долгое время черные дыры существовали только в теории: предполагалось, что невозможно уместить столь огромную массу в крохотном объеме пространства. Ситуацию изменили несколько занятных космических открытий.

Например, были найдены абсолютно темные участки космоса с невероятно сильным рентгеновским и радиоизлучением. Или звезды, разрываемые на части: их вещество куда-то утекало, но поблизости не было ни одной сверхмассивной звезды. Наконец, в самом центре нашей галактики звезды обращаются вокруг невидимого объекта, масса которого предположительно составляет около 4 миллионов масс Солнца. И ни лучика света.

Да это же и есть черная дыра! Общая теория относительности Эйнштейна предсказывает, что черные дыры должны искажать пространство, создавая интересные оптические эффекты (достаточно лишь посмотреть на пространство за черной дырой).

Так что же, такие объекты совершенно, целиком и полностью черные и с них ничего не может улететь? Вопрос логичный, но он очень долго оставался без ответа. Дело в том, что согласно теории Эйнштейна черные дыры были классическими объектами, то есть должны были описываться непрерывным пространством-временем и обладать массой, зарядом и моментом импульса. Но мы знаем, что в нашей реальности материя и энергия по своей сути, скорее, дискретны, чем непрерывны. К сожалению, подружить квантовую механику с общей теорией относительности пока никому не удалось.

Кажется, по своей природе Вселенная все же дискретна, но квантовой теории пространства-времени по-прежнему нет. А раз нет квантовой теории тяготения, единственный способ разобраться с черными дырами — вести расчеты нашей дискретной Вселенной (вот тут квантовая теория поля и пригодится) в искривленном пространстве-времени, предсказанном общей теорией относительности.

Непростая задача. Уж я-то знаю: сам занимался расчетами. И был далеко не первым. Первым был Стивен Хокинг: в середине 70-х он довел до ума модель дискретной по своей сути Вселенной, существующей в искривленном пространстве-времени (а искривлялось пространство из-за черной дыры).

Итак. В вакууме постоянно рождаются и исчезают квантовые флуктуации, то есть пары «частица + античастица». В то же время есть горизонт событий черной дыры — всё, что в него провалится, уже не сможет выбраться обратно.

А что если флуктуация появится прямо на горизонте событий? Ведь в этом случае античастица имеет шанс провалиться в него, а частица — вырваться наружу! По закону сохранения энергии черная дыра обязана терять массу. Спектр излучения черной дыры такой же, как у абсолютно черного тела, и определяется ее массой и искривлением близлежащего пространства. (Правильно рассчитать спектр поможет квантовая теория поля.) Все остальные характеристики ЧД — продолжительность жизни, время испарения, скорость потери энергии — определяются этим феноменом, который мы с вами знаем под названием «излучение Хокинга».

Другими словами, черные дыры не такие уж черные!

Пусть у нас нет законченной всеохватывающей квантовой теории тяготения. Пока мы неплохо справляемся с теми инструментами, что у нас есть: 1) общая теория относительности для описания пространства и времени, 2) квантовая теория поля с уравнениями для работы с материей и энергией. Представьте себе, что вы летите в черную дыру. Сначала вы попадете в аккреционный диск, затем обнаружите внутреннюю стабильную круговую орбиту, а за ней… А за ней уже ничего не должно быть: черная дыра поглощает всё и вся и быстренько прячет это за свой горизонт событий. Попав внутрь, обратно вы уже не выберетесь. Ничего не выберется. Кроме излучения Хокинга.

Но пару лет назад одна работа наделала немало шума. В ней утверждалось, что при пересечении горизонта событий вас испепелит «огненная стена» черной дыры.

Та работа показала, что три следующих утверждения не могут быть истинными одновременно.

Излучение Хокинга находится в чистом квантовом состоянии.

Информация, которую содержит излучение, испускается вблизи горизонта событий, а на микроскопическом расстоянии от горизонта событий действует низкоэнергетическая эффективная теория поля.

Падающий в черную дыру наблюдатель не увидит на горизонте событий ничего необычного.

Это интересный парадокс. Раньше мы думали, что излучение Хокинга не допускает потери информации, а горизонт событий реально существует и из него ничего не может вылететь, а также что при пересечении горизонта событий мы не столкнемся с «огненной стеной» (то есть не увидим ничего необычного — см. утверждение № 3). И все же одно из трех утверждений должно быть ложным. Какое именно?

Часто говорят, что физика движется вперед благодаря таким открытиям. Но верно и другое: решение этого (или любого другого) парадокса не зависит от мнения самого знаменитого, важного и уважаемого ученого в этой области. Оно зависит исключительно от самих научных заслуг.

Самуэль Л. Браунштайн, Стефано Пирандола, Кароль Жичковски. Возможно, эти имена вам неизвестны. Но в прошлом году эти физики открыли кое-что очень интересное. Вот смотрите: излучение Хокинга происходит из пары квантово запутанных частиц, одна из которых падает в черную дыру, а другая умудряется сбежать на свободу. Если разорвать их запутанность, измерив свойства сбежавшей частицы, на горизонте событий должна возникнуть та самая огненная стена — барьер из частиц с высокой энергией. Вот вам и парадокс: одна частица падает внутрь, другая вылетает наружу, и они квантово запутанны.

Самое интересное, что чем больше запутанность на горизонте событий черной дыры, тем позднее опускается огненный занавес. Больше запутанность — больше времени. А в нашей Вселенной, как написали эти ученые, запутанность на всех горизонтах событий максимальна, а значит, время, необходимое для появления огненной стены, бесконечно. Неплохой вывод. Пусть он не решает парадокс, но хотя бы дает нам понять, что проблема, скорее всего, не в утверждении № 3.

Затем случилось вот это:

Хокинг предложил избавиться от утверждения № 2. Просто убрать понятие классического горизонта событий. Причина, может, конечно, и в этом, но предложение, мягко говоря, непоследовательное и не кажется правильным. Пресса дружно подхватила идею, заголовки статей пестрили словами «Черные дыры не существуют!», но ни дискретность Вселенной, ни существование излучения Хокинга вовсе не отменяют понятие горизонта событий.

Ну ладно, раз уж ученые поняли, что проблема не в утверждении № 3, может быть, стоит повнимательнее присмотреться к утверждению № 1? Следует заметить, что говоря о невозможности потери информации (сохранении унитарности), мы всегда подразумевает излучение в чистом состоянии. Но что если излучение Хокинга не находится в квантово чистом состоянии? Так мы избежали бы потери информации!

На эту темы есть два очень интересных исследования. Вместе с упомянутой выше работой Браунштайна, Пирандолы и Жичковского они кажутся мне важнейшими со времени появления парадокса изысканиями. И ни одна из этих работ не связана с Хокингом или Зюскиндом.

Представьте себе, что у вас есть две пары частиц с одинаковым моментом и в обеих парах одна частица проваливается за горизонт событий, а другая сбегает. Если обе провалившиеся частицы квантово запутанны со сбежавшими, происходит потеря информации, поскольку теряется унитарность.

Но братья Верлинде доказали, что унитарность можно сохранить, ведь частицы с одинаковым моментом взаимозаменяемы: вместо двух пар «одна частица провалилась, другая вылетела» мы получаем пары «обе провалились» и «обе вылетели», тем самым лишая частицы запутанности.* И больше никаких квантово запутанных частиц по разные стороны горизонта событий! (И никакой огненной стены.) Вот это идея! Гм, но как же все-таки разрешается наш парадокс огненной стены?

Но совсем недавно Сабина Хоссенфельдер опубликовала работу о том, что превращения, сохраняющие информацию, обладают некоторыми чрезвычайно интересными свойствами.

Обмен для распутывания частиц (чтобы информация не пересекала горизонт событий) может быть локальным, то есть он может происходить между двумя точками, которые постоянно связаны между собой причинно.

Такое локальное взаимодействие может происходить в одном и только в одном месте прямо на горизонте событий.

Наконец, самое важное: между состояниями излучения, испускаемого в разное время, нет запутанности. (Запутанность была бы необходима для квантово чистого состояния.)

Эти три работы показывают нам, что никакой огненной стены нет, а парадокс решается, если ложно утверждение № 1, говорящее о чистом состоянии излучения Хокинга.

Обо всем этом вы не узнаете из СМИ, потому что заголовок такой статьи был бы скучным и всё это кажется сложным. Да и где тут громкие имена? Но это правда: излучение Хокинга не находится в чистом состоянии, а значит, огненной стены нет, как нет и парадокса.

Нам еще многое предстоит узнать и понять о черных дырах, горизонтах событий и поведении квантовых систем в сильно искривленном пространстве-времени. Впереди еще много интересных исследований. Правда, решая кое-какие моменты, они ставят перед нами еще больше вопросов. Зато теперь мы точно знаем, что не поджаримся, когда будем падать в черную дыру. Причиной смерти будет «спагеттификация», а не пожар!

Настоящим парадокс огненной стены объявляется закрытым!

* Огромное спасибо Сабине Хоссенфельдер, автору этой работы, за подробное объяснение ее теоретических выкладок и множества нюансов по этой теме. Ее реакцию на громкое заявление Хокинга можно прочитать здесь.

http://habrahabr.ru/post/211693/

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.
Александр Березин

Когда рассуждения о мультивселенной превратились в фэнтези?

Американский физик попытался доказать, что диковинные спекулятивные построения имеют смысл и даже необходимы.

Несколько лет назад философ Дэвид Халл написал книгу под названием «Наука как процесс» (Science as a Process), в которой утверждал, что развитие науки вполне описывается теорией эволюции. Учёные, одарённые воображением, производят идеи и выдвигают гипотезы, создавая и поддерживая эквивалент естественной изменчивости биологической популяции. Другие учёные поверяют идеи логикой и практикой. Изменчивость и отбор — двигатели и науки, и эволюции.

Однако эта схема работает должным образом только в том случае, когда в науку приходят люди с самыми разными индивидуальными особенностями и когда в науке существует множество разнообразных специализаций. Развитие науки невозможно, если ею занимаются исключительно фантазёры, умеющие лишь рассуждать на тему «а что если». Точно так же смертельно для науки засилье строгих бесчувственных скептиков, которые верят только самым убедительным доказательствам. Первые генерируют идеи, вторые не позволяют науке превратиться в фэнтези.

Рассуждения о тайнах Вселенной принято иллюстрировать красивыми картинками далёкого космоса, потому что он тоже выглядит нереальным. (Изображение NASA / JPL-Caltech / S. Stolovy, Spitzer Science Center, Caltech.)

«Фэнтези»! Вот то слово, которое произносят многие физики, сталкиваясь с некоторыми идеями, популярными в современной космологии. Как пишет в журнале New Scientist американский физик и популяризатор науки Марк Бьюкенен, «фэнтезийная траектория» начиналась довольно плавно. Просто физик Алан Гут попытался однажды объяснить странности видимой Вселенной (например, чрезвычайно однородное распределение вещества) коротким периодом быстрого расширения (инфляцией): за 10^–30 с Вселенная на заре своего существования якобы увеличилась в 10⁷⁸ раз.

С тех пор эта спекулятивная воронка расширилась настолько, что уже никого не удивляют рассуждения о бесконечности параллельных вселенных и мультивселенной. В этой последней есть всё, что только можно себе вообразить, в том числе бесконечное количество людей, абсолютно идентичных вам, переживающих бесконечное количество вариантов вашей жизни.

Можно ли назвать это наукой? Или же инфляционная космология породила нечто сродни религии? В книге «Наша математическая вселенная» (Our Mathematical Universe) физик Макс Тегмарк из Массачусетского технологического института (США) выступает со страстной проповедью в защиту гипотезы о параллельных вселенных.

Г-н Бьюкенен отмечает, что новая работа — прежде всего превосходный справочник по недавним событиям в мире квантовой космологии и текущим дебатам относительно теорий параллельных вселенных. Автор очень старается структурировать информацию и предлагает своего рода таксономический обзор «зоопарка» параллельных вселенных. Читатель понимает, что термины «параллельная вселенная» и «мультивселенная» в устах разных учёных могут обладать самыми неожиданными значениями, и г-н Тегмарк выбирает те интерпретации, которые, по его мнению, основаны на данных наблюдений и законах физики.

Первый уровень мультивселенных, согласно его классификации, связан с идеей, принятой ныне многими космологами. Быстрая ранняя инфляция, как пишет автор, должна была привести к возникновению таких областей пространства, свет от которых до нас ещё не дошёл. Хотя мы не можем наблюдать эти «вселенные», нельзя отрицать их существование.

Гипотезы о мультивселенных второго уровня опираются на более смелую идею, которую высказал Александр Виленкин. Могут существовать такие области пространства, которые навсегда останутся недоступными для нашего наблюдения, ибо нынешнее расширение Вселенной уносит их от нас с более высокой скоростью, чем к нам летит их излучение.

На этом гипотезы, которые можно назвать космологическими, заканчиваются. Мультивселенные третьего уровня — это просто удобный язык для разговора о математике квантовой теории в её многомировой интерпретации, предложенной в 1950-х Хью Эвереттом. Эта интерпретация описывает все физические процессы как часть продолжающегося, бесконечного перехода Вселенной во многие другие вселенные. Только надо помнить, что есть и другие интерпретации, столь же успешно объясняющие данные наблюдений, но не признающие тезиса о параллельных вселенных.

Мультивселенные четвёртого уровня тоже не имеют никакого отношения к космологии. Г-н Тегмарк утверждает, что реальность не просто описывается математикой (вопреки представлениям физиков), но сама по себе является математической. Более того, он полагает, что математика нашей Вселенной — лишь одна из бесконечного числа математических структур. И если данная математическая структура — вселенная, то все остальные математические структуры тоже должны существовать физически как параллельные вселенные.

Разумеется, это всего лишь слова, но история науки учит, что, если нам что-то кажется невероятным, ещё не факт, что этого действительно нет. Вся история человечества — это история расширения границ известного нам мироздания. Древние племена не имели никакого понятия о других народах, странах, континентах. Почему бы не предположить, что и мы с вами ничего не знаем о других вселенных?

Вопрос в том, есть ли научный смысл у размножения вселенных. Если мультивселенные первого уровня ещё имеют какое-то отношение к физике и наблюдаемым данным, то остальные сугубо спекулятивны. Но г-на Тегмарка радует сам факт того, что инфляция, как он пишет, «позволяет всякий раз предсказывать нечто ещё более радикальное, чем уже предсказанное».

Г-н Бьюкенен замечает, что перед нами типичный пример учёного, для которого творчество важнее производства сугубо научного знания. Для него возможность гипотезы порождать новые идеи служит её достаточной верификацией. Истинны они или нет, это его не интересует.

Однако нельзя забывать и о том, что Макс Тегмарк сделал себе имя прежде всего как строгий эмпирик, разработав методы анализа данных крупномасштабных астрономических проектов по измерению флуктуаций реликтового излучения. Вероятно, заключает г-н Бьюкенен, в лице этого человека соединились два типа учёных, без которых невозможно дальнейшее развития науки.

Подготовлено по материалам NewScientist.

Дмитрий Целиков

В созвездии Волка рождается колоссальная планетная система (видео)

Наблюдения молодой звезды HD142527 спектрального класса F, отстоящей от нас на 437 световых лет, подтвердили, что там формируется планетарная система исполинских масштабов.

HD 142527 не старше одного миллиона лет, поэтому у неё ещё есть объект Хербига — Аро, небольшой участок туманности, живущий несколько тысяч лет. Разумеется, наблюдения за этой системой бесценны, поскольку демонстрируют тот момент формирования, который чрезвычайно редко можно видеть с таких сравнительно небольших дистанций.

Газ и пыль у звезды HD142527. Ближний ИК показан синим. Хорошо видно, что в системе уже идут процессы образования отдельных тел, быть может, довольно массивных. (Здесь и ниже илл. ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NAOJ, Fukagawa et al.)

При помощи снимков радиотелескопа Атакамской большой миллиметровой-субмиллиметровой решётки (ALMA) удалось уточнить оценки плотности асимметричного протопланетного кольца, окружающего звезду, и прийти к выводу, что в нём должно идти активное формирование планет. Примечательно, что этот регион протопланетного диска располагается примерно в 150. а. е. от звезды, то есть впятеро дальше, чем Нептун от Солнца, и намного дальше, чем «Вояджер-1» от него же. Это первое свидетельство образования планет на столь огромном удалении, и оно значительно углубляет наше понимание того, как формируются все эти загадочные планеты, которые астрономы обнаруживали в других, уже сформировавшихся системах на необычных орбитах, вплоть до 600 а. е. от своих звёзд.

Ранее выдвигались предположения о том, что сформироваться в такой жуткой дали планеты не могли — а значит, оказались там в силу миграционных процессов. Новые наблюдения, однако, скорее поддерживают гипотезу об образовании планет на сверхудалённых орбитах in situ.

Заметим, что речь идёт об одном из главнейших вопросов экзопланетной астрономии: совершенно непонятно, почему в одних системах мы находим планеты, вращающиеся вокруг светила в десятки раз ближе Меркурия, а в других, напротив, отстоящие на дистанции, где в Солнечной системе нет не только планет, но даже массивных обломочных дисков. Это экзопланентное разнообразие определённо указывает на неполноту наших представлений о механизмах и месте образования небесных тел.

Именно поэтому, когда проект ALMA установил, что одна часть протопланетного диска, условно называемая северной, даёт изучение в субмиллиметровом диапазоне в 30 раз ярче, чем противоположная сторона (признак формирования планеты), это произвело довольно сильное впечатление на астрономов.

«Мы чрезвычайно удивлены яркостью в северной части, — говорит Мисато Фукагава (Misato Fukagawa) из Осакского университета, возглавлявший научную группу. — Я никогда не видел столь яркого пятна на таком удалении от звезды».

Та же система в радиодиапазоне. Северная часть диска выделена оранжевым.

Измерив различия в изотопомерах угарного газа, зарегистрированного в облаке, учёные установили, что там вполне достаточно материла для формирования планет. Пока не удалось лишь выяснить, тела какого именно типа там возникнут. Исследователи собираются продолжить изучение, чтобы выяснить, является ли соотношение газа и пыли в этом регионе стандартным для наблюдаемой Вселенной (пыль к газу относится как 1:100) — или, напротив, около HD142527 сложились «пылевые ловушки», которые могут привести к формированию тел, где основную часть массы составляют твёрдые породы, а не лёгкие газы. В первом случае следует ожидать рождения газовых гигантов, а во втором — твёрдых планет земного типа.

Отчёт об исследовании вскоре появится в журнале Publications of the Astronomical Society of Japan, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Национальной астрономической обсерватории Японии.

Радужная гравитация отменила Большой взрыв

Физики показали, что в рамках так называемой радужной гравитации отсутствует Большой взрыв — отличительная особенность современных космологических моделей. Статья ученых появилась в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, а ее краткое изложение приводит Scientific American.

В рамках новой работы ученые предложили сразу два сценария рождения и развития Вселенной. Согласно одному из них, если «отматывать» время назад, то Вселенная будет сжиматься, однако, чем дальше, тем медленнее. Согласно другому сценарию, Вселенная сжимается до определенной плотности и приходит в равновесие.

Сингулярности с бесконечной плотностью, как в случае с Большим взрывом, ни в одном из сценариев при этом не возникает.

Радужная гравитация возникла порядка 10 лет назад в качестве одного из кандидатов на роль теории всего — физической теории, объединяющей теорию относительности и квантовую механику. Главным отличием этой теории от остальных является то, что она связывает траекторию движения света с энергией фотонов (и следовательно их положением в спектре — отсюда и название «радужная»).

По словам ученых, эту теорию можно проверить, наблюдая за удаленными гамма-всплесками.

Чувствительности существующих приборов для регистрации нужных особенностей пока недостаточно. Таким образом, у теории нет экспериментальных подтверждений и в ближайшее время их получить не удастся.

Большой взрыв — принятая на настоящий момент космологическая модель, согласно которой в начальный момент времени Вселенная находилась в сингулярном состоянии. Необходимость сингулярности для моделей, основанных на теории относительности, была доказана в 60-х годах Стивеном Хокингом и Роджером Пенроузом.

http://iopscience.iop.org/1475-7516/2013/10/052;jsessionid=D41F71633D06AA95AD5B97D2B6D93C67.c2
http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=rainbow-gravity-universe-beginning

Крупнейшая структура Вселенной - космическая загадка (+видео)

Астрономы нашли умопомрачительно большую структуру – настолько большую, что необходимо 10 млрд. световых лет, чтобы ее пересечь, – в отдаленной части Вселенной.

Недавно найденная структура более чем в 2 раза больше предыдущего рекордсмена, кластера из 73 квазаров, которые называют громадной группой квазаров (Huge-LQG) или большой группой квазаров (Large quasar group), диапазоном в 4 млрд. световых лет. Это в 6 раз больше, чем Великая стена Слоуна (Sloan Great Wall), длиной 1,4 млдр. световых лет.

Великая стена Слоуна (Sloan Great Wall)

Свет проходит примерно 671 млн. миль в час, около 6 трлн. миль в год.

Ученые обнаружили новую структуру путем сопоставления местоположения гамма-всплесков. Эти мимолетные, но высокоэнергичные вспышки, предполагается, вызваны взрывом массивных звезд.

После учета возможных погрешностей исследования, ученые обнаружили область примерно в 10 млрд. световых лет от Земли в направлении созвездий Геркулеса и Северной Короны, где было замечено непропорционально большое число гамма-всплесков.

Экстраполируя от мест всплесков, структура, из которой они пришли, охватывает в диаметре около 10 млрд. световых лет, по оценкам ученых.

«Это, вероятно, большая концентрация скоплений галактик и других нормальных материй», сообщил один из исследователей Иштван Хорват (Istvan Horvath).

Дополнительный мониторинг гамма-всплесков должен предоставить больше доказательств существования структуры.

В настоящее время, Хорват говорит, что не имеет «ни малейшего представления», как что-то настолько большое может эволюционировать.

______________________________________________________________________________________________
Ну и, чтобы попытаться осознать размеры, таких структур - видео эволюции 10.000.000.000. галактик.

Интернациональная команда астрофизиков возглавляемая учеными из института Макса Планка представляют самую большую симуляцию развития космических структур включая детальную модель формирования галактик и супер-массивных черных дыр.
Интересная компьютерная эмуляция, очень полезна для представления всего "размаха" нашей вселенной...
1 mpc/h = 1Megaparsec/0.72 ( h - Безразмерный параметр Хаббла в настоящее время равный 0,72 - )
1 Megaparsec (мегапарсек) = 1 000 000 parsec
1 Parsec (парсек) = 3.26163626 light years
1 Light Year (Световой год) = 9 460 800 000 000 kilometers
Скорость света 299792.5 km/s

Для тех, кто торопится смотреть с 3мин.50сек. )

donmigel_62