Астрофізика і дальній космос за рік

Нові рубежі. Автор - Геннадій «Странник» Пашков. Джерело - http://2061.su.

Говорячи про освоєння космосу, сьогодні найчастіше мають на увазі ближній космос, орбіту Землі, Місяць, планети Сонячної системи. Поки ще і в цих рубежах ми, люди, мало що можемо. Тільки-но забрізжила на горизонті реальна можливість побудувати місячну станцію, полетіти на Марс, почати видобуток чого-небудь корисного на астероїдах. Створений людьми апарат (зонд «Вояджер-1») вперше покинув межі Сонячної системи лише два роки тому. Складно сказати, коли польоти хоча б на Місяць стануть чимось якщо не зовсім буденним, то хоча б порівнянним за рівнем складності і витрат з нинішніми запусками супутників зв'язку і геолокації. Однак наука давно і всерйоз дивиться далі, в далекі межі Всесвіту, і глибше - розкриваючи її пристрій, її структуру, її суть. І це не проста цікавість вчених (хоча і вона теж, без неї ніяк), але і розуміння, що колись нам і ці знання, як не фантастично звучить це поки, можуть стати в нагоді в самому що ні на є утилітарному сенсі. Люди ще будуть літати в інші галактики і використовувати паливо зірок.

Редакція сайту «XX2 ВЕК» представляє десять найбільш цікавих подій в області астрофізики і досліджень далекого космосу, що відбулися за останній рік (з невеликим).

Місяць як детектор

Цікава наукова робота опублікована в серпні 2014 року. Незважаючи на те, що мова в ній йде про Місяць, дослідження безпосередньо пов'язане з дальнім космосом. Справа в тому, що автори дослідження запропонували використовувати Місяць як величезний детектор надвисокоенергетичних частинок.

В даний час вивчення надвисокоенергетичних фотонів і нейтрино вкрай ускладнене через їх надзвичайну рідкість. Аргентинський детектор обсерваторії П'єра Оже площею 3000 км порожній за 4 роки зафіксував лише 27 частинок.

Для збору інформації пропонується використовувати ефект Аскарьяна - випромінювання, викликане проходженням частинок з навколосвітніми швидкостями крізь речовину, один з різновидів черенківського випромінювання. Це радіовипромінювання виникає, коли частинки стикаються з поверхнею Місяця майже по дотичній. Квадратна кілометрова решітка (Square Kilometre Array) у виставі художника.

При цьому Місяць буде всього лише деталлю масштабної системи. Реєструвати випромінювання планується за допомогою радіоінтерферометра Square Kilometre Array, який буде побудований до 2025 року в Південно-Африканській Республіці, Австралії та Новій Зеландії. Загальна площа детектора складе 1 квадратний кілометр.

Докладніше: Місяць планується використовувати як детектор надвисокоенергетичних частинок.

Кобальт у випромінюванні надновий

У серпні 2014 року група астрофізиків, серед яких є і співробітники МФТІ, опублікувала результати першого спостереження спектру кобальту-56 у випромінюванні наднової.

Кобальт-56 в природі не зустрічається, так як його період напіврозпаду становить всього 77 днів з утворенням стабільного заліза-56. Однак при спалаху надновий цей ізотоп виникає в досить великих кількостях, утворюючись, у свою чергу, з нікелю-56.Утворювалася на місці спалаху наднової Кеплера туманність. Фото: NASA/ESA/JHU/R. Sankrit & W. Blair.

Зафіксувавши народження наднової SN2014J, вчені використовували гамма-обсерваторію ІНТЕГРАЛ для зняття її спектру в різні моменти часу. У результаті вдалося не тільки зафіксувати спектр кобальту-56, а й оцінити, скільки саме його утворилося під час спалаху. Ця величина становить близько 60% від маси Сонця.

Отримані дані узгоджуються з раніше створеними теоретичними моделями спалахів наднових і підтверджують, що найпопулярніший в Сонячній системі ізотоп заліза - залізо-56 утворився з речовини, що пройшла через термоядерні вибухи астрономічного масштабу.

Докладніше: Астрофізики знайшли у спалаху надновий радіоактивний кобальт.

Галактика - серійний вбивця

Нові знімки галактики NGC 1316 вказують на те, що близько трьох мільярдів років тому вона могла поглинути іншу спіральну галактику. Про це говорять знайдені на знімках незвичайні пилові смуги і маленькі шарові зоряні скупчення.

Крім того, навколо галактики різні пилові пучки, викинуті в міжгалактичний простір. Вчені пояснюють їх присутність складними гравітаційними ефектами на орбітах зірок при тісному зближенні з іншою галактикою. Галактика NGC 1316 вже почала поглинати галактику NGC 1317.

NGC 1316 вже відома як пожирач галактик: приблизно 100 млн років тому вона почала поглинати сусідню спіральну галактику NGC 1317, поки ще різну як самостійну. Тепер же у NGC 1316 з'явилося прізвисько «галактичний серійний вбивця».

Докладніше: Галактика-пожирач.

Вимірювання викривлень простору-часу за допомогою пульсара

У січні 2015 року були представлені підсумки п'ятирічного спостереження за подвійним пульсаром J1906 + 0746. Ця система, перед тим, як зникнути на кілька десятиліть для спостерігачів із Землі, встигла дати чимало інформації про гравітаційне і релятивістське спотворення простору-часу.

Дві зірки, що входять в систему, поводяться навколо загального центру мас з періодом 4 години. При масах, що перевищують сонячну, і відстанню між зірками в сто разів менше радіусу орбіти Землі при взаємодії зірок виникають найпотужніші спотворення простору-часу. Вони призвели до зміни положення осі обертання одного з компонентів системи - радіопульсара з періодом обертання 144 мс, який є нейтронною зіркою.

У результаті пульсар, відкритий у 2004 році, перестав спостерігатися з Землі. У 2009 році залишився видно сигнал тільки з одного полюса, а в 2010 році зник і він. Один виток орбіти пульсара J1906 (праворуч) навколо зірки-компаньйона (у центрі). Синя сітка ілюструє спотворення простору-часу.

Вивчення сигналу від радіопульсара допомогло на практиці перевірити положення загальної теорії відносності. За розрахунками вчених, подальша зміна осі обертання призведе до того, що пульсар знову буде видно з Землі. Однак станеться це лише через 160 років.

Докладніше: Астрономи досліджували релятивістські ефекти за допомогою зниклого пульсара.

Спостереження за народженням планет

Астрономи протестували новий режим зйомки біля телескопів обсерваторії ALMA, розташованої в чилійській пустелі Атакама. Під час тестування були отримані знімки зірки-немовляти, на яких у дивовижних подробицях можна розгледіти процес формування планет. Результати дослідження опубліковані в листопаді 2014 року. Зображення зірки HL Тельця, виконане телескопами обсерваторії ALMA.

Зірка HL Тельца розташована приблизно в 450 світлових роках від Землі і дуже молода - її вік не перевищує 100 тисяч років. На телескопах ALMA вдалося розгледіти небачені раніше подробиці, наприклад, кілька концентричних кілець, розділених чіткими пробілами. Ці структури вказують на те, що у юної зірки вже йде процес формування планет.

Астрономи зазначають - отримані зображення такі чіткі, що їх можна прийняти за картини художників, які намагаються відобразити різні космічні процеси в недоступних вченим подробицях.

Таких результатів вдалося домогтися завдяки тому, що антени обсерваторії ALMA були розставлені на 15 кілометрів один від одного. У міліметрових хвилях це дає дозвіл в 35 кутових мілісекунд.

Всесвіт без Великого вибуху

Здавалося б, теорія походження нашого Всесвіту в результаті Великого вибуху давно прийнята науковим співтовариством, але в лютому 2015 року єгиптянин Ахмед Фараг Алі (Ahmed Farag Ali) і індус Шаур'я Дас (Saurya Das) запропонували свою гіпотезу про те, як все могло бути насправді. Досліджуючи рівняння Фрідмана, що описують розширення і еволюцію Всесвіту, з урахуванням квантових поправок, що замінюють класичні геодезичні криві квантовими траєкторіями, вони виявили, що Всесвіт в даній моделі не виникає з єдиної точки. Сингулярність, що неминуче виникає при класичному вирішенні рівняння Фрідмана, при використанні бомовських траєкторій не виникає. Схематичне зображення розширення Всесвіту за час його існування, згідно з прийнятою в даний час моделлю.

Відсутність сингулярності призводить до нескінченного часу життя нашого Всесвіту. З цих же розрахунків випливає відсутність Великого стиснення - одного з варіантів закінчення життя Всесвіту згідно спеціальної теорії відносності.

Докладніше: Запропонована модель Всесвіту без Великого вибуху.

Органіка виявлена в молодій зірковій системі

Складну органіку знайдено не тільки на Марсі. Спочатку вчених здивувало відкриття значної різноманітності поліциклічних ароматичних вуглеводнів в атмосферах зірок Великого Магелланова Облака - галактики, сусідньої з нашою. Попередні спостереження міжзіркового пилу Великого Магелланова Облака показували, що склад цих вуглеводнів близький до того, який присутній в Чумацькому Шляху.

І буквально днями отримано підтвердження того, що умови в Сонячній системі не унікальні в плані передумов для виникнення життя. Молода зірка MWC 480, розташована в 450 світлових роках від нас, оточена протопланетним диском, в якому виявлено наявність ацетонітрилу (CH₃CN) і ціанистого водню (HCN) - хімічних сполук, необхідних у процесі виникнення життя. Раніше, в 2007 році, в цій зірковій системі був знайдений водяний пар. Протопланетний диск молодої (близько мільйона років) зірки містить органічні молекули в області, що відповідає поясу Койпера Сонячної системи.

Виявлення в протопланетному диску MWC 480 складних вуглеводнів доводить близькість його складу до матеріалів комет Сонячної системи. Цей матеріал вчені розглядають як залишки речовини, з якої сформувалися планети і місяця.

Гіпотеза стерильних нейтрино добре пояснює проблему темної матерії

Різні гіпотези, покликані пояснити проблему темної матерії - невидимої маси, що утримує галактики, - з'являються із завидною регулярністю. Але одна з них, опублікована групою фізиків з Нідерландів, України та Швейцарії в грудні 2014 року, привернула нашу увагу своєю цілісністю і мінімальними доповненнями до Стандартної моделі елементарних частинок.

Автори роботи досліджували випромінювання двох космічних об'єктів - галактики Андромеди і скупчення Персія в рентгенівському діапазоні, вимірявши просторову залежність інтенсивності. Розподіл потоку гамма-квантів з енергією 3,5 кЕв збігся з передбачуваним розподілом темної матерії, визначеним методом вимірювання швидкості обертання периферійних ділянок галактик. А саме випромінювання чудово вкладається в теоретичні моделі для так званих стерильних нейтрино - не відкритих досі, але цілком можливих нейтральних частинок з правою хіральністю. Галактика Андромеди.

Докладніше: Виявлене випромінювання здатне пояснити природу темної матерії.

Бум екзопланет

Мабуть, головна тема останнього року в області дальнього космосу була задана роботою космічного телескопа «Кеплер». Запущений у березні 2009 року, він зібрав інформацію про 4200 кандидатів в екзопланети - планети, що звертаються навколо зірок за межами Сонячної системи. І хоча в даний час робота телескопа зупинена, зібрана інформація буде оброблятися ще тривалий час, надаючи все більше і більше даних про далекі планети. Рік тому було офіційно підтверджено 715 екзопланет, зараз їх налічується більше тисячі.

Одна з наукових робіт, виконаних за підсумками інформації з «Кеплера», - оцінка числа планет земного типу в нашій Галактиці. Згідно з дослідженням, придатних до життя планет у Чумацькому Шляху може налічуватися сотні мільярдів.

Цікаві й окремі знайдені екзопланети. Так, одна з потенційно придатних для життя планет виявлена в системі Kepler-186. Це перша планета земного розміру в придатній для життя області. Система Kepler-186 розташовується досить близько до нас - на відстані менше 500 світлових років. Картина представляє захід сонця на планеті, подібній до Землі, що знаходиться в системі з двома зірками.

Інтерес викликало і дослідження, згідно з яким існування планет у подвійних системах так само природне, як і в одиночних. Журналісти не упустили випадку згадати про планету Татуїн з всесвіту «Зоряних воєн» - місце, де провів дитинство Люк Скайвокер. Татуїн звертається навколо подвійної зірки, і для його жителів немає нічого дивного в тому, що у об'єктів буває відразу дві тіні.

«Інтерстеллар» опановує уми

Вихід фільму Крістофера Нолана «Інтерстеллар» у жовтні 2014 року не став подією у світі науки, але виявився найпотужнішим каталізатором інтересу до неї. Професійні кінокритики і пересічні любителі синематографа виділили цю стрічку як «справжню наукову фантастику», на противагу фільмам, де космос є лише антуражем для бойовика, драми або комедії.

І не дивно. Сюжет картини будується на ефектах, описуваних загальною теорією відносності. У ньому є і гравітаційне уповільнення часу, і стрибок через простір за допомогою червоточин, і розкішне зображення акреційного диска чорної діри. Це зображення є предметом особливої гордості авторів фільму - воно було розраховане науковим консультантом «Інтерстеллара» фізиком-теоретиком Кіпом Торном (Kip Stephen Thorne), який стверджує, що результати моделювання не довелося прикрашати спеціально для фільму. Моделювання зображення масивної чорної діри з акреційним диском і ефектом гравітаційної лінзи.

Торну належить і сама ідея сюжету, в основі якого лежать складні фізичні ефекти. Спочатку він звернувся зі своєю задумкою до Стівена Спілберга, і робота вже почалася, але через розрив відносин між «Парамаунт пікчерз» і Спілбергом довелося шукати нового режисера, яким став Нолан-старший.

Шанувальники фільму пробачили його авторам деякі проколи і нестиковки, і світ придбав кілька мільйонів експертів з чорних дір. За це Торну і Нолану - величезне спасибі.