Главная / Вокруг нас / Интересный космос ч.44

Интересный космос ч.44

1. В Млечном Пути обнаружена черная дыра с массой в 100 000 Солнц

Астрономы из Университета Кейо (Япония) обнаружили в Млечном Пути нечто похожее на самую большую черную дыру промежуточной массы. По оценкам, объект в 100 000 раз превышает Солнце по массе и располагается вблизи центра Галактики.

Исследование, опубликованное в Nature Astronomy, сосредоточилось на большом облаке молекулярного газа в 200 световых годах от центра Млечного Пути. Движение газа согласуется с наличием массивного компактного объекта, получившего название CO-0.40-0.22.

Исследователи заметили, что выбросы от газового облака напоминают ядро Млечного Пути, в котором находится сверхмассивная черная дыра, хотя ядро светится в 500 раз сильнее. Также присутствует и разница в размере, поскольку сверхмассивная черная дыра Млечного Пути, называемая Стрелец A, превышает по массе нашу звезду в 4 миллиона раз.

«Это первое обнаружение в Млечном Пути кандидата в черные дыры промежуточной массы (IMBH), что поддерживает сценарий слияния в ходе эволюции сверхмассивных черных дыр в галактических центрах», – говорит ведущий автор исследования доктор Томохару Ока.

Команда уже подозревала, что облако содержит IMBH, но впервые обнаружила точечный радиоисточник. Новые наблюдения стали возможны благодаря массиву ALMA, чувствительные антенны которого идеально подходят для определения чрезвычайно холодных выбросов межзвездных облаков монооксида углерода. Команда сравнила наблюдения с цифровыми симуляторами газового облака, которые поддержали идею скрытой черной дыры промежуточной массы. Команда считает, что CO-0.40-0.22 – один из самых перспективных кандидатов на роль черной дыры промежуточной массы.

Открытие новой черной дыры – всегда захватывающее событие, но этот случай особенно важен, поскольку дает подсказки об образовании сверхмассивных черных дыр. Черные дыры образуются при взрывах сверхновых, но их размер обусловлен их звездными предшественниками. Так как же могли возникнуть черные дыры с массой в миллионы, если не миллиарды Солнц!

Одна из основных теорий предполагает, что в ранней Вселенной черные дыры формировались намного чаще, потому что звезды были намного больше и сжигали свое топливо быстрее. Черные дыры сливались, образуя монстров в сотни солнечных масс. Крупные черные дыры объединялись с другими аналогичного размера, и в итоге становились сверхмассивными.

Команда продолжает наблюдение за источником, и они надеются, что всего за десять лет наблюдений смогут описать, как он движется по галактике, и собирается ли он слиться со Стрельцом A.

2. Тёмная материя может оказаться распределённой по чёрным дырам

Когда 11 февраля 2016 года представитель проекта aLIGO Laser Interferometric Gravitational Wave Observer – улучшенная лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория объявил об открытии гравитационных волн, я был поражён. Мы, конечно, ожидали, что в какой-то момент aLIGO выдаст что-нибудь интересное, но думали, что это будет какое-то осторожное предположение. Мы думали, что после многих месяцев и даже лет обработки данных проект сможет показать нам слабый сигнал, едва возвышающийся над уровнем шума.

Но нет, показанные в тот судьбоносный день февраля графики были настолько чёткими и недвусмысленными, что меня не пришлось ни в чём убеждать. Невооружённым глазом я мог видеть ни с чем не сравнимый волновой рисунок столкновения двух крупных чёрных дыр, объединяющихся в одну, и испускающих вследствие этого гравитационные волны в окружающее пространство.

И это ещё не всё. aLIGO видел чёрные дыры, которых там не должно было быть. Мы знали о существовании чёрных дыр массами в миллион или триллион раз больше солнечной, и мы видели более мелкие чёрные дыры, массой, сравнимой с солнечную. Но aLIGO увидел ЧД, которые были тяжелее Солнца в 30-60 раз. Некоторые из моих коллег теперь заявляют, что ЧД среднего размера, открытые aLIGO, могут оказаться той самой тёмной материей, что скрывается от нас почти 50 лет.

Учёные не в первый раз предполагают, что чёрные дыры могут состоять из тёмной материи, но считалось, что эта возможность уже исключена. Восстановление идеи – один из примеров творчества, следующего за новым открытием. Идеи, вышедшие из моды, могут вернуться в неё, на них могут посмотреть в новом свете и начать с энтузиазмом прорабатывать – и это, в некоторых случаях, замещает общепринятое мнение. Такие ревизионные открытия иногда собирают вместе очень разные области исследования – в нашем случае это тёмная материя и гравитационные волны – и ведут к обнаружению плодотворных связей.

В 1970-х Стивен Хокинг и его аспирант Бернард Карр предположили, что из хаоса, следовавшего за Большим Взрывом, могло появиться целое море крохотных доисторических чёрных дыр, и заселить затем пространство. Со временем эти ЧД выросли бы, служа семенами будущих галактик. Они, вероятно, даже могли внести свою лепту в общий энергетический бюджет Вселенной. ЧД – тяжёлые и их трудно обнаружить, а именно такими свойствами может обладать пропавшая материя Вселенной.

Несколько десятилетий подряд группа активных сторонников этой идеи развивала её. В 1990-х она, казалось бы, приняла смертельный удар. Эксперимент MACHO направил телескоп на Большое Магелланово Облако и следил за слабым мерцанием, которое могло происходить в случае, если перед звездой пройдёт такой объект, как чёрная дыра. Они обнаружили, что очень сложно будет набрать ЧД достаточно для того, чтобы они ответили за всю тёмную материю Вселенной.

Позже Тимоти Брэндт из Института передовых исследований в Принстоне выяснил, что именно ЧД способны сделать с плотными агломерациями звёзд, известными, как шаровые скопления, существующими в карликовых галактиках, что прячутся в пустоте вокруг Млечного пути. Он показал, что если бы существовало слишком много ЧД, эти шаровые скопления разогрелись бы, раздулись и очень быстро погибли. Подставив нужное количество для определённого скопления в карликовой галактике Эридан II, он смог показать, что в виде ЧД может существовать лишь малая часть тёмной материи. Поэтому ЧД и ТМ стали ещё одной экзотической идеей, с которой любят играться теоретики, но которая не находит отражения в реальном мире.

Вместо этого поиски ТМ сосредоточились на вимпах массивная частица / Weakly Interacting Massive Particles, WIMPS. Это фундаментальные частицы, оставшиеся с очень ранних времён, когда фундаментальные взаимодействия природы были объединены и вели себя совсем не так, как сегодня. Для многих из моих коллег открытие вимпов – событие неизбежное; они обязаны существовать. И большинство космологов верят, что как только мы построим достаточно мощный и большой инструмент для их обнаружения, мы, наконец, увидим эти странные частицы.

Вот только этого пока не случилось. Со временем детекторы становились мощнее и больше, но ничего не нашли. Недавний эксперимент LUX, ищущий редкие частицы, отдающие свою энергию полутонне жидкого ксенона, находящегося в полутора километрах под землёй в городе Лид штата Южная Дакота, не смог предоставить никаких свидетельств существования не обнаруженных до сих пор частиц. Ричард Гейтскел из Брауновского университета, один из создателей LUX, сказал: «Было бы чудесно, если бы улучшение чувствительности выдало нам чёткий сигнал наличия тёмной материи. Однако то, что мы наблюдаем, соответствует только одному фону».

Учитывая отчаянное положение, в котором оказались вимпы, имеет смысл вернуться к старым, умозрительным, отброшенным идеям, валявшимся без движения. Две свежие работы, одну из которых возглавил Симеон Бёрд из Университета Джона Хопкинса, а другую – Мисао Сасаки из Университета Юкавы в Токио, именно этим и занимаются.

Получив стимул в виде открытия aLIGO, они проработали вопрос того, может ли ЧД массой в несколько десятков солнечных, быть тёмной материей. Таких ЧД в Млечном Пути должно быть порядка 10 миллиардов, и ближайшая из них, скорее всего, находится всего в нескольких световых годах от Солнечной системы. Некоторые из этих ЧД могли сойтись вместе и образовать двойные системы, и некоторые из таких систем можно было бы обнаружить с помощью aLIGO. Две команды соглашаются, что aLIGO должен увидеть от нескольких штук до нескольких десятков таких событий в год; их должно быть гораздо больше, чем обычных способов появления ЧД, например, путём коллапса звёзд. Иначе говоря, если эти ЧД и есть тёмная материя галактики, следовало бы ожидать, что мы увидим их в эксперименте aLIGO. И мы их увидели.

Дьявол в мелочах. Каким образом доисторические ЧД могли появиться – вопрос пока открытый. Одна из идей – они появились в короткий период ускоренного расширения ранней Вселенной, известный, как инфляция. Рывки и дрожь такого расширения сконцентрировали бы энергию в плотных кусочках, что привело бы к зарождению ЧД. Чтобы мы могли их обнаружить, этим ЧД необходимо встречаться и сливаться, распространяя гравитационные волны. Как и когда это будет происходить, зависит от формы Млечного Пути, плотности скопления его массы и скорости движения ЧД. Разумные предположения дают многообещающий ответ, но пока это всё ещё предположения.

Пока это первое время в этой области исследований, последовавшее за эйфорией открытия на aLIGO, и может произойти всё, что угодно. Ограничения, наложенные экспериментом MACHO и работой по шаровым скоплениям работают против этой идеей, но некоторые хитрости могут решить проблемы, порождённые наблюдениями.

Открытие aLIGO напоминает мне ещё одно преобразование, за которым я наблюдал в течение моей карьеры. В 1991 году спутник COBE впервые измерил рябь в реликтовом излучении, оставшемся от Большого Взрыва. Полный разочарований и почти донкихотский поиск этих волн шёл более 25 лет, его практически перевели в захолустные уголки космологии. Сама космология казалось эзотерической и сложной для конкретизации, расплывчатой областью, хотя очень интересной и творческой. Но когда эту рябь всё-таки наконец нашли, это зарядило космологию валом идей, относящихся не только к астрономии, но и к физике частиц.

Сейчас уже несколько десятилетий мы пытаемся связать фундаментальные законы природы, работавшие в ранней Вселенной, со способами появления, эволюции и гибели галактик, из-за которых появились сегодняшние крупномасштабные структуры. И если COBE направил меня на путь, которым я следую по сей день, то я могу видеть, как aLIGO сможет сделать то же самое с новым поколением физиков в их поисках тёмной материи.

Педро Феррейра – космолог-теоретик, астрофизик из Оксфордского университета, член Ориелского Колледжа. Работает над происхождением крупномасштабных структур Вселенной, общей теорией относительности и природой тёмной материи и тёмной энергии. Его недавняя книга «Идеальная теория» Perfect Theory – биография общей теории относительности. Её выдвигали на получение книжных призов от королевского научного общества и премии «книга года из области физики».

3. Жизнь в системе TRAPPIST-1: новое открытие подарило людям надежду

Система TRAPPIST-1 уже долгое время является предметом жарких споров ученых во всем мире: одни уверяют, что это будущий Эдем для всего человечества, другие говорят, что в ней нет и не может быть условий для жизни. Международная команда астрономов совершила открытие, которое может полностью перевернуть наше представление о далеких экзопланетах.

С того момента, как семь экзопланет были обнаружены на орбите вокруг звезды TRAPPIST-1, расположенной всего в 39 световых годах от Земли, астрономы были заняты изучением этих космических объектов. Больше всего их, конечно, интересовал потенциал это звездной системы для развития жизни и будущей колонизации. Несмотря на то, что на многих планетах уже сейчас доказано отсутствие атмосферы (и, как следствие, невозможность появления на них белковых жизненных форм), все не так печально. Недавно международная команда ученых использовала космический телескоп «Хаббл» для оценки возможностей существования на планетах TRAPPIST01 воды в жидкой форме — и результаты исследования выглядят многообещающими.

Как исследуют экзопланеты

С помощью спектрографа Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS) на борту «Хаббла», астрономы измерили количество ультрафиолетового излучения, получаемого каждой из семи планет системы. Ученые провели расчеты, чтобы определить, как ультрафиолет может повлиять на количество воды на каждой отдельной планете. В опубликованном исследовании они сделали вывод, что две планеты, расположенные ближе всего к звезде, скорее всего сухие как старая кость — но вот оставшиеся пять, три из которых находятся в т. н. «зоне Златовласки», вполне могут содержать на поверхности большое количество воды.

Открытие ученых представляет собой еще один «ключ» к потенциалу нашумевшей системы. С момента открытия ее планет в феврале текущего года, астрономы указывали на высокую вероятность панспермии. Панспермия — это научная гипотеза о том, что жизнь на Земле и других планетах могла зародиться в результате занесения из космического пространства так называемых «зародышей жизни», биологических агентов, которые и запустили цепочку эволюции. Помимо этого, ученые отмечают потенциальные массивные океанические приливы, вызванные гравитационными взаимодействиями — для зарождения жизни этот фактор тоже играет значительную роль. Но не будем забывать про то, что молодая и агрессивная звезда часто испускает солнечные вспышки, разрушающие атмосферу планет.

Новые открытия: куда уходит водород

В чем же суть нового исследования, возглавляемого швейцарским астрономом Винсентом Бурье из Женевской обсерватории Все достаточно просто. Водород, как всем известно, очень легкий газ и в условиях планетарной гравитации он всегда стремится вверх. Он в состоянии легко покинуть атмосферу планеты, и благодаря сложной электронной начинке «Хаббла», именно его астрономы и могут обнаружить во время наблюдения за системой TRAPPIST-1. Его присутствие считается потенциальным индикатором атмосферного водяного пара. А во время измерения количества УФ-излучения, поражающего планеты, ученые оценивают скорость, с которой атмосфера «истекает» водородом в космос.

«Как и в атмосфере нашей планеты, когда ультрафиолетовый солнечный свет отрывает молекулы друг от друга, УФ-излучение звезды может разрывать на водород и кислород водяной пар в атмосферах экзопланет», объясняет Бурье в пресс-релизе.

Наблюдения за звездной системой в течение трехмесячного периода свидетельствуют о том, что постепенная потеря атмосферы сыграла важнейшую роль для развития всех семи планет — и процесс этот продолжается. Расчеты, выполненные командой астрономов, показывают, что самые близкие к звезде планеты, TRAPPIST-1 b и TRAPPIST-1 c (название каждой планеты складывается из имени звезды и литеры, обозначающей ее место в системе), за свою историю потеряли колоссальное количество воды. Они получают больше всего УФ-излучения: для сравнения, это количество ультрафиолета за такой срок заставило бы полностью пересохнуть 20 планет с такими же океанами, как на Земле.

Эдемские кущи или выжженная пустыня

Что касается пяти оставшихся планет, ситуация куда более обнадеживающая. Исходя из новых данных, они, вероятно, потеряли лишь треть от изначального запаса воды в океанах. Более того, планеты e, f и g должны обладать водой в жидком состоянии — что критически важно для всей программы по поиску жизни. Исследователи предупреждают, что это лишь предположения, поскольку им неизвестна масса каждой отдельной планеты. Кроме того, сами по себе выводы основаны лишь на УФ-спектроскопии, где ученые анализируют наличие любых газов, которые могут присутствовать в атмосфере. Как и всегда, картину прояснит лишь дальнейшее наблюдение и сбор статистических данных, но астрономы уверены, что они на верном пути.

«Хотя результаты нашего исследования показывают, что внешние планеты системы являются наилучшими кандидатами на поиск жидкой воды с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (запуск которого намечен уже на следующий год), они также подчеркивают необходимость более углубленных теоретических исследований и целого ряда дополнительных наблюдений за TRAPPIST-1», резюмирует Бурье. Похоже, золотой век астрономии уже наступил — посмотрим

Читать еще:

Кошмары Эдгара Аллана По во сне и наяву

7 октября 1849 года не стало Эдгара Аллана По. Обстоятельства смерти великого американского писателя не …

Добавить комментарий