Говоря об освоении космоса, сегодня чаще всего имеют в виду ближний космос, орбиту Земли, Луну, планеты Солнечной системы. Пока ещё и в этих рубежах мы, люди, мало что можем. Только-только забрезжила на горизонте реальная возможность построить лунную станцию, полететь на Марс, начать добычу чего-нибудь полезного на астероидах. Созданный людьми аппарат (зонд «Вояджер-1») впервые покинул границы Солнечной системы лишь два года назад. Сложно сказать, когда полёты хотя бы на Луну станут чем-то если не совсем обыденным, то хотя бы сравнимым по уровню сложности и затрат с нынешними запусками спутников связи и геолокации. Однако наука давно и всерьёз смотрит дальше, в дальние пределы Вселенной, и глубже — раскрывая её устройство, её структуру, её суть. И это не простое любопытство учёных (хотя и оно тоже, без него никак), но и понимание, что когда-то нам и эти знания, как ни фантастично звучит это пока, могут пригодиться в самом что ни на есть утилитарном смысле. Люди ещё будут летать в другие галактики и использовать топливо звёзд.
Редакция сайта «XX2 ВЕК» представляет десять наиболее интересных событий в области астрофизики и исследований дальнего космоса, произошедших за последний год (с небольшим).
Луна как детектор
Любопытная научная работа опубликована в августе 2014 года. Несмотря на то, что речь в ней идёт о Луне, исследование напрямую связано с дальним космосом. Дело в том, что авторы исследования предложили использовать Луну как огромный детектор сверхвысокоэнергетичных частиц.
В настоящее время изучение сверхвысокоэнергетичных фотонов и нейтрино крайне затруднено ввиду их чрезвычайной редкости. Аргентинский детектор обсерватории Пьера Оже площадью 3000 км² за 4 года зафиксировал лишь 27 частиц.
Для сбора информации предлагается использовать эффект Аскарьяна — излучение, вызванное прохождением частиц с околосветовыми скоростями сквозь вещество, одна из разновидностей черенковского излучения. Это радиоизлучение возникает, когда частицы сталкиваются с поверхностью Луны почти по касательной.
При этом Луна будет всего лишь деталью масштабной системы. Регистрировать излучение планируется с помощью радиоинтерферометра Square Kilometre Array, который будет построен к 2025 году в Южно-Африканской Республике, Австралии и Новой Зеландии. Общая площадь детектора составит 1 квадратный километр.
Подробнее: Луну планируется использовать как детектор сверхвысокоэнергетичных частиц.
Кобальт в излучении сверхновой
В августе 2014 года группа астрофизиков, среди которых есть и сотрудники МФТИ, опубликовала результаты первого наблюдения спектра кобальта-56 в излучении сверхновой.
Кобальт-56 в природе не встречается, так как его период полураспада составляет всего 77 дней с образованием стабильного железа-56. Однако при вспышке сверхновой этот изотоп возникает в достаточно больших количествах, образуясь, в свою очередь, из никеля-56.
Зафиксировав рождение сверхновой SN2014J, учёные использовали гамма-обсерваторию ИНТЕГРАЛ для снятия её спектра в различные моменты времени. В результате удалось не только зафиксировать спектр кобальта-56, но и оценить, сколько именно его образовалось при вспышке. Эта величина составляет около 60% от массы Солнца.
Полученные данные согласуются с ранее созданными теоретическими моделями вспышек сверхновых и подтверждают, что самый популярный в Солнечной системе изотоп железа — железо-56 образовался из вещества, прошедшего через термоядерные взрывы астрономического масштаба.
Подробнее: Астрофизики нашли во вспышке сверхновой радиоактивный кобальт.
Галактика — серийный убийца
Новые снимки галактики NGC 1316 указывают на то, что около трёх миллиардов лет назад она могла поглотить другую спиральную галактику. Об этом говорят найденные на снимках необычные пылевые полосы и маленькие шаровые звёздные скопления.
Кроме того, вокруг галактики различимы пылевые пучки, выброшенные в межгалактическое пространство. Учёные объясняют их присутствие сложными гравитационными эффектами на орбитах звёзд при тесном сближении с другой галактикой.
NGC 1316 уже известна как пожиратель галактик: примерно 100 млн лет назад она начала поглощать соседнюю спиральную галактику NGC 1317, пока ещё различимую в качестве самостоятельной. Теперь же у NGC 1316 появилось прозвище «галактический серийный убийца».
Подробнее: Галактика-пожиратель.
Измерение искажений пространства-времени с помощью пульсара
В январе 2015 году были представлены итоги пятилетнего наблюдения за двойным пульсаром J1906+0746. Эта система, перед тем, как исчезнуть на несколько десятилетий для наблюдателей с Земли, успела дать немало информации о гравитационном и релятивистском искажении пространства-времени.
Две звезды, входящие в систему, обращаются вокруг общего центра масс с периодом 4 часа. При массах, превышающих солнечную, и расстоянием между звёздами в сто раз меньше радиуса орбиты Земли при взаимодействии звёзд возникают мощнейшие искажения пространства-времени. Они привели к изменению положения оси вращения одного из компонентов системы — радиопульсара с периодом вращения 144 мс, который является нейтронной звездой.
В результате пульсар, открытый в 2004 году, перестал наблюдаться с Земли. В 2009 году остался виден сигнал только с одного полюса, а в 2010 году исчез и он.
Изучение сигнала от радиопульсара помогло на практике проверить положения общей теории относительности. По расчётам учёных, дальнейшее изменение оси вращения приведёт к тому, что пульсар снова будет виден с Земли. Однако произойдёт это лишь через 160 лет.
Подробнее: Астрономы исследовали релятивистские эффекты с помощью исчезнувшего пульсара.
Наблюдение за рождением планет
Астрономы протестировали новый режим съёмки у телескопов обсерватории ALMA, расположенной в чилийской пустыне Атакама. В ходе тестирования были получены снимки звезды-младенца, на которых в удивительных подробностях можно разглядеть процесс формирования планет. Результаты исследования опубликованы в ноябре 2014 года.
Звезда HL Тельца расположена примерно в 450 световых годах от Земли и очень молода — её возраст не превышает 100 тысяч лет. На телескопах ALMA удалось разглядеть невиданные ранее подробности, например, несколько концентрических колец, разделённых чёткими пробелами. Эти структуры указывают на то, что у юной звезды уже идёт процесс формирования планет.
Астрономы отмечают — полученные изображения столь чёткие, что их можно принять за картины художников, которые пытаются запечатлеть различные космические процессы в недоступных учёным подробностях.
Таких результатов удалось добиться благодаря тому, что антенны обсерватории ALMA были расставлены на 15 километров друг от друга. В миллиметровых волнах это даёт разрешение в 35 угловых миллисекунд.
Вселенная без Большого взрыва
Казалось бы, теория происхождения нашей Вселенной в результате Большого взрыва давно принята научным сообществом, но в феврале 2015 года египтянин Ахмед Фараг Али (Ahmed Farag Ali) и индус Шаурья Дас (Saurya Das) предложили свою гипотезу о том, как всё могло быть на самом деле. Исследуя уравнения Фридмана, описывающие расширение и эволюцию Вселенной, с учётом квантовых поправок, заменяющих классические геодезические кривые квантовыми траекториями, они обнаружили, что Вселенная в данной модели не возникает из единой точки. Сингулярность, неизбежно возникающая при классическом решении уравнения Фридмана, при использовании бомовских траекторий не возникает.
Отсутствие сингулярности приводит к бесконечному времени жизни нашей Вселенной. Из этих же расчётов следует отсутствие Большого сжатия — одного из вариантов окончания жизни Вселенной согласно специальной теории относительности.
Подробнее: Предложена модель Вселенной без Большого взрыва.
Органика обнаружена в молодой звёздной системе
Сложная органика найдена не только на Марсе. Сначала учёных удивило открытие значительного разнообразия полициклических ароматических углеводородов в атмосферах звёзд Большого Магелланова Облака — галактики, соседней с нашей. Предыдущие наблюдения межзвёздной пыли Большого Магелланова Облака показывали, что состав этих углеводородов близок к тому, который присутствует в Млечном Пути.
И буквально на днях получено подтверждение того, что условия в Солнечной системе не уникальны в плане предпосылок для возникновения жизни. Молодая звезда MWC 480, расположенная в 450 световых годах от нас, окружена протопланетным диском, в котором обнаружено наличие ацетонитрила (СН3СN) и цианистого водорода (HCN) — химических соединений, необходимых в процессе возникновения жизни. Ранее, в 2007 году, в этой звёздной системе был найден водяной пар.
Обнаружение в протопланетном диске MWC 480 сложных углеводородов доказывает близость его состава к материалам комет Солнечной системы. Этот материал учёные рассматривают как остатки вещества, из которого сформировались планеты и луны.
Гипотеза стерильных нейтрино хорошо объясняет проблему тёмной материи
Различные гипотезы, призванные объяснить проблему тёмной материи — невидимой массы, удерживающей галактики, — появляются с завидной регулярностью. Но одна из них, опубликованная группой физиков из Нидерландов, Украины и Швейцарии в декабре 2014 года, привлекла наше внимание своей целостностью и минимальными дополнениями к Стандартной модели элементарных частиц.
Авторы работы исследовали излучение двух космических объектов — галактики Андромеды и скопления Персия в рентгеновском диапазоне, измерив пространственную зависимость интенсивности. Распределение потока гамма-квантов с энергией 3,5 кЭв совпало с предполагаемым распределением тёмной материи, определённым методом измерения скорости вращения периферийных участков галактик. А само излучение прекрасно укладывается в теоретические модели для так называемых стерильных нейтрино — не открытых до сих пор, но вполне возможных нейтральных частиц с правой хиральностью.
Подробнее: Обнаруженное излучение способно объяснить природу тёмной материи.
Бум экзопланет
Пожалуй, главная тема последнего года в области дальнего космоса была задана работой космического телескопа «Кеплер». Запущенный в марте 2009 года, он собрал информацию о 4200 кандидатах в экзопланеты — планеты, обращающиеся вокруг звёзд за пределами Солнечной системы. И хотя в настоящее время работа телескопа остановлена, собранная информация будет обрабатываться ещё длительное время, предоставляя всё больше и больше данных о далёких планетах. Год назад было официально подтверждено 715 экзопланет, сейчас их насчитывается более тысячи.
Одна из научных работ, выполненных по итогам информации с «Кеплера», — оценка числа планет земного типа в нашей Галактике. Согласно исследованию, пригодных к жизни планет в Млечном Пути может насчитываться сотни миллиардов.
Любопытны и отдельные найденные экзопланеты. Так, одна из потенциально пригодных для жизни планет обнаружена в системе Kepler-186. Это первая планета земного размера в пригодной для жизни области. Система Kepler-186 располагается довольно близко к нам — на расстоянии менее 500 световых лет.
Интерес вызвало и исследование, согласно которому существование планет в двойных системах так же естественно, как и в одиночных. Журналисты не упустили случая вспомнить о планете Татуин из вселенной «Звёздных войн» — месте, где провёл детство Люк Скайуокер. Татуин обращается вокруг двойной звезды, и для его жителей нет ничего удивительного в том, что у объектов бывает сразу две тени.
«Интерстеллар» овладевает умами
Выход фильма Кристофера Нолана «Интерстеллар» в октябре 2014 года не стал событием в мире науки, но оказался мощнейшим катализатором интереса к ней. Профессиональные кинокритики и рядовые любители синематографа выделили эту ленту как «настоящую научную фантастику», в противовес фильмам, где космос является лишь антуражем для боевика, драмы или комедии.
И неудивительно. Сюжет картины строится на эффектах, описываемых общей теорией относительности. В нём есть и гравитационное замедление времени, и скачок через пространство с помощью червоточин, и роскошное изображение аккреционного диска чёрной дыры. Это изображение является предметом особой гордости авторов фильма — оно было рассчитано научным консультантом «Интерстеллара» физиком-теоретиком Кипом Торном (Kip Stephen Thorne), который утверждает, что результаты моделирования не пришлось приукрашивать специально для фильма.
Торну принадлежит и сама идея сюжета, в основе которого лежат сложные физические эффекты. Изначально он обратился со своей задумкой к Стивену Спилбергу, и работа уже началась, но из-за разрыва отношений между «Парамаунт пикчерз» и Спилбергом пришлось искать нового режиссёра, которым стал Нолан-старший.
Поклонники фильма простили его авторам некоторые проколы и нестыковки, и мир приобрёл несколько миллионов экспертов по чёрным дырам. За это Торну и Нолану — огромное спасибо.