Астрофизика

Доказать существование черных дыр ученым удалось совсем недавно.

Самыми таинственными объектами во Вселенной по праву можно назвать черные дыры области пространства-времени гравитация которых настолько сильна, что ничто, даже свет, не может их покинуть. Интересно, что на просторах бесконечной Вселенной существуют черные дыры, масса которых превышает массу Солнца в пять-сто раз, но есть и такие, чья масса превышает миллиард солнечных. Сегодня астрономы считают, что сверхмассивные черные дыры скрываются в сердце большинства галактик, отмечая при этом, что Вселенная находится в так называемой «звездной эре» этапе эволюции Вселенной, во время которого звезды и галактики рождаются непрерывно. Но что лежит за границей звездной эры? Исследователи полагают, что в конечном итоге все ингредиенты для создания черных дыр будут исчерпаны, а звезды в ночном небе медленно погаснут, превратив тем самым черные дыры в единственных обитателей Вселенной. Но даже эти космические монстры не могут существовать вечно. Когда-нибудь и они погибнут, озарив, на прощание, которая погибнет пустое и безжизненное пространство фейерверком.

Как появляются черные дыры?

Свое существование черные дыры начинают со смерти: когда в ядрах некоторых массивных звезд заканчивается топливо, они переходят на следующую ступень своей эволюции и взрываются. Во время мощного взрыва яркость сверхновых звезд (именно так их называют ученые) резко увеличивается, а затем медленно затухает. Взрыв также является причиной выброса в межзвездное пространство значительной массы вещества из внешней оболочки звезды, а также огромного количества энергии.

Та часть вещества, которую не выбросило в межзвездную среду, как правило, преобразуется либо в компактный объект нейтронную звезду (в случае, если масса звезды до взрыва составляла более 8 солнечных масс), либо в черную дыру область пространства-времени, в которой всем управляет ее величество гравитация (в случае, если масса оставшегося после взрыва ядра превышает солнечную в пять раз).

Так выглядит вспышка сверхновой в объективе космического телескопа NASA Hubble.

Как отмечают астрономы, подобная связь между рождением черной дыры и смертью звезды, которая ее образовала, довольно распространенное явление во Вселенной. Особенно близки черные дыры с другими звездами в тех ее уголках, где звездообразование происходит с высокой скоростью. Напомним также, что звездообразование является крупномасштабным процессом, в ходе которого из межзвездного газа в галактике начинают массово формироваться звезды.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира астрономии и физики? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!

Эволюция черных дыр

Итак, после рождения черной дыры в результате гибели массивной звезды, ее главным занятием становится поглощение любых объектов, оказавшихся поблизости. В некоторых случаях поглощенный материал (газ и звезды) окружает этих космических монстров, двигаясь все быстрее и скапливаясь вокруг. Так как трение между пылью генерирует тепло, аккреционный диск черной дыры начинает светиться, очерчивая ее тень или горизонт событий. Именно его в 2019 году удалось сфотографировать ученым, о чем подробно рассказал мой коллега Николай Хижняк в своем материале.

Но помимо того, что горизонт событий окружает черную дыру, он также является ключом к ее гибели. Все потому, что любой поглощенный черной дырой материал пропадает навсегда, по крайней мере, это следует из нашего понимания гравитации. Однако эта так называемая точка невозврата не учитывает квантовую механику да, да, физики по-прежнему трудятся над созданием единой теории квантовой гравитации и, кстати, недавно добились довольно интересных результатов.

Стивен Хокинг английский физик-теоретик, космолог и астрофизик. Хокинг первым изложил космологическую теорию, в которой были объединены представления общей теории относительности и квантовой механики.

В 1974 году выдающийся британский физик-теоретик Стивен Хокинг доказал, что с точки зрения квантовой механики побег из черной дыры возможен, хотя и очень, очень медленно. То, как долго проживет отдельная черная дыра, зависит от ее массы. Чем больше становится черная дыра, тем дольше она испаряется. В этом смысле, как отмечают астрономы в интервью порталу astronomy.com, черные дыры могут обмануть смерть, становясь больше.

Исследователи сравнивают этот процесс с песочными часами, где песок наверху это количество времени, оставшееся у черной дыры. Поглощая все больше звезд и газа, прожорливый космический монстр продолжает добавлять песчинки в «тикающие» песочные часы, даже когда отдельные частицы просачиваются наружу. Но по мере старения Вселенной материал вокруг черной дыры иссякнет, знаменуя ее неминуемую погибель.

В последнюю десятую долю секунды жизни черной дыры она озарит все вокруг ярчайшим фейерверком, подобно миллиону термоядерных бомб, взрывающихся в очень крошечной области космоса.

Кстати, самая мощная из когда-либо зарегистрированных сверхновых (ASSASN-15lh) сегодня считается в 22 триллиона раз более взрывоопасной, чем черная дыра в ее последние мгновения. А как вы думаете, каким будет конец Вселенной? Ответ будем ждать здесь, а также в комментариях к этой статье.

Астрономы определили лучшее место и время для жизни в Млечном Пути.

Более шести миллиардов лет назад окраины нашей галактики были самыми безопасными местами для развития возможных форм жизни, так как были укрыты от самых мощных взрывов во Вселенной гамма-всплесков и вспышек сверхновых звезд. Недавно ученые из Университета Инсубрии в Италии, изучив частоту таких событий на протяжении всей эволюции Млечного Пути, пришли к выводу о том, что начиная с 4 миллиардов лет назад и до настоящего времени центральные области галактики, охватывающие также Солнечную систему, являются самыми безопасными местами для формирования жизни. Но не стоит думать, что наше местоположение на просторах Млечного Пути слишком уж безопасно: полученные в ходе исследования результаты также подтверждают гипотезу о том, что причиной пяти великих массовых вымираний на Земле, которые произошли 445 миллионов лет назад, возможно, были гамма-всплески масштабные космические выбросы энергии взрывного характера.

Взрывы в галактике Млечный Путь

Как отмечают авторы нового исследования, опубликованного в журнале Astronomy and Astrophysics, им удалось показать, что 6 миллиардов лет назад планеты подвергались многим взрывным событиям, а сила некоторых из них вполне могла стать причиной массового вымирания. Отметим, что исследователи исключили периферийные области Млечного Пути, в которых из-за высокой скорости звездообразования было относительно мало планет.

Гамма-всплески (Gamma-Ray Bursts, GRBs) масштабные выбросы гамма-излучения, длительность которых составляет от нескольких долей секунды до нескольких минут. Считается, что на просторах Вселенной они происходят практически ежедневно. Известно также, что гамма-всплески происходят на огромных расстояниях от Земли у границ наблюдаемой Вселенной. Если попытаться описать гамма-всплески совсем простыми словами, то ими ученые называют самые мощные из космических взрывов, высвобождающих столько энергии, сколько Солнце выделило бы за десять миллиардов лет.

Взрывы сверхновых звезд знаменуют собой отнюдь не рождение звезды, а ее гибель.

Сегодня мы знаем, что и вспышки сверхновых, и гамма-всплески связаны с жизненным циклом звезд и, в частности, с их смертью. Так, когда звезда намного более массивная, чем Солнце, достигает конца своей жизни, она взрывается именно этот взрыв ученые называют взрывом сверхновой. Гамма-всплески, с другой стороны, представляют собой интенсивную вспышку высокоэнергетического излучения, испускаемого, когда очень массивная и быстро вращающаяся звезда умирает, или когда две нейтронные звезды, или нейтронная звезда и черная дыра (оба являются остатками массивных звезд) сливаются воедино.

Читайте также: Взрывы, которые невозможно представить: физики предсказали как погибнет наша Вселенная

«Сверхновые чаще встречаются в регионах звездообразования, где образуются массивные звезды», объясняют авторы научной работы. Гамма-всплески, с другой стороны, могут наблюдаться в звездообразующих областях, слабо поглощенных тяжелыми элементами как правило массивные звезды в таких областях теряют меньшую массу в течение своей жизни из-за звездного ветра. Звездным ветром ученые называют постоянно происходящий процесс, который приводит к снижению массы звезды.

Чтобы понять, как эти события распределяются внутри нашей галактики, исследователи начали с модели, которая описывает эволюцию Млечного Пути. Эта модель предсказывает, что внутренние области галактики, в отличие от периферийных, быстро сформировались на ранних этапах ее истории. Так как со временем скорость звездообразования уменьшалась в центре и постепенно увеличивалась на периферии, первичный газ водорода и гелия быстро обогащался более тяжелыми элементами (кислородом, углеродом, азотом) в центре Млечного Пути, в то время как на периферии он обогащался более постепенно.

Гамма-всплески, по мнению ученых, могли стать причиной массовых вымираний на Земле 445 миллионов лет назад.

Вам будет интересно: Ученые убивают звезды в компьютерной симуляции. Но зачем?

Энергия, выделяемая гамма-всплесками и взрывом сверхновых звезд, огромна. Сверхновая в полосе высоких энергий выделяет столько же энергии, сколько Млечный Путь, содержащий сотни миллиардов звезд, испускает за несколько часов. А гамма-всплеск за 10 секунд испускает столько энергии, сколько наша галактика накапливает за столетие.

«Исключая самые центральные области, расположенные менее чем в 6500 световых годах от центра галактики, где взрывы сверхновых происходят чаще, наше исследование предполагает, что эволюционное давление в каждую эпоху определяется главным образом гамма-всплесками», пишут авторы нового исследования.

И хотя гамма-всплески являются гораздо более редкими событиями, чем вспышки сверхновых, они способны вызывать массовое вымирание с больших расстояний. Например, воздействие на такую планету, как Земля, было бы катастрофическим. Некоторые исследования предполагают, что гамма-излучение, испускаемое в пределах 3300 световых лет от Земли, разрушит озоновый слой в атмосфере: без этой защиты планета будет подвергаться воздействию ультрафиолетового излучения Солнца, что точно может стать причиной вымирания почти всех форм жизни на поверхности.

Млечный Путь хранит в себе множество тайн.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!

По этим причинам несколько исследований предположили, что первое из пяти массовых вымираний, которые затронули Землю, были вызвано гамма-всплесками. Что касается «недавнего» прошлого, то исследование показывает, что за последние 500 миллионов лет Млечный Путь стал намного безопаснее, чем в более ранние эпохи, причем периферийные области были более стерилизованы смертоносными гамма-всплесками, а центральные, в пределах 6500 световых лет от центра галактики, в основном подвергались воздействию сверхновых. Так что самое худшее, кажется, позади.

C момента своего рождения наша Вселенная расширяется со все возрастающей скоростью.

Немногим больше ста лет назад никто на нашей планете не знал, что Вселенная расширяется. Но несмотря на все беды и несчастья, которые ХХ век принес человечеству, именно это столетие ознаменовано научно-техническим прогрессом. За невероятно короткий отрезок времени мы узнали о мире и Вселенной больше, чем когда-либо. Идею о том, что наша Вселенная расширяется на протяжении последних 13,8 миллиардов лет впервые предложил бельгийский физик Жорж Леметр в 1927 году. Два года спустя американскому астроному Эдвину Хабблу удалось подтвердить эту гипотезу. Он установил, что каждая галактика удаляется от нас и чем она дальше, тем быстрее это происходит. Сегодня существует множество способов, с помощью которых ученые могут понять, как быстро наша Вселенная увеличивается в размерах. Вот только цифры, которые исследователи получают в процессе измерения, каждый раз получаются разными. Но почему?

Самая большая загадка Вселенной

Как мы знаем сегодня, существует тесная связь между расстоянием до галактики и тем, как быстро она удаляется. Так, скажем, галактика на расстоянии 1 мегапарсек от нашей планеты (один мегапарсек приблизительно равен 3,3 млн световых лет) удаляется со скоростью 70 километров в секунду. А та галактика, что находится несколько дальше, на расстоянии двух мегапарсек, движется в два раза быстрее (140 км/сек).

Интересно и то, что сегодня существует два основных подхода для определения возраста Вселенной или, по-научному, Постоянную Хаббла. Разница между этими двумя группами заключается в том, что один набор методов рассматривает относительно близкие объекты во Вселенной, а другой очень отдаленные. Однако каким бы способом не воспользовались ученые, результаты каждый раз получаются разные. Выходит, либо мы делаем что-то не так, либо где-то далеко во Вселенной происходит нечто абсолютно неведомое.

Исходя из того, что быстрее всего от Земли отдаляются самые далекие галактики, ученые сделали вывод о том, что когда-то все галактики находились в одной точке по времени это событие совпадает только с Большым взрывом.

В исследовании, недавно опубликованном на сервере препринтов airxiv.org, астрономы, изучая близлежащие галактики, использовали умный метод измерения расширения Вселенной под названием флуктуации поверхностной яркости (surface brightness fluctuations). Это причудливое название, но оно включает в себя идею, которая на самом деле интуитивно понятна.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!

Представьте, что вы стоите на опушке леса, прямо перед деревом. Из-за того, что вы стоите очень близко, вы видите только одно дерево в своем поле зрения. Но стоит отойти немного назад, как вы увидите больше деревьев. И чем дальше вы будете отходить, тем больше деревьев возникнет у вас перед глазами. Примерно то же самое происходит с галактиками, которые ученые наблюдают с помощью телескопов, но гораздо сложнее.

Как узнать скорость расширения Вселенной?

Чтобы получить хорошие статистические данные, астрономы наблюдают за галактиками, расположенными довольно близко к Земле, примерно на расстоянии 300 миллионов световых лет и ближе. Однако наблюдая за галактиками, необходимо учитывать пыль, фоновые галактики и звездные скопления, которые видно на полученных с помощью телескопа изображениях.

Это интересно: Как NASA будут искать темную энергию?

Вселенная, однако, хитра. Начиная с 1990-х годов астрономы увидели, что очень далекие взрывающиеся звезды всегда были расположены дальше, чем показывали простые измерения. Это привело их к мысли, что сейчас Вселенная расширяется быстрее, чем раньше, что, в свою очередь, привело к открытию темной энергии таинственной силы, ускоряющей Вселенское расширение.

На сегодняшний день время Большого взрыва, породившего Вселенную, ученые оценивают с помощью компьютерного моделирования.

Как пишут авторы научной работы, когда мы смотрим на очень далекие объекты, мы видим их такими, какими они были в прошлом, когда Вселенная была моложе. Если скорость расширения Вселенной тогда была иной (скажем, 12-13, 8 миллиарда лет назад), чем сейчас (менее миллиарда лет назад), мы можем получить два разных значения для Постоянной Хаббла. Или, быть может, разные части Вселенной расширяются с разной скоростью?

Читайте также: Что ученым известно о возрасте и расширении Вселенной?

Но если скорость расширения изменилась, значит возраст нашей Вселенной совсем не такой, как мы думаем (ученые используют скорость расширения Вселенной, чтобы проследить ее возраст). Это, в свою очередь, означает, что у Вселенной другой размер, а значит время, необходимое для того, чтобы что-то произошло, тоже будет другим.

Если следовать этой цепочке рассуждений, то в конечном итоге окажется, что физические процессы, происходившие в ранней Вселенной, происходили в разное время. Еще, возможно, были задействованы другие процессы, влияющие на скорость расширения. В общем выходит какой-то бардак. «Из чего следует, что либо мы недостаточно хорошо понимаем, как ведет себя Вселенная, либо неправильно ее измеряем», отмечают авторы исследования.

В любом случае Постоянная Хаббла является предметом горячих споров в астрономическом сообществе. Новое исследование, однако, добавило еще больше вопросов, так что борьба с неопределенностью будет долгой. Когда-нибудь, конечно, наше понимание космоса изменится. Но когда это произойдет, космологам придется искать что-то еще, о чем можно будет спорить. Что они обязательно сделают.

По мнению ученых сверхмассивная черная дыра в центре галактики J0437+2456 ведет себя странно.

Иногда на просторах Вселенной астрономы наблюдают блуждающие объекты, например планеты. Масса некоторых из них такая же как у Земли, но они путешествуют по космическим просторам сами по себе. В целом исследователи считают, что в галактической системе находится миллион туманностей, и именно в них формируются эти одинокие тела. Но странно вести себя на космических просторах могут не только планеты. Недавно, изучая галактику под названием J0437+2456, астрономы обнаружили в ее центре беспокойную черную дыру. Объект, примерно в 3 миллиона раз массивнее Солнца, расположен на расстоянии 230 миллионов световых лет от Земли и движется со скоростью около 50 километров в секунду. Это самый точный на сегодняшний день зафиксированный случай движения сверхмассивной черной дыры. Необходимо отметить, что ученые довольно давно предполагают, что сверхмассивные черные дыры могут «блуждать» в космосе, но поймать их на месте преступления было непросто.

Блуждающие космические тела

Когда мы думаем о планетах, то представляем их вращающимися вокруг звезд, как это делают планеты нашей Солнечной системы. Но не всем из сотен миллиардов планет, населяющих Млечный Путь, посчастливилось вращаться вокруг родительской звезды: за последние 20 лет астрономы обнаружили в нашей галактике не менее двух десятков одиноких планет. Большинство из них огромные газовые шары, больше напоминающие Юпитер, чем наш дом. Исследователи полагают, что в одной только нашей галактике без солнц могут странствовать миллиарды планет. И все они ожидают открытия.

Но так как планеты-сироты существуют в вечной тьме и не излучают свет, они не подлежат непосредственному наблюдению. Ученые находят их благодаря способности этих небесных тел изменять свет от звезд, которые находятся гораздо дальше. Напомним, что отклонение электромагнитного излучения далекого объекта под действием гравитации другого массивного объекта называется гравитационным линзированием. Именно с его помощью открытие блуждающих планет стало возможным.

Еще больше увлекательных статей о последних открытиях в области астрономии и астрофизики читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте.

Гравитационное линзирование один из интереснейших космических эффектов. Его способны вызывать практически все крупные объекты во Вселенной.

Сегодня астрономы полагают, что из тысяч планет, обнаруженных за пределами нашей Солнечной системы, лишены Солнца и вращаются сами по себе (где-то между нами и центром Млечного Пути) всего около дюжины планет. Однако сказать с уверенностью, находятся ли обнаруженные объекты в движении, астрономы не могут. Но если блуждающие планеты обнаружить не так просто, то возможно ли найти на космических просторах «блуждающие» черные дыры?

Вам будет интересно: Черные дыры могут оказаться порталами для путешествий сквозь пространство и время

Странная черная дыра

Результаты исследования, недавно опубликованного в журнале The Astrophysical Journal, гласят, что девять из 10 объектов, находящихся в центре далеких галактик, неподвижны, однако один из них развил скорость порядка 177 000 км/ч. Отметим, что большинство черных дыр движутся в том же направлении с той же скоростью, что и их галактика-хозяин.

«Большинство сверхмассивных черных дыр обычно довольствуются тем, что просто сидят без дела. Но в галактике J0437+2456 это оказалось не просто. Подумайте, труднее ли привести в движение шар для боулинга, чем футбольный мяч, подразумевая при этом, что масса «шара для боулинга» в несколько миллионов раз больше массы нашего Солнца. Очевидно, для этого потребуется удар огромной силы,» пишет ведущий автор работы Доминик Пеше из Гарвардского и Смитсоновского института астрофизики в официальном пресс-релизе исследования.

Центр галактики J0437+2456 в представлении художника. В центре находится блуждающая сверхмассивная черная дыра.

Читайте также: Как умирают черные дыры?

Еще в 2018 году Пеше и его коллеги заметили, что сверхмассивная черная дыра в центре галактики J0437+2456, возможно, ведет себя немного странно. Свои наблюдения исследователи начали в уже не существующей обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико, а продолжили в обсерватории Джемини на Гавайях и в Чили. Результаты наблюдений показали, что сверхмассивная черная дыра в центре галактики демонстрирует «редкое и пугающее движение».

Астрономы зафиксировали, что центр галактики J0437+2456, которая находится на расстоянии 230 миллионов световых лет от нашей планеты, движется со скоростью почти в 50 км/с или 177 000 км/ч. Тем не менее причина, по которой черная дыра имеют такую высокую скорость движения пока не известна.

Интересно, что астрономы специально изучали черные дыры, содержащие воду в своих аккреционных дисках спиральных структурах, которые вращаются внутрь по направлению к черной дыре. Вода была необходимым условием, так как с ее помощью можно относительно легко измерить скорость черной дыры ее молекулы могут работать аналогично квантовому генератору (мазер), генерируя микро и радиоволны, зафиксировать которые можно с помощью телескопов.

Чего только не бывает на просторах Вселенной.

Полученные выводы были сделаны с помощью метода для исследования излучения черных дыр под названием интерферометрии очень длинной базовой линии (very long baseline interferometry/VLBI).

Одно из возможных объяснений странного поведения черной дыры заключается в том, что центр галактики J0437+2456 представляет собой недавно слившиеся две крупные черные дыры. Если все было именно так, то эти объекты еще какое-то время будут двигаться по инерции. Другим возможным объяснением необычного поведения также может быть пара сверхмассивных черных дыр в центре галактики, а не одна. Установить истинную причину помогут дальнейшие наблюдения. Так что будем ждать.

Таинственный объект Оумуамуа с необычными свойствами вторгся в нашу Солнечную систему в 2017 году.

Представьте, что недавно нашу Солнечную систему посетили инопланетяне. Визит этот был грамотно замаскирован и тщательно спланирован, так как мало кому придет в голову идея о том, что межзвездный астероид (как его определенно точно увидят земляне) это на самом деле инопланетный космический корабль. Но непоправимое все же случилось и известный ученый из уважаемого университета раскрыл «заговор» пришельцев, назвав вещи своими именами. Неплохо звучит, да? Не исключено (если верить теории Мультивселенной), что в одном из множества миров таинственный астероид Оумуамуа действительно оказался инопланетной технологией. Но в нашей Вселенной (пока что единственной из известных) этот космический странник, как недавно выяснили исследователи из Аризонского университета, скорее всего является обломком планеты, напоминающей Плутон, родом из другой солнечной системы. Так что истории о зеленых человечках предлагаем оставить фантастам (и сценаристам Netflix, конечно же).

Межзвездный странник

В 2017 году в нашу Солнечную систему ворвался странный объект, получивший название Оумуамуа, что в переводе с гавайского означает «посланник». Обнаружить его удалось с помощью астрономической обсерватории Pan-STARRS, расположенной на Гавайях. Объект был похож на комету, но с рядом странных особенностей, которые не поддавались классификации.

Недавно астрофизик из Аризонского университета Стивен Дэш и Алан Джексон из Школы изучения Земли и космоса, попытались объяснить странные особенности Оумуамуа и определили, что это, скорее всего, обломок планеты, похожей на Плутон, родом из другой солнечной системы. Полученные результаты опубликованы в двух статьях в журнале AGU Journal of Geophysical Research: Planets (статья 1, статья 2).

Читайте также: Загадочный пришелец Оумуамуа может оказаться космическом айсбергом

Из наблюдений за объектом Дэш и Джексон определили несколько характеристик, которые отличали Оумуамуа от кометы или астероида. Так, объект вошел в Солнечную систему с небольшой скоростью, что указывает на его длительное путешествие в межзвездном пространстве. Исследователи полагают, что оно длилось более миллиарда лет или около того. В целом Оумуамуа был очень похож на комету, но не похож ни на одну из тех, что когда-либо видели в Солнечной системе.

Если бы Оумуамуа был инопланетным кораблем, то выглядел бы примерно так.

Внимательно изучив как новые, так и уже имеющиеся данные, астрономы предположили, что этот таинственный объект состоит из различных льдов, и рассчитали, как быстро эти льды будут сублимироваться (переходя из твердого тела в газ), когда Оумуамуа пройдет мимо Солнца. Затем они рассчитали скорость удаления от Солнца, массу и форму объекта, а также отражательную способность льдов.

Дэш и Джексон обнаружили, в частности, твердый азот он обеспечивал точное совпадение всех характеристик объекта одновременно. А поскольку твердый азотный лед можно увидеть на поверхности Плутона, вполне возможно, что кометоподобный объект может быть сделан из того же материала. Все потому, что азотный лед не так сильно испаряется во время путешествия в межзвездном пространстве.

Ученые полагают, что Оумуамуа это объект пояса Койпера другой звезды, который состоит из азотного льда и был выброшен из своей молодой звездной системы в рукаве Персея примерно 500 миллионов лет назад.

Возможная история происхождения Оумумуа выглядит так: Происхождение в родительской системе около 0,4 миллиарда лет назад; эрозия космическими лучами во время путешествия в Солнечную систему; прохождение через Солнечную систему, включая самое близкое приближение объекта к Солнцу 9 сентября 2017 года и его открытие в октябре 2017 года.

Затем они вычислили скорость, с которой куски твердого азотного льда были бы сбиты с поверхности Плутона и подобных тел в начале формирования нашей Солнечной системы. И также рассчитали вероятность того, что куски твердого азотного льда из других солнечных систем достигнут нашей.

«Вероятно, он был сбит с поверхности ударом около полумиллиарда лет назад и выброшен из своей родительской системы», пишут исследователи. «То, что он сделан из замороженного азота, также объясняет его необычную сигарообразную форму. По мере того как внешние слои азотного льда испарялись, форма Оумуамуа становилась все более уплощенной.»

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Google News, чтобы не пропустить ничего интересного!

Почему Оумуамуа не корабль инопланетян?

Хотя кометоподобная природа Оумуамуа была быстро признана, неспособность немедленно объяснить ее в деталях привела к предположению о том, что Оумуамуа является частью инопланетной технологии, как в недавно опубликованной книге профессора Гарвардского университета Ави Леба под названием «Внеземные: первые признаки разумной жизни за пределами Земли». Подробнее об этой истории я рассказывала здесь.

Заявления Леба послужило причиной для публичной дискуссии о научном методе и ответственности ученых не делать поспешных выводов. «Все интересуются инопланетянами, и было неизбежно, что первый объект родом из другой солнечной системы натолкнет людей на мысли об инопланетянах. Но в науке важно не делать поспешных выводов. Потребовалось два или три года, чтобы найти естественное объяснение», пишут авторы исследования.

Межзвездный объект в нашей Солнечной системе.

Отметим, что на сегодняшний день нет никаких доказательств того, что Оумуамуа это инопланетная технология. Между тем, по мере обнаружения и изучения все большего числа подобных объектов, ученые расширят наше понимание того, на что похожи другие планетные системы и как они отличаются от нашей.

Новое исследование интересно тем, что теперь можно разумно идентифицировать Оумуамуа как «Экзоплутон». Дэш и Джексон надеются, что будущие телескопы о них мы тоже подготовили интересный материал смогут обнаружить еще больше уникальных межзвездных объектов.

Команда ученых предложила новый способ для разрешения кризиса в космологии с помощью гравитационных волн.

ХХ век подарил миру множество удивительных открытий: в 1916 году знаменитый на весь мир физик по имени Альберт Эйнштейн опубликовал общую теорию относительности (ОТО); затем, в 1927 году астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что галактики удаляются от Земли (и друг от друга) со все возрастающей скоростью; в последующие десятилетия такие выдающиеся умы как Нильс Бор, Макс Планк, Луи де Бройль, Вернер Гейзенберг и другие трудились над созданием квантовой теории. Сегодня их труд лежит в основе наших знаний о Вселенной мы знаем, что она родилась 13,8 миллиардов лет назад и с тех пор расширяется с ускорением. Вот только причина, по которой Вселенная становится все больше и больше, остается загадкой и ученые не могут прийти к единому мнению о том, почему. Это, во многом, связано с различными способами измерения постоянной Хаббла (фундаментального параметра, описывающего расширение Вселенной), которыепоказывают разные результаты. Но недавно ученые предложили новый способ, потенциально способный разрешить кризис космологии. О нем поговорим в этой статье.

Черные дыры и гравитационные волны

Зимой 2016 года ученые объявили об открытии гравитационных волн ряби в пространстве-времени, вызванной столкновением массивных черных дыр. Их существование впервые было предсказано теорий относительности Эйнштейна в 1916 году, а в 2017 отмечено Нобелевской премии по физике. По сути, гравитационные волны представляют бегущую деформацию абсолютной пустоты это изменения гравитационного поля, распространяющиеся подобно волнам. При прохождении гравитационной волны между двумя телами расстояние между ними изменяется.

Открытие гравитационных волн также подтверждает существование черных дыр массивных объектов, гравитационное притяжение которых настолько велико, что покинуть их не могут даже кванты самого света. Граница, что отделяет черную дыру от остального космоса, называется горизонтом событий. Его в 2019 году ученым удалось сфотографировать, подробнее об этом открытии читайте в материале моего коллеги Ильи Хеля.

Столкновение двух черных дыр причина возникновения гравитационных волн (в представлении художника).

Так как детектирование волн подтверждает смелые гипотезы о том, как устроена наша Вселенная, многие ученые назвали их открытие началом новой эры астрономии. Теперь же ученые считают, что с их помощью можно разрешить кризис современной космологии.

Интересуетесь физикой, астрономией и космосом? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram чтобы не пропустить самые интересные новости из мира науки и высоких технологий!

Новый подходя измерения постоянной Хаббла

В 1929 году, спустя два года после своего открытия, Эдвин Хаббл рассчитал скорость, с которой наша Вселенная расширяется постоянную Хаббла. Вот только в последующие годы каждый новый способ ее измерения показывал новые, не согласующиеся друг с другом результаты. Интересно, что сегодня существуют два основных способа ее измерения, с той лишь разницей, что что один набор методов рассматривает относительно близкие объекты во Вселенной, а другой очень отдаленные. Но каким бы методом ученые не воспользовались, результаты получаются разные.

Несоответствие постоянной Хаббла спровоцировало кризис современной космологии и легло в основу споров между учеными: либо они делают что-то не так, либо где-то на просторах Вселенной происходит нечто неведомое.

Недавно команда исследователей из Университета Пенсильвании предложила использовать для разрешения постоянной Хаббла гравитационные волны. Дело в том, что когда массивные объекты, например черные дыры или нейтронные звезды (которые не видно с помощью оптических телескопов), сталкиваются друг с другом, они деформируют ткань пространства-времени, создавая гравитационные волны.

С 2015 года американская лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) и ее европейский аналог Virgo прослушивают космос на предмет подобных «аварий», которые звенят в их детекторах, словно колокольчики.

«Гравитационные волны могут дать вам другое представление о постоянной Хаббла», сказал в интервью Live Science Ссохраб Борханян, физик из Университета Пенсильвании.

В зависимости от расстояния от Земли столкновения черных дыр будут звучать громче или тише для LIGO, что позволит ученым вычислить, как далеко находятся эти объекты. В некоторых случаях столкновение космических монстров также приводит к вспышке света, которую астрономы могут уловить с помощью телескопов.

До сих пор исследователи наблюдали только одно такое событие с гравитационными волнами и одно со световыми сигналами пару нейтронных звезд, которые астрономы наблюдали в 2017 году. Исходя из полученных данных, физики вычислили значение постоянной Хаббла. Предыдущие исследования показали, что космологам нужно было бы наблюдать около 50 подобных событий, чтобы получить более точный расчет постоянной Хаббла.

Читайте также: Физики переосмысли строение Вселенной. Темная энергия больше не нужна?

Но эти космические аварии происходят не так часто и к тому же не связаны со вспышками света, которые содержат важнейшую информацию о скорости. Эти события, невидимые за исключением гравитационных волн, являются наиболее распространенными сигналами, получаемыми LIGO и другими гравитационно-волновыми установками.

Выход из кризиса

В течение следующих пяти лет детекторы LIGO, как ожидается, получат обновления, которые позволят им распаковать гораздо больше деталей сигналов гравитационных волн и уловить гораздо больше событий, включая больше столкновений черных дыр. К американским и европейским установкам недавно присоединился детектор гравитационных волн Kamioka (KAGRA) в Японии, а индийский детектор должен появиться в сети примерно в 2024 году.

Рябь в пространстве-времени, вызванная столкновением массивных объектов.

По мнению авторов нового исследования, опубликованного в журнале Bulletin of the American Physical Society, в будущем детекторы смогут определять где в космосе произошло столкновение в 400 раз лучше, чем сегодня. С помощью этой информации астрономы надеются идентифицировать точное местоположение галактики, где произошло столкновение, а затем определить, насколько быстро эта галактика удаляется от Земли. Также не будет необходимости искать соответствующую вспышку света.

Еще больше по теме: Можно ли разгадать тайну расширения Вселенной?

В своей работе ученые показали, что столкновения между массивными объектами будут особенно насыщены информацией, производя данные, с помощью которых можно вычислить постоянную Хаббла с высокой точностью. Полученные результаты также предполагают, что в будущем гравитационные детекторы будут лучше и точнее улавливать поступающие сигналы. И все же, возможность того, что другие измерения помогут разрешить кризис постоянной Хаббла раньше, исключать не стоит.

Астрономы Университета штата Огайо обнаружили самую близкую к Земле черную дыру. Ее назвали Единорогом отчасти из-за миниатюрных размеров.

Насколько маленькой может быть черная дыра? На протяжении нескольких десятилетий астрономы пытались ответить на этот вопрос, подсчитывая космических монстров в нашем уголке Вселенной. Прошедшие годы оказались богаты на научные открытия исследователям удалось обнаружить множество черных дыр разных размеров, включая сверхмассивного монстра в самом сердце Млечного Пути. Интересно, что до недавнего времени астрономы не наблюдали никаких признаков существования маленьких черных дыр. Это давняя загадка в астрофизике. Теперь же ученым удалось обнаружить черную дыру, масса которой всего в три раза превышает массу нашего Солнца, что делает ее одной из самых маленьких черных дыр, обнаруженных на сегодняшний день. Но самое примечательное, пожалуй, заключается в том, что новая черная дыра, получившая неофициальное название «Единорог», также является ближайшим к нашей планете подобным объектом. Согласно полученным в ходе работы данным, «Единорог» расположилась всего в 1500 световых годах от Земли.

В поисках невидимого

Поскольку никакой свет не может вырваться из черной дыры, обнаружить эти объекты можно только косвенными способами. Так, большинство известных черных дыр были обнаружены в результате поиска рентгеновских лучей, испускаемых, когда невидимый объект отрывает материал от орбитальной звезды-компаньона когда этот материал нагревается в плотном кольце вокруг черной дыры (аккреционный диск), он испускает излучение, которое можно обнаружить с помощью рентгеновских телескопов. Единорога, однако, нашли другим способом.

Исследователи из Университета штата Огайо целенаправленно искали звезды, обращающиеся вокруг чего-то невидимого и массивного. Их внимание в конечном итоге привлекла звезда 2MASS J05215658+4359220 из класса красных гигантов в созвездии Возничего. Авторы исследования, опубликованного в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, использовали данные ряда обсерваторий для измерения периодических изменений яркости и спектра света, исходящего от красного гиганта под сокращенным названием V723 Mon. Интересно, что эти типы наблюдений использовались в течение нескольких десятилетий для поиска экзопланет, обнаружить которые чрезвычайно трудно.

Это интересно: Как умирают черные дыры?

Внимательно изучая красного гиганта, ученые пришли к выводу, что его притягивает невидимый объект-компаньон, искажая звезду в форме капли дождя. Как можно догадаться, компаньоном оказался «единорог», массу которого исследователи оценили примерно в 3,3 солнечной. Следует также отметить, что полученные данные дают совокупную массу обоих объектов, и если звезда тяжелее, чем оценка команды, вполне возможно, что невидимый объект является нейтронной звездой. Но авторы научной работы считают, что спутник, скорее всего, представляет собой небольшую черную дыру.

Так выглядит черная дыра в анимации NASA.

Хотя единорог меняет форму красного гиганта, он не стягивает с него материал. Это означает, что у него нет аккреционного диска и, следовательно, нет рентгеновских лучей, поэтому он до сих пор оставался незамеченным. Отсутствие рентгеновского излучения в таких «тихих» черных дырах может объяснить их отсутствие на карте Вселенной.

Интересно, что до открытия единорога было выдвинуто несколько других кандидатов на черные дыры небольшого размера. Как пишет National Geographics, в 2019 году та же команда объявила, что обнаружила темный объект, вращающийся вокруг гигантской звезды, однако оценки массы объекта были менее точными, и они смогли только сделать вывод, что это была «либо черная дыра, либо неожиданно массивная нейтронная звезда».

В прошлом году другая группа астрономов обнаружила то, что, по их мнению, было тройной системой, примерно в 1100 световых годах от Земли, содержащей черную дыру с массой около четырех солнечных масс, вращающуюся вокруг двух звезд. Если бы система действительно содержала черную дыру, она была бы самой близкой к Земле, но другие исследования поставили под сомнение это открытие.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram, чтобы не пропустить ничего интересного!

Коллапс в пространстве-времени

Астрономы надеются, что единорог и другие подобные объекты прольют свет на физику, которая управляет образованием как черных дыр, так и нейтронных звезд. Напомним, оба объекта образуются, когда звезда достигает конца своей жизни, исчерпывая запасы ядерного топлива. Но то, какая судьба ожидает любую отдельную звезду, зависит от ее массы.

Если звезда немного больше нашего Солнца, она взрывается в результате вспышки сверхновой. Остальная часть звезды сжимается гравитацией, образуя нейтронную звезду объект настолько плотный, что материал упакован вместе так же плотно, как атомное ядро. Но если объект намного тяжелее, то он разрушается под действием силы тяжести, создавая черную дыру.

Вам будет интересно: Черные дыры можно использовать в качестве источника бесконечной энергии

Несмотря на то, что звезда, возможно, прожила десять миллионов лет, этот финал разыгрывается с невероятной скоростью. «В промежутке от одной до пяти секунд звезда «решает», взорвется ли она как сверхновая и произведет нейтронную звезду, или она схлопнется и сформирует черную дыру», отмечают авторы нового исследования.

Вполне возможно, что Вселенную населяют маленькие черные дыры.

«Наше открытие подразумевает, что на просторах Вселенной существует много маленьких черных дыр, которые мы могли бы найти, если бы увеличили область поисков», сообщил Таринду Джаясингхе, астроном из Университета Огайо и ведущий автора исследования в ходе пресс-релиза.

Изучая единорога и другие подобные ему объекты, в будущем исследователи надеются получить более ясную картину того, что происходит со звездами в последние моменты их жизни. Более того, по мере поступления новых данных астрономы надеются узнать, указывает ли нехватка маленьких черных дыр на какойто новый аспект физики звезд или же небольшие черные дыры действительно разбросаны по всей галактике, а мы просто не можем их сосчитать.

Ученые, возможно, нашли черную дыру, которая может изменить наше понимание Вселенной.

Черные дыры, одни из самых таинственных объектов во Вселенной, бывают разных размеров. То, каким будет тот или иной космический монстр, зависит от массы звезды на последней ступени ее эволюции. Как показали результаты нового исследования, черная дыра средней массы является недостающим звеном между двумя другими видами черных дыр сверхмассивными, что скрываются в центрах галактик, и черными дырами, которые часто образуются при взрывах массивных звезд в виде сверхновых. Астрономы считают, что наблюдаемая Вселенная полна черных дыр среднего размера, вот только найти их совсем непросто. Но недавно астрономам улыбнулась удача и им удалось обнаружить так называемую «златовласку» долгожданный объект, который нельзя назвать ни сверхмассивной, ни обычной черной дырой. Масса обнаруженного объекта, как пишут авторы научной работы, находится на полпути между двумя другими видами черных дыр. Но почему исследователи утверждают, что «златовласка» способна изменить наше представление о Вселенной?

Массивные космические объекты

Черные дыры славятся тем, что пожирают все, что подходит слишком близко, включая кванты самого света. Те из них, что вращаются в центрах галактик, обладают просто невероятной массой одна из самых крупных из обнаруженных на сегодняшний день черных дыр имеет массу в 40 миллиардов Солнц, а ее диаметр превышает 200 миллиардов километров. Только представьте, с какой силой этот космический монстр поглощает все, что имеет неосторожность оказаться поблизости.

Интересно, что все обитатели космоса разные. Сверхновые, карлики, нейтронные, холодные одних только видов звезд в наблюдаемой Вселенной великое множество. Как, впрочем, и планет за пределами нашей Солнечной системы их на сегодняшний день обнаружено более 400. Многие из этих далеких миров являются газовыми гигантами, но есть и те, что как две капли воды похожи на Землю. Астероиды, кометы, галактики и черные дыры тоже бывают разными.

Черная дыра это область пространства-времени, гравитационная притяжение которой настолько велико, что вырваться из черной дыры не может ничего, даже свет.

По оценкам исследователей, всего в окрестностях галактики Млечный Путь черных дыр среднего размера насчитывается около 46 000. В новой статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy, ученые нашли доказательства существования одного из таких объектов. Отметим, что открытие промежуточной черной дыры может пролить свет на главный вопрос современной астрофизики: как образуются сверхмассивные черные дыры?

Еще больше увлекательных статей о том, как астрономы изучают черные дыры и что нового им удалось узнать об этих объектах, читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходит статьи, которых нет на сайте!

Промежуточные черные дыры

Промежуточными черными дырами ученые называют объекты, масса которых значительно больше, чем масса обычной черной дыры, но гораздо меньше, чем у сверхмассивной черной дыры. Предполагается, что этих объектов на просторах Вселенной значительно меньше, чем других видов черных дыр, но доказательств их существования до сих пор не было обнаружено, так как их нелегко наблюдать. Судите сами им не предшествует взрыв сверхновой, как это часто бывает с обычными черными дырами. Кроме того, они меньше и менее активны, чем сверхмассивные черные дыры, с меньшим гравитационным притяжением. Это означает, что чтобы действительно увидеть промежуточную черную дыру, необходимо искать эффекты, которые она может оказать на свое окружение.

Первые свидетельства о существовании «златовласки» пришли на Землю в виде света, искаженного Большим взрывом, когда Вселенная только-только зарождалась. В ходе работы ученые просмотрели информацию о тысячах вспышек, вызванных коллапсом или слиянием звезд, в надежде использовать одну из них, чтобы заглянуть в раннюю Вселенную.

Первая фотография тени черной дыры была получена в 2019 году.

Напомним, что посмотреть в далекое прошлое астрономы могут с помощью гравитационного линзирования одного из наиболее интереснейших космических эффектов, который способны вызывать практически все крупные объекты во Вселенной. Гравитационное линзирование наблюдают, когда такой объект принимает свет от взрывов и искажает его, как линза, создавая множество изображений, наблюдаемых в разное время.

Как выяснили астрофизики в ходе работы, один из обнаруженных всплесков, по-видимому, был подвержен гравитационному линзированию объектом, масса которого была в несколько десятков тысяч раз больше, чем масса нашего Солнца. Это говорит о том, что, скорее всего, линзирование было вызвано одной из черных дыр средней массы именно эти объекты ученые искали на протяжении многих лет.

«Недавно обнаруженная черная дыра может оказаться древней реликвией первобытной черной дырой, которая образовалась в ранней Вселенной до того, как сформировались первые звезды и галактики», отмечает соавтор исследования Эрик Трейн из Школы физики и астрономии Университета Монаша в интервью британской The Independent.

Во Вселенных множество объектов, которые нельзя увидеть с помощью телескопов, улавливающих видимый свет.

Читайте также: Астрономы обнаружили блуждающую черную дыру

Если обнаруженный астрофизиками объект действительно является промежуточной черной дырой, то уже в скором будущем ученые смогут оценить количество таких объектов в наблюдаемой Вселенной. Отмечу, что впервые физики предсказали существование промежуточных черных дыр больше тридцати лет назад.

Открытие также может объяснить таинственный рост сверхмассивных черных дыр, подобных той, что находится в центре нашей галактики.

«Хотя мы знаем, что эти сверхмассивные черные дыры скрываются в ядрах большинства, если не всех галактик, мы не понимаем, как эти чудовища могут вырасти настолько большими за все время, прошедшее с момента рождения Вселенной. Если бы мы знали, сколько их существует, это помогло бы получить лучшую информацию о том, как формируются и эволюционируют эти космические монстры с течением времени», — слова ведущего автора исследования, аспиранта Мельбурнского университета Джеймса Пейнтера приводит Space.com.

Необходимо также отметить, что помимо гравитационного линзирования существуют и другие способы обнаружения промежуточных кандидатов в черные дыры. Например, в 2020 году NASA сообщило о промежуточной черной дыре аналогичного размера (ее масса в 50 000 больше массы нашего Солнца), которая стала источником вспышки рентгеновского излучения после того, как звезда, которая подошла к ней слишком близко, была разорвана на части.

Вам будет интересно: Как астрономы слушают космос?

А в 2019 году астрономы обнаружили сигнал гравитационной волны (GW190521) от слияния двух черных дыр. Слияние привело к образованию более массивной черной дыры, которая с ее 142 солнечными массами также считается промежуточной.

Мультивселенная состоит из множества отдельных и отличных друг от друга вселенных

Что такое мультивселенная? Является ли она научной фантастикой или научным фактом? И если так, то сколько альтернативных вселенных может существовать? Ответы на эти вопросы мы вряд ли когда-нибудь узнаем: наша способность к познанию, увы, ограничена. Но если верить результатам опыта Юнга, то такие элементарные частицы как фотоны могут находиться в двух местах одновременно. Но лишь при условии, что за ними кто-то наблюдает. К тому же, физикам удалось доказать, что свет может быть и волной и частицей одновременной, что по-научному называется корпускулярно-волновым дуализмом. Подобные противоречия и аномалии квантовой механики лежат в основе как развития науки, так и научной фантастики, будь та в прозе или на экране. Так, герои кинокомиксов Марвел, как и герои мультсериала «Рик и Морти, то и дело путешествуют между мирами. Согласитесь, сама идея о существовании других версий себя захватывает дух, а такие именитые ученые как Андрей Линде, Митио Каку и Стивен Хокинг всерьез рассматривают существование Мультиверса.

Удивительно, но многие из лучших научных моделей рождения нашей Вселенной на самом деле зависят от существования множества миров. Эти другие вселенные могут быть как практически идентичными нашей, так и невообразимо отличаться друг от друга, например, из-за других законов физики. Но даже если доказать существование мультивселенных нельзя, сама идея открывает множество интересных и даже ошеломляющих возможностей.

В недрах каждой коллапсирующий черной дыры могут таиться семена новой расширяющейся Вселенной, сэр Мартин Рис, главный королевский астроном Великобритании.

Тайны мультивселенной

Перед тем как погружаться в теорию Мультиверса, напомним, что любые разговоры и научные исследования в этой области имеют гипотетический характер, а многие физики отказываются всерьез рассматривать существование параллельных миров. Так, еще во времена Эйнштейна тема мультивселенной считалась весьма эксцентричной, а заниматься ей могли некогда продуктивные физики, достигшие преклонного возраста и готовые отойти от серьезных дел. Что же до самого Эйнштейна, то после 1935 года он занимался преимущественно общей теорией относительности (ОТО), электромагнетизмом и поиском единой теории всего.

Черные дыры, по мнению Стивена Хокинга, могут являться вратами в параллельные Вселенные

Причина интереса знаменитого физика проста ОТО великолепна. Но в то же самое время подобна троянскому коню. Всего несколько простых допущений описывают основные характеристики космоса, включая Большой взрыв. Даже теорию инфляции можно подогнать к решению, вписав подобранную космологическую константу в уравнения ранней Вселенной. Эти уравнения, помимо прочего, дают нам убедительную теорию возникновения и смерти Вселенной. Но стоит заглянуть внутрь троянского коня, как мы обнаружим черные дыры, пространственно-временные туннели (червоточины) и даже машины времени. Все это находится за пределами здравого смысла и Эйнштейн отрицал саму возможность их существования и обнаружения.

Черные дыры могут стать проходами в какое угодно время. Если бы нам пришлось прыгнуть в черную дыру, то предполагается, что мы бы появились в другой части Вселенной и в другой временной эпохе… Черные дыры могут быть вратами в Страны чудес. Но есть ли там Алисы и белые кролики? Карл Саган.

Но, как мы знаем сегодня, черные дыры действительно существуют. Недавно мы рассказывали об ошеломительном открытии снимке тени черной дыры в самом сердце нашей Галактики. Ранее в 2019 году весь мир в восхищении рассматривал изображение черной дыры в центре Messier 87 сверхгигантской эллиптической галактике, крупнейшей в созвездии Девы.

Черные дыры это ворота в параллельную Вселенную

Но и это еще не все: в 2017 году международная команда ученых доказала существование гравитационных волн, источником которых было столкновение двух сверхмассивный черных дыр на расстоянии около 1,3 миллиарда световых лет от Земли. Все эти открытия, одно за другим вновь подтвердили постулаты ОТО. К тому же, отклонения и аномалии в расчетах являются неотъемлемой частью теории, которая действительно подразумевает возможность существования Мультиверса. Эти миры могут соединяться между собой пространственно-временными туннелями.

Подробнее о том что такое гравитационные волны, а также когда и как их открыли рассказывал мой коллега Артем Сутягин, к прочтению обязательно.

Доказательства существования Мультивселенной

Так как мы с вами жители XXI века, то знаем об устройстве Вселенной намного больше, чем физики прошлого столетия. Планеты, звезды и галактики, известные на сегодняшний день, охватывают 93 миллиарда световых лет. Современные телескопы, как наземные так и космические, позволили увидеть то, что Эйнштейн и его коллеги считали едва возможным. Более того, развитие квантовой механики, которая с невероятной точностью описывает взаимодействие элементарных частиц, показало, что мультивселенная не такая уж и выдумка, а альтернативные миры могут находиться рядом с нашим, но остаются незамеченными. Даже теория инфляции утверждает, что Вселенная претерпела невероятное сверхсветовое расширение в момент своего рождения, а ее постулаты предполагают наличие мультивселенной. Шарм в эту удивительную историю также вносит весьма спорная теория струн.

Наблюдаемая Вселенная в одном изображении

К тому же на протяжении многих лет исследователи предполагали, что альтернативные версии нас самих существуют внутри Мультивселенной. Вот только «другие» мы можем жить в совершенно иной физической реальности, поскольку законы природы не обязательно одинаковы для каждой вселенной. По этой причине шведско-американский космолога и астрофизик Макс Тегмарк из Массачусетского технологического института предложил рассмотреть четыре вида параллельных вселенных.

Интересный факт
Космология охватывает всю вселенную от рождения до смерти с тайнами и интригами на каждом шагу. Некоторые физики считают, что могут существовать разные частицы, разные силы, даже разное количество измерений пространства по сравнению с тем, что мы видим вокруг нас.

Итак, допустим наша Вселенная столкнулась с другой и мы намеренны это доказать. Одним из возможных способов являются следы, которые другие вселенные могли оставить в виде завитков в реликтовом излучении тепловым излучением, которое осталось после Большого взрыва. Еще одним способом могут выступать гравитационные волны так называемая рябь в пространстве-времени, которая появилась вскоре после рождения Вселенной.

Гравитационные волны также могут предоставить доказательства в поддержку теории космической инфляции, которая предсказывает, что гравитационные волны, оставшиеся после Большого взрыва, могут привести к появлению крошечных завитков в реликтовом излучении, полагают некоторые физики.

Кадр из весьма странного и безумного фильма «Все везде и сразу». Рекомендую к просмотру

По Тегмарку, который написал на эту тему статью в журнале Scientific American review много лет назад, существует четыре уровня мультивселенной. В работе автор рассматривает теории, включающие параллельные вселенные, которые образуют естественную четырехуровневую иерархию Мультиверса, допускающую все большее разнообразие. Прямо как в фильме «Все везде и сразу,» где в одном из миров у людей вместо пальцев были огромные сосиски.

Ну а чтобы понять, почему некоторые физики считают, что мы живем в Мультивселенной, читайте эту статью. В ней астрофизик Андрей Линде объясняет, какие физические законы свидетельствуют о реальности множества миров.

Четыре вида Мультивселенных

Предположив существование бесконечных вселенных, космолог разделил Мультиверс на четыре вида. Первый предполагает существование бесконечной вселенной, в которой происходят все возможные варианты событий, включающие копию нашей Земли. На втором уровне основные законы физики действуют так же, как в нашей вселенной, а вот фундаментальные константы отличны: например, может существовать четыре пространственных измерения, а не три. Третий уровень представляет собой множество самых разных миров и является самым популярным представлением мультивселенной.

Некоторые физики полагают, что обнаружение черных дыр может указать на существование мультивселенной

При этом каждый выбор человека способен привести к расколу во вселенной, который затем приведет нас к бесконечным параллельным реальностям. И, наконец, четвертый уровень демонстрирует мультивселенную, в которой действуют совсем другие законы физики. В статье Тегмарк описывает четыре вида мультивселенных так:

• Уровень I: Общее предсказание космологической инфляции это бесконечная вселенная с постоянной Хаббла, реализующей все начальные условия, включая идентичную копию вас на расстоянии около 101029 метров.
• Уровень II: Во многих моделях инфляция может привести к появлению нескольких мультивселенных уровня I, которые имеют разные физические константы, размеры и содержание частиц.
• Уровень III: В унитарной квантовой механике другие ветви волновой функции не добавляют ничего качественно нового. Иронично, но именно эти квантовые параллельные вселенные исторически были самыми противоречивыми.
• Уровень IV: В основе различных фундаментальных уравнений в физике лежат другие математические структуры.

Автор теории также отмечает, что общей чертой всех четырех видов мультивселенных является самая простая и элегантная теория, которая по умолчанию учитывает существование параллельных миров. И несмотря на многочисленные аномалии и собранные воедино теории и гипотезы, сам факт размышлений о мультивселенной дарит нам прекрасную возможность задуматься о природе науки и нашем существовании. И если ученые в какой-то момент смогут обнаружить характерные завитки в реликтовом излучении или же уловить рябь пространства-времени, возникшей после Большого взрыва, наше представление о мире, космосе и Вселенной придется серьезно пересмотреть.

Доктор Стрэндж в Мультивселенной безумия. Вы уже посмотрели?

К сожалению (или к счастью, кто его знает), сегодня не существует никаких доказательств существования Мультиверса. Так что мы с вами можем довольствоваться произведениями писателей-фантастов и фильмами, в которых герои открывают для себя бесконечную вереницу миров. Главное не забывать о научной составляющей мультивселенной, так как на самом базовом уровне наш мир является математической структурой, в которой может присутствовать мыслящий наблюдатель то есть вы. Полностью ознакомиться с текстом можно здесь.

Идея об объективном существовании математических форм, лежащая в основе концепции Мультиверса 4-го уровня, относится не столько к области философии, сколько к обычной науке, поскольку она фальсифицируема и приводит к проверяемым предсказаниям. Независимо от способа вычисления числа Пи результат будет один и тот же, потому что он существует до любых вычислений и независимо от них. Это проверяемое предсказание. А где начинаются такие предсказания там кончается философия и начинается нормальная наука, полагает Александр Панов, доктор физико-математических наук и ведущий научный сотрудник НИИ ядерной физики им. Скобельцына (НИИЯФ) МГУ

Хотите всегда быть в курсе новостей из мира популярной науки и технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram, так вы точно не пропустите ничего интересного!

Автор четырех видов Мультиверса Макс Тегмарк

Но есть кое-что новенькое. Как показали результаты недавнего исследования, опубликованного в журнале Physical Review Letters, невидимый «зеркальный мир» элементарных частиц может взаимодействовать с нашим только через гравитацию и может оказаться ключом к решению главной загадки современной космологии проблемы постоянной Хаббла, которая определяет скорость расширения Вселенной на сегодняшний день. Можно даже сказать, что ученые в полной мере не понимают, что именно сегодня происходит с нашей Вселенной.

В конечном итоге авторы научной работы пришли к интересному выводу: возможно существует зеркальная вселенная, очень похожая на нашу, но невидимая для нас, за исключением ее гравитационного воздействия на наш мир. Наука удивительна, согласитесь. Что же до постоянной Хаббла, то узнать больше о главной загадке современной космологии можно здесь.

Исследователи полагают, что за расширение Вселенной ответственна таинственная темная энергия (обнаружить которую пока не удалось)

Несмотря на то, что человечество сумело описать физические законы, управляющие Вселенной, понять и в полной мере осознать их мы не в силах. Большой взрыв, произошедший около 13,8 миллиардов лет назад, положил начало всему что мы знаем. Но если у Вселенной было начало, будет ли у нее конец? Примерно через пять миллиардов лет Солнце погибнет, захватив с собой нашу планету. Примерно в это же время (плюс минус миллиард лет) Млечный Путь столкнется со своим ближайшим соседом галактикой Андромеды. Но что дальше? Прошло немало лет с тех пор, как ученые выдвинули предположение о расширении Вселенной: чем дальше от нас находятся другие галактики, тем быстрее они, по-видимому, удаляются от нас. Этот процесс длится около шести миллиардов лет и происходит не потому, что галактики физически удаляются от Земли, а скорее потому, что Вселенная полна гравитационно связанных объектов. Со временем эти галактики станут полностью недостижимыми для наблюдений, даже если мы будем двигаться к ним со скоростью света.

Если проследить за Вселенной с момента ее рождения, то продвигаясь вперед во времени, мы придем к единому, последовательному выводу наша Вселенная существует уже 13,8 млрд лет и на 68% состоит из темной энергии. 27% приходятся на темную материю и 4,9% на обычную материю.

Наблюдения за Вселенной

В конце 1920-х годов американский астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что Вселенная расширяется. К такому выводу он пришел, наблюдая за галактиками и измеряя расстояние до ближайших к нам. Спустя 70 лет ученые пришли к выводу, что Вселенная не просто расширяется отдаленные галактики удаляются от нас на большие расстояния со все возрастающей скоростью. Так, в пределах наблюдаемой Вселенной насчитывается около 2 триллионов галактик. 97% из них находятся за пределами нашей досягаемости. Но есть кое-что интересное с течением времени нашему взору будут открываться новые, ранее не виданные галактики.

Согласно Общей теории относительности (ОТО), наша Вселенная не может оставаться статичной. Причина проста: Вселенная заполнена равным количеством материи и энергии повсюду и во всех направлениях и зависит от трех факторов: начальной скорости расширения, количества всего вещества и энергии, а также соотношения различных типов энергии (материи, темной материи, нейтрино, излучения, темной энергии и проч). Все эти условия, учтенные в расчетах, показывают как прошлое, так и будущее Вселенной.

Благодаря темной энергии далекие галактики уже ускоряются в своей кажущейся скорости удаления от нас.

Млечный Путь представляет собой потрясающее, внушающее благоговейный трепет зрелище для любого человека и предлагает захватывающий вид на огромное количество звезд в нашей галактике. Однако за ее пределами находятся триллионы других галактик и почти все они удаляются от нас.

За последние несколько десятилетий астрономы смогли определить, как выглядит Вселенная во внегалактических масштабах. То, как галактики собираются в группы, скопления и нити, позволило исследователям понять крупномасштабную структуру Вселенной. А учитывая наблюдения за реликтовым излучением (космическое микроволновое фоновое излучение), мы наблюдаем убедительную картину того, как Вселенная стала такой, какой мы ее знаем.

Гравитация и расширение Вселенной

Продолжающееся ускорение гарантирует, что каждая галактика, не связанная гравитационно с нашей собственной, в конечном итоге будет удаляться и станет не только недосягаемой, но и недоступной для наблюдения после определенного момента времени. Но стоит свету покинуть отдаленный космический источник, расширяющаяся Вселенная растягивает длину волны этого света.

Красное смещение явление, связанное с удалением от нас наблюдаемых объектов из-за расширения Вселенной. Удаляясь, свет краснеет, а при приближении сдвигается в фиолетовую сторону.

Красное смещение в спектрах галактик объясняется эффектом Доплера, который научно обосновывает идею расширяющейся Вселенной.

Но что бы мы увидели, если бы посмотрели на галактику, свет которой еще не достиг наших глаз? Самый удаленный объект, доступный для наблюдений, находится на расстоянии 46 миллиардов световых лет от Земли. При этом любой объект, что расположился в пределах 61 млрд световых лет, когда-нибудь станет наблюдаемым свет от этих объектов уже направляется к нам. И несмотря на то, что Вселенная расширяется, этот свет когда-нибудь достигнет Земли.

Необходимо также учесть, что скорость света конечна: чем больше времени требуется фотонам, чтобы добраться от далекой галактики до Земли, тем большую роль играет расширение Вселенной. Подробнее о том, какие тайны скрывает темная энергия, мы рассказывали здесь, не пропустите.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram так вы точно не пропустите ничего интересного!

Будущее Вселенной

Согласно новой модели Вселенной, ее наблюдаемое расширение может остановиться через 100 миллионов лет. Когда это произойдет, конец Вселенной ознаменует так называемое Большое сжатие один из возможных сценариев будущего Вселенной, в котором расширение со временем меняется на сжатие. Это приведет к тому, что Вселенная коллапсирует в сингулярность точку, из которой она родилась почти 14 млрд лет назад.

Когда мы глядим на Вселенную, то чем дальше смотрим, тем в более глубокое прошлое заглядываем.

Измеряя источники света на множестве расстояний, обнаруживая их красное смещение, а затем измеряя их реальный размер по сравнению с видимым, астрономы восстанавливают всю историю расширения Вселенной. Но поскольку оно определяется различными типами материи и энергии, присутствующих в ней, ученым придется досконально изучить все ее содержимое. А это, как известно, непростая задача.

Как только это произойдет, астрофизики смогут применить полученные данные к законам гравитации согласно ОТО. Это означает, что все галактики, не связанные с нами гравитационно, в конечном итоге исчезнут из нашего поля зрения, удаляясь со все возрастающей скоростью из-за постоянного расширения пространства. В результате космос, наблюдаемый с помощью телескопов, будет выглядеть намного меньше, чем сегодня.

Не пропустите: Физики переосмысли строение Вселенной. Темная энергия больше не нужна?

Так как через несколько сотен миллиардов или, возможно, триллионов лет все галактики, кроме локальной группы, окажутся далеко и навсегда исчезнут из виду. По словам астрофизика и популяризатора науки Лоуренса Краусса, пространство будет расширяться быстрее скорости света.

Тайны темной энергии

Важнейшим звеном космологической загадки является темная энергия, без которой наблюдаемая Вселенная не имеет смысла. Грубо говоря, темная энергия это растущая тенденция пустого пространства, которая самопроизвольно создает еще больше пустого пространства, тем самым отдаляя все, что не связано гравитацией.

Когда-нибудь наша Вселенная исчезнет. К счастью, произойдет это не скоро, так что волноваться не стоит

Так, к 3 000 000 000 000 году астрономы смогут наблюдать только гравитационно связанную «локальную группу» галактик: Млечный Путь и Андромеду, Большое и Малое Магеллановы Облака и несколько других крошечных галактик, отмечает астрофизик и популяризатор науки Лоуренс Краусс.

По словам Краусса, наблюдаемая Вселенная будет казаться не расширяющейся и не сжимающейся, а относительно маленькой и статичной. Более того, в ранней вселенной могло произойти некое событие, которое невозможно обнаружить. К тому же сама темная энергия в будущем может измениться, а значит расширение Вселенной, вероятно, замедлится.

Сегодня физики все чаще отходят от идеализированных сценариев и обращаются к сложной реальности.

Человечество можно назвать амбициозным видом. Мы живем на маленькой планете, вращающейся вокруг обыкновенной звезды и все же стремимся разгадать все тайны Вселенной. Возьмем, к примеру, темную материю. Считается, что она составляет большую часть материи в галактиках, однако наблюдать ее невозможно эта таинственная субстанция не взаимодействует с электромагнитным излучением. Мы знаем о ее предполагаемом существовании благодаря гравитационному эффекту, который она оказывает на наблюдаемые нами объекты. Сегодня и темная материя и темная энергия являются основными столпами ведущей космологической модели. Недавно в журнале Astronomy and Astrophysics вышло исследование, в котором перечислены доказательства существования темной материи в самых первых галактиках во Вселенной. Но если ученые ошибаются и никакой темной материи/энергии на самом деле не существует, наши представления об устройстве мироздания придется пересмотреть. А это, согласитесь, серьезно.

Поиски невидимой материи

В 1970-х астрономы Вера Рубин и Кент Форд представили новую теорию, способную объяснить наблюдаемое поведение звезд, планет и галактик. Они предположили, что некая невидимая субстанция оказывает сильное гравитационное воздействие на видимые небесные тела. По мнению Рубин и Форда эта «темная материя» удерживает космические объекты вместе, как будто склеивая их.

Исследователи также пытались понять почему небесные тела, расположенные за пределами центра галактики, вращаются с той же скоростью что и объекты рядом с ним. Такое положение вещей противоречит закону Ньютона, согласно которому звезды и газ должны замедляться по мере удаления от галактического центра, однако наблюдения показывают, что это не так, а объяснить происходящее может наличие таинственной материи.

Возможно темная материя не существует

Теория Форда и Рубин, однако, не получила всеобщего признания, а многие исследователи по-прежнему уверены, что темной материи не существует. С ними готовы поспорить ученые из NASA как показали результаты нового исследования, существует ряд факторов, подтверждающих выводы 1970-х годов.

Больше по теме: Может ли темная материя формироваться из обычной материи?

Темная материя внутри галактик

Наличие невидимой субстанции, «склеивающей» звезды и планеты, меняет наше понимание Вселенной. Дело в том, что наблюдаемая материя в галактиках составляет всего 20% исследователи называют эту материю барионной (это означает, что она состоит из таких субатомных частиц как протоны, нейтроны и электроны). Остальные 80% остаются невидимыми и непонятными.

Авторы работы, опубликованной в научном журнале Astronomy and Astrophysics, приводят новые доказательства в пользу существования темной материи. Объектом исследования стали не менее 260 молодых спиральных галактик, в которых формируются новые звезды.

Перел вами спиральная галактика NGC 986

Напомним, что расстояние между нашей планетой и выбранными объектами составляет примерно семь миллиардов световых лет. Это означает, что они сформировались когда Вселенная была в два раза моложе чем сегодня (возраст Вселенной составляет примерно 13,8 миллиардов лет). По форме эти галактики напоминают Млечный Путь с его спиральными рукавами из звезд и газовых облаков.

Еще больше статей о тайнах Вселенной и темной материи читайте на нашем канале Пульс Mail.ru Так вы точно не пропустите ничего интересного!

Астрономам удалось подтвердить, что эти молодые галактики окружены ореолом темной материи, исходящим из галактического центра. Эти гало, однако, намного компактнее, чем у ближайших к нам галактик, а значит распределение темной материи внутри галактик медленно расширяется с течением времени.

Мы полагаем, что это явление иллюстрирует прямое взаимодействие между частицами темной материи и обычными барионными частицами: плотность ореолов меняется и выходит за рамки известных гравитационных взаимодействий, пишут исследователи.

Темную материю нельзя увидеть, но это не значит, что ее не существует

Астрономы также указывают, что темная материя отвечает не только за крупномасштабную структуру Вселенной (подробности здесь), но и за скопления галактик, удерживающихся вместе. А вы знали, что темная материя может скрываться в дополнительном измерении? Все подробности можно узнать здесь.

Альтернатива темной материи

Еще одна группа исследователей предположила, что ситуация вокруг темной материи изменилась ответ следует искать в самой гравитации. Если внимательно посмотреть на полную галактик, звезд, пыли, газа и черных дыр Вселенную, можно обнаружить что-то уже известное. В конце концов, если дополнительные гравитационные эффекты существуют, за них может отвечать нечто невидимое, например, принципиально новый тип материи или частиц.

Это интересно: Квантовый мир: как связаны стерильные нейтрино и темная материя?

Так, если бы нейтрино были достаточно массивными, то вполне могли бы объяснить происходящее. Еще одним вариантом может быть рождение Вселенной со слишком большим количеством материи, часть которой коллапсировала, образовав черные дыры. Подобные варианты могут положить конец бесконечным несоответствиям между реальным поведением небесных объектов и нашими физическими теориями.

темная материя гипотетическая форма материи, составляющая четверть всей массы и энергии Вселенной.

Увы, но эти предположения вряд ли верны, поскольку общее количество барионной материи во Вселенной уже известно. Некоторые исследователи также предлагают пересмотреть теорию гравитации, чтобы полностью избавиться от темной матери. Но если мы хотим разгадать тайны Вселенной, от темной материи (и энергии) отказываться не стоит, по крайней мере пока.

Отметим, что ученые часто обнаруживают что-то новое, способное поставить под сомнение господствующие теории. Например, результаты ранее проведенных исследований показали, что молодые галактики со звездообразованием, по-видимому сталкиваются с дефицитом темной материи (по сравнению с более поздними галактиками). По этой причине некоторые физики полагают, что темная материя играет гораздо меньшую роль в ранних звездных системах, нежели в современных галактиках. Однако на сегодняшний день эти предположения не состоятельны.

Вам будет интересно: Темная материя ключ к теории гравитации?

Новый детектор темной материи

Чтобы узнать существует ли темная материя, ученым предстоит долго наблюдать за галактиками. К счастью, новые астрономические инструменты, в числе которых космический телескоп Джеймс Уэбб, способны «видеть» далекое прошлое нашей Вселенной, включая первые звезды и галактики, образовавшиеся вскоре после Большого взрыва.

В рамках проекта Lux-Zeplin учёные будут искать признаки существования материи внутри титанового резервуара, наполненного сжиженным ксеноном.

Исследователи возлагают большие надежды на самый чувствительный детектор темной материи LUX-ZEPLIN, который расположен в 1,5 км под землей и помещен в большой резервуар с водой (это сделано для защиты LZ от столкновений с другими частицами). Как следует из названия, детектор является преемником двух предыдущих проектов LUX и ZEPLIN, однако его последняя версия в 50 раз чувствительнее к потенциальным сигналам темной материи.

Не пропустите: О чем говорит странная физика черных дыр? Обсуждаем самые невероятные гипотезы

Среди кандидатов на роль темной материи исследователи выделяют слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMPs), рожденные в ранней Вселенной. Если они действительно существуют, то взаимодействуют с обычной материей создавая уже знакомые астрономические аномалии. Новый детектор окружен датчиками, отслеживающими любые вторжения искомых частиц, а в качестве мишени используется резервуар со сверхчистым жидким ксеноном.

Новые исследования показывают, что искусственные черные дыры функционируют так же, как настоящие

Среди бесчисленного множества космических объектов, самыми загадочными являются черные дыры области пространства-времени, сила притяжения которых настолько велика, что даже фотоны света не могут вырваться за пределы их горизонта событий. Считается, что сверхмассивные черные дыры находятся в центрах галактик и Млечный Путь не исключение. И хотя наши знания о Вселенной и ее обитателях ограничены, ученые продолжают собирать их по крупицам. По мере развития технологий важнейшим научным инструментом стали компьютерные модели с их помощью исследователи разработали реалистичные модели Вселенной. Более того, ранее в этом году команда физиков из Амстердамского университета смоделировала горизонт событий черной дыры в лаборатории. Может показаться удивительным, однако искусственная черная дыра начала испускать излучение, как и предполагал знаменитый физик-теоретик Стивен Хокинг. Это открытие, вероятно, позволит ученым разработать совершенно новую физическую теорию, сочетающую общую теорию относительности (ОТО) и принципы квантовой механики. Но как?

В 1974 году Стивен Хокинг предположил, что небольшие черные дыры могут испаряться, что в целом является парадоксом, так как покинуть горизонт событий не могут даже фотоны самого света.

Космические монстры

Черные дыры начинают свой жизненный путь со смерти звезды, чья масса превышает солнечную минимум в три раза, выгорают и взрываются, отбрасывая внешнюю оболочку, после чего сжимаются и коллапсируют в черные дыры. Этот процесс происходит постоянно новые звезды рождаются, старые погибают. И чем больше звезда, тем быстрее она сжигает топливо и погибает. Однако происхождение сверхмассивных черных дыр (масса которых превышает солнечную в миллионы и миллиарды раз) до сих пор неизвестно.

Этот процесс настолько удивителен, что современная наука уделяет ему много внимания: небольшие черные дыры, возможно, сформировались в центре молодых галактик в процессе слияния (столкновения). Понимание физики этих объектов является ключом к разгадке фундаментальных законов, управляющих Вселенной. Все потому, что черные дыры представляют собой предел двух наиболее проверенных теорий ОТО и квантовой механики.

Вряд ли во Вселенной найдутся объекты, более странные, чем черные дыры

Напомним, что ОТО Эйнштейна описывает гравитацию как результат деформации пространства-времени массивными объектами, а квантовая теория устройство мироздания на уровне атомов.

Но несмотря на полученные изображения горизонта событий черной дыры в сердце Млечного Пути и в центре галактики M87 (Messier 87), вопросов у ученых по-прежнему много. Так, британский физик-теоретик Стивен Хокинг десятилетиями изучал эти таинственные объекты и в 1974 году предположил, что прерывание квантовых флуктуаций горизонта событий испускает тип излучения, похожий на тепловое. Проблема заключается в том, что это излучение, вероятно, слишком слабое, чтобы его смогли обнаружить обитатели Земли.

Излучение Хокинга

Чтобы проанализировать свойства излучения Хокинга, исследователи решили создать его аналог в лаборатории (этим грешат многие молодые ученые), что в итоге удалось группе физиков из Амстердамского университета. В ходе исследования физики наблюдали потрясающий результат своей работы свечение на смоделированном горизонте событий, правда при соблюдении определенных условий.

Отметим, что наблюдаемое искусственное излучение представляет собой частицы, созданные возмущениями квантовых флуктуаций из-за искривления пространства-времени силой гравитации черной дыры.

Предложенная модель в будущем позволит изучить окружающее черные дыры пространство, на которое не влияет экстремальная динамика их образования. «Наша работа может помочь в дальнейшем изучении фундаментальных аспектов квантовой механики, а также гравитации и искривленного пространства-времени в различных средах с конденсированной материей», пишут авторы нового исследования.

Перед вами черная дыра поглощающая материю прямо в центре нашей Галактики

Больше по теме: Теория Стивена Хокинга о черных дырах получила подтверждение

Но вот что еще удивительнее полученные результаты приводят нас прямиком к феномену квантовой запутанности явлению, при котором две частицы остаются связанными вне зависимости от того, как далеко находятся друг от друга. Как полагают авторы работы, опубликованной в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, запутанность частиц, пересекающих горизонт событий, играет важную роль в генерации излучения Хокинга.

Черная дыра из лаборатории

Чтобы создать горизонт событий в лабораторных условиях, физики смоделировали однорядную цепочку атомов. Возникшее в результате излучение Хокинга частицы, созданные возмущениями квантовых флуктуаций из-за разрыва пространства-времени черной дырой проявилось в виде видимого свечения.

Затем команда занялась непосредственным созданием искусственной черной дыры для чего и была разработана одномерная цепочка атомов, между которой электроны «прыгают» из одного положения в другое. Настроив легкость, с которой могут происходить эти прыжки, исследователи создали своего рода горизонт событий, который мешал волнообразной природе электронов.

Черная дыра развивается за счет вещества, которое поглощает

Различная сила связи между атомами имитирует искривление пространства-времени в присутствии черной дыры. По сути, мы использовали цепочку атомов в одном файле для моделирования горизонта событий черной дыры чтобы наблюдать излучение Хокинга, рассказали исследователи, о чем сообщает издание ScienceAlert.

Как отмечают авторы научной работы, разработанная модель соответствовала теоретическим ожиданиям в тот момент, когда часть цепочки атомов выходила за горизонт событий. Это может означать, что квантовая запутанность частиц генерирует излучение Хокинга. Правда, что именно полученные результаты означают для пока не существующей теории квантовой гравитации, неясно. К счастью, труд команды из Амстердамского университета можно использовать в самых разных экспериментальных установках, а значит, дальнейших открытий не миновать.

Благодаря столкновению двух черных дыр исследователи доказали существование гравитационных волн. Это знаменательное событие произошло в 2017 году и было отмечено Нобелевской премией по физике

Как только объект пересекает горизонт событий черной дыры, нам остается лишь гадать что лежит за его пределами. Не исключено, что эти космические монстры могут оказаться порталами в другие вселенные или способом путешествия по нашей собственной. Подробнее о том, как физики-теоретики пришли к такому выводу, мы рассказывали ранее, не пропустите.

Хотите первыми узнавать о последних научных открытиях в области физики и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram чтобы всегда быть в курсе происходящего!

Напомним, что одним из главных желаний Стивена Хокинга было создание единой теории квантовой гравитации, которая могла бы объединить две непримиримые теории и, следовательно, могла бы применяться повсеместно и наконец узнать фундаментальные законы Вселенной и нашего существования в ней. О других, не менее интригующих научных теориях о квантовых свойствах черных дыр, можно прочитать здесь.

Во Вселенной происходи множество космических катастроф, например, столкновение сверхмассивных черных дыр

Когда Купер главный герой знаменитого «Интерстеллар», пересекает горизонт событий черной дыры и попадает в четырехмерное пространство, то застревает в комнате своей дочери может видеть любые объекты и исходящие от них «нити» времени. Но что на самом деле происходит внутри этих космических монстров? Общая теории относительности (ОТО) гласит, что за горизонтом событий скрывается сингулярность, а значит пространство и время сжимаются. Формально, сингулярность это точка, в которую сколлапсировал материал, образующий черную дыру, а известные нам законы физики там попросту не работают. Ученые, однако, не исключают и другие варианты. Стивен Хокинг, например, не исключал, что черные дыры могут быть порталами в другие вселенные. Но как узнать что находится внутри, если ни один человек никогда не сможет там оказаться? Ответ на этот вопрос могут подсказать гравитационные волны и компьютерное моделирование.

Что такое сингулярность и «точка невозврата»?

В 2015 году ученые из лабораторий LARGO и VIRGO сообщили об обнаружении гравитационных волн в результате столкновения двух черных дыр. До этого момента черные дыры считались гипотетическими объектами, а в способность доказать их существование не верил даже Эйнштейн (то же можно сказать и о гравитационных волнах). Однако на дворе 2023 год, а у человечества «в кармане» не только гравитационные волны, но и снимки горизонта событий двух черных дыр.

Напомним, что черные дыры представляют собой объекты в пространстве-времени, сила гравитации которых настолько велика, что вся поглощенная ими материя исчезает навеки. Мы знаем об этом благодаря горизонту событий светящемуся кольцу этих космических монстров. Когда материя пересекает так называемую точку невозврата, то навсегда становится пленницей черных дыр.

Внешний круг черной дыры называется горизонтом событий, а в центре космического монстра располагается сингулярность.

То, как выглядит горизонт событий мы увидели весной 2019 года, после публикации снимка "Стрельца А* центрального объекта галактики Messier 87, расположенной на расстоянии 54 миллионов световых лет от Земли. Следующим изображением, опубликованном
в мае 2022 года, стал снимок черной дыры в сердце Млечного Пути.

Освежив в памяти открытия последних лет, не будем забывать о сингулярности центральной области черной дыры, расположенной за горизонтом событий. Считается, что в этой точке сосредоточена масса черной дыры с бесконечной плотностью, однако что именно там происходит неизвестно.

Черные дыры и компьютерные модели

Но вернемся к гравитационным волнам «ряби» в пространстве времени, которая распространяется подобно волнам в результате космических катастроф столкновений нейтронных звезд или черных дыр: чем больше масса и скорость движения объектов, тем больше колебания гравитационных волн.

Обнаружение гравитационных волн в очередной раз подтвердило ОТО Эйнштейна, а за прошедшие с тех пор годы было обнаружено около 100 сливающихся черных дыр. Теперь, благодаря работе команды 14 ученых во главе профессором Колумбийского университета Ламом Хуэем, моделирование космических катастроф прокладывает путь к более глубокому пониманию структуры черных дыр во время столкновений.

Столкновение таких массивных объектов как нейтронные звезды и черные дыры порождает гравитационные волны, сотрясающие пространство-время

Подробнее об открытии гравитационных волн мы рассказывали здесь, не пропустите.

В работе, опубликованной в журнале Physical Review Letters, команда описывает усложненный способ моделирования сигнала, излучаемого гравитационными волнами, путем включения в модель нелинейных взаимодействий. Ранее модели гравитационных волн включали только линейные взаимодействия, которые хорошо работают, но не учитывают различные виды поведения наблюдаемых космических объектов. Новое исследование улучшает модели на 10% (а это много).

Это большой шаг в подготовке к следующему этапу обнаружения гравитационных волн и пониманию гравитации и явлений, наблюдаемых в дальних уголках космоса, пишут авторы научной работы.

Отметим, что нелинейность моделей для описания гравитационных волн можно сравнить с волнами в океане: спокойно поднимающиеся и опускающиеся описаны линейными уравнениями, а крупные и разбивающиеся нелинейными. Последние демонстрируют движение воды в волне, включая капли воды, что содержатся в воздухе.

Перед вами процесс поглощения звезды черной дырой

Новый метод также дает подсказки о том, что происходит внутри черных дыр, описывая гравитацию в экстремальных астрофизических условиях. «В попытках докопаться до истины мы наблюдаем за рябью пространства-времени как детективы. И это лучший способ узнать как можно больше об их таинственной природе», отметил один из 14 авторов научной работы.

Читайте также: Настольный детектор гравитационных волн уловил странные, новые сигналы

Моделирование черных дыр

Исследование пришлось как нельзя кстати: в марте обсерватория LIGO вновь приступит к работе после закрытия в 2020 году из-за пандемии COVID-19. Ожидается, что в ближайшие годы сбором данных займутся несколько крупных детекторов гравитационных волн, а наличие улучшенных компьютерных моделей может привести к новым открытиям.

Улучшенные компьютерные модели позволяют оценить пространственно-временную структуру черных дыр и их содержимое, так как «прислушиваются» к звуку, исходящему от столкновения и слияния этих космических монстров. Ожидается, что в будущем эти модели помогут составить карту внутренней структуры черных дыр и того, что происходит с оказавшейся там материей.

В модели используются новые методы для анализа волн, испускаемых черными дырами при столкновении.

Нелейные взаимодействия можно сравнить с встряхиванием коробки и издаваемом в результате звуком, который позволяет узнать о ее содержимом. В данном случае тряска столкновение двух черных дыр, а звук издаваемые в процессе гравитационные волны. Результат, как ожидают специалисты, позволит обнаружить еще больше космических катастроф в самых отдаленных уголках Вселенной.

Больше по теме: Что странного в столкновении нескольких черных дыр? И причем тут гравитационные волны?

Дальнейшая работа над улучшением компьютерных моделей это большой шаг в подготовке к следующему этапу обнаружения гравитационных волн и изучению самой главной (и загадочной) силы природы гравитации и ее поведения на просторах бесконечной Вселенной. Но компьютерное моделирование лишь малая часть этой колоссальной работы.

Как объяснить сингулряность?

Пролить свет на тайну содержимого черных дыр может темная энергия сила, благодаря которой Вселенная расширяется со все возрастающей скоростью (что, на секунду, противоречит ОТО). О том, что ключ к пониманию структуры черных дыр связан с темной энергией, говорят результаты новых исследований, в ходе которых ученые измерили массу черных дыр в гигантской эллиптической галактике.

Звездообразование в таких галактиках как правило останавливается, а «строительного» материала катастрофически не хватает. Это означает, что черным дырам в центре таких галактик нечего поглощать, а значит набирать массу эти объекты не могут, объясняют специалисты.

В центре черной дыры располагается сингулярность. Верхняя и нижняя точки горизонт событий, поглощающий все вокруг и не выпускающий материю за пределы черной дыры

Как показали результаты сразу двух исследований физиков из Гавайского университета, опубликованных в журнале Astrophysical Journal и Astrophysical Journal Letters, в отдаленных эллиптических галактиках без звездообразования, сверхмассивные черные дыры продолжали расти. Более того, эти таинственные объекты становились все более массивными примерно с той же скоростью, с которой расширялась Вселенная. «Это наводит на мысль о том, что черные дыры могут играть определенную роль в создании темной энергии», говорится в статье.

Не пропустите: Могут ли гравитационные волны разрешить кризис космологии?

В нашем сегодняшнем понимании центр черной дыры это точка, в которой известные законы физики не работают из-за чрезмерной силы гравитации. При этом сингулярность математически невозможна.
«Когда физика внутри черной дыры становится странной, ее масса оказывается связанной с расширением всей Вселенной», сообщают исследователи.

Некоторые физики полагают, что черные дыры являются источником таинственной темной энергии, ответственной, как считается, за расширение Вселенной

Многие физики также высказывали предположения о том, что вместо сингулярности центр черной дыры может содержать так называемую вакуумную энергию одну из возможных форм загадочной темной энергии. И все же, утверждать, что физики разгадали как тайну темной энергии и знают что находится внутри черных дыр, нельзя. Однако использование обновленных компьютерных моделей наряду с дальнейшими наблюдениями и сбором данных, позволят ответить на многие фундаментальные вопросы о мире и Вселенной, в котором мы живем.

О том, могут ли черные дыры оказаться порталами для путешествий сквозь пространство и время мы рассказывали в этой статье, не пропустите!

А как вы думаете, что находится внутри черных дыр? Могут ли они быть порталами в другие миры или являются источником таинственной темной энергии? Ответ, как и всегда, ждем в нашем Telegram чате и комментариях к этой статье!

Ученые создают самую подробную в истории карту вещества во Вселенной. С ее помощью можно обнаружить материю, скрытую от наших глаз и инструментов

Через 400 000 лет после Большого взрыва первичная плазма зарождающейся Вселенной начала остывать, что привело к образованию первых атомов. Затем появилось реликтовое излучение тепловое излучение, равномерно заполняющее Вселенную и распространяющееся во всех направлениях. Этот космический микроволновый фон (CMB), впервые зарегистрированный в 1965 году, удалось зафиксировать с помощью современных телескопов и увидеть какой была Вселенная вскоре после своего рождения. Сегодня мощные астрономические инструменты позволяют создавать каталоги и карты, отображающие не только галактики и небесные тела, но и крупномасштабные структуры Вселенной. Считается, что они формировались миллиарды лет по мере расширения и «старения» нашего мира. Но вот что особенно интересно недавно исследователи пришли к выводу, что все вещество во Вселенной, будь то темная материя или плазма, расположено неравномерно. Если создатели новой, самой подробной карты Вселенной правы, то наши представления о космосе придется пересмотреть.

Вселенная это театр теней, а галактики его главные действующие лица.

Реликтовое излучение

После того, как ученые обнаружили реликтовое излучение, они нанесли на карту крошечные колебания температуры, оставшиеся после Большого взрыва. Пристальное внимание к СМВ объяснимо это излучение пережило большую часть истории Вселенной, сохранив отпечатки всех изменений, происходивших на протяжении 14 миллиардов лет.

За это время реликтовое излучение встречалось с галактиками и другими космическими структурами, растягивалось, сжималось и деформировалось. Отпечатки этих встреч, оставленные СМВ, многое говорят о распределении всей материи во Вселенной, что является ключом к разгадке фундаментальных космологических загадок.

Реликтовое излучение позволяет многое узнать не только об условиях, царивших в ранней Вселенной, но и о самих галактиках на ее просторах.

В отличие от стандартных оптических исследований, которые фиксируют свет, испускаемый звездами, СМВ учитывает основную массу галактик, скрытую от глаз либо в виде сгустков темной материи, либо в виде рассеянного ионизированного газа, соединяющего галактики.

Больше по теме: Почему в межзвездном пространстве не так темно, как считалось раньше?

Вселенная теней

По мере развития астрономических инструментов стало понятно, что реликтовое излучение хранит в себе намного больше информации, чем считалось раньше. Так, за последние 10 лет ученым удалось подтвердить эффект СюняеваЗельдовича, теоретезированный в 1960-е годы он позволяет понять как менялась интенсивность радиоизлучения реликтового фона на горячих электронах межзвездного и межгалактического газа.

Еще один эффект, известный как слабое гравитационное линзирование, искажает траекторию реликтового излучения, когда оно проходит вблизи массивных объектов и искажается подобно тому, как если бы на него смотрели через основание винного бокала. Если говорить совсем просто, то слабое гравитационное линзирование позволяет увидеть невидимое и отличить темную материю от обычной.

Большая часть вещества во Вселенной скрыта от наших глаз и инструментов

Еще больше интересных статей о реликтовом излучении и новейших космических телескопах читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

В совокупности эти эффекты позволили космологам составить точную карту местоположения и температуры абсолютно всей видимой материи во Вселенной (которая сохраняет характерную сигнатуру, извлекаемую из полученных изображений СМВ). И если наложить эту карту на имеющиеся изображения звезд и галактик, можно не только измерить космические расстояния, но и отследить процессы звездообразования.

В 2021 году команда ученых из Страсбургской астрономической обсерватории (Франция), применила этот подход. Изучив данные CMB, полученные с помощью Европейского космического агентства (ЕКА) и космологического телескопа Атакамы, исследователи объединили их с данными оптических телескопов, включающих почти 500 000 галактик. Поразительно, но полученный результат позволил измерить соотношение обычной и темной материи.

Вещество неравномерно распределено по Вселенной, однако раньше считалось иначе

Анализ также показал, что взрывы сверхновых звезд и аккрецирующие сверхмассивные черные дыры вытесняют газ из узлов темной материи и распределяют его (обычные телескопы не в состоянии этого обнаружить). Более того, новые данные не совпадают с предсказаниями большинства космологических моделей, а значит ответить на целый ряд фундаментальных вопросов космологии с их помощью невозможно.

Кстати, после Большого взрыва во Вселенной происходила масса необычных и странных процессов. О том, каких именно, можно прочитать здесь, рекомендуем!

Самая подробная карта Вселенной

Учитывая данные, полученные за последние 10 лет с помощью новейших астрономических инструментов ученые пришли к выводу, что вещество во Вселенной распределено не равномерно что не соответствует общепринятой космологической теории. Подробная карта скоро будет представлена широкой общественности и, как полагают астрономы, поможет понять целый ряд существующих противоречий. Все это означает, что наше понимание устройства Вселенной ошибочно (по крайней мере частично).

В исследовании принимают участие более 150 ученых, в том числе из Чикагского университета и Национальной ускорительной лаборатории им. Энрико Ферми. Цель проекта определить и понять силы, ответственные за эволюцию Вселенной. Исследователи полагают, что если материя не распределена по Вселенной «комками», то в существующей сегодня модели не хватает чего-то действительно важного.

Перед вами карта того, как темная материя распределена по Вселенной

Проведенный в ходе работы анализ (включая анализ последних данных о реликтовом излучении) позволил определить более точное местоположение материи, которая не только не распределяется равномерно и не «комкуется» но и группируется в определенных областях, объясняют астрономы.

Согласитесь, звучит революционно. Эти выводы, однако, являются предварительными и у ученых впереди много работы. Однако результаты анализа уже позволили получить крайне полезную информацию благодаря наблюдениям и современным астрономическим инструментам. Посмотреть как выглядит общепринятая модель Вселенной можно здесь.

Ранее ученые опубликовали первую карту наблюдаемой Вселенной в рентгеновском излучении, подробнее мы рассказывали в этой статье.

Новая эра космологии

Исследователи, принимающие участие в создании самой масштабной карты Вселенной за всю историю наблюдений только начинают осознавать истинные возможности проделанной работы: «Это сенсационное улучшение космологической модели по сравнению со всеми созданными ранее. В это трудно поверить, но мы, возможно, находимся на перепутье… новой модели Вселенной», сообщают авторы научной работы.

Подробная карта всей видимой материи во Вселенной

Так как в основе стандартной модели космологии лежит реликтовое излучение, новые данные могут оказаться революционными. Отметим также, что в работе ученые объединили данные двух крупнейших исследований Вселенной, проведенных с помощью Dark Energy Survey и South Pole Telescope.

Пять-10 лет назад люди думали, что с космологией покончено. Но это меняется и мы, судя по всему, вступаем в новую эру космологических исследований, утверждают космологи.

Вселенная и ее мощь поражают воображение

Кстати, ранее астрономы составили подробную карту одной из границ Солнечной системы. Заинтригованы? Вам сюда!

Если результаты будущих исследований подтвердят озвученые выводы, то наша Вселенная на самом деле не является одинаковой для наблюдателя во всех направлениях. И хотя звучит заманчиво, говорить об окончательных выводах преждевременно. И тем не менее только представьте возможно в самом ближайшем будущем мы наконец докажем существование темной материи. А это настоящий прорыв.

Решить задачу трех тел невероятно сложно из-за гравитационного взаимодействия между объектами, которое делает их движение хаотичным и непредсказуемым.

Недавно компания Tencent выпустила научно-фантастический сериал по мотивам романа китайского фантаста Лю Цысиня Задача трех тел, действие разворачивается в 2006 году, когда нанотехнолог Ван Мяо становится свидетелем странных событий в мировой науке, а его коллеги заканчивают жизнь самоубийством. Отметим, что и роман и телеадаптация относятся к жанру твердой научной фантастики, а Лю Цысиня многие сравнивают с Айзеком Азимовым. Так, само название произведения отсылает к классической проблеме в области небесной механики, в которой рассматривается движение трех тел, взаимодействующих друг с другом посредством гравитации. Задача, по сути, не имеет решения предсказать движение трех небесных объектов в долгосрочной перспективе невозможно. И хотя на первый взгляд задача не кажется сложной, она демонстрирует как устройство Вселенной, так и нашу ограниченность ее познания.

"Память о прошлом Земли" научно-фантастическая трилогия писателя Лю Цысиня, включающая романы Задача трёх тел (2006), Тёмный лес (2008), Вечная жизнь Смерти (2010)

Задача трех тел в астрономии

«Задача трех тел» долгое время была проклятием астрофизиков. Ее решение считается невозможным, поскольку движение тел быстро становится хаотичным. Чтобы понять в чем дело, представим Землю и Луну, которые обращаются вокруг Солнца. Так как Луна продолжает вращаться вокруг нашей планеты и каждый месяц завершает полную орбиту, все прекрасно. Но что произойдет, если к Земле приблизиться блуждающая планета, как, например, в фильме «Меланхолия» (2011)?

Рассчитать будущую траекторию движения Земли и Луны несложно (что в свое время отметил Исаак Ньютон), однако третий объект блуждающая планета делает любой прогноз невозможным. Даже крошечное изменение начальных положений любого из трех тел вскоре приведет к совершенно разным прогнозам относительно их будущего расположения. Более того, решения не существует, даже если отслеживать движения каждого «тела» от наносекунды к наносекунде.

Достоверно предсказать, какое влияние три тела окажут друг на друга в долгосрочной перспективе нельзя. Кадр из фильма «Меланхолия»

Помимо задачи трех тел в современной астрономии и космологии существует целый ряд нерешенных проблем, включая таинственную темную энергию

К слову, в учебниках физики и экзаменационных вопросах встречается идеально изолированная система, состоящая из звезды и вращающейся по орбите планете. Однако в реальной Вселенной все сложнее астрономы не могут отследить траекторию столкновения трех звезд, несущихся навстречу друг другу в космическом пространстве. Учитывая, что начальное положение тел в задаче также является неизвестным, вычислить их точную траекторию движения в долгосрочной перспективе невозможно.

Возможные решения задачи трех тел

И все же, существует ряд возможных решений этой задачи, например, с помощью введения в переменную «особого случая». Так, если массу одного объекта (например, космического корабля) счесть бесконечно малой, то задача получит решение. В другой ситуации можно представить три тела, образующие равносторонний треугольник, либо оставить два тела неподвижными и вуа-ля, ответ перед нами. Вот только наш «особый случай», решением основной задачи не является.

Существует также упрощенный вариант задачи, для которого можно найти аналитическое решение например, убрав из системы третье тело (в этом случае масса одного объекта будет меньше массы другого и не окажет существенного влияния на движение других небесных тел). Этот случай называется ограниченной задачей трех тел и используется для анализа движения искусственных спутников и малых тел Солнечной системы.

Если из уравнения убрать третье тело, задача быстро обретает решение

Читайте также: 5 явлений, которые ученые до сих пор не могут объяснить

Звездообразование и гравитационные волны

И хотя задача трех тел не подлежит аналитическому решению (когда набор уравнений приводит к единственному окончательному ответу), в 2020 году добиться некоторого прогресса все-таки удалось с помощью статистического подхода. Авторы исследования, опубликованного в журнале The Astrophysical Journal Letters, изучали двойные системы, к которым приближается третий объект, что, как считается, должно постоянно происходить в молодых звездных скоплениях.

Эта работа традиционно проходит с использованием компьютерных моделей, которые показывают, что тройная система в большинстве случаев будет вести себя как двойная: третья звезда находится удаленно и слабо взаимодействует с двумя центральными объектами, отмечают исследователи.

По мере развития событий, однако, третья звезда вступает в активное взаимодействие с двумя другими, в результате чего одна из них отбрасывается назад туда, где вновь становится далеким объектом. Этот процесс повторяется до тех пор, пока звезду окончательно не выбросит из системы. Выглядит логично, однако эти расчеты не более чем результат моделирования и не являются аналитическими предсказаниями того, что может произойти на самом деле.

Гравитационно-волновая обсерватория лазерного интерферометра LIGO

Исследователи, однако, предположили, что если провести множество подобных симуляций, то рано или поздно можно получить наиболее вероятный прогноз развития событий, тем самым оказав помощь астрономам из различных областей. Но и здесь есть одно исключение гравитационные волны.

Хотите всегда быть в курсе последних открытий в области науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram чтобы не пропустить ничего интересного!

Напомним, что за движением и столкновением черных дыр наблюдают исследователи из лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории LIGO. Их цель заключается в том, чтобы понять как и почему образуются и сталкиваются эти объекты. Как правило речь идет о взаимодействии двух черных дыр, однако наличие третьей может также способствовать процессу слияния. И если это действительно так, то решение одной из старейших задач астрономии может скрываться в этих статистических данных.

Абстрактное решение задачи трех тел

Статистические прогнозы для многих гипотетических сценариев, подобных описанным выше, кажется, и правда могут справиться с задачей трех тел. Так, авторы исследования 2021 года решили отказаться от тройной системы и посмотреть на космос как на дырявый воздушный шар из швейцарского сыра. Столь специфичный подход, в итоге, предлагает потенциально революционное решение задачи.

В работе, опубликованной в журнале Celestial Mechanics and dynamic astronomy, используется довольно абстрактная концепция, включающая хаос между телами, вращающимися по одной орбите. Необходимо отметить, что когда физики говорят о «хаосе», то имеют в виду гораздо более сложную концепцию, чем мы можем представить, поскольку зияющая пустота космоса заполнена бесчисленными взаимодействующими силами от солнечного ветра до мощной гравитации далеких звезд. Вместе эти силы порождают настоящий математический хаос (или непредсказуемый результат).

Математический хаос в популярной культуре чаще всего представлен как эффект бабочки.

Предположив, что абстрактный подход к задаче трех тел, может помочь в решении проблемы, космологи обратились к так называемому «фазовому пространству» понятию в математике и физике, каждая точка которого соответствует одному (и только одному) состоянию из множества всех возможных состояний системы. Эта точка называется изображающей или представляющей.

Читайте также: Погружение в теорию хаоса непредсказуемость и эффект бабочки

Таким образом, каждая точка в фазовом пространстве представляет собой одну из возможных конфигураций трех звезд: трехмерное положение, трехмерная скорость и масса каждого объекта. Когда три тела встречаются в некоторой точке фазового пространства, ученые могут проследить их путь по мере перехода от одной конфигурации к другой. И если добавить физические ограничения, например, закон сохранения энергии, в фазовом пространстве останется только восемь конфигураций, представленных со всеми возможными исходами. После чего статистическим методом можно обнаружить нужные числовые значения.

Зачем менять правила игры?

Физик Барак Кол из Еврейского университета, возможно, изменил правила игры для восьмимерного фазового пространства. Вместо того, чтобы сосредоточиться на границе между хаотической областью и областью регулярного движения, Кол предположил существование на космических просторов особых мест, хаос в которых как бы «включается и выключается».

Реликтовое излучение позволило космологам по-новому взглянуть на Вселенную и ее жволюцию

Со временем, по мере взаимодействия трех тел в области хаоса, становится все более и более вероятным, что одно из тел вылетит из системы. Таким образом, группа из двух небесных тел погрузится в хаос, когда в поле зрения появится третье тело, объясняет Кол.

Следующим шагом, вероятно, станет выполнение множества симуляций столкновения одиночных звезд с парными звездами, что позволит ученым нащупать математические границы области хаоса. Будем надеяться, что подобный подход приведет к созданию математической модели, способной решить задачу трех тел.

Это интересно: Как люди изобрели математику?

Роман Лю Цысиня «Задача трех тел»

Как видите, задача трех тел крайне сложна и требует не только знаний, но и способности взглянуть на Вселенную под совершенно другим углом. В некоторых случаях, как и предполагает фантаст Лю Цысинь в романе, решение проблемы может потребовать от ученых отказа от имеющихся теорий. Так, некоторые герои произведения заявляют, что «физики не существует» (и никогда не существовало), а правду о Вселенной способны вынести далеко не все.

Эксперименты на ускорителях частиц дают противоречивые результаты, из-за чего ученые, считая, что предел познания Вселенной достигнут, совершают самоубийства. Тем временем военные и спецслужбы приходят к выводу, что кто-то или что-то пытается затормозить научный прогресс на Земле, краткое описание сюжета.

В 2006 году нанотехнолог становится свидетелем череды странных событий в мировой науке и соглашается участвовать в расследовании. Из-за этого ему начинают мерещиться цифры с обратным отсчетом.

Особое внимание Цысинь обращает на гипотезу стрелка и фермера (СФ), согласно которой мы, подобно индюшкам на ферме, не можем выйти за ее пределы и представить себе мир фермера. Это означает, что у нашей науки есть рубежи, преодолеть которые невозможно. Более того, то, что мы называем законами Вселенной, не обязательно ими являются.

Не пропустите: Все везде и сразу с точки зрения науки: какой может быть мультивселенная?

«Задача трех тел», помимо прочего, знакомит читателя с актуальными научными данными о Вселенной и реликтовом излучении, нанотехнологиях и прикладной физике, несоответствии общей теорией относительности (ОТО) и квантовой механики, историей науки и китайской культурой. Роман (впрочем, как и его экранизация) является глубоким философским произведением и в 2015 году стал обладателем премии Хьюго как лучший фантастический роман года. Прим.автора: Хьюго англоязычная читательская литературная премия, присуждаемая ежегодно лучшим научно-фантастическим, реже фэнтезийным произведениям.

Научный прогресс может привести к гибели нашей цивилизации. Не стоит об этом забывать

Твердая научная фантастика категория или поджанр научной фантастики, к которой принято относить произведения, уделяющие внимание прежде всего вопросам науки и техники и обычно противопоставляемые мягкой гуманитарной научной фантастике.

Внимание к сериалу и роману также обусловлено тем, что произведения в поджанре твердой научной фантастики выходят не часто, а массовая поп-культура все больше стремится к упрощению сложности. Так, объяснение путешествий сквозь пространство и время с помощью червоточин как правило сводится к сложенному пополам листку бумаги и карандашу. Словом, рекомендую к прочтению и просмотру всем любителям жанра. Ну а для тех, кто не привык к особому стилю китайского кинематографа, Netflix приготовил отличный сюрприз в виде собственной экранизации.

Таинственные сигналы, улавливаемые новым детектором гравитационных волн порождают множество вопросов

100 лет назад Альберт Эйнштейн впервые предположил, что на просторах Вселенной существует так называемая рябь рябь пространства-времени или гравитационные волны. Сам физик, правда, сомневался что их когда-нибудь удастся обнаружить. Однако в 1960-х годах ученые стали всерьез работать над поиском гравитационных волн, так как помимо медленного расширения Вселенной, в пространстве-времени должны происходить более быстрые динамические процессы. И они не ошиблись 14 апреля 2015 года с помощью детекторов гравитационных волн LIGO и VIRGO ученым уловить ту самую рябь пространства-времени. Источником волн, которые удалось зафиксировать, стало столкновение двух черных дыр, слившихся в одну 1,3 млрд лет тому назад. Волны уловили обе обсерватории, принимавшие участие в исследовании. Они оснащены суперчувствительными детекторами, самыми точными из когда-либо созданных. Теперь же новый детектор гравитационных волн зарегистрировал два таинственных сигнала за первые 153 дня своей работы. Вот только неясно, что именно представляют собой эти сигналы, так как могут быть вызваны целым рядом явлений. Одно из таких явлений именно то, для чего предназначен детектор высокочастотные гравитационные волны, которые никогда раньше не регистрировались.

Рябь пространства-времени

Новое открытие, результаты которого опубликованы в научном журнале Physical Review Letters, как пишут его авторы, показало, что «новый детектор чувствителен и дает точные результаты, но теперь мы должны точно определить, что они означают», сказал физик Майкл Тобар из Университета Западной Австралии.

Этой работой мы впервые продемонстрировали, что подобные новейшие устройства могут использоваться в качестве высокочувствительных детекторов гравитационных волн.

Напомним, что новаторское обнаружение гравитационных волн состоялось всего шесть лет назад. С тех пор детекторы LIGO и Virgo показали, что Вселенная наполнена ранее скрытыми гравитационными волнами, возникающими в результате столкновений между черными дырами и нейтронными звездами. Эти детекторы огромны, а высокочастотные гравитационные волны гораздо сложнее обнаружить, но их определенно стоит исследовать.

Обнаружить гравитационные волны удалось с помощью детекторов LIGO и VIRGO

Длина волны гравитационных волн пропорциональна размеру Вселенной; те, что возникают позже, больше, поэтому более короткие высокочастотные волны могли бы раскрыть информацию о Большом взрыве и Вселенной в начале времен.

Подробнее о том, как ученые обнаружили гравитационные волны читайте в материале моего коллеги Артема Сутягина

Источники высокочастотных гравитационных волн в более недавнем прошлом могли включать гипотетические объекты, такие как бозонные звезды и первичные черные дыры. Эти волны могут даже создаваться облаками темной материи. Поэтому астрономы были бы глубоко заинтересованы в обнаружении этих сигналов.

Настольный детектор гравитационных волн

Новаторский детектор, предназначенный для отслеживания высокочастотных гравитационных волн, был создан исследователями из Центра передового опыта ARC по физике частиц темной материи (CDM) и Университета Западной Австралии.

За первые 153 дня его работы были обнаружены два события, которые в принципе могли быть высокочастотными гравитационными волнами, которые ранее не регистрировались учеными. Такие высокочастотные гравитационные волны могли быть созданы первичной черной дырой или облаком частиц темной материи.

Настольный детектор гравитационных волн. Фото: Университет Западной Австралии

Как и первоначально предположил Альберт Эйнштейн, движение астрономических объектов может вызвать волны искривления пространства-времени, которые будут распространяться по Вселенной, почти как волны, которую образуются, когда кидаешь камешки в пруд. Исследователи полагают, что низкочастотные гравитационные волны вызываются двумя черными дырами, вращающимися и сливающимися друг с другом, или звездой, исчезающей в черной дыре.

С тех пор началась новая эра исследований гравитационных волн, но нынешнее поколение активных детекторов обладает высокой чувствительностью только к низкочастотным сигналам; обнаружение высокочастотных гравитационных волн остается неизученным и чрезвычайно сложным направлением в астрономии.

Несмотря на то, что наибольшее внимание уделяется низкочастотным гравитационным волнам, существует значительное количество теоретических предложений для высокочастотных источников гравитационных волн, а также, например, первичных черных дыр. Как пишет портал Scitechdaily, детектор, разработанный исследовательской группой для улавливания высокочастотных гравитационных волн, построен на основе кварцевого резонатора объемных акустических волн (BAW).

Как устроен новый детектор высокочастотных гравитационных волн

Больше по теме: Могут ли гравитационные волны разрешить кризис космологии?

В основе этого устройства лежит диск из кварцевого кристалла, который может вибрировать на высоких частотах из-за акустических волн, проходящих через его толщину. Эти волны затем индуцируют электрический заряд по всему устройству, который можно обнаружить, разместив проводящие пластины на внешних поверхностях кварцевого диска.

Затем устройство BAW было подключено к сверхпроводящему квантовому интерференционному устройству под названием SQUID, которое действует как чрезвычайно чувствительный усилитель для сигнала низкого напряжения от кварцевого BAW. Эта сборка была помещена в несколько радиационных экранов для защиты от рассеянных электромагнитных полей и охлаждена до низкой температуры, чтобы с помощью усилителя SQUID можно было регистрировать акустические колебания кварцевого кристалла с низкой энергией в виде больших напряжений.

Гравитационные волны позволяют по-иному взглянуть на нашу Вселенную

Весь детектор, помимо прочего, помещен в вакуумную камеру, защищенную от излучения, чтобы предотвратить как можно больше помех. С помощью этой установки команда провела два прогона наблюдений и сделала обнаружение во время каждого прогона первый 12 мая 2019 года, а второй 27 ноября 2019 года. Команда, в которую входили доктор Максим Горячев, профессор Майкл Тобар, Уильям Кэмпбелл, Ик Сионг Хенг, Серж Галлиу и профессор Евгений Иванов, теперь будет работать над определением природы сигнала, потенциально подтверждающего обнаружение высокочастотных гравитационных волн.

Чтобы всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий, подписывайтесь на наш канал на платформе Пульс от Mail.ru! Так вы точно не пропустите ничего интересного!

Высокочастотные гравитационные волны и другие открытия

Авторы нового исследования отмечают, что высокочастотные гравитационные волны одни из возможных обнаруженных кандидатов, но другими объяснениями может быть как присутствие заряженных частиц или накопление механического напряжения, так и метеоритное событие или внутренний атомный процесс. Более того, авторам научной работы впервые удалось продемонстрировать, что подобные устройства могут быть использованы в качестве высокочувствительных детекторов гравитационных волн.

Столкновение черных дыр порождает гравитационные волны

В мире в настоящий момент проводится всего два эксперимента, которые занимаются поиском высокочастотных гравитационных волн на этих частотах, и у нас есть планы расширить охват до еще более высоких частот, где раньше не проводилось никаких других экспериментов и исследований, сообщают физики.

Интересно, что следующее поколение эксперимента будет включать в себя создание клона детектора и детектора мюонов, чувствительного к этим космическим частицам. Подробнее о том, что такое мюон и как их обнаруживали, я рассказывала в этой статье, рекомендую к прочтению. Ну а если два новых детектора обнаружат присутствие гравитационных волн, то это будет по-настоящему захватывающее событие. Согласны?

Астрономы находят истоки «галактического каннибализма» с открытием древнего гало темной материи

Во Вселенной столько галактик, что сосчитать их невозможно. Вокруг одного только Млечного Пути вращаются буквально десятки карликовых галактик, многие из которых наша галактика поглощает совершая акт «галактического каннибализма». Пожалуй, неудивительно, что такие галактики представляют большой интерес для ученых, ведь они могут многое рассказать им о космической эволюции, например, о том, как меньшие галактики сливались друг с другом с течением времени, создавая более крупные структуры. Недавно команда астрофизиков из Массачусетского технологического института (MIT) наблюдала одну из самых древних галактик местной группы под названием Tucana II. Как отмечают авторы исследования, опубликованного в журнале Nature Astronomy, эта ультракарликовая галактика считается чем-то наподобие галактического артефакта, оставшегося от самых первых галактик во Вселенной. В своей работе астрофизик также сообщают об обнаружении девяти ранее неизвестных звезд на краю Tucana II с помощью телескопов в Австралии и Чили. Эти звезды поразительно далеки от центра галактики, но остаются в ее гравитационном притяжении. Открытия предполагают, что в самых древних галактиках во Вселенной было больше темной материи, чем считалось ранее.

Галактический «каннибализм»

Галактический «каннибализм» это процесс, при котором большая галактика путем приливного и гравитационного взаимодействия с соседней галактикой сливается с ней, в результате образуя более крупную галактику. Этот процесс, однако не следует путать с галактическим столкновением, которое является аналогичным процессом, с той разницей, что галактики сталкиваются, сохраняя большую часть своей первоначальной формы. Наиболее распространенным результатом «каннибализма» является нерегулярная галактика той или иной формы, хотя эллиптические галактики также могут возникнуть.

Так как галактика Андромеды приближается к Млечному Пути со скоростью около 120 км/с, астрономы считают, что их возможное столкновение произойдет приблизительно через 4,5 миллиарда лет. Исходя из имеющихся расчетов, звезды и газ галактики Андромеда будут видны невооруженным глазом примерно через три миллиарда лет. В результате столкновения обе галактики в течение примерно одногодвух миллиардов лет сольются в единую структуру.

Интересно, что около двух миллиардов лет назад Туманность Андромеды поглотила соседнюю галактику М32, размеры которой сравнимы с Млечным Путем. К таким выводам исследователи пришли, изучив следы М32 в виде звездных скоплений. По размерам жертва космического каннибализма была сравнима с Млечным Путем. Многие эксперты предрекают нашей звездной системе схожую судьбу.

Наша галатика и галактика Андромеды столкнутся примерно через 4:5 миллиарда лет.

Чтобы всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Так вы точно не пропустите ничего интересного!

Гало темной материи

Tucana II одна из десятков карликовых галактик, окружающих Млечный Путь. Считается, что галактики подобные ей своего рода артефакты, все, что осталось от самых первых галактик во Вселенной. Недавно астрофизики из Массачусетского технологического института (MIT) сообщили об обнаружении девяти ранее неизвестных звезд на краю ультракарликовой Туканы. Как пишут авторы научной работы, конфигурация звезд является первым доказательством того, что галактика содержит расширенное гало темной материи, больше, чем считалось раньше. Именно гало путем гравитационного воздействия удерживает далекие звезды. Полученные данные свидетельствуют о том, что самые ранние галактики во Вселенной были намного массивнее, чем считалось ранее.

«Масса Tucana II оказалась гораздо больше, чем мы думали, ведь как иначе она может удерживать звезды, находящиеся так далеко от центра «, сказал Big Think один из авторов исследования, аспирант Массачусетского технологического института Анируд Чити. «Это означает, что другие реликтовые первые галактики, вероятно, тоже имеют такие расширенные ореолы темной материи».

Существование таинственной темной материи пока остается недоказанным.

Это интересно: Самые странные галактики во Вселенной

Считается, что каждая галактика удерживается вместе ореолом темной материи. Но новые находки представляют собой первый случай, когда одно из них было обнаружен в ультратонкой карликовой галактике. Без темной материи галактики просто разлетелись бы в разные стороны. Темная материя является ключевым компонентом в создании галактики и удержании ее вместе.

Ученые также обнаружили, что девять удаленных от центра галактики звезд старше, чем звезды в ядре Tucana II. Это первое свидетельство подобного дисбаланса в таком типе галактик. Как отмечают астрофизики, им удалось наблюдать первые признаки галактического каннибализма: одна галактика, возможно, съела одного из своих чуть меньших, более примитивных соседей, а затем высыпала все свои звезды на окраины.

Массивные галактики окружены колоссальными ореолами темной материи

Читайте также: Галактики без темной материи на самом деле существуют?

Ранее астрофизики обнаружили звезды в ядре Tucana II с таким низким содержанием металлов, что галактика была идентифицирована как самая химически примитивная из всех известных на сегодняшний день ультратонких карликовых галактик. «Это, вероятно, также означает, что самые ранние галактики образовались в гораздо больших ореолах темной материи, чем считалось ранее», пишут исследователи. «Мы думали, что первые галактики были самыми крошечными, самыми слабыми галактиками. Но на самом деле они, возможно, были в несколько раз больше, чем мы думали, и, в конце концов, были не такими уж и крошечными».

Вид на сверхмассивную черную дыру в поляризованном свете. Изображение: EHT

В нашем стремлении познать Вселенную, мы сапиенсы, продвинулись довольно далеко. Судите сами: физики из Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) разгоняют элементарные частицы до околосветовых скоростей и сталкивают их друг с другом; инженеры NASA успешно посадили на поверхность Красной планеты марсоход Perserverance; биологи объяснили сложную работу циркадных ритмов и это не говоря об изготовлении вакцины против COVID-19 в рекордные сроки. Но что особенно приятно, так это достижения астрофизиков, которым за последние несколько лет удалось доказать, что космические монстры сверхмассивные черные дыры действительно существуют. Так, в 2019 году мир впервые увидел снимок горизонта событий черной дыры. Теперь же международная команда радиоастрономов представила на обозрение изумленной публики первое реальное изображение черной дыры, расположенной в 55 миллионах световых лет от Земли.

Эволюция массивных звезд

Можно ли сфотографировать объект, который не видно? Любой фотограф и человек, более-менее разбирающийся в свойствах видимого света, ответит на этот вопрос отрицательно. К счастью, человеческий глаз воспринимает далеко не весь световой спектр, а ученым относительно давно известно о существовании ультрафиолетового, инфракрасного и реликтового излучения.

Последним исследователи называют тепловое излучение, которое равномерно заполняет Вселенную и возникло спустя 300 000 лет после Большого взрыва. С течением времени микроволновое фоновое космическое излучение (от англ. cosmic microwave background radiation) позволило космологам получить представление о том, насколько велика была наша Вселенная вскоре после рождения.

Перед тем как говорить о сверхмассивных черных дырах напомним, что эти объекты представляют собой области пространства-времени, гравитация которых настолько сильна, что даже фотоны света не могут их покинуть. Сегодня физики полагают, что только звезды, чья масса превышает 15 солнечных, могут коллапсировать в этих космических монстров. Это происходит в самом конце их эволюции, когда материал для термоядерных реакций исчерпан и внутреннее давление не может удерживать внешние слои светила, из-за чего те падают в центр.

Причина, по которой сложно обнаружить нейтронные звезды заключается в том, что от них практически не исходит излучение.

Но если внешние слои звезды выбросит в окружающее пространство, произойдет вспышка сверхновой последний акт превращения массивной звезды в нейтронную. Зависят эти процессы только от первоначальной массы объекта. Так что в космосе все очень и очень непросто.

Хотите узнать, как устроена Вселенная и какое будущее ее ждет? Подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен чтобы не пропустить уникальные статьи, которых нет на сайте!

Фотография космического монстра

На протяжении многих лет радиоастрономы международного проекта Event Horizon Telescope Collaboration наблюдали за сверхмассивной черной дырой чудовищем в 6,5 миллиардов раз массивнее Солнца, которое вращается в центре огромной эллиптической галактики Messier 87. Примечательно, что последние два года исследовательская группа провела извлекая как можно больше данных из своих наблюдений о поляризации радиоволн, которые могут выявить форму магнитных полей в горячем газе, вращающемся вокруг дыры.

Бесценный труд астрофизиков позволил увидеть, что черная дыра в центре М87 закачивает материю внутрь, а энергию наружу в космос, словно вихрь вращающейся лопасти вентилятора реактивного двигателя. Примечательно, что струи и лепестки радио, рентгеновской и других форм энергии простираются более чем на 100 000 световых лет от черной дыры в М87. Большая часть этого излучения исходит от энергичных электрических частиц, вращающихся по спирали в магнитных полях.

Новое исследование поможет больше узнать о том, как магнитные поля влияют на активность черных дыр. Снимок Event Horizon Telescope Collaboration.

Это интересно: Как умирают черные дыры?

Как рассказали авторы исследования журналистам The New York Times, теперь они могут детально изучить как черная дыра направляет материал к своему центру. По мнению Дэниела Хольца, астрофизика из Чикагского университета, который не принимал участия в исследовании, эти релятивистские струи являются одними из самых экстремальных явлений в природе. Сочетание гравитации, горячего газа и магнитных полей производит луч, пересекающий всю галактику.

Самая первая фотография горизонта событий черной дыры была получена в 2019 году.

Читайте также: Черные дыры могут оказаться порталами для путешествий сквозь пространство и время

Побочным результатом работы, опубликованной в журнале The Astrophysical Journal Letters стало то, что астрономы смогли оценить скорость, с которой черная дыра питается своей средой. По-видимому, она не очень-то голодна, так как съедает «ничтожную» тысячную часть массы Солнца в год.

Диаметр космического монстра в центре галактики М87 в созвездии Девы, как отмечают авторы научной работы, составляет порядка 100 миллиардов километров, а масса около 6,5 миллиарда масс Солнца.

Отметим также, что закручивающиеся в воронку полосы, которые хорошо видно на фотографии это силовые линии магнитного поля в окрестностях черной дыры. Само поле не очень мощное: от 1 до 30 Гауссов, что всего в 410 раз сильнее магнитного поля Земли на поверхности.

Ученые находят «мосты» темной материи, которые могут раскрыть будущее нашей галактики

Ранее в этом году мы рассказывали о новой карте темной материи, создание которой во многом принадлежит искусственному интеллекту (ИИ). Эта подробная карта показывает ранее не обнаруженные нитевидные структуры, соединяющие галактики. Достижения ИИ сильно помогают ученым, которые используют его для создания еще одной карты темной материи, на этот раз в локальной Вселенной, охватывающей намного меньшую область. Интересно и то, что создание подобной, невероятно точной карты, может привести к новому пониманию темной материи и внести наконец ясность относительно будущего нашей Вселенной. Карта содержит ранее неизвестные «скрытые мосты», которые связывают галактики, а также показывает ранее неизвестные «мосты», благодаря которым все галактики в локальной Вселенной связаны в единую сеть из нитевидных структур. Ученые надеются, что их карта, опубликованная вместе с их статьей в научном журнале Astrophysical journal, сможет дать новое представление о темной материи и истории нашей Вселенной.

Скелет из темной материи

Существование таинственной субстанции, занимающей около 85% всей материи во Вселенной, сегодня не доказано. В то же самое время все больше и больше ученых не сомневаются в том, что темная материя действительно существует. Эту ситуацию можно сравнить с гравитационными волнами, существование которых предсказал Альберт Эйнштейн, однако обнаружить их удалось несколько лет назад.

Подробнее об открытии гравитационных волн можно прочитать в увлекательной статье моего коллеги Артема Сутягина

История существования темной материи началась, разумеется, после публикации общей теории относительности (ОТО) 106 лет назад. Немногим позже астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что галактики удаляются от Земли (и друг от друга) со все возрастающей скоростью. Последующие десятилетия такие выдающиеся умы как Нильс Бор, Макс Планк, Луи де Бройль, Вернер Гейзенберг и другие трудились над созданием квантовой теории.

Тот самый конгресс: V Сольвеевский конгресс (1927): 1-й ряд (слева направо): Ирвинг Ленгмюр, Макс Планк, Мария Кюри, Хендрик Лоренц, Альберт Эйнштейн, Поль Ланжевен, Шарль Гюи, Чарльз Вильсон, Оуэн Ричардсон. 2-й ряд (слева направо): Петер Дебай, Мартин Кнудсен, Уильям Брэгг, Хендрик Крамерс, Поль Дирак, Артур Комптон, Луи де Бройль, Макс Борн, Нильс Бор. Стоят (слева направо): Огюст Пикар, Эмиль Анрио, Пауль Эренфест, Эдуард Герцен, Теофил де Дондер, Эрвин Шрёдингер, Жюль Эмиль Вершафельт, Вольфганг Паули, Вернер Гейзенберг, Ральф Фаулер, Леон Бриллюэн.

Хотя непосредственно наблюдать темную материю невозможно, так как она не вступает в электромагнитное взаимодейтсвие с фотонами, она является общепринятым понятием. Ученые сделали много выводов о существовании и поведении темной материи, наблюдая ее гравитационное влияние на другие космические объекты.

Космологи считают, что темная материя служит нитевидным каркасом космической сети, которая, в свою очередь, составляет крупномасштабную структуру Вселенной, частично управляющую движением галактик и других космических систем.

Больше по теме: Наша Вселенная становится горячее, выяснили ученые

Еще одной трудной задачей является прямое измерение распределение темной материи в нашей локальной Вселенной, поэтому в ходе работы астрофизики использовали искусственный интеллект для создания новой карты.

«Локальная вселенная», в которую входим и мы, представляет собой область радиусом около 1 миллиарда световых лет, где галактики и связанные с ними космические объекты «по существу заморожены в своих современных конфигурациях», а эффекты космической эволюции незначительны, объясняют астрономы.

Как рассказал Big Think один из авторов научной работы Донхуй Чжон, доцент астрономии и астрофизики в Пенсильванском университете, изучать распределение темной материи гораздо проще в наиболее удаленных объектах, так как они точно отражают невероятно далекое прошлое нашей Вселенной. «Со временем, по мере того как крупномасштабная структура Вселенной росла, сложность Вселенной возрастала, поэтому по своей сути сложнее проводить измерения темной материи локально,» пишут авторы исследования.

Карта темной материи в локальной вселенной.

На изображении выше более мелкие нитевидные объекты (желтые) действуют как скрытые мосты между галактиками. Гравитационное влияние темной материи на галактики обозначено черными точками. Характерные черты Вселенной показаны красными точками, а крестиком отмечен Млечный Путь.

Еще больше интересных статей читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен! Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Новая карта темной материи

Итак, космические веб-карты, созданные ранее, основывались на моделировании эволюции Вселенной за 13,8 миллиарда лет до наших дней. Такие усилия требовали огромного объема вычислений и по сути не давали точных представлений о локальной вселенной, что побудило исследователей разработать новый подход.

Для новой карты они сосредоточились на использовании машинного обучения для создания модели, основанной на распределении и движении галактик. Это позволило им оценить, как распределяется темная материя.

Крупномасштабная карта Вселенной во всей красе

ИИ был обучен моделированию галактик, похожих на Млечный Путь, с помощью Illustris-TNG продолжающейся серии симуляций, в которой представлены галактики, темная материя, газы и другая материя. Как объяснили журналистам авторы научной работы, если ввести конкретную информацию в модель, она сможет заполнить пробелы, опираясь на уже обработанные данные. Ученые дополнительно подтвердили отображение, применив его к реальным локальным данным галактик из каталога Cosmicflows-3, содержащего информацию о расстояниях почти 18 тысяч галактик.

Это интересно: Могут ли гравитационные волны разрешить кризис космологии?

Скрытые мосты

Полученная исследователями карта изумительна. Только вдумайтесь, впервые мы можем рассмотреть основные структуры в локальной Вселенной и в том числе в Млечном Пути. Астрофизики также описали близлежащие галактики и «локальную пустоту» близлежащую область пустого пространства. Более того, карта позволила ученым обнаружить новые структуры.

В частности, они надеются более подробно изучить обнаруженные ими небольшие нитевидные структуры, которые, по-видимому, связывают галактики между собой. Исследователи назвали их "скрытыми мостами".

Чжон считает, что эти нити могут подарить представление о будущем нашей Галактики. Один из конкретных вопросов, заслуживающих внимания, заключается в том, столкнется ли Млечный Путь в конечном итоге с галактикой Андромеды.

Космические нитевидные структуры и мы. Какие крохотные, правда?

«Поскольку темная материя доминирует в динамике Вселенной, она в основном определяет нашу судьбу», говорят авторы исследования.

Таким образом, астрофизики могут «попросить» компьютер разработать карту на миллиарды лет, чтобы увидеть, что произойдет в локальной вселенной. Более того, теперь они могут создать новую модель, чтобы буквально отправиться в виртуальное путешествие назад во времени. Дальнейшие исследования определенно точно сделают наши карты точнее, а количество новых данных о галактиках, полученных в результате новых астрономических исследований, ошеломляет. Так что интересные временами нас с вами ждут, друзья. Ну а о том, можно ли путешествовать во времени читайте в этой статье, надеюсь, вам понравится.

Главной целью телескопа Джеймс Уэбб станет наблюдение эпохи образования самых первых звезд и галактик.

Вселенная, как известно, расширяется с ускорением. Чтобы понять как и почему это происходит, ученые разработали несколько теорий, но ответ каждый раз ускользает, а вопросов становится все больше. Теперь же на космическую арену выходит самый большой и сложный астрономический инструмент в истории, который позволит нам увидеть Вселенную когда ей было всего 200 миллионов лет. Это настоящий научный прорыв, ведь так далеко в прошлое мы еще не заглядывали. Более того, телескоп «Джеймс Уэбб» был отправлен на орбиту в собранном состоянии и раскрылся словно зонтик, прибыв в точку Лагранжа область, сбалансированную между гравитацией Солнца и Земли на расстоянии полутора миллиона километров от нашей планеты. Еще одним достоинством нового телескопа является способность наблюдать Вселенную в красных и инфракрасных лучах, а также исследовать атмосферы далеких планет чтобы понять, пригодны ли они для жизни. Только представьте сколько всего мы узнаем! Осталось лишь подождать до июня и наши знания о Вселенной, вероятно, изменятся навсегда.

Выход за пределы наблюдений

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (иногда его называют JWST или Webb) является орбитальной инфракрасной обсерваторией. Это означает, что его мощности достаточно для того, чтобы заглянуть в пылевые облака и посмотреть, как рождаются звезды и планетарные системы. Этот мощнейший инструмент обошелся создателям в 10 миллиардов долларов.

Но вернемся ненадолго в прошлое. В 1990 году NASA доставило на орбиту космический телескоп Хаббл, который открыл для нас Вселенную в прямом смысле этого слова. Его достижения были ошеломительны и вдохновили ученых на создание астрономического инструмента, способного заглянуть практически в самое сердце Большого взрыва. Хаббл также дал ученым подсказку если использовать волны большей длины, то можно «выйти за пределы» наблюдений.

Обсерватория «Джеймс Уэбб» одно из важнейших достижений человечества

Когда объекты удаляются все дальше, астрономы регистрируют высокое смещение в красный спектр. И чтобы увидеть самые первые галактики во Вселенной, нужен инфракрасный телескоп, способный использовать излучение для обнаружения небесных тел.

Больше по теме: Расплетая радугу как тайны света привели человечество к открытию темной материи?

Большая длина волны позволяет проходить сквозь космические объекты, блокирующие видимый свет. Напомним, что инфракрасный свет является одним из нескольких типов излучения, присутствующего в электромагнитном спектре.

Зеркало Уэбба разделено на шесть сегментных фрагментов

Улавливая красный и инфракрасный свет, проходящий через пространство, Уэбб отражает его на меньшее зеркало, которое затем направляет свет на научные приборы, записывающие данные. Поскольку телескоп будет наблюдать очень слабые инфракрасные сигналы, он должен быть защищен от любых ярких, горячих источников, таких как Солнце. Исследователи отмечают, что существует огромная разница температур между горячей и холодной сторонами телескопа, разделенных солнцезащитным экраном.

Читайте также: Наша Вселенная родилась в лаборатории?

Путешествие в пункт назначения

Запуск обсерватории «Джеймс Уэбб», названной в честь главы NASA в 1960-х, состоялся 25 декабря прошлого года на ракете-носителе Ariane 5. Телескоп находился внутри отсека ракеты в виде плотно обернутого пакета из проводов, пластика и пластин позолоченного бериллия. Направляясь к месту назначения, Уэбб должен был развернуться (как робот из фильмов «Трансформеры») превратившись в телескоп с золотым зеркалом, скользящим поверх серебряного солнцезащитного козырька.

Отделившись от ракеты Уэбб отправился к точке Лагранжа и успешно развернул зеркало, разделенное на 18 шестиугольных сегментов, которые теперь ожидает сложная настройка, чтобы в июне приступить к наблюдениям.

У нас есть развернутый телескоп на орбите, великолепный телескоп, подобного которому мир никогда не видел. Итак, каково это творить историю всем вместе? спросил заместитель руководителя NASA Томас Зурбухен

Этапы развертывания телескопа

Обычно запуск самая сложная часть миссии, однако развертывание телескопа таких колоссальных масштабов стало одной из самых сложных задач, когда-либо предпринимавшихся в космосе.

Удивительно и расположение обсерватории гравитационная нестабильность в точке Лагранжа L2 колеблется от 250 000 до 832 000 километров и чтобы оставаться на этой орбите, необходимо вносить небольшие корректировки примерно раз в три недели, позволив телескопу вращаться вокруг L2 (на самом деле Уэбб вращается вокруг Солнца, нам лишь кажется, что вокруг L2). В противном случае миссия улетела бы в межпланетное пространство.

Не пропустите: Знакомьтесь новые телескопы, которые навсегда изменят астрономию

Что мы узнаем о Вселенной?

Учитывая мощности нового телескопа и его чувствительность, открытия, что последуют за собранными данными, будут ошеломительны. Так, исследователи из проекта SETI надеятся, что обсерватория позволит обнаружить жизнь за пределами Земли. Безусловно, нет никакой надежды увидеть животных или растения на расстоянии нескольких световых лет. Но Уэбб сможет сфотографировать экзопланеты миры, вращающиеся вокруг других солнц.

Открытия, сделанные с помощью обсерватории, будут революционными. Помимо множества далеких планет, Уэбб позволит наблюдать самые первые звезды, что родились вскоре после Большого взрыва (так называемые Первые звезды или звезды Населения III). Вот только телескоп зафиксирует не сами звезды, а события их невероятно мощных, но очень далеких взрывов.

Джеймс Уэбб будет наблюдать уже открытые ранее экзопланеты, чтобы получить данные о химическом составе их атмосфер.

О Солнечной системе Webb тоже не забудет, позволив нам узнать много нового об объектах, расположенных в ее самых отдаленных регионах. Считается, что эти небесные тела в значительной степени не изменились с момента образования, а значит могут содержать подсказки о происхождении Земли и возникновения на ней воды ключевого фактора, способствующего появлению жизни.

Это интересно: От облаков до компьютерной симуляции: как рождаются звезды?

Владимир Сурдин из Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга МГУ, надеется, что Уэбб сможет вести наблюдения за блуждающими планетами, одиноко странствующими в космической пустоте: «Их не видно в обычные телескопы, потому что они не освещаются светом материнской звезды, они темные. Но при этом они светятся своим теплом в инфракрасном диапазоне», отметил астроном.

Самый мощный телескоп начнет работу в июне 2022 года

Их наблюдение позволит понять как сформировалась Солнечная система, наша планета и ее спутник. В академическом сообществе о происхождении Луны до сих пор нет единого мнения. «Есть версия, что по Земле ударило какое-то небесное тело, и так у нее появился спутник. Если мы увидим, что в галактике много планет-бродяг, эта версия получит подтверждение», говорит Сурдин.

Хотите знать все о последних научных открытиях? Подписывайтесь на наш канал в Telegram так вы точно не пропустите ничего интересного!

Не только звезды

Вот мы и подошли к самому интересному сможет ли Уэбб ответить на фундаментальные вопросы астрофизиков, например о черных дырах, темной энергии и темной материи? Ученые считают что да. И учитывая способность телескопа уточнить скорость расширения Вселенной, открытий нас ждет немало. Так, таинственная темная материя рискует наконец быть «пойманной» хотя бы частично Уэбб измерит ее влияние на окружающую среду.

Над созданием телескопа ученые работали больше 30 лет

Пожалуй, главное будущее достижение обсерватории это серьезный пересмотр наших знаний не только о Вселенной, но и о жизни, как таковой. Этот телескоп позволит всем жителям планеты узнать как появились первые звезды и как так вышло, что их смерть подарила нам жизнь спустя миллиарды лет.

В конце-концов, как говорил знаменитый астроном Карл Саган, мы лишь временные обитатели этой бледной голубой точки, нашего единственного дома.

Вглядываясь в далекое прошлое, мы должны обратить внимание на настоящее и задуматься о будущем. Ведь все войны, страдания и кровопролития, что пережила наша небольшая планета, меркнут в сравнении с устройством и красотой Вселенной. Быть может пришла пора и нам посмотреть наверх?

Последние комментарии