Астрофизики уменьшили темпы расширения Вселенной

Астрофизики из США пришли к выводу, что Вселенная может расширяться не так быстро, как считалось ранее, а темной энергии в ней меньше. Результаты своих исследований авторы опубликовали в The Astrophysical Journal, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Аризонского университета.

К таким выводам ученые пришли, выявив различия в сверхновых типа Iа, используемых для определения расстояний в астрономии. Астрономы выяснили, что светимости сверхновых, расположенных на огромных расстояниях от Земли, и звезд, находящихся к ней намного ближе, отличаются.

Ранее специалисты полагали, что это не так, а у звезд, возникающих после взрывов белых карликов, максимальная и, как считалось ранее, одинаковая, светимость. Это позволяло использовать сверхновые типа Iа в качестве «стандартных свечей» для определения космологических расстояний.

Наблюдения над сверхновыми ученые проводили при помощи орбитального телескопа Hubble и спутника НАСА Swift. Данные, собранные с последнего аппарата, оказались решающими, поскольку позволили различить небольшие сдвиги в ультрафиолетовой части спектра сверхновых.

Как полагают астрофизики, если их выводы подтвердятся, то темпы расширения Вселенной с момента Большого взрыва могут быть ниже, чем считалось ранее. Также это может означать меньшую долю темной энергии в балансе массы-энергии Вселенной. Свои наблюдения ученые собираются продолжить на современных обсерваториях, в частности, строящемся в Чили Large Synoptic Survey Telescope (LSST) и Super-LOTIS (Livermore Optical Transient Imaging System) telescope в Аризоне.

http://lenta.ru/news/2015/04/13/la/

Вселенная, как бесконечный цикл состояний

Наша Вселенная может быть бесконечна не только в пространстве, но и во времени.

Несколько лет назад армянский физик и математик, профессор Ереванского физического института Ваге Гурзадян оказался в поле зрения гениального математика, сэра Роджера Пенроуза благодаря разработанной им научной теории, которая по новому объясняет феномен рождения Вселенной.

Уже к началу 20-го века ученые знали, что весь окружающий нас космос, все небесные тела и даже пространство-время не существовали вечно и статично, а начали свое существование около 13,7 млрд. лет назад с грандиозного события, который ученые окрестили «большим взрывом». Однако ни одна научная модель полностью не объясняла, почему и как именно родилась Вселенная. Модель армянского и британского ученых, используя все современные достижения науки, выдвинула собственное, оригинальное объяснение мироздания.

«Теория большого взрыва» - это система космологических моделей, которая с уверенностью можно считать общепризнанной. Сегодня мало кто осмелится оспаривать ее, ввиду наличия целого ряда убедительных научных доказательств. Однако теория объясняет не сам феномен происхождения мира, а его эволюцию, начиная с определенного момента во времени. Используя одну из величайших научных дисциплин - Общую теорию относительности Эйнштейна, можно экстраполировать нынешнее состояние Вселенной назад во времени, когда она была невообразимо плотной и горячей.

Именно в адском котле «большого взрыва» появилось все известное ныне вещество и излучение. Но дальнейшая экстраполяция выводит из строя саму теорию, в «момент ноль» она перестает работать. Появляется, так называемая «космологическая сингулярность»-край самого пространства-времени, за который невозможно ничего описать. Иными словами, времени, как и пространства, не существовало «до сингулярности», поэтому бессмысленно спрашивать «как появилась Вселенная».

Любая теория имеет область применения, за которой она теряет всякий смысл. Не является исключением и Общая теория относительности. Поэтому появление сингулярности в прошлом (что было доказано самим Пенроузом и другим гениальным физиком - Стивеном Хокингом) может означать лишь, что наши представления о природе не полны. Любая научная модель применима в определенных условиях, а экстремальные условия сразу после «большого взрыва» ломают ОТО, которая является совершенно точной теорией в условиях обычных.

Прекрасно понимая это, ученые строят модели, пользуясь и другой фундаментальной теорией - квантовой механикой. Если ОТО описывает тела астрономических размеров (звезды, планеты, галактики, целые галактические скопления), то квантовая механика имеет дело с законами микромира- с атомами, электронами, фотонами и т.д. Обе теории совершенно несовместимы, поскольку основываются на абсолютно разных законах описания. Однако американский физик Алан Гут в прошлом столетии выдвинул теорию, использующую достижения обеих и получившую название «Инфляционная модель Вселенной».

Согласно квантовой механике, вакуум, то есть отсутствие вещества -это не абсолютная пустота. В вакууме есть энергия, что и приводит к расширению пространства. В модели Гута во время «большого взрыва» пространство было заполнено особым высокоэнергетичным вакуумом, гигантские значения энергии которой заставляли Вселенную расширяться с колоссальной скоростью. Этот тип вакуума ученый назвал «ложным», поскольку он оказался нестабильным и очень быстро распадался. Именно распад «ложного» вакуума и высвобождение его энергии привели к образованию горячего котла «большого взрыва» и появлению известного нам вещества.

Модель оказалась успешной, но, как и прежде, не отвечала на главный вопрос: как и почему появился «ложный» вакуум? Сам Роджер Пенроуз не особо любил теорию инфляции, называя ее лишь «заметанием сора под ковер». Поэтому он с удовольствием взялся за модель армянского ученого и яро продвигает ее уже несколько лет. Модель назвали «Конформной циклической космологией».

«Конформная циклическая космология» основывается на той же Общей теории относительности, а также Втором законе термодинамики, который гласит: в любой замкнутой системе энтропия или степень беспорядка не убывает со временем. Существует куда больше возможностей для того, чтобы разбить стоящий на столе стакан. Но сам по себе разбитый стакан уже не соберется. Вероятность этого почти нулевая. Если Вселенная представляет собой замкнутую систему, энеропия в ней возрастает со временем.

Упорядоченные, сложные структуры постепенно распадаются на мелкие, хаотичные частицы: любой стакан будет разбит, любая планета-поглощена, любая звезда израсходует топливо и погаснет. То же самое в отношении всех видов энергии, которые все со временем обращаются в тепловую, из-за чего дальнейшее выполнение работы невозможно. Если коротко, то хаос со временем возобладает над порядком.

Математические расчеты показали, что во время «большого взрыва» Вселенная должна была находиться в состоянии с минимальной энтропией, тогда она была крайне упорядочена. Со временем энтропия возрастала, и в очень далеком будущем она достигнет максимума, ей будет больше некуда двигаться. Ученые поняли, что состояния с минимальной и максимальной энтропией эквивалентны- это отсутствие любых процессов. А если так, значит нулевая энтропия в начале времен соответствует бесконечной в самом конце существования Вселенной.

Модель довольно проста. Не было никакого «начала времен», а Вселенная может быть бесконечна не только в пространстве, но и во времени. Вселенная проходит через бесконечные циклы, где в каждом предшествующем цикле (эоне) энтропия в будущем стремится к бесконечности, что оказывается сингулярностью большого взрыва для следующего.

Модель закрывает многие вопросы космологии «большого взрыва». Однако появляются новые, самый главный из них-как проверить данную теорию? Пенроуз и Гурзадян уже указали на то, что ответ скрыт в реликтовом микроволновом излучении (послесвечение «большого взрыва», первое излучение первичной материи), в котором обнаружились концентрические круги. Они, по словам ученых, представляют собой следы предыдущего цикла, предыдущей Вселенной.

Пенроуз и Гурзадян продолжают усовершенствование свою модель. Пока непонятно, получит ли она всеобщее признание, будет ли иметь доказательную базу, или превратится в красивую, но чисто умозрительную гипотезу? Однако это еще один шаг в понимании мироздания, шаг внутренне непротиворечивый. Время все расставит по своим местам.

Роджер Пенроуз - английский ученый, активно работающий в различных областях математики, общей теории относительности и квантовой теории; автор теории твисторов. Возглавляет кафедру математики Оксфордского университета, а также является почетным профессором многих зарубежных университетов и академий. Он является членом Лондонского королевского общества. Среди его наград - премия Вольфа (1988, совместно с С. Хокингом), медаль Копли (2008), премия Альберта Эйнштейна и медаль Королевского общества. В 1994 году за выдающиеся заслуги в развитии науки королевой Англии ему был присвоен рыцарский титул.

http://www.panarmenian.net/rus/details/190508/

Возникновение планет объяснили поздним рождением Солнца

Ученые объяснили возникновение планет и, возможно, жизни поздним рождением Солнца. Для этого астрофизики изучили развитие во времени галактик с массами, как у Млечного Пути. Результаты своих исследований авторы опубликовали в The Astrophysical Journal, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте НАСА.

Ученые проанализировали более 24 тысяч галактик из каталогов Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS) и FourStar Galaxy Evolution Survey (ZFOURGE), созданных при помощи телескопов Hubble и Magellan, соответственно. Снимки были получены в широком диапазоне волн от ультрафиолетовых до инфракрасных.

При помощи этих инструментов и орбитальных телескопов Spitzer и Herschel, а также нескольких наземных обсерваторий ученые отобрали около двух тысяч изображений галактик с массами и возрастами, сравнимыми с этими критериями Млечного Пути, и представили галерею из шести снимков, демонстрирующую развитие Галактики от времени 11,3 миллиарда лет до времени в 3,1 миллиарда лет назад.

В начале своей эволюции более десяти миллиардов лет назад Млечный Путь производил максимальное количество звездной материи, примерно в 30 раз больше, чем сегодня. Как отмечают астрономы, они наблюдали уверенную корреляцию междуформированием звезд и ростом звездной массы в галактике.

Этот процесс затормозился 5 миллиардов лет назад, когда появилось Солнце. Ученые считают, что такое позднее рождение звезды могло способствовать накоплению Солнечной системой достаточно металлов (так в астрономии называют химические элементы тяжелее гелия) от переживших бурный рост старых звезд. Эта материя пошла на формирования планет Солнечной системы, в том числе и пригодной для жизни Земли.

http://lenta.ru/news/2015/04/10/starformation/

В протопланетном диске звезды впервые нашли сложную органику

Астрофизики впервые обнаружили сложные органические молекулы в диске протопланетной материи, обращающейся вокруг молодой звезды. Об этом сообщают Science News.

Ученые при помощи обсерватории ALMA (Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array — Атакамская большая миллиметровая / субмиллиметровая решетка) исследовали звезду MWC 480, которая находится на расстоянии около 450 световых лет от Земли в созвездии Тельца.

Возраст MWC 480 равен одному миллиону лет. Она в 1,8 раза массивнее Солнца и окружена протопланетным диском с массой, равной пятой части солнечной. Как отмечают ученые, излучение от диска вокруг звезды слабо, поэтому заметить его могут только мощные телескопы наподобие ALMA.

В протопланетном диске астрономы обнаружили три сложные органические молекулы: синильную кислоту, нитрил уксусной кислоты и цианоацетилен. Эти соединения были найдены в слое на расстоянии 4,5-15 миллиардов километров от звезды. Примерно на таком же отдалении от Солнца за орбитой Нептуна находится пояс Койпера, включающий кометы (с идентичной органикой) и остатки материи после образования планет и астероидов.

Несмотря на то что цианиды в привычных условиях ядовиты для большинства форм жизни, они могут быть ключевыми веществами для образования предшественников оснований нуклеиновых кислот (ДНК и РНК).

Как отмечают ученые, присутствие органики в протопланетном диске не случайно и является, скорее всего, нормой. Теперь исследователям известно, что вблизи светил находится не только множество экзопланет, но и сложные органические соединения, похожие на аналогичные в Солнечной системе.

http://lenta.ru/news/2015/04/09/proto/

Астрофизики придумали новый способ измерения скорости света

Ученые разработали новый способ измерения скорости света, самый надежный из всех, что существовали до сих пор. Он поможет «засечь» даже небольшие вариации в скорости света в разных частях Вселенной.

Об этом говорится в статье польских и испанских астрофизиков, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

Согласно общей теории относительности, скорость света в вакууме – это фундаментальная постоянная, равная 300 тысячам километров в секунду. Однако сторонники альтернативных космологических моделей допускают, что скорость света может варьировать в пространстве и во времени. Авторы статьи придумали, как проверить эти гипотезы экспериментально.

В основу метода легли данные о барионных акустических осцилляциях – так называются волны плотности, образовавшиеся во Вселенной в результате ее первоначального расширения. В дополнение к этим данным ученые использовали сведения о красном смещении, расстоянии углового диаметра, в котором измеряются дистанции между галактиками, а также постоянную Хаббла (H).

В результате ученые вывели формулу для вычисления скорости, в которой используется минимально возможное число переменных. «Необходимо подчеркнуть, что главное новшество нашего метода состоит в том, что он основан на прямом измерении скорости света на космологическом уровне и при этом задействует очень немного допущений о динамике Вселенной», -- пояснил Винченцо Сользано, соавтор работы.

Расчеты пригодятся после запуска зонда «Евклид», запланированного Европейским космическим агентством на 2020 год. Этот аппарат будет измерять красные смещения галактик и расстояния между ними. Ученые надеются, что его данные при оптимистичном сценарии позволят «засечь» вариации от 0,1% от скорости света, а при пессимистичном – от 1%. По словам исследователей, наиболее вероятно, что колебания скорости света составляют менее 1%.

«Если скорость света была другой в далеком прошлом, это имеет значение и для понимания будущего Вселенной. Возможно, также нам удастся доказать, что в космосе имеются регионы с другими физическими свойствами, где, например, радио, телевидение и мобильные телефоны будут работать медленнее», -- пояснил Сальзано.

http://www.infox.ru/science/universe/2015/04/07/Astrofiziki_pridumal.phtml

Могут ли черные дыры уничтожить Вселенную?

Один из сюрпризов, которые выявил Большой адронный коллайдер, заключается в том, что бозон Хиггса оказался немного тяжелее, чем ожидалось, и это несет определенные последствия для структуры нашего вакуума. 

Вакуум наполняет поле Хиггса, оно дает частицам их массу, а заполненный Хиггсом вакуум, как считается, должен быть стабильным минимумом потенциала Хиггса. Если Хиггс будет значительно тяжелее, как показывают современные данные, у потенциала будет другой минимум на энергиях, которые ниже настоящего вакуума. Значит, вакуум, который нас окружает, это «ложный вакуум» и он метастабилен, не идеален. Наш ложный вакуум в конечном счете распадется на более низкое энергетическое состояние «истинного вакуума», и этот процесс будет сопровождаться выбросом энергии, которая разорвет все связанные на сегодня частицы материи.

В списке событий, которые заслуживают названия «конец света», «вакуумный распад» идет сразу после «большого сжатия».

Измерив массу Хиггса и другие параметры, определяющие потенциал, можно подсчитать, сколько времени понадобится нашему вакууму для распада. Ложный вакуум распадается с локального туннелирования в истинный вакуум, затем создает пузырь, который быстро расширяется и наполняет всю Вселенную. Когда симметрия Хиггса была нарушена впервые, произошло что-то похожее, что, возможно, привело к доминированию материи над антиматерией во Вселенной.

В нашей нынешней Вселенной время, которое необходимо, чтобы произошло туннелирование, зависит от высоты потенциальной стены между истинным и ложным вакуумом, в котором мы сейчас находимся. Оценки показывают, что из того, что мы знаем о времени этого распада, оно должно быть на несколько порядков больше возраста нашей Вселенной. И даже так, если вакуум в конце концов распадется, это случится после того, как звезды сожгут все топливо и жизнь во Вселенной станет невозможной. Причин для волнения в принципе нет.

Или все-таки есть?

В одной из последних работ на прошлой неделе под названием «Вакуумная метастабильность черных дыр», группа ученых из Великобритании и Канады отметила, что оценка скорости распада вакуума не принимает во внимание, что гравитационные поля могут служить семенами-зародышами вакуумного распада и таким образом значительно увеличивать нестабильность существующего вакуума. В своей работе Бурда, Грегори и Мосс рассчитали вероятность того, что ложный вакуум туннелирует в истинный вакуум, и пришли к выводам, что она намного выше в присутствии черных дыр, нежели в их отсутствии. Используя ряд наборов параметров потенциала Хиггса, сопоставимые с существующими данными, они оценили время распада как грубо сравнимое со временем распада черной дыры посредством излучения Хокинга.

Вероятный процесс туннелирования, который может произойти рядом с черной дырой, зависит от массы черной дыры. Большие черные дыры имеют малую кривизну на горизонте, потому вероятность туннелирования мала, а температура Хокинга низкая. Поскольку черная дыра теряет массу в процессе испарения, температура растет, а вместе с ней и вероятность туннелирования. При большой массе наиболее вероятным состоянием, при котором туннелирует ложный вакуум, будет истинный вакуум с черной дырой, у которой осталось мало массы внутри. Если масса будет достаточно малой, скорее всего, в процессе туннелирования просто возникнет пузырь истинного вакуума. В любом случае истинный ваккум начнет стремительно расти.

Это говорит о том, что там, где скорость распада вакуума больше темпа излучения Хокинга, вакуум может стать нестабильным вблизи края черной дыры — и расшириться внутрь чрезвычайно быстро — когда черная дыра близка к полному испарению.

Сколько времени понадобится черной дыре, чтобы испариться и стать достаточно малой, чтобы запустить вакуумный распад? Это зависит от начальной массы черной дыры. Чем больше черная дыра, тем больше нужно времени. Все черные дыры, которые мы наблюдали — черные дыры с массой солнца и сверхмассивные черные дыры — настолько тяжелые, что в настоящее время вообще не испаряются — их температура ниже температуры космического микроволнового фона. Они не теряют массу, а растут.

Тем не менее было предположение, что малые черные дыры могли образоваться в очень юной Вселенной из крупных колебаний плотности. Эти черные дыры называют «первичными» черными дырами, и они могут обладать любой массой сегодня. Если они существуют, некоторые уже испарились или испаряются сейчас. Сигнатуры этих черных дыр пытались найти, но пока не нашли, хотя есть мнение, что короткопериодичные гамма-всплески могут исходить от таких событий.

Если расчеты нового документа верны, мы можем сделать вывод, что в нашей Вселенной просто не было черных дыр, которые испарились полностью, поскольку в таком случае нас бы больше не было. Поскольку распределение первичных масс черных дыр неизвестно, однако некоторые из них могут быть рядом в финальной стадии испарения, предвещая конец мира, каким мы его знаем.

Звучит ужасно, и это правда. Но есть и другие аргументы.

Во-первых, первичные черные дыры, строго говоря, не особо высоко ценятся среди космологов. Причина в том, что трудно найти модель, согласно которой их можно было бы произвести, не произведя много. Для того чтобы образовать их, Вселенная должна была родиться с флуктуацией плотности на 68% плотнее среднего, в то время как первичные флуктуации, которые мы наблюдаем, на 0,003% плотнее среднего. Что еще более важно, параметры потенциала Хиггса, которые входят в скорость распада вакуума, основаны на предположении, что Стандартная модель представляет собой полную теорию вплоть до масштабов, на которых становится актуальной квантовая гравитация. Но это крайне сомнительно. Более того, многие считают, что это вовсе не так.

Ах да, и как насчет крошечных черных дыр на БАК, которые должны были съесть нашу планету в 2008 году? Нет абсолютно никаких признаков того, что БАК произвел хотя бы одну такую, и сама эта идея кажется весьма сомнительной, хотя исключать ее тоже не стоит. Могут ли эти черные дыры начать вакуумный распад?

На основе текущих расчетов Бурды и его коллег такой вывод сделать нельзя. Не только потому что эти черные дыры БАК будут с большей размерностью, но и сам вакуум должен быть с большей размерностью, а значит и теория будет отличаться. Кажется невероятным, что микроскопические черные дыры, даже если и будут произведены на БАК, могут быть вредными, по вполне понятным причинам: БАК работает в энергетическом режиме, при котором астрофизические столкновения происходят постоянно. Они не порождали событий, которые были бы беспрецедентными в истории Вселенной. Если теорию Бурды раскрыть, она скорее исключит возможность создания черных дыр на БАК с его энергиями.

Работа ученых имеет потенциал для развития в очень плодотворной связи между космологией, астрофизикой и экспериментами на коллайдере, которые мы проводим на Земле.

http://hi-news.ru/research-development/mogut-li-chernye-dyry-unichtozhit-vselennuyu.html

Темную энергию связали с началом коллапса Вселенной

Физики из Калифорнийского университета в Дэвисе и Ноттингемского университета предложили модификацию общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна, следствием которой является коллапс Вселенной в будущем, а также описали механизм этого процесса. 

Результаты своих исследований авторы опубликовали в двух статьях в журнале Physical Review Letters.

Физики в своей первой работе переопределили космологическую постоянную (лямбда-член), фигурирующую в уравнениях ОТО и описывающую нулевую энергию физического вакуума (темную энергию). Эта константа, как считается, остается неизменной в пространстве и времени, однако ее теоретически вычисленное значение оказывается в 10120 раз больше верхнего ограничения на ее величину, следующего из астрономических наблюдений.

Физики пытались убрать такое различие между теорией и наблюдениями различными способами, например, введением дополнительных полей, в том числе и с участием хиггсов (в расширениях Стандартной модели физики элементарных частиц), но такие решения оказывались неустойчивыми.

Модификация уравнений ОТО, предложенная учеными, позволяет подавлять вклад квантовых флуктуаций, учет которых приводит к теоретически рассчитанному значению лямбда-члена, и таким образом снизить его величину.

Это приводит, в частности, к необходимости введения представления о конечной Вселенной, которая в будущем сколлапсирует — ее ускоренное расширение прекратится, а на смену ему придет ускоренное сжатие, которое с течением времени приведет к коллапсу Вселенной — она перейдет в сингулярное состояние.

Во второй статье ученые предложили потенциал со скалярных полем, который описывает расширение Вселенной в соответствии с ее возрастом, отсчитываемым от момента Большого взрыва (произошедшего, как показывают наблюдения астрономов, примерно 13,8 миллиарда лет назад).

Этот линейный потенциал с течением времени становится отрицательным, обеспечивая таким образом отрицательную плотность (темной) энергии, необходимую для завершения расширения Вселенной. При этом перед началом ее сокращения, как следует из вида потенциала, поле может вызвать ускоренное расширение Вселенной, которое сейчас и наблюдается астрономами.

Физики собираются в дальнейшем развивать свою теорию. В частности, они собираются произвести учет поправок, связанных с квантовой гравитацией.

ОТО основывается на пропорциональности инертной и гравитационной масс (коэффициент пропорциональности выбирается равным единице) и связывает эффекты гравитационного притяжения с четырехмерной неэвклидовой геометрией пространства-времени. В случае слабого гравитационного поля теория Эйнштейна приводит к закону всемирного тяготения Ньютона и плоскому пространству.

http://lenta.ru/news/2015/04/01/gtr/

В молодой Вселенной нашли гигантские протоскопления галактик

Астрофизики обнаружили в ранней Вселенной предшественников скоплений галактик. Результаты своих исследований коллаборация ученых опубликовала в журнале Astronomy & Astrophysics, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Европейского космического агентства (ЕКА).

Галактики в одиночку, как правило, не встречаются во Вселенной, а образуют скопления из сотен и больше звездных систем. Например, Млечный Путь входит в Местную группу, которая, в свою очередь, является частью Местного сверхскопления.

Ученых интересовал вопрос, каким образом образуются эти скопления в условиях ранней Вселенной. Такая информация может пригодиться астрономам для выяснения ее истории и роли темной материи в ней.

Используя космические телескопы Planck и Herschel, ученым удалось рассмотреть во Вселенной возрастом три миллиарда лет предшественников скоплений галактик, которые астрономы наблюдают в современной Вселенной (возрастом 13,8 миллиарда лет).

С помощью Planck, который исследовал небо на девяти различных длинах волн, ученые заметили 234 ярких источника в молодой Вселенной. Обсерватория Herschel изучила их в инфракрасном диапазоне. После этого стало ясно, что исследуемые части Вселенной содержат области активного звездообразования.

Каждая из молодых галактик, содержащаяся в обнаруженных протоскоплениях, производит в год звездной материи массой до 1500 солнц. Для сравнения, Млечный Путь за это же время образует примерно одну солнечную массу.

Отдельно ученые отметили лавинообразный, а не постепенный характер звездообразования в таких галактиках. Астрофизики собираются уточнить параметры галактик (возраст и светимость) и протоскоплений, в которые они входят.

Спутник Planck предназначен для исследования реликтового излучения. Он был запущен ЕКА 14 мая 2009 года ракетой-носителем Ariane 5 с космодрома Куру и в период с сентября 2009-го по ноябрь 2010 года выполнил основную часть своей миссии. После этого телескоп задействовали в дополнительной части его миссии.

Спутник Herschel предназначен для исследования космоса в инфракрасном диапазоне. Он был запущен ЕКА одновременно с телескопом Planck. Свою миссию обсерватория завершила 17 июня 2013 года (тогда закончилось топливо) и спутник из точки Лагранжа неустойчивого равновесия L2 системы Земля-Луна был переведен на орбиту вокруг Солнца.

http://lenta.ru/news/2015/04/01/esa/

Конечна или бесконечна Вселенная?

Есть два варианта: либо Вселенная конечна и обладает размером, либо бесконечна и тянется вечно. Оба варианта заставляют хорошенько задуматься. Насколько велика наша Вселенная?

Все зависит от ответа на вышеуказанные вопросы. Пытались астрономы понять это? Конечно пытались. Можно сказать, они одержимы поиском ответов на эти вопросы, и благодаря их поискам мы строим чувствительные космические телескопы и спутники. Астрономы вглядываются в космический микроволновый фон, реликтовое излучение, оставшееся со времен Большого Взрыва. Каким образом можно проверить эту идею, просто наблюдая за небом?

Ученые пытались найти доказательства того, что особенности на одном конце неба связаны с особенностями на другом, вроде того, как края обертки на бутылке соединяются друг с другом. До сих пор не найдено никаких доказательств, что края неба могут быть связаны.

Если говорить по-человечески, это означает, что на протяжении 13,8 миллиарда световых лет во всех направлениях Вселенная не повторяется. Свет проходит туда-сюда-обратно через все 13,8 миллиарда световых лет и только потом покидает Вселенную. Расширение Вселенной отодвинуло границы покидания светом вселенной на 47,5 миллиарда лет. Можно сказать, наша Вселенная 93 миллиарда световых лет в поперечнике. И это минимум. Возможно, это число 100 миллиардов световых лет или даже триллион. Мы не знаем. Возможно, и не узнаем. Также Вселенная вполне может быть бесконечной.

Если Вселенная действительно бесконечна, то мы получим крайне интересный результат, который заставит вас серьезно поломать голову.

Итак, представьте себе. В одном кубометре космоса (просто расставьте руки пошире) есть конечное число частиц, которое может существовать в этом регионе, и у этих частиц может быть конечное число конфигураций с учетом их спина, заряда, положения, скорости и т. д.

Тони Падилья из Numberphile подсчитал, что это число должно быть десять в десятой в семидесятой степени. Это настолько большое число, что его нельзя записать всеми карандашами во Вселенной. Если предположить, конечно, что другие формы жизни не изобрели вечные карандаши или не существует дополнительного измерения, заполненного сплошь карандашами. И все равно, наверное, карандашей не хватит.

В наблюдаемой Вселенной есть только 10^80 частиц. И этого намного меньше, чем возможных конфигураций материи в одном кубометре. Если Вселенная действительно бесконечна, то удаляясь от Земли вы в конце концов найдете место с точным дубликатом нашего кубометра космоса. И чем дальше, тем больше дубликатов.

Подумаешь, скажете вы. Одно облако водорода выглядит так же, как и другое. Но вы должны знать, что проходя по местам, которые будут выглядеть знакомыми все больше и больше, вы в конечном итоге дойдете до места, где найдете себя. А найти копию себя — это, пожалуй, самое странное, что может произойти в бесконечной Вселенной.

Продолжая, вы будете обнаруживать целые дубликаты наблюдаемой Вселенной с точными и неточными копиями вас. Что дальше? Возможно, бесконечное число дубликатов наблюдаемых Вселенной. Даже не придется приплетать мультивселенную, чтобы найти их. Это повторяющиеся Вселенные внутри нашей собственной бесконечной Вселенной.

Ответить на вопрос, конечна или бесконечна Вселенная, крайне важно, потому что любой из ответов будет умопомрачительным. Пока астрономы не знают ответа. Но не теряют надежды.

http://hi-news.ru/science/konechna-ili-beskonechna-vselennaya.html

Магнитные поля влияют на образование звезд

Звезды образуются, когда сила тяжести стягивает материал в гигантские облака газа и пыли. Но одной силы тяжести не достаточно.

И турбулентность, и магнитное поле борются с притяжением, встряхивая материал, или путем перенаправления и ограничения газовых потоков, соответственно. Новое исследование, фокусирующееся на магнитных полях, показывает, что они влияют на формирование звезд на различных уровнях – от сотен световых лет до доли светового года.

Мишенью нового исследования, которое журнал Nature опубликовал 30 марта, стала туманность Кошачья лапа, также известная как NGC 6334. Эта туманность общей массой около 200 000 солнечных, и может сформировать новые звезды, некоторые в 30-40 раз больше массы нашей звезды. Туманность расположена в 5 500 световых лет от Земли в созвездии Скорпиона.

Команда тщательно измерила ориентацию магнитных полей в Кошачьей лапе. "Мы обнаружили, что направление магнитного поля достаточно хорошо сохранилось от больших до малых масштабов, что подразумевает невозможность собственного притяжения и турбулентности существенно изменить направление поля", сказал ведущий автор Хуа-Бай Ли (Hua-Bai Li) из Китайского университета Гонконга, который проводил наблюдения с высокой разрешающей способностью, а после защитил докторскую диссертацию в Гарвард-Смитсоновском центре астрофизики (CFA).

"Несмотря на то, что они намного слабее магнитного поля Земли, эти космические магнитные поля оказывают важное влияние в регулировании процесса образования звезд", добавил соавтор исследования Т. К. Срайдхаран (T.K. Sridharan) из CFA.

Команда наблюдала поляризованный свет, исходящий от пыли в туманности, используя несколько объектов, в том числе телескоп SMA (Smithsonian’s Submillimeter Array /Смитсоновская субмиллиметровая решетка).

Так как пылевые частицы выравниваются с магнитным полем, исследователи смогли использовать выброс пыли для измерения геометрии месторождения. Они обнаружили, что магнитные поля, как правило, выстраиваются в одном направлении, хотя относительная шкала масштабов, изученная исследователями, отличалась на порядки. Магнитные поля только тогда стают неровными на маленьких масштабах, когда сильна обратная связь от новообразованных звезд, созданных другими действиями.

Эта работа представляет собой первые измеренные магнитные поля в одном регионе в различных масштабах. Она также имеет интересные последствия для истории нашей галактики.

http://www.infuture.ru/article/12918

Астрономы проследили за сталкивающейся темной материей

Ученые выяснили, как ведет себя темная материя при столкновениях галактик. Выяснилось, что она еще «темнее», чем считалось ранее, и практически на них не реагирует.

Об этом говорится в статье британских астрономов из Эдинбургского университета, опубликованной в свежем выпуске журнала Science.

Темная материя - это загадочная субстанция, которая по массе превосходит всю обычную материю во Вселенной, но при этом никак себя не проявляет, за исключением гравитационного воздействия на окружающие объекты. Чтобы уточнить ее свойства, авторы статьи решили выяснить, как темная материя реагирует на столкновения галактических кластеров.

Галактическими кластерами называются группы галактик, гравитационно-связанных между собой. Периодически они проходят друг сквозь друга, причем этот процесс занимает сотни миллионов лет. Чтобы реконструировать его, ученые проанализировали 72 пары столкнувшихся кластеров - данные о каждом из случаев представляют собой как бы моментальный снимок столкновения.

С помощью космических телескопов «Хаббл» и «Чандра» исследователи проследили за поведением трех основных компонентов галактик - звезд, межзвездного газа и темной материи. О состоянии последней ученые судили по эффекту гравитационного линзирования, когда сила гравитации темной материи искривляет проходящие лучи света.

Выяснилось, что если под влиянием столкновения облака газа замедляются, «упираясь» друг в друга, то скорость звезд и темной материи остается почти неизменной. Поскольку звезды отделены друг от друга большими расстояниями, то в их поведении нет ничего удивительного - вероятность того, что при столкновении галактик столкнуться и входящие в них звезды, мала.

С темной материей дело обстоит противоположным образом - она равномерно и достаточно плотно распределена по галактическим кластерам. Следовательно, даже когда сгустки темной материи проходят друг сквозь друга, они никак не взаимодействуют. По словам ученых, открытие не отвечает на вопрос о природе темной материи, но всё же позволяет уменьшить число неизвестных в космологических моделях.

http://www.infox.ru/science/universe/2015/03/27/Astronomyy_proslyedi.phtml

Таинственный объект во Млечном Пути

Возможно, ученым удастся идентифицировать неизвестный объект, скрывающийся в нашей собственной галактике Млечный Путь.

Новые исследования могут помочь ученым в конце концов идентифицировать обнаруженный в самом сердце нашего Млечного Пути странный космический объект.

Этот объект был впервые обнаружен в 2011 году. Ученые назвали его пылевым облаком G2. Это облако привлекло к себе повышенное внимание ученых, поскольку оно "танцевало" вокруг черной дыры. Ученые предполагали, что это пылевое облако является потенциальной "пищей" для соседней черной дыры.

Наблюдения за пылевым облаком G2 показали, что длительное время оно оставалось компактным пока кружило вокруг жерла черной дыры.

Долгое время ученые не могли понять,что же это за объект на самом деле и только недавно пришли к выводу о том, что это может быть звезда.

Несмотря на то, что ученые обратили внимание на этот объект лишь в 2011 году, он был зафиксирован на снимках от орбитальных телескопов еще в 2006 и 2010 годах.

http://www.infuture.ru/article/12903

Коллапс Вселенной может произойти быстрее, чем ожидалось

Физики пришли к новым расчетам, когда Вселенная перестанет расширяться и коллапсирует в себя — а это, как вы понимаете, крайне плохие новости для материи внутри, — и утверждают, что это произойдет в ближайшие несколько десятков миллиардов лет или около того.

По меркам людей, это произойдет, мягко говоря, не скоро. Но на космологической шкале времени ученые называют это «неизбежным», и коллапс не заставит себя ждать. «То, что мы видим темную материю в настоящее время, может прямо указывать на обреченность Вселенной, и мы пытаемся обозначить дату конца, изучая эти данные», — рассказал Phys.org один из авторов исследования Антонио Падилья из Университета Ноттингема в Великобритании.

Предлагая новый «механизм космологического коллапса», команда пытается ответить на один из самых сложных вопросов в физике — почему скорость расширения Вселенной в настоящее время увеличивается?

В 1917 году, когда ученым даже в голову не приходило, что Вселенная может расширяться, Эйнштейн пришел к своей «космологической постоянной», которая определяла энергию плотности космического вакуума и уравновешивала притяжение материи. Спустя чуть больше, чем десять лет, астроном Эдвин Хаббл понял, что Вселенная на самом деле расширяется, и Эйнштейн отказался от идеи космологической постоянной. Однако в последнее время физики все больше приходят к выводу, что темная энергия могла бы занять ее роль.

Темная энергия — это форма энергии, которая, по мнению физиков, составляет порядка 68% Вселенной. Темная матери составляет около 27%, и на «обычную материю» приходится менее 5%. Проблема заключается в том, что такой высокий процент темной материи мог обеспечить только рост крошечной Вселенной, а не той огромной, которую мы все знаем и любим, потому что она расширялась бы слишком быстро, чтобы дать галактикам шанс на формирование.

«В соответствии с новым механизмом, Вселенная возникла с набором конкретных начальных условий, естественным образом эволюционировала в текущее состояние и будет продолжать двигаться по этому пути к полному коллапсу. В таком сценарии, как только возобладает двигатель коллапса, Вселенная войдет в период «медленного движения», которое приведет к ускоренному расширению, наблюдаемому сегодня. В конце концов, Вселенная перестанет расширяться и начнет движение в обратном направлении, начнет сжиматься, что приведет к Большому Сжатию (противоположности Большому Взрыву)».

Работа ученых была опубликована в Physical Review Letters. Впрочем, даже если ученые и правы, у нас будут десятки миллиардов лет на подготовку к этому грандиозному событию.

http://hi-news.ru/science/kollaps-vselennoj-mozhet-proizojti-bystree-chem-ozhidalos.html

Беднейшая галактика помогла астрономам раскрыть тайну зарождения Вселенной

C помощью галактики I Zwicky 18 астрономы определили как сама Вселенная стала прозрачной в первые эпохи своей жизни после Большого Взрыва.

В Испании астрономы с помощью галактики I Zwicky 18, абсолютного чемпиона по бедности элементами тяжелее гелия в видимой Вселенной, определили, как сама Вселенная стала прозрачной в первые эпохи своей жизни после Большого Взрыва.

Галактика I Zwicky 18, расположенная в созвездии Большой Медведицы на расстоянии в 58 миллионов световых лет от Земли, достаточно давно привлекала внимание астрономов со всего земного шара. Этот объект обладает двумя свойствами, который делает I Zwicky 18 уникальной и крайне интересной для изучения.

Во-первых, она почти не содержит в себе астрономических "металлов" — элементов тяжелее гелия — что роднит ее с первыми звездами и галактиками Вселенной. Во-вторых, в ней содержалось много нейтрального газа, и звезды внутри этой галактики формировались с крайне высокой скоростью, что опять же сближает I Zwicky 18 с ранними галактиками.

Каролина Кериг (Carolina Kehrig) из Астрофизического института Андалузии в Гранаде (Испания) и ее коллеги наблюдали за I Zwicky 18 при помощи ряда наземных радиотелескопов, пытаясь уточнить массу "металлов" в ней и раскрыть другие уникальные физические свойства этой галактики.

Во время этих замеров астрофизикам удалось обнаружить необычно большое количество облаков ионизированного гелия, который возникает в результате "бомбардировки" атомов газа излучением звезд с запредельно высоким уровнем энергии. Подобные лучи в космосе, как объясняют ученые, могут породить только очень крупные и яркие звезды, которых сегодня просто не существует в большинстве галактик, так как их недра не могут содержать в себе даже минимального количества "металлов".

Масса таких светил из "популяции III", как называют эти небесные тела звезд ученые, превышала солнечную в 100 и более раз, а сроки их жизни были крайне малыми по сравнению с современными звездами.

В ближайшее время Кериг и ее коллеги попытаются найти эти светила, породившие облака гелия, и получить первые данные об устройстве аналогов первых звезд Вселенной, сделавших ее прозрачной во время так называемой "эпохи реионизации".

http://www.bagnet.org/news/tech/253695

10 вопросов о Вселеной, на которые ответит темная материя

Частицы темной материи не производят, не отражают и не поглощают свет. Тем не менее, хотя мы и не можем видеть темную материю напрямую и до сих пор не понимаем ее природы, ученые сходятся во мнении, что она составляет до 26% известной нам Вселенной, наблюдая за гравитационными эффектами, которые она оказывает на другие космические объекты. 

Как и ветер, гнущий дерево, мы не видим темную материю, но знаем, что она есть. Исходя из этих наблюдений, ученые разрабатывают весьма интересные теории относительно этой загадочной субстанции. Если она будет обнаружена, наше понимание Вселенной существенно прояснится.

Темная материя может вызвать массовое вымирание

Майкл Рампино, профессор биологии из Университета Нью-Йорка, считает, что движение Земли через галактический диск (наш регион в галактике Млечный Путь) могло стать причиной массовых вымираний на Земле. Это произошло потому, что наше движение нарушило орбиты комет во внешней Солнечной системе (известной как «облако Оорта») и вызвало увеличение теплоты ядра нашей планеты.

Вместе со своими планетами, Солнце обращается вокруг центра Млечного Пути каждые 250 миллионов лет. Во время своего путешествия оно плетется через галактический диск каждые 30 миллионов лет. Рампино утверждает, что проход Земли через диск совпадает с падением комет и массовыми вымираниями на Земле, включая то, что случилось 65 миллионов лет назад, когда вымерли динозавры. Есть также теория, что непосредственно перед тем, как астероид положил конец гигантским ящерам, их ряды существенно проредили вулканические извержения.

Сочетание необычной вулканической активности и столкновения с астероидом совпадают с прохождением Земли через галактический диск: «Во время прохождения через диск концентрации темной материи нарушают пути комет, которые, как правило, пролетают далеко от Земли во внешней Солнечной системе», говорит Рампино. «Это означает, что кометы, которые обычно путешествуют на больших расстояниях от Земли, выбирают необычные пути вплоть до столкновения с планетой». Некоторые считают, что теория Рампино не работает, потому что динозавры вымерли из-за падения астероида, а не кометы. Тем не менее 4% облака Оорта состоит из астероидов, а это порядка восьми миллиардов.

В дополнение к этому Рампино считает, что каждый проход Земли через галактический диск приводил к тому, что темная материя накапливалась в ядре планеты. Поскольку частицы темной материи аннигилируют друг друга, они создают сильное тепло, а оно может вызывать вулканические извержения, изменения уровня моря, рост гор и другую геологическую активность, которая серьезно влияет на жизнь на Земле.

Млечный Путь может быть гигантской червоточиной

Возможно, мы живем в гигантском туннеле, который является коротким путем через Вселенную. Как предсказывает общая теория относительности Эйнштейна, червоточина — это регион, в котором пространство и время искривляются, создавая «кротовую нору» в удаленную часть Вселенной. По мнению астрофизиков из Международной школы продвинутых исследований в Триесте, Италия, темная материя в нашей галактике может быть распределена таким образом, что обеспечивает стабильно существующую червоточину в середине нашего Млечного Пути. Эти ученые считают, что пришло время переосмыслить природу темной материи, возможно, она просто представляет часть другого измерения.

«Если мы объединим карту темной материи в Млечном Пути с последней моделью Большого Взрыва, — говорит профессор Пауло Салуччи, — и предположим существование пространственно-временных туннелей, мы получим, что наша галактика вполне может располагать одним из таких туннелей, и такой туннель может быть размером с целую галактику. Кроме того, мы можем даже пройти через этот туннель, поскольку он, согласно нашим расчетам, будет судоходным. Как тот, что мы видели в фильме «Интерстеллар».

Конечно, это всего лишь теория. Но ученые считают, что темная материя может быть ключом к созданию червоточины и наблюдению за ней. Пока же никаких червоточин в природе обнаружено не было.

Открытие галактики X

Галактика X также известна как галактика темной материи, по большей части невидимая карликовая галактика, которая может быть причиной странной ряби в холодном водороде за пределами диска Млечного Пути. Считается, что галактика X является спутниковой галактикой Млечного Пути в кластере из четырех переменных цефеид, пульсирующих звезд, которые используются в качестве маркеров для измерения расстояний в космосе. Мы не видим остальную часть этой карликовой галактики, потому что она состоит из темной материи, согласно теории. Тем не менее благодаря гравитационному притяжению этой галактики возникает рябь, которую мы видим. Без источника гравитации в виде темной материи, удерживающего их вместе, четыре цефеиды, скорее всего, разлетелись бы прочь.

«Открытие переменных цефеид показывает, что наш метод нахождения местоположений карликовых галактик с преимущественно темной материей работает, — говорит астроном Сукания Чакрабарти. — Это может помочь нам в конечном счете понять, из чего состоит темная материя. Также это показывает, что теория тяготения Ньютона может использоваться в самых дальних уголках галактики и нет необходимости изменять нашу теорию гравитации».

Распад бозона Хиггса на темную материю

Разработанная в 1970-е годы Стандартная модель физики элементарных частиц представляет собой набор теорий, которые по сути предсказывают все известные субатомные частицы во Вселенной и то, как они взаимодействуют. С подтвержденным в 2012 году существованием бозона Хиггса (известным также как «частица Бога»), Стандартная модель стала завершенной. К сожалению, эта модель объясняет далеко не все и ничего не говорит про гравитацию и темную материю. Масса частицы Хиггса такжекажется слишком малой некоторым ученым.

Это и побудило ученых из Технологического университета Чалмерса предложить новую модель, основанную на суперсимметрии, которая оснащает каждую известную частицу Стандартной модели более тяжелым суперпартнером. Согласно новой теории, небольшая часть частиц Хиггса распадается на фотон (частицу света) и два гравитино (гипотетические частицы темной материи). Если эта модель подтвердится, она полностью перевернет наше понимание фундаментальных строительных блоков природы.

Темная материя на Солнце

В зависимости от метода, используемого для анализа Солнца, количество элементов тяжелее водорода или гелия будет колебаться на 20—30 процентов. Мы можем измерить каждый из этих элементов, глядя на спектр излучаемого им света, как по отпечатку пальца, или изучить, как он влияет на звуковые волны, проходящие сквозь Солнце. Таинственная разница в этих двух типах измерения элементов Солнца называется проблемой солнечного избытка (или изобилия).

Нам необходимо точно измерить эти элементы, чтобы понять химический состав Солнца, а также его плотность и температуру. Во многих отношениях это также поможет нам понять состав и поведение других звезд, а также планет и галактик.

В течение многих лет ученые не могли разработать приемлемое решение. Затем астрофизик Аарон Винсент и его коллеги предположили наличие темной материи в ядре Солнца в качестве возможного ответа на вопрос. После проверки многих моделей, они пришли к теории, которая вроде как работала. Тем не менее она включала специальный тип темной материи — «слабо взаимодействующую асимметричную темную материю», которая могла быть либо материей, либо антиматерией одновременно.

На основе измерений гравитации ученые узнали, что Солнце окружает гало темной материи. Частицы асимметричной темной материи не содержат много антиматерии, поэтому могут переживать контакт с обычной материей и накапливаться в ядре Солнца. Эти частицы также могут абсорбировать энергию в центре Солнца, а затем транспортировать ее тепло к внешним краям, что могло бы объяснить проблему солнечного избытка.

Темная материя может быть макроскопической
Ученые из Case Western Reserve сомневаются, что мы ищем темную материю в нужных местах. В частности, они предполагают, что темная материя может состоять не из крошечных экзотических частиц вроде вимпов (слабо взаимодействующих массивных частиц), а из макроскопических объектов, которые варьируются от нескольких сантиметров до размеров астероида. Однако ученые ограничивают свою теорию тем, что уже наблюдается в космосе. Отсюда рождается их вера, что Стандартная модель физики элементарных частиц даст ответ. Новая модель не нужна.

Ученые назвали свои объекты темной материи «макросами». Они не утверждают, что вимпов и аксионов нет, но допускают, что наш поиск темной материи может включать других кандидатов. Есть примеры материи, которая не является ни обычной, ни экзотической, но которая подходит по параметрам к Стандартной модели.

«[Научное] сообщество отказалось от мысли, что темная материя может состоять из обычного вещества, в конце 80-х, — говорит профессор физики Гленн Старкмен. — Мы задаемся вопросом, не ошиблось ли оно и не может ли темная материя состоять из обычного вещества — кварков и электронов?».

Обнаружение темной материи по GPS

Двое физиков предложили использовать GPS-спутники для поиска темной материи, которая, по мнению ученых, может не быть частицами в общепринятом смысле, а скорее потеками в ткани пространства-времени.

«Наше исследование преследует мысль, что темная материя может быть организована как гигантское газоподобное собрание топологических дефектов, или энергетических трещин, — говорит Андрей Деревянко из Университета штата Невада. — Мы предлагаем обнаружить эти дефекты, темную материю, с помощью сети чувствительных атомных часов. Идея состоит в том, что когда часы рассинхронизируются, мы будем знать, что в этом месте прошла темная материя, топологический дефект. По сути, мы планируем использовать GPS-спутники как крупнейший созданный человеком детектор темной материи».

Ученые анализируют данные с 30 GPS-спутников и пытаются с их помощью проверить свою теорию. Если темная материя действительно является газоподобной, Земля будет проходить через нее по мере движения по галактике. Выступая в качестве ветра, клочья темной материи будут сдуваться Землей и ее спутниками, в результате чего GPS-часы на спутниках и на земле будут терять синхронизацию каждые три минуты. Ученые смогут контролировать расхождения до одной миллиардной доли секунды.

Темная материя может питаться темной энергией

Согласно одному из последних исследований, темная энергия может питаться темной материей по мере их взаимодействия, что, в свою очередь, замедляет рост галактик и в конечном итоге может оставить Вселенную чуть ли не совершенно пустой. Вполне возможно, что темная материя распадается на темную энергию, но этого мы пока не знаем. Космический аппарат Планк недавно уточнил цифры физического состава Вселенной: 4,9% обычной материи, 25,9% темной материи и 69,2% темной энергии.

Мы не видим темной материи или темной энергии. Эти термины даже не очень хорошо расписаны научным сообществом. Они больше похожи на условные обозначения, которые будут оставаться, пока мы не поймем, что происходит на самом деле.

Темная материя притягивает, а темная энергия отталкивает. Темная материя является рамой или основой, на которой строятся галактики и их содержание. Ее гравитационное притяжение, как полагают, удерживает звезды вместе в галактиках. Гравитация сильнее, когда объекты находятся ближе друг к другу, и слабее, когда они дальше друг от друга.

С другой стороны, темная энергия означает силу, которая заставляет Вселенную расширяться, разбрасывая галактики прочь. Поскольку темная энергия отталкивает эти объекты, гравитация ослабевает. Это говорит о том, что расширение пространства ускоряется, а не замедляется вследствие гравитационных эффектов, как полагали однажды.

«С конца 1990-х годов астрономы убедились в том, что что-то заставляет расширение нашей Вселенной ускоряться, — говорит профессор Дэвид Вондс из Университета Портсмута. — Простое объяснение состоит в том, что пустой космос — вакуум — обладает энергетической плотностью, которая является космологической постоянной. Тем не менее появляется все больше доказательств того, что эта простая модель не может объяснить полный диапазон астрономических данных, к которым имеют доступ ученые. В частности, разрастание космической структуры, галактик и скоплений галактик происходит медленнее, чем ожидалось».

Темная материя вызывает рябь в галактическом диске

Если смотреть в космос с Земли, мы увидим, что звезды внезапно заканчиваются в 50 000 световых годах от центра нашей галактики. Следовательно, это конец галактики. Мы не увидим ничего серьезного, пока не отойдем на 15 000 световых лет от этой границы, Кольца Единорога, звезд, которые располагаются выше плоскости нашей галактики. Некоторые ученые считали, что эти звезды были оторваны от другой галактики.

Однако новый анализ данных в ходе Sloan Digital Sky Survey показал, что Кольцо Единорога по сути является частью нашей галактики. Это означает, что Млечный Путь по меньшей мере на 50% больше, чем мы думали — а диаметр нашей галактики увеличивается со 100 000–120 000 световых лет до 150 000–180 000 световых лет.

Глядя с Земли, мы не видим, что они соединяются из-за провалов в галактическом диске. Эта рябь похожа на концентрические круги, которые расходятся от места падения камня в воду. Волна поднимается и закрывает вид океана, остаются видны только более высокие волны. Так что, хотя наша точка зрения была частично заблокирована формой нашей галактики, мы увидели Кольцо Единорога словно вершину высокой волны.

Это открытие меняет наше понимание строения Млечного Пути.

«Мы обнаружили, что диск Млечного Пути — не просто диск звезд в одной плоскости, он гофрирован, — говорит Хайди Ньюберг из Научной школы Ренсселера. — Мы видим по меньшей мере четыре впадины в диске Млечного Пути. И поскольку эти четыре впадины видны только с нашей точки зрения, можно предположить, что подобная рябь имеется по всему диску Млечного Пути».

Ученые полагают, что эта рябь может быть вызвана куском темной материи или карликовой галактики, рассекшей Млечный Путь. Если эта теория окажется верной, концентрические впадины Млечного Пути помогут ученым проанализировать распределение темной материи в нашей галактике.

Гамма-лучевая сигнатура

До недавнего времени единственным способом, с помощью которого ученые могли обнаружить темную материю, было наблюдение его возможного гравитационного воздействия на другие космические объекты. Тем не менее ученые полагают, что гамма-лучи могли бы быть прямым указанием на то, что темная материя прячется в нашей Вселенной. Возможно, они уже обнаружили первую гамма-лучевую сигнатуру в Reticulum 2, недавно обнаруженной карликовой галактике около Млечного Пути.

Гамма-лучи — это форма высокоэнергетического электромагнитного излучения, испускаемого из плотных центров галактик. Если темная материя действительно состоит из вимпов, частицы темной материи могут быть источником гамма-лучей, образующихся в процессе взаимной аннигиляции вимпов при контакте. Тем не менее гамма-лучи также могут выделяться другими источниками вроде черных дыр и пульсаров. Если в процессе анализа получится отделить одни источники от других, мы сможем получить гамма-лучи темной материи. Но это только теория.

Ученые полагают, что в большинстве карликовых галактик недостает важных источников гамма-лучей, на темную материю может приходиться 99%. Потому-то физики из университетов Карнеги-Меллона, Брауна и Кембриджа разволновались в связи с получением гамма-лучей из Reticulum 2.

«Гравитационное обнаружение темной материи может сказать очень немногое о поведении частиц темной материи, — говорит Мэтью Уокер из Университета Карнеги-Меллона. — Теперь у нас есть негравитационное обнаружение, которое демонстрирует, что темная материя ведет себя как частица, и это крайне важно». Конечно, остается возможность, что это гамма-излучение пришло из других источников, которые пока не были определены. Вместе с тем последнее обнаружение девяти карликовых галактик рядом с Млечным Путем дает ученым возможность для дальнейшего исследования этой теории.

http://hi-news.ru/science/10-voprosov-o-vselennoj-na-kotorye-otvetit-temnaya-materiya.html

Результаты эксперимента ЦЕРНа указали на отклонения от Стандартной модели

Ученые ЦЕРНа сообщили о подтверждении своих предыдущих результатов, согласно которым они наблюдали отклонение полученных экспериментальных данных от Стандартной модели физики элементарных частиц. 

Об этом сообщается на сайте Европейской организации по ядерным исследованиям.

В эксперименте под названием LHCb ученые из одноименной коллаборации занимаются взаимодействиями b-кварков. Это необходимо для исследования асимметрии между материей и антиматерией. В 2013 году физики опубликовали работу, в которой проанализировали данные распада нейтрального B-мезона (он состоит, в том числе из b-антикварка).

Угловое распределение продуктов распада указывает на аномально высокое отклонение результатов эксперимента от теоретических предсказаний (до примерно четырех стандартных отклонений). Хотя этого и недостаточно для открытия «новой физики» (прежде всего, темной материи и суперсимметрии), новые данные ученых усиливают полученные в 2013 году результаты.

Стандартная модель физики частиц в настоящее время включает в себя около 20 свободных параметров (например, масс фундаментальных частиц). На сегодняшний день она является наиболее экономным способом непротиворечивого объяснения известных наблюдаемых фактов микромира.

LHCb (Large Hadron Collider beauty experiment) — самый маленький из четырех основных детекторов на Большом адронном коллайдере. Эксперимент проводится для исследования асимметрии материи и антиматерии в взаимодействиях b-кварков. Установка LHCb представляет собой одноплечевой спектрометр, способный регистрировать треки частиц в диапазоне углов от 15 до 300 миллирадиан.

http://lenta.ru/news/2015/03/23/cern/

Доказательство суперсимметрии полностью изменит наше понимание Вселенной

Большой адронный коллайдер очень скоро снова заработает с удвоенной скоростью. Физики полагают, что столкновения частиц на околосветовых скоростях помогут раскрыть целый набор новых частиц, открывающих изнанку физики: суперсимметрию. 

В прошлый раз мы немного затронули эту тему, пришло время обсудить, что это за суперсимметрия и зачем она нам.

На данный момент главенствующей теорией физики элементарных частиц является Стандартная модель. Она отлично объясняет, как взаимодействуют основные строительные блоки материи, создавая Вселенную, которую мы видим вокруг.

Стандартная модель — лучшее описание, которое у нас есть, но оно далеко от совершенства.

Неполная теория

Стандартная модель образовалась в 1970-х годах. Это набор уравнений, который описывает, как все известные элементарные частицы взаимодействуют с четырьмя фундаментальными силами: сильным и слабым взаимодействием, электромагнетизмом и гравитацией.

«Есть некоторые вещи, которых Стандартная модель не может объяснить, — говорит физик Джордж Редлинджер из Брукхейвенской лаборатории, которая работает над экспериментом ATLAS на БАК. — Потому мы знаем, что это неполная теория».

Стандартная модель отлично связывает первые три из этих четырех фундаментальных сил, но не касается гравитации. Гравитация настолько слабая сила, что даже игрушечный магнит может ее побороть. Остальные три силы намного сильнее. Гравитация имеет крайне важное значение для физики, и ее поведение описывает общая теория относительности Эйнштейна.

Стандартная модель также не может объяснить присутствие таинственного вещества под названием темная материя, которое удерживает галактики вместе. И не может объяснить, почему во Вселенной намного больше материи, чем антиматерии, хотя должно быть равное количество.

Суперсимметрия — это расширение Стандартной модели, которое могло бы помочь заполнить некоторые из этих недостатков. Она прогнозирует, что каждая частица в Стандартной модели может обладать пока не обнаруженным партнером. Это касается даже знакомых нам частиц вроде электронов. Суперсимметрия предсказывает, что у электронов есть партнеры «селектроны», у фотонов — «фотино» и так далее.

Вот все пробелы в физике, которые может исправить суперсимметрия.

Суперсимметрия может объяснить, почему бозон Хиггса такой легкий

Несмотря на то, что Стандартная модель предсказала существование бозона Хиггса, его обнаружение проделало еще одну трещину в теории. Хиггс, который физики наблюдали на БАК в 2012 году, намного легче, чем ожидалось. Стандартная модель предсказывает, что бозон Хиггса в триллионы раз тяжелее, чем тот, что наблюдали физики во время первого запуска БАК, как говорит Дон Линкольн, физик из Лаборатории Ферми.

Будучи частицей, которая дает массу другим частицам, Хиггс должен быть очень тяжелым, поскольку взаимодействует с огромным числом частиц. Частицы-партнеры, предсказываемые суперсимметрией, могли бы поправить это. Если они существуют, эти дополнительные частицы отменяли бы вклад партнеров в массу Хиггса. Потому бозон Хиггса был бы легким, как мы его и наблюдали.

Это естественное объяснение куда более желательно, чем внесение корректировок в существующую Стандартную модель. Когда вы вынуждены править теории, объясняющие то, что вы в действительности наблюдаете, это знак того, что «вы на самом деле не знаете, что делаете», говорит Линкольн, а эта теория, по всей видимости, неправильная или неполная.

Суперсимметрия может объяснить темную материю

Темная материя невидима и до сих пор не обнаружена, но тем не менее на нее приходится до 27% всей материи во вселенной.

Самые легкие суперсимметричные частицы, предсказываемые в рамках теории, могут быть неуловимыми частицами темной материи, на которые охотятся физики десятилетиями. Суперсимметрия предсказывает, что у этой частицы будет нейтральный заряд и она едва ли будет взаимодействовать с любой другой частицей. Примерно такое описание физики ждут от частиц темной материи.

Темная материя невидима, поэтому частицы, из которых она состоит, должны быть нейтральными, иначе будут рассеивать свет и станут видимыми. Эти частицы также ни с чем не взаимодействуют, иначе мы бы их уже обнаружили.

Суперсимметрия указала бы в направлении универсальной теории в физике

Главная цель физики — постоянно конденсировать наше понимание вселенной все более простыми терминами.

К примеру, теперь мы понимаем, что гравитация, которая привела к падению яблока на голову Ньютона, — это та же гравитация, которая управляет планетами и звездами. И теперь мы знаем, что законы электричества и законы магнетизма — просто два закона, которые определяют единую фундаментальную силу электромагнетизма.

Если суперсимметричные частицы включены в Стандартную модель, они бы тесно связали три из четырех фундаментальных сил, которые описываются Стандартной моделью: электромагнетизм, сильное и слабое взаимодействие. Суперсимметрия будет означать, что все эти три силы будут обладать одной и той же силой на очень высоких энергетических уровнях.

В частности, суперсимметрия может укрепить теорию струн. Суперсимметрия часто описывается как трамплин для теории струн — чтобы она стала возможной, необходима некоторая версия суперсимметрии.

Теория струн остается одним из ведущих кандидатов на «теорию всего», которая объединит всю физику. Тем не менее проверить ее экспериментально чрезвычайно трудно.

«Энергия структур, с которыми имеет дело теория струн, настолько высока, что мы, вероятно, никогда не воспроизведем ее в лаборатории», — говорит Стивен Вайнберг.

Тем не менее открытие суперсимметрии по крайней мере даст апологетам теории струн знать, что они идут в правильном направлении.

Физики думают, что мы найдем доказательства суперсимметрии?

Несмотря на десятилетия поисков, никто не нашел никаких доказательств суперсимметрии. Впрочем, великие теории открывались не за два-три года. К примеру, почти полвека понадобилось на то, чтобы открыть бозон Хиггса с момента теоретического предположения его существования. Потому, хотя мы и не видим доказательств суперсимметрии, эта теория остается очень мощной.

«Это настолько прекрасная идея, что она обязана быть правильной», — говорит Редлинджер.

Тем не менее Вселенной абсолютно все равно, насколько идеальными наши теории ни казались бы, говорит Линкольн. Многие физики говорят, что мы должны были найти доказательства суперсимметричных частиц уже в первый запуск БАК, поэтому теория вполне может быть не ахти.

Но только потому, что мы не видели каких-либо суперсимметричных частиц, еще не означает, что их нет. Может быть, есть что-то в том, как суперсимметрия проявляется, чего мы пока не понимаем. Может, нужен более мощный коллайдер, чтобы частицы-суперпартнеры проявили себя.

Мы не узнаем этого, пока БАК не заработает. Обновленный ускоритель частиц будет работать на 60% сильнее, чем раньше, перейдет от 360 миллионов столкновений в секунду до 700 миллионов столкновений в секунду. Если суперсимметрия была вне досягаемости по уровню энергии во время последнего запуска, данные этого года могут быть совершенно неописуемыми.

Конечно, мы можем ничего и не найти. Но это тоже пойдет нам на пользу.

Если суперсимметрия ошибочна, это откроет дверь к новому набору теорий. Также появится больше доверия к другим теориям, вроде идеи о мультивселенной, к которой никогда не было особого доверия. Ждем запуска.

http://hi-news.ru/science/dokazatelstvo-supersimmetrii-polnostyu-izmenit-nashe-ponimanie-vselennoj.html

Почему на Земле больше железа, чем на Луне?

Ученые из Sandia National Laboratories, работающие с Z-machine, экспериментальной установкой и одним из крупнейших в мире источников вспышек рентгеновского излучения, помогли распутать давнюю тайну астрофизики: почему железо обнаруживается рассыпанным по всей мантии Земли, толстому слою между ядром Земли и ее корой.

На первый взгляд, кажется более разумным, что железо, прибывающее в процессе столкновений Земли с планетезималями — от нескольких метров до сотен километров в диаметре — во время последних стадий формирования Земли, должно было пулей уходить в ядро Земли, где и так находится довольно много железа.

Во-вторых, остается загадкой, почему Луна пропорционально имеет намного меньше железа в мантии, чем Земля. Поскольку Луна претерпела такую же внеземную бомбардировку, что и ее крупный сосед, что могло бы объяснить относительное отсутствие этого элемента в мантии Луны?

Чтобы ответить на эти вопросы, ученые под руководством профессора Штейна Якобсена из Гарвардского университета и профессора Сары Стюарт из Калифорнийского университета в Дэвисе поставили под вопрос принятое теоретическое значение точки испарения железа при высоком давлении. Если испарение происходит при более низких давлениях, чем предполагалось, серьезный кусок железа после столкновения мог испариться в виде железного пара, который одеялом накрыл Землю, а не пройти через нее. В результате на Землю проливался бы железный дождь, который и создал бы карманы этого элемента, в настоящее время обнаруживаемые в мантии.

Что касается Луны, то могло произойти то же самое растворение железа в пар, но слабая гравитация спутника просто была не в состоянии захватить большую часть свободно плавающих атомов железа, чем и объясняется недостаток железных месторождений на Луне.

По большей части ради экспериментальных, нежели теоретических изысканий ученые обратились к Z-machine и ее Программе фундаментальной науки, координируемой менеджером Sandia Томасом Мэттсоном. Это привело к сотрудничеству между Sandia, Гарвардом, Калтехом и Ливерморской национальной лабораторией, в ходе которого должно было быть определено экспериментальное значение порога испарения железа, которое заменило бы теоретическое значение, используемое на протяжении десятилетий.

Рик Краус из Ливерморской национальной лаборатории и Рэй Лемке и Сет Рут из Sandia использовали Z-машину для ускорения металлов до экстремальных скоростей, используя мощные магнитные поля. Ученые создали цель, которая состояла из железной 5-миллиметровой пластины толщиной в 200 микрон, и запускали в нее летающие алюминиевые тарелки со скоростью 25 километров в секунду. При таком ударном давлении мощная ударная волна, которая возникала в железе, заставляла его сжиматься, нагреваться и в конечном счете испаряться.

Результаты, опубликованные ранее в этом месяце в Nature Geosciences, показали, что ударное давление, экспериментально необходимое для испарения железа, приблизительно составляет 507 гигапаскаль, срезая предыдущую оценку более чем на 40% (887 гигапаскаль). Астрофизики говорят, что это меньшее давление легко достигается во время финальных стадий планетарного роста через аккрецию.

Главный исследователь Краус рассказал: «Поскольку планетологи всегда считали, что железо довольно трудно испарить, им не приходило в голову, что такое испарение может быть важным процессом в ходе формирования Земли и ее ядра. С нашими экспериментами стало очевидно, что испарить железо в процессе удара довольно легко».

«Это меняет наше представление о формировании планет; вместо образования ядра путем опускания железа в растущее ядро Земли крупными каплями (технически называемыми диапирами), это железо испарялось, вытягивалось шлейфом над поверхностью Земли и проливалось маленькими каплями. Эти капельки железа легко смешивались с мантией; наша интерпретация геохимических данных, которые мы используем на сегодняшний день относительно формирования ядра Земли, изменилась».

http://hi-news.ru/science/pochemu-na-zemle-bolshe-zheleza-chem-na-lune.html

Сможет ли Большой Адронный Коллайдер найти "пропавшую Вселенную"?

Говорят, что самые тяжелые для исполнения музыкальные партии зачастую являются самыми простыми. То же самое и с наукой: простейшие вопросы вроде «из чего состоит Вселенная?» ставят в тупик самые светлые умы в области физики. Ставили, во всяком случае. 

На следующей неделе Большой адронный коллайдер в ЦЕРНе снова заработает после двухлетней программы техобслуживания и модернизации.

Когда это произойдет, энергия столкновения частиц будет в два раза выше, чем в прошлый раз, когда физики обнаружили бозон Хиггса. Предполагается, что увеличенные возможности также, наконец, раскроют сущность «темной материи» — невидимой, но важной составляющей Вселенной, на которую приходится около четверти всей материи.

Темная материя появилась на радарах большинства ученых в 1974 году, благодаря наблюдениям американского астронома Веры Рубин, которая заметила, что звезды, вращающиеся вокруг черных дыр в центрах спиральных галактик вроде нашей, делают это с одной и той же скоростью, независимо от расстояния до центра.

Этого не должно происходить — и не происходит в очевидно сопоставимых системах вроде нашей Солнечной системы, где планеты, захваченные гравитацией Солнца, вращаются тем медленнее, чем дальше находятся. Нептун обращается вокруг Солнца 165 земных лет, когда Земле нужен для этого всего год.

Наше понимание гравитации подсказывает нам, что все должно происходить точно так же.

То, что звезды Веры вращаются с одинаковой скоростью, стало сюрпризом: видимо, там было больше всякого, что обеспечивало гравитацию, чего мы не видели. Темная материя. С тех пор темная материя стала общим термином для вещества (материи), которое должно быть, но которого мы не видим. Только вот до сих пор непонятно, чем эта темная материя должна быть представлена.

Это не означает, что прогресса нет вообще. В настоящее время считается, что темная материя — не просто обычный материал в виде газа, пыли и мертвых звезд, которые просто не светятся. В настоящее время наукой признано, что темная материя — это собрание фундаментальных частиц вроде кварков и глюонов, из которых состоят атомы, известные нам. Но это не точно.

Эти «темные» элементарные частицы известны как вимпы: слабо взаимодейстующие массивные частицы, WIMP. Этот акроним, как и термин «темная материя», сам по себе описывает, как эти теоретические создания темной материи ведут себя. «Слабо взаимодействующие» означает, что у них мало общего с обычной материей. Они пролетают прямо сквозь нее. Это делает их весьма трудными для обнаружения, учитывая, что обычная материя — все, что у нас есть для их обнаружения.

Часть «массивная» означает, что у них есть масса. Что с размерами — непонятно. Осталось только «частица», что понятно, в принципе, хотя определение может быть и лучше. Темная материя — это своего рода элементарные частицы, которые обладают характеристиками вимпов.

В теории эти вимпы могут быть самыми разными вещами, но работа профессора Карлоса Френка из Университета Дарема сузила диапазон поиска этих вещей. Вместе с коллегами Френк еще в начале своей научной карьеры в 1980-х годах заявил, что темная материя должна быть представлена вимпами и должна быть «холодной».

На тот момент это заявление было спорным, но со временем Френк снабдил свою теорию существенным весом в научных кругах.

«Процесс довольно прост. Все, что вам нужно — гравитация и несколько базовых допущений».

Собственно, этими допущениями и были заявления Френка о том, что темная материя состоит из вимпов и является холодной.

Вселенные, которые выросли на его компьютере, оказались неотличимы от нашей и предоставили существенную поддержку идее холодной темной материи. И поскольку темная материя была частью моделирования, ее можно было сделать видимой. Невидимое раскрылось. Ее можно чуть ли не коснуться, восторгался Френк.

Но это «чуть ли» оказалось проблемой. Дело в том, что вы не можете прикоснуться к ней — потому-то и попытки обнаружить ее до сих пор не увенчались успехом. Но темная материя должна быть там, и она может быть представлена элементарными частицами — а по этой части у нас есть мощная машина, которая может обнаружить эти частицы: Большой адронный коллайдер.

Вы знаете, что БАК сталкивает протоны, летящие на околосветовой скорости по 27-километровой трубе в противоположных направлениях. Столкновение приводит к двум последствиям. Во-первых, протоны распадаются, выявляя кварки, глюоны, калибровочные бозоны и другие элементарные частицы атомного вещества. В Стандартной модели есть 17 частиц — и все они были увидены на БАК.

Во-вторых, столкновений может произвести другие, более тяжелые частицы. Когда они образуются, детекторы БАК их улавливают. За одним из таких детекторов стоит профессор Дейв Карлтон из Бирмингемского университета.

«Иногда вы производите более массивные частицы. Их-то мы и ищем».

Дейв — и все остальные в CERN — ищет их, потому что эти частицы могут быть составной частью темной материи. Звучит это маловероятно — как может обычная материя произвести материю, которую невозможно увидеть или обнаружить при помощи обычной материи. Но это имеет смысл с точки зрения бесспорной концепции Большого Взрыва.

Если темная материя существует, она появилась в процессе Большого Взрыва, как и все остальное.

И чтобы увидеть, что могло появиться в процессе Большого Взрыва, нужно воссоздать его условия. Единственное место, где можно их воссоздать, это точка столкновения на БАК. Чем быстрее столкновение, тем ближе оно к температуре Большого Взрыва.

Есть все основания полагать, что темная материя может быть воспроизведена в ускорителях частиц вроде БАК. Более того, существует математическая теория, которая предсказывает, что 17 составляющих Стандартной модели имеют партнеров в виде других 17 частиц. Этот принцип называется «суперсимметрия».

Профессор Джон Эллис, физик-теоретик из Кингс-Колледж в Лондоне, который также работает в CERN, — фанат суперсимметрии, как и многие другие. Он надеется, что некоторые из этих пока сугубо теоретических суперсимметричных частиц появятся на виду в скором времени.

«Мы надеялись, что они выявят себя в первом же запуске БАК. Но этого не произошло», — жалуется он.

Эллис объясняет, что это означает, что суперсимметричные частицы должны быть тяжелее, чем думали ученые, и появятся только при более высоких энергиях, которые не были доступны до текущего момента.

Во время второго запуска БАК столкновения будут происходить с удвоенной энергией, и профессор Эллис питает надежду, что суперсимметричные частицы наконец появятся. Это важный момент для суперсимметрии. Если она проявит себя на БАК, все будет хорошо. Проблема темной материи разрешится, наряду с другими аномалиями в Стандартной модели физики.

Но если суперсимметрия не появится, как в прошлый раз, физики и астрофизики должны будут искать другие идеи и объяснения того, из чего состоит наша Вселенная. Возможно, им придется начать все заново.

http://hi-news.ru/science/smozhet-li-bolshoj-adronnyj-kollajder-najti-propavshuyu-vselennuyu.html