Category: космос

Category was added automatically. Read all entries about "космос".

byzantine

Отпечатки пальцев Бога


Физики впервые охладили крупный объект весом в несколько килограмм до его неподвижного основного состояния. В результате авторы смогли наблюдать влияние гравитационных сил на массивный объект. Раньше физики переводили в основное состояние максимум небольшие наночастицы. Теперь ученые смогли провернуть подобное для 10-килограммового объекта. Для этого понадобилась гравитационно-волновая обсерватория.

Как известно, температура является мерой энергии молекул, а потому она определяет амплитуду внутренних колебаний. Поэтому, если охладить систему из колеблющихся атомов до абсолютного нуля, она станет полностью неподвижной.

Но абсолютный нуль недостижим, поэтому физики довольствуются так называемым основным состоянием. Это минимальное по энергии состояние атомов в системе. Когда множество частиц одновременно удается перевести в основное состояние, они образуют особое квантовое состояние. Если в качестве частиц выступают бозоны, такое состояние материи называется конденсатом Бозе-Эйнштейна.

В новом исследовании ученым удалось создать аналог конденсата для довольно крупного оптомеханического осциллятора весом 10 килограмм. До сих пор такой трюк удавалось проделывать лишь с облаками из атомов или наночастицами. Решив перевести в основное состояние такой массивный объект, физикам потребовалась установка, которая бы смогла с высокой точностью фиксировать движение отдельных атомов в такой крупной структуре. Оказалось, что единственная установка, способная на такое, — гравитационно-волновая обсерватория LIGO.

Используя доплеровское охлаждение, ученые смогли опустить температуру системы до 77 нанокельвинов — очень близко к теоретическому основному состоянию, которое должно быть на уровне 10 нанокельвинов. Учитывая, что до таких температур обычно охлаждают лишь небольшие облака размером в несколько миллионов атомов, удивительно, что у ученых получилось достичь подобного для объекта, состоящего из 10↑26 атомов.

Охлаждение объектов до низкой температуры может повысить чувствительность датчиков и эксплуатационные характеристики большинства устройств. Обновление до LIGO с такой модификацией могло бы увеличить его чувствительность и дальность действия к гравитационным волнам. Для чего это нужно?

В конце второго тысячелетия человечество сделало гигантские телескопы, которые могут заглянуть в самые далекие уголки Вселенной. Там нет человека, там нет звезд, там нет галактик. Но на расстоянии десяти миллиардов световых лет мы уперлись в непрозрачную стену — древнее вещество Вселенной, настолько плотное, что электромагнитные волны через него не проходят.
Эта стена испускает лишь радиоизлучение, которое называют реликтовыми волнами. За ней творится Вселенная: рождаются элементарные частицы, атомы, появляются первые сгустки материи — и она совершенно прозрачна для гравитационных волн, реликтовых гравитационных волн.

В отличие от микроволнового излучения (реликта эпохи рекомбинации, имевшей место через 380 тыс лет после Большого взрыва), гравитационные волны — это прямой реликт эпохи космологической инфляции, развернувшейся за 10↑–35 с до Большого взрыва.

Они очень-очень слабые, ведь тогда не было никаких черных дыр или нейтронных звезд, только небольшие шероховатости пространства, но, если мы научимся надежно регистрировать обычные гравитационные волны во всех диапазонах, рано или поздно мы поймаем и реликтовые гравитационные волны. Мы сможем посмотреть, как творилась Вселенная.

Во-вторых, наблюдения слияний нейтронных звезд дадут много новой, крайне нужной информации об этих объектах. Впервые мы сможем изучать нейтронные звезды так, как физики изучают частицы: наблюдать за их столкновениями, чтобы понять, как они устроены внутри. Загадка строения недр нейтронных звезд волнует и астрофизиков, и физиков. Наше понимание ядерной физики и поведения вещества при сверхвысокой плотности неполно без разрешения этого вопроса. Вполне вероятно, что именно гравитационно-волновые наблюдения сыграют здесь ключевую роль.

https://science.sciencemag.org/content/372/6548/1333
https://phys.org/news/2021-06-physicists-human-scale-standstill-quantum-state.html
promo moris_levran december 22, 2014 02:45 8
Buy for 10 tokens
Византийская принцесса Анна – Великая княгиня Киевской Руси. В. Васнецов. "Крещение князя Владимира". В 1988 году в Советском Союзе отмечалась знаменательная дата – 1000-летие Крещения Руси. Минуло 26 лет, и сейчас можно рассмотреть подробнее эти события, поскольку к религии советская власть…
byzantine

Дважды искривленный мир двойных черных дыр

Что будет видно в окрестности двух вращающихся вокруг общего центра тяжести двух сверхмассивных чёрных дыр? Пространство-время у этих астрономических объектов деформировано до своего предела их экстремальной гравитацией. Захваченная звезда будет неминуемо разорвана, если окажется слишком близко. Любое материальное тело, в том числе и свет с его максимальной скоростью в вакууме, будет захвачено, если его траектория будет пролегать слишком близко от горизонта событий чёрной дыры. Но что будет происходить, если взаимодействовать будут две сверхмассивные чёрные дыры разной массы?



На этой компьютерной визуализации смоделированные аккреционные диски окрашены в разные цвета – красным цветом показан диск вокруг черной дыры с массой в 200 миллионов солнечных, а синим – вокруг черной дыры с массой в 100 миллионов солнечных. Это позволяет проследить за движением источников света, но такой выбор также имеет физическое обоснование. Вещество, обращающееся вокруг меньшей черной дыры, испытывает влияние более сильных гравитационных эффектов, оно сильнее нагревается и дает больше излучения в синей области спектра. Оба аккреционных диска вокруг черных дыр с такими массами дают большую часть излучения в ультрафиолетовом диапазоне. Искривленные вторичные изображения синей черной дыры, показывающие вид партнера с красной черной дыры, можно найти в запутанной структуре красного диска, искаженной гравитацией синей черной дыры. Мы можем одновременно увидеть обе стороны синей черной дыры, так как свет от нее приходит как по прямому пути, так и после искривления красной черной дырой. Красный и синий свет от двух черных дыр можно увидеть во внутреннем светящемся кольце около горизонтов событий, которое называют фотонным кольцом. Астрономы ожидают, что в не столь далеком будущем удастся зарегистрировать гравитационные волны – рябь в пространстве-времени – возникающие, когда две сверхмассивные черные дыры в подобных системах сближаются по спирали и сливаются.
http://www.astronet.ru/db/msg/1734761
byzantine

GW190521 - слияние двух звёзд Прока?


Весной 2019 года двумя обсерваториями гравитационных волн LIGO и Virgo было обнаружено слияние двух черных дыр, имеющих 85 и 66 солнечных масс соответственно. В результате события, которое ученые назвали GW190521 , образовалась черная дыра с массой 142 Солнц, и это стало первым наблюдением с помощью гравитационных волн черной дыры промежуточной массы. Но удивительным оказалось не только это.

Одна из самых больших загадок оказалась связана с массами двух исходных черных дыр. Согласно звездным моделям, черные дыры, образовавшиеся в результате коллапса большой звезды, не могут быть больше примерно 65 солнечных масс. В то время как меньшая из двух черных дыр близко подходила к этому пределу, большая определенно нет. Так как же образовалась черная дыра массой 85 солнечных?

Одна идея состоит в том, что это результат небольших слияний. Предположительно могла существовать плотная система из 4-6 черных дыр, которые могли со временем слиться в одну большую черную дыру. Но при этом, такой кластер черных дыр должен был бы вращаться вокруг черной дыры массой 66 солнечных, чтобы потом образовать слияние GW190521. Есть ряд теорий о том, что подобные скопления черных дыр могут существовать, но неясно, как они могут сливаться настолько быстро, чтобы объяснить образование GW190521.


Наблюдаемое событие слияния GW190521. (Иллюстрация: LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration)

Поэтому недавно ученые предложили другое решение. Они выдвинули предположение, что GW190521 была слиянием не пары черных дыр, а , вероятно, слиянием двух звезд Прока .

Звезда Прока (иногда ее называют бозонной звездой) - это, по сути, гипотетический объект, который аналогичен белому карлику или нейтронной звезде. Дело в том, что вся материя состоит из строительных блоков двух основных типов: фермионов , таких как электроны и кварки, и бозонов, таких как глюоны и хиггсы . Фермионы препятствуют тому, чтобы занимать одно и то же квантовое состояние. Если гравитация пытается сжимать фермионы вместе, то они отталкиваются в результате так называемого давления вырождения . Это давление не позволяет белым карликам и нейтронным звездам коллапсировать под своим весом.

Для бозонов нет проблем в том, чтобы занять одно и то же квантовое состояние. Фактически, если сверхохладить бозоны, то они образовывают единый квантовый объект, известный как конденсат Бозе-Эйнштейна . Из-за этого можно было бы предположить, что гравитация способна коллапсировать массу бозонов в черную дыру. Но на самом деле, чрезвычайно уплотненные бозоны в сильном гравитационном поле проявляют себя неожиданным образом – благодаря довольно изощренной физике, в конечном итоге, бозонная звезда достигает такого же гравитационного баланса, как белые карлики или нейтронные звезды. Теоретически бозонная звезда даже может быть такой же гравитационно стабильной, как белые карлики и нейтронные звезды. И более того. Существующий предел давления вырождения не позволяет, чтобы белые карлики были больше 1,4 массы Солнца, а нейтронные звезды больше 2–3 масс Солнца. Но при определенных условиях масса бозонной звезды вполне могла бы иметь массу 85 Солнц или даже больше.


Так могла бы выглядеть бозонная звезда в телескопе Event Horizon Telescope. (Иллюстрация: Olivares et al)

Материя из известных нам бозонов не могла стать бы звездой Прока, но некоторые теории темной материи предполагают новые виды бозонов. Если темная материя состоит из бозонов малой массы, то они могут образовывать объекты, похожие по размеру и массе на черные дыры. Поскольку у них будут сильные магнитные поля (в отличие от черных дыр), мы сможем отличить их от черных дыр по световому линзированию вокруг них. Или, как предлагает новое исследование, можно попробовать обнаружить их по их гравитационным волнам.

Когда ученые изучили данные о событии GW190521, они обнаружили, что они согласуются как со слиянием черных дыр, так и с гипотетическим слиянием двух звезд Прока. Обе модели хорошо совпадали с данными фактических наблюдений. Так как характеристики звезды Прока должны зависеть от массы составляющих ее бозонов, ученые на основе данных GW190521 рассчитали массу этого теоретического бозона. Результат, который они получили, был чрезвычайно малым. Примерно в триллионную часть расчетной массы нейтрино.

Ничто из этого не доказывает, что звезды Прока существуют. Все явления гравитационных волн, которые ученые наблюдали, прекрасно объясняются слиянием черных дыр. Но новое исследование предлагает интересную теорию. Новая легкая бозонная частица может помочь нам пролить свет на темную материю, частицы которой могут образовывать бозонные звезды. Это странная идея, но пока ее не стоит сбрасывать со счетов.

FUTURYCON
byzantine

Персеверанс садится на Марс


Три минуты посадки. Раскрытие парашута, отделение теплового экрана. Затем начинают работать ракетные даигатели посадки, и наконец, в дело вступает "небесный кран", который мягко опускает марсоход на поверхность. В конце ролика "небесный кран" улетает в сторону после отделения от марсохода.
byzantine

Загадка исчезнувших звёзд.


В рамках одного из исследовательских проектов астрономы сравнили старые и новые изображения неба и обнаружили, что по крайней мере 100 звезд исчезли с тех пор, как в 1950-х годах были сделаны снимки, взятые теперь для сравнения. При этом кроме астрофизических объяснений «пропажи звезд» астрономы не хотят исключать и возможность того, что за исчезновение ночных световых точек могут быть ответственны и внеземные технологии. Команда под руководством Беатрис Вильярроэль из Северного института теоретической физики (NORDITA) и Института астрофизики Канарских островов сообщила предварительно на ресурсе ArXiv.org , а теперь и в журнале Astronomical Journal, что в рамках проекта «Исчезающие и появляющиеся источники в течение столетия наблюдений» (VASCO) они сравнили астрономические снимки 1950-х годов и снимками, сделанными в наше время, и при этом обнаружили среди 600 миллионов объектов, внесенных в небесный каталог системы Panoramic Survey Telescope And Rapid Response System (Pan-STARRS), около 150 тысяч зарегистрированных ранее космических объектов, которые более не обнаруживаются на сегодняшних снимках. Затем ученые особенно подробно изучили 24 000 таких «объектов» и уже из них отобрали 100 самых необычных объектов, которые, по-видимому, действительно исчезли с тех пор и исчезновение которых кажется особенно загадочным.

Хотя колебания яркости звезд не редкость, исчезновение звезд именно за такой сравнительно короткий период в 70 лет стало для астрономов загадкой - ведь звезды обычно проходят свои жизненные циклы очень медленно или взрываются в конечном итоге яркой вспышкой, превращаясь в так называемые сверхновые.
byzantine

Существование «предыдущей» Вселенной получило математическое подтверждение.


Хотя общая теория относительности Эйнштейна может объяснить массу астрофизических феноменов, некоторые аспекты свойств Вселенной она объяснить не может и их существование остается загадкой. Прибегнув к модели петлевой квантовой космологии, ученые из США дали ответ на две из трех загадок распределения реликтового излучения. А это, в свою очередь, подтверждает верность их базовой гипотезы о том, что наша Вселенная появилась в результате не «взрыва», а «отскока», то есть в результате коллапса какой-то «предыдущей» Вселенной.

Если окинуть весь космос взглядом, он будет казаться не совсем единообразным из-за неравномерного распределения галактик и темной материи, начало которому было положено еще реликтовым излучением, когда Вселенной было около 380 тысяч лет. Несколько лет назад была составлена температурная карта реликтового излучения Вселенной, на которой было отмечено несколько аномальных зон, которые современная физика не может понять и объяснить.

Воспользовавшись моделью петлевой квантовой космологии — математическим инструментом, объединяющим квантовую механику и теорию относительности — ученые из Пенсильванского университета разрешили две из трех этих аномалий, о которые спотыкается общая теория относительности (ОТО).

В частности, ОТО не может объяснить неравномерность распределения в пространстве галактик и темной материи.

Представьте себе ткань, из которой шьют рубашки. На первый взгляд, она кажется двумерной, но при более близком рассмотрении оказывается, что она сплетена из трехмерных нитей. Точно так же, — говорит первый автор работы, профессор Абхай Аштекар, директор Институт гравитации и космоса штата Пенсильвания, — и ткань пространства-времени нашей Вселенной состоит из переплетенных квантовых нитей. Учитывая эти нити, петлевая квантовая космология позволяет нам выйти за пределы континуума, описываемого общей теорией относительности, например, за пределы Большого взрыва, пишет Phys.org.

В прошлом исследователи из этой команды уже заменили идею сингулярности Большого взрыва на гипотезу Большого отскока. Она утверждает, что нынешняя расширяющаяся Вселенная возникает из стремительного сжатия, управляемого сложными эффектами квантовой гравитации, какой-то массы, видимо, предыдущей Вселенной. Ученые обнаружили, что все крупные структуры нашей Вселенной можно объяснить при помощи уравнений квантовых петель.

Теперь они пошли дальше и объяснили определенные аномалии в распределении реликтового излучения квантовыми флуктуациями. Речь идет о крайне малых величинах в планковской системе единиц — длина Планка примерно на 20 порядков меньше радиуса протона. Однако даже столь незначительная, казалось бы, коррекция расширения Вселенной позволяет устранить затруднения, которые раньше ставили космологов в тупик.

А тот факт, что расчеты физиков позволили в точности проследить появление мельчайших неоднородностей, фиксируемых на фоне сверхвысокочастотного реликтового космического излучения, прямо подтверждает и верность лежащей в основе этого математического аппарата модели Большого отскока.

В 2018 группа физиков-теоретиков опубликовала статью об открытии следов предыдущих Вселенных, скрытых в излучении, оставшемся от Большого взрыва. Авторы назвали их «точками Хокинга».
byzantine

В межзвездном пространстве нашли неизвестное излучение

Космические аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2», которые вышли за пределы Солнечной системы, позволили экспертам сделать еще одно научное открытие.

С помощью зонда учёные зафиксировали ранее неизвестный тип излучения, который невозможно найти в пределах Солнечной системы из-за мощного излучения от нашего светила.

Специалисты полагают, что потоки электронов спровоцированы ударными волнами. Вся странность в том, что эти лучи летят со скоростью, приближающейся к световой. Однако скорость ударных волн, ставших для них движущей силой, приблизительно в 670 раз меньше. Исследователи продолжают искать ответ на вопрос о механике этого явления.
byzantine

Что вызывает невероятно мощные космические взрывы: новое открытие

Астрономам наконец удалось классифицировать колоссальный космический взрыв, обнаруженный еще в 2018 году — событие настолько яркое и мощное, что пришлось выделить его в совершенно новый класс.

Ни для кого не секрет, что в космосе существует великое множество высокоэнергетических явлений, а потому и взрывы там случаются довольно часто. Однако особые, чрезвычайно быстрые и интенсивные всплески энергии ученые обозначают как Fast Blue Optical Transients, или FBOT.
В 2018 году астрономы засекли в галактике, отстоящей от Земли на 200 миллионов световых лет, исключительно яркий FBOT AT2018cow, который прозвали «Корова». В скором времени у него отыскали родственников: взрыв «Коала», случившийся в еще более отдаленной галактике (от нее до Земли целых 3,4 миллиарда световых лет), а также взрыв CSS161010 (это его сокращенное название), который произошел на дистанции в 500 миллионов световых лет.

Чтобы понять масштабы этих событий, следует отметить, что «Корова» как минимум в 10 раз мощнее среднестатистического взрыва сверхновой. Однако у всех троицы была еще одна любопытная особенность — уровень радиоизлучения просто зашкаливал. Так, CSS161010 извергал в космос фантастическое количество звездного материала на колоссальной скорости — примерно 55% от скорости света!

Этот факт вызвал у астрономов сильное недоумение. Во время звездных взрывов вещество и в самом деле может разгоняться до околосветовых скоростей, но речь всегда идет о незначительном (по меркам звезды) количестве этого самого вещества. Так, обычно звезда разгоняет примерно одну миллионную от массы Солнца. Зато CSS161010 запустил на огромной скорости от 1 до 10% солнечной массы.

Так что же вызвало такие мощные взрывы? Они напоминают взрывы сверхновых, но вспыхивают и затухают невероятно быстро. Кроме того, из-за колоссальной температуры их свечение получает голубоватый оттенок, что также выделяет FBOT по сравнению с обычной сверхновой.

На данном этапе ученые вывели два возможных объяснения этим странным явлениям. Первое гласит, что FBOT возникает, когда черная дыра пожирает белого карлика; второй — что это необычная разновидность сверхновой, в результате которой ядро коллапсирует с огромной силой, превращаясь или в нейтронную звезду, или в черную дыру.

Как правило, взрывающаяся сверхновая сбрасывает сферическую оболочку из звездного материала, а иногда формирует вокруг ядра вращающийся аккреционный диск, питающий струи раскаленного вещества, вырывающиеся из его полюсов. Они-то и распространяют в космическом пространстве гамма-лучи, в результате чего данное явление получило название «гамма-всплеск».

Взрывы FBOT очень похожи, но отличаются от «обычных» сверхновых наличием весьма плотного облака вещества неизвестного происхождения. Когда ударная волна сталкивается с ним, то провоцирует очень быструю и невероятно яркую вспышку, которую приборы регистрируют в широком диапазоне длин волн. Исследователи обещают, что продолжат изучать загадочные космические взрывы и в будущем порадуют нас новыми открытиями.
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab8bcf
byzantine

Солнечное затмение с огненным кольцом на рассвете.


Авторы: Колин Легг и Джефф Симс; Музыка: Петер Нанаси

Что поднимается над горизонтом позади облаков? Это – Солнце. Обычно восходы Солнца так не выглядят, потому что Луна в них не участвует. Однако ранним утром 10 мая 2013 года Луна оказалась между Землей и восходящим Солнцем при наблюдении из Западной Австралии. Во время кольцеобразного затмения Луна находится слишком далеко от Земля, чтобы закрыть все Солнце, и вокруг края лунного диска возникает огненное кольцо. Это видео запечатлело затмение, искаженное преломлением света в атмосфере Земли, поэтому над горизонтом необычные восходящие Луна и Солнце выглядели сплюснутыми. Затем Солнце продолжает подниматься, а Луна отходит от него.
http://www.astronet.ru/db/msg/1667462