Тайна Большого взрыва – узнаем ли мы когда-нибудь с чего все началось?

Тайна Большого взрыва – узнаем ли мы когда-нибудь с чего все началось? Вселенная родилась в результате Большого взрыва. Но что было до него? Изображение: techquila.co.in. Фото.

Вселенная родилась в результате Большого взрыва. Но что было до него? Изображение: techquila.co.in

Ведущая космологическая модель гласит, что Вселенная родилась около 13,7 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва. Вот только каким он был на самом деле? Невероятно огромным или крошечным? Оглушительно громким или окутанным тишиной? И главное – где именно он произошел, если вокруг вообще ничего не было? Вопросов настолько много, что некоторые исследователи полагают, что взрыв мог повторяться несколько раз, а значит неверно даже название. Получается довольно странная картина – о Большом взрыве знают все, но никто не может с уверенностью сказать, на что было он был похож. В конечном итоге, чтобы говорить о начале времен нужно подобрать не только правильные слова, но и правильную физику. Так, открытия последних лет позволили нам сформировать более-менее ясное представление о Вселенной, однако пытаясь заглянуть все дальше в прошлое, мы все чаще переходим к физике элементарных частиц. Это означает, что чтобы узнать больше о космическом детстве и о таинственном Большом взрыве, физики должны использовать концепции физики высоких энергий, выходящие за рамки экспериментальных результатов.

Что было в начале?

Стремление понять происхождение Вселенной перешло от мифов и легенд к количественным выводам современной космологии, основанной на общей теории относительности и ее значения для понимания структуры космоса. Такие ключевые открытия, как расширение Вселенной (о чем мы узнали благодаря наблюдениям американского астронома Эдвина Хаббла) и успешное построение теории Большого взрыва, легли в основу нашего понимания космоса. Но несмотря на значительный прогресс, самые ранние моменты и фундаментальная причина возникновения Вселенной по-прежнему окутаны тайной.

При этом вопрос «что было до Большого взрыва» возникает всегда, стоит кому-то задуматься о происхождении Вселенной. Ведь если никакого «до» не было, то что же послужило причиной? Поразительно, но всего несколько столетий назад ответ был прост: некое вечное божество привело все в движение. Даже сэр Исаак Ньютон верил, что Бог создал Вселенную около 6000 лет назад.

Что было в начале? Большой взрыв стал началом всего. Но было ли что-то до него?Изображение: squarespace-cdn.com. Фото.

Большой взрыв стал началом всего. Но было ли что-то до него?
Изображение: squarespace-cdn.com

Читайте также: Ученые полагают, что Больших взрыва было два

Все изменилось с открытием космического расширения, когда бельгийский космолог (а также священник-иезуит) Жорж Леметр понял, что у Вселенной должно было быть начало. Правда, эта идея мало кому понравилась, а в начале 1960-х годов теория стационарного состояния Фреда Хойла была довольно популярна как среди ученых-иконоборцев, так и среди непрофессионалов.

Теория стационарной Вселенной

Хойл и его коллеги признавали расширение Вселенной, но не верили в Большой взрыв, полагая что медленное, непрерывное образование новой материи может поддерживать среднюю плотность и общие свойства Вселенной постоянными с течением времени.

Согласно стационарной модели, материя непрерывно образуется по мере расширения Вселенной, однако со временем теория Хойла была вытеснена идеей Большого взрыва, которая гласит, что плотность материи во Вселенной падает по мере удаления галактик друг от друга. Окончательный отказ научного сообщества от идеи Хойла состоялся в 1964 году после открытия космического микроволнового фонового излучения (реликтового излучения).

Теория стационарной Вселенной. Стационарной модель Вселенной разработана в 1948 году Фредом Хойлом, Томасом Голдом, Германном Бонди и другими в качестве альтернативы теории Большого взрыва. Согласно этой модели, по мере расширения Вселенной между разлетающимися галактиками постоянно создается новая материя. Изображение: cdn.britannica.com. Фото.

Стационарной модель Вселенной разработана в 1948 году Фредом Хойлом, Томасом Голдом, Германном Бонди и другими в качестве альтернативы теории Большого взрыва. Согласно этой модели, по мере расширения Вселенной между разлетающимися галактиками постоянно создается новая материя. Изображение: cdn.britannica.com

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

С тех пор количество подтверждающих доказательств происхождения нашей Вселенной от Большого взрыва достигло такой степени, что сомнений практически не осталось. Правда, вопрос о том, что было до него по-прежнему не имеет ответа, а многие ученые предпочитают не замечать этот вопрос, поскольку он ответ на него, кажется, мы так никогда и не узнаем.

Начало времен

Отметим, что когда астрономы говорят о Большом взрыве, они обычно имеют в виду не самое начало Вселенной (нулевой момент времени), а невероятно горячее и компактное состояние Вселенной в первые пару минут ее существования. В какой-то степени это объясняется тем, что никто не имеет ни малейшего представления об истинной природе времени, не говоря уже о его начале.

Британский физик Джулиан Барбур, например, утверждал, что времени вообще не существует, кроме как в виде иллюзии в нашем сознании. Согласно другим (в том числе Стивену Хокингу), время возникло вместе со Вселенной, что делает бессмысленным само понятие «до». Спрашивать, что было до Большого взрыва, все равно что спрашивать, что находится к северу от Северного полюса или какое расстояние меньше нуля.

Начало времен. Вероятно мы так и не узнаем что было до Большого взрыва. Изображение: static.scientificamerican.com. Фото.

Вероятно мы так и не узнаем что было до Большого взрыва. Изображение: static.scientificamerican.com

С другой стороны, мы просто не знаем, существовало ли время до Большого взрыва или нет. Согласно некогда популярной идее о циклической Вселенной, текущее расширение пространства может однажды превратиться в сжатие – Большой хлопок, способный перерасти в новый Большой взрыв и положить начало следующему циклу вечной последовательности.

Это интересно: Ученые создают самую подробную карту вещества во Вселенной. Почему это важно?

Безусловно, это всего лишь одна из многих гипотез, согласно которым наша Вселенная не уникальна, а, так или иначе, является частью, возможно, бесконечной мультивселенной. Но если мультивселенная также бесконечна во времени, то мы возвращаемся к идее о том, что все существовало вечно, а значит вопрос о том, что было до Большого взрыва попросту теряет смысл.

Начало времен. Возможно, вопрос о том, что было до Большого взрыва не имеет смысла. Изображение: d.newsweek.com. Фото.

Возможно, вопрос о том, что было до Большого взрыва не имеет смысла. Изображение: d.newsweek.com

Наконец, южноафриканский физик Нил Турок считает, что Большой взрыв породил не только нашу Вселенную, но и Антивселенную, состоящую из антивещества и движущуюся назад во времени. Опять же, интригующая идея, но и нет никаких шансов на подтверждение (или опровержение!) с помощью наблюдений.

Вам будет интересно: «Все везде и сразу» с точки зрения науки: какой может быть мультивселенная?

В конечном итоге, мы, кажется, должны признать, что ничего не знаем об истинном начале Вселенной. И даже если склоняемся к идее вечной мультивселенной, у которой вообще нет реального начала, мы не знаем, почему существует нечто (или, более того, почему существует все), а не ничто.

Физик утверждает, что темной материи не существует, а Вселенной 27 миллиардов лет

Физик утверждает, что темной материи не существует, а Вселенной 27 миллиардов лет. Что, если темной материи не существует, а Вселенной не менее 27 миллиардов лет? Фото.

Что, если темной материи не существует, а Вселенной не менее 27 миллиардов лет?

Ведущая космологическая модель гласит, что наша Вселенная родилась около 13,7 миллиардов лет назад после Большого взрыва, а сам космос состоит из трех типов материи: «обычной материи», «темной энергии» и «темной материи». Правда, на сегодняшний день нет никаких прямых доказательств существования как таинственной темной энергии, так и темной материи – ученые предполагают, что эти две гипотетические материи ответственны за расширение Вселенной и удерживание галактик посредством гравитации. Еще одной проблемой является несоответствие ведущих физических теорий – общей теории относительности (ОТО), объясняющей устройство Вселенной на макроуровне и квантовой механики, объяснеющей ее устройство на уровне элементарных частиц. Но что, если темной материи, поисками которой занимаются исследователи со всего мира, не существует? И может ли быть так, что возраст нашей Вселенной намного больше 13,7 млрд лет? Поразительно, но автор нового исследования отвечает «да» на эти вопросы.

Возраст Вселенной

Летом 2023 года в научном журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society вышло исследование, результаты которого показали, что возраст Вселенной составляет почти 27 миллиардов лет, что в два раза превышает текущие оценки. Напомним, что последний раз данные о возрасте мироздания были получены в 2021 году с помощью модели Лямбда-МЧР, которая предполагает, что ОТО является правильной теорией гравитации на космологических масштабах (модель ожидаемо показала, что Вселенной 13,7 млрд лет).

Астрофизики пытаются вычислить возраст Вселенной в течение многих лет, измеряя время, прошедшее с момента Большого взрыва и изучая свет, исходящий от самых далеких и древних звезд и галактик. И именно здесь начинаются проблемы. Все дело в открытии древних звезд (таких как Мафусаил) и ранних галактик (стадии эволюции которых весьма продвинутая) которые, предположительно старше предполагаемого возраста Вселенной. Эти данные исследователи получили с помощью космической обсерватории Джеймса Уэбба.

Возраст Вселенной. Звезда Мафусаил может быть старше Вселенной. Фото.

Звезда Мафусаил может быть старше Вселенной

Больше по теме: Когда во Вселенной появились первые звезды?

Обнаруженные Уэббом ранние галактики, предположительно появились спустя 300 миллионов лет после Большого взрыва и обладают, как говорится в исследовании, «уровнем зрелости и массы, обычно ассоциируемыми с миллиардами лет космической эволюции. Кроме того, они удивительно малы по размеру, что еще загадочнее».

Красное смещение

Красным смещением галактики называют расстояние, на который сместился или растянулся ее свет в красно диапазоне спектра – чем дальше космический объект находится от нас, тем более красным будет исходящий от него свет.

Теория «усталого света» Фрица Цвикки гласит, что красное смещение света от далеких галактик происходит из-за постепенной потери энергии фотонами на огромных космических расстояниях. Однако было замечено, что это противоречит наблюдениям.

Красное смещение. Красное смещение галактик позволяет определить скорость расширения Вселенной. Фото.

Красное смещение галактик позволяет определить скорость расширения Вселенной

Еще больше интересных статей о возрасте Вселенной, эволюции звезд и галактик читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен – там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Тем не менее профессор Гупта из Оттавского университета обнаружил, что теория Цвикки способна сосуществовать с расширяющейся Вселенной, а значит красное смещение галактик можно переосмыслить как… гибридное явление. По этой причине ученый добавил к теории Цвикки идею эволюции констант связи, выдвинутую Полем Дираком.

Константы связи – фундаментальные физические константы, которые управляют взаимодействиями между частицами. Дирак полагал, что эти константы могли изменяться с течением времени.

Красное смещение. Английский физик Поль Дирак (1892 – 1984) вывел уравнение, позволяющее описать электрон (уравнение Дирака), а также открыл (точнее, переоткрыл) антиматерию. Фото.

Английский физик Поль Дирак (1892 – 1984) вывел уравнение, позволяющее описать электрон (уравнение Дирака), а также открыл (точнее, переоткрыл) антиматерию.

Таким образом, если позволить константам связи эволюционировать, то временные рамки формирования ранних галактик, наблюдаемые Уэббом при больших красных смещениях, могут быть увеличены с нескольких сотен миллионов лет до нескольких миллиардов лет. Это, как обнаружил Гупта,
обеспечивает более правдоподобное объяснение продвинутого уровня развития и массы, наблюдаемых в древних галактиках.

Читайте также: Как и почему галактики исчезают из виду?

Работа профессора также предполагает, что пересмотреть необходимо и традиционную интерпретацию космологической постоянной то есть темной материи, ответственной за ускоряющееся расширение Вселенной. Заменить темную материю, по мнению ученого, можно эволюцией констант связи.

Эта модификация космологической модели помогает решить загадку малых размеров галактик, наблюдаемых в ранней Вселенной и позволяет проводить более точные наблюдения, – пишет Гупта.

Прощай, темная материя

Теперь же, в новом исследовании Гупта предлагает пересмотреть концепцию темной материи, составляющей около 80% всей матери и Вселенной и не взаимодействующей с электромагнитным излучением (т.е. не поддающейся непосредственному наблюдению). Напомним, что недавно мы рассказывали о еще одной научной работе, также предлагающей отказаться от этой гипотетической субстанции.

Так как поиски темной материи до сих пор не увенчались успехом, о ее существовании астрономы могут судить лишь по ее косвенному гравитационному воздействию на звезды и галактики (или, если хотите, на все космическое пространство), чтобы точно оценить их «поведение».

Прощай, темная материя. Темная материя, возможно, больше не нужна. Фото.

Темная материя, возможно, больше не нужна

Учитывая отсутствие прямых доказательств, многие ученые совершенно справедливо задаются вопросом о ее непосредственном существовании, намекая на возможность того, что в собранной нами картине Вселенной может отсутствовать несколько важных фрагментов головоломки.

Вам будет интересно: Существует ли на самом деле темная материя?

Таким образом, в своем новом исследовании профессор Оттавского университета утверждает, что во Вселенной попросту может не хватить места для темной материи. Это, по словам профессора физики факультета естественных наук, «могло бы предложить новое объяснение неуловимых гравитационных явлений во Вселенной, которые ОТО, по-видимому, не может разрешить«.

Гупта основывает свои выводы на комбинации того, что физики называют константами ковариационной связи (CCC) и теорией «усталого света» Цвикки (TL) (combination of the covarying coupling constants and ‘tired light’), которые, объединившись, становятся моделью CCC + TL.

Прощай, темная материя. Физики пересматривают концепцию темной материи. Фото.

Физики пересматривают концепцию темной материи

Отметим, что константы ковариационной связи – это концепция в теоретической физике, которая позволяет определенным фундаментальным константам, которые обычно считаются фиксированными, изменяться коррелированным образом. Данная концепция появилась в результате предложений, ставящих под сомнение, постоянность таких констант, как скорость света.

Теория «усталого света», напротив, описывает потенциальное альтернативное объяснение признанных в настоящее время идей, связанных с отношениями расстояния красного смещения, как говорилось выше.

Это интересно: Почему наше понимание Вселенной необходимо пересмотреть

Пересмотр космологической модели Вселенной

Объединяя теории констант ковариационной связи (CCC) и “усталого света” (TL), Гупта пришел к выводу, что его последнее исследование только усиливает растущие проблемы с существующими моделями того, как устроена Вселенная.

Результаты исследования подтверждают, что наша предыдущая работа о возрасте Вселенной, составляющем 26,7 миллиарда лет, позволила нам обнаружить, что Вселенная не нуждается в существовании темной материи, – говорится в заявлении Гупты.

Пересмотр космологической модели Вселенной. Диаграмма, детализирующая красное смещение света от далеких галактик. Фото.

Диаграмма, детализирующая красное смещение света от далеких галактик

В стандартной космологии считается, что ускоренное расширение Вселенной вызвано темной энергией, но на самом деле это происходит из-за ослабления сил природы по мере ее расширения, а не из-за темной энергии, полагает ученый.

Больше по теме: Как материя распределяется по Вселенной и почему это важно?

В работе также рассмотрены последние данные о распределении галактик при меньших красных смещениях, в сравнении с ранее полученными данными. Необходимо отметить, что наблюдения профессора – первые в своем роде и ставят под сомнение не только существование темной материи, но и возраст Вселенной. В конечном итоге, выводы Гупты потенциально могут привести к созданию совершенно новых космологических моделей.

Правда ли, что телескоп Джеймса Уэбба обнаружил жизнь за пределами Земли?

Правда ли, что телескоп Джеймса Уэбба обнаружил жизнь за пределами Земли? Космический телескоп Джеймса Уэбба обнаружил признаки жизни на далекой экзопланете. Так ли это? Фото.

Космический телескоп Джеймса Уэбба обнаружил признаки жизни на далекой экзопланете. Так ли это?

Будучи очарованными поисками жизни за пределами Земли, каждая новость о потенциально обитаемой планете вызывает бурю эмоций. Недавно издание The Spectator опубликовало репортаж, в котором говорится, что космический телескоп Джеймса Уэбба обнаружил планету с явными признаками жизни. Эксперты, однако, выступили против публикации, отмечая, что информация в ней вырвана из контекста. И хотя представитель NASA также сообщил журналистам, что пока никаких доказательств существования жизни за пределами Солнечной системы обнаружено не было, исследователи признают возможность предстоящего революционного открытия, для подтверждения которого (минутка разочарования) потребуются годы последующих исследований.

Так как свету требуется время, чтобы добраться до нас, самые удаленные объекты являются самыми старыми. Такие телескопы "Хаббл" и Джеймс Уэбб, заглядывают в далекое прошлое нашей Вселенной, постепенно открывая ее самые сокровенные тайны.

Космическая обсерватория

Космический телескоп Джеймса Уэбба, запущенный в декабре 2021 года, является самой крупной инфракрасной обсерваторий из всех когда-либо созданных человеком. На сегодняшний день Уэбб открыл экзопланеты величиной с Юпитерой, парные планетоподобные объекты в туманности Ориона и даже обнаружил свет, исходящий от самых первых галактик во Вселенной.

Напомним, что Уэбб опирается на наследие предыдущих космических телескопов, еще больше расширяя границы наших знаний о Вселенной. Так, основные наблюдения Уэбба сосредоточены на четырех областях: изучение первого света во Вселенной и первого скопления галактик, рождение звезд и протопланетных систем, а также исследование экзопланет (включая происхождение жизни и ее поиск).

Космическая обсерватория. Телескоп Джеймса Уэбба работает в инфракрасном диапазоне, который для человеческого глаза невидим. Фото.

Телескоп Джеймса Уэбба работает в инфракрасном диапазоне, который для человеческого глаза невидим

Читайте также: Сколько памяти у телескопа «Джеймс Уэбб»? Спойлер: меньше, чем в вашем смартфоне

Отметим, что Уэбб работает схоже с любыми другими телескопами, в том смысле, что его основная задача – улавливать свет и фокусироваться на нем (именно так мы можем заглянуть в дальний космос). Однако есть и отличия – Джеймс Уэбб видит в другой части электромагнитного спектра, который для нас невидим.

Грубо говоря, эта обсерватория улавливает инфракрасное излучение или «тепло», прямо как камера ночного видения.

Размер также имеет значение, так как позволяет телескопу улавливать больше света, и, следовательно, видеть более удаленные, меньшие по размеру и холодные объекты. Ну а благодаря космическому расположению Уэббу не нужно смотреть сквозь атмосферу, которая блокирует много действительно полезной и интересной информации.

Мир экзопланет

В 2023 году список планет, расположенных далеко за пределами Земли, значительно пополнился – согласно имеющимся данным, исследователи открыли более 5500 далеких миров. Среди них есть как и хорошо знакомые каменистые и газовые планеты, так и абсолютно удивительные миры с присутствием на поверхности таких тяжелых элементов как углерод и кислород.

Особое внимание, однако, привлекла экзопланета под названием K2-18b, обнаруженная в 2019 году. Все дело в том, что в ее атмосфере присутствует молекула, которая на Земле образуется только в результате жизнедеятельности. Таким образом разговоры о потенциальной обитаемости на K2-18b ведутся не первый год.

Мир экзопланет. Так выглядит звездная система K2–18 в представлении художника. Фото.

Так выглядит звездная система K2–18 в представлении художника

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

Экзопланета K2–18b, в 8,6 раз массивнее Земли, вращается вокруг красного карлика в созвездии Льва и находится примерно в 120 световых годах от Солнечной системы. Вскоре после открытия этого мира астрономы сообщили о наличии водяного пара в атмосфере планеты, однако результаты последующих исследований показали, что водяные пары на самом деле могут быть метаном.

В сентябре пристальное внимание на K2–18b обратил телескоп Джеймса Уэбба, мощные приборы которого предоставили ученым массу новых данных. Так, обсерватория выявила присутствие углеродсодержащих молекул, которые включают метан и углекислый газ, что подпитывает предположение о богатой водородом атмосфере и поверхности, покрытой водяным океаном.

Мир экзопланет. Потенциально обитаемая K12-18b может выглядеть так. Фото.

Потенциально обитаемая K12-18b может выглядеть так

Эти особенности, как известно, могут быть признаками наличия на этой экзопланете жизни.

Признаки жизни

Итак, среди наблюдений, сделанных Уэббом, выделяется возможное обнаружение молекулы под названием диметилсульфид (DMS), которая на нашей планете вырабатывается только жизнью. Так, большинство DMS, обнаруженных в атмосфере Земли, вырабатываются фитопланктоном – микроскопическими организмами в океанах. Однако в официальном заявлении NASA говорится, что «вывод о наличии DMS в атмосфере “не надежен”» и нуждается в дальнейшей проверке.

Предстоящие наблюдения Уэбба должны подтвердить, действительно ли DMS присутствует в атмосфере K2-18b на значительных уровнях, – объясняет астроном из Кембриджского университета и ведущий автор нового исследования Никку Мадхусудхан.

Признаки жизни. K12-18b – самая настоящая суперземля. Фото.

K12-18b – самая настоящая суперземля

В то же самое время обилие метана и углекислого газа в атмосфере планеты, как и нехватка аммиака, подтверждают гипотезу о том, что под богатой водородом атмосферой K2-18b может находиться водный океан. Исследователи отмечают, что этот далекий мир может считаться суперземлей – то есть планетой больше Земли, но меньше газовых гигантов Солнечной системы, покрытой жидким океаном и плотной атмосферой.

Это интересно: Обнаружена экзопланета, которая не должна существовать

Так как в нашей Солнечной системы нет планет, подобных K2-18 b, подобные миры изучены плохо, несмотря на то, что они зачастую расположены вокруг красных карликов – самых маленьких, наиболее холодных и распространенных звезд во Вселенной.

Признаки жизни. Список потенциально обитаемых планет, открытых на сегодняшний день. Фото.

Список потенциально обитаемых планет, открытых на сегодняшний день

Результаты, полученные в ходе нового исследования, опубликованного в журнале Astrophysical Journal Letters, подчеркивают важность учета разнообразных пригодных для обитания сред при поиске жизни на других планетах. Авторы работы отмечают, что «традиционно поиск обитаемых планет был сосредоточен в основном на небольших каменистых мирах, однако более крупные планеты значительно более благоприятны для атмосферных наблюдений».

Не пропустите: Есть ли жизнь во Вселенной? Одиноки ли мы?

Экзопланета в зоне Златовласки

Еще одной причиной, по которой астрономы особенно заинтересованы в изучении K2-18b заключается в том, что экзопланета находится в так называемой зоне обитаемости (или зоне Златовласки) – то есть расположена на оптимальном расстоянии от звезды (не слишком близко но и не слишком далеко). подобное расположение позволяет воде на поверхности планеты оставаться в жидком состоянии.

Однако NASA предупреждает, что, несмотря на кажущийся состав атмосферы и близость к звезде, размер K2-18b означает, что внутри нее, вероятно, находится большая мантия из льда, как у Нептуна, но с более тонкой, богатой водородом атмосферой и поверхностью, покрытой океаном. Представители космического агентства утверждают, что, хотя, по прогнозам, на суперземлях присутствуют океаны, они, возможно, слишком горячие чтобы быть пригодными для жизни.

Экзопланета в зоне Златовласки. Телескоп Джеймса Уэбба NASA позволяет наиболее детально изучать атмосферу экзопланет. Фото.

Телескоп Джеймса Уэбба NASA позволяет наиболее детально изучать атмосферу экзопланет

Мы получили самый подробный спектр этой потенциально пригодной для жизни экзопланеты, что позволило определить молекулы, которые присутсвуют в ее атмосфере, – пишут авторы научной работы.

Отметим также, что изучение потенциального состава атмосферы экзопланет – сложная задача, особенно когда местное солнце намного ярче самой планеты. Авторы нового исследования, все же, смогли детально проанализировать K2-18b, наблюдая за светом от ее звезды, когда он проходил через атмосферу планеты.

Больше по теме: Млечный Путь, возможно, полон мертвых цивилизаций

Поскольку K2-18b проходит перед звездой, телескопы способны обнаружить падение яркости, которое при этом происходит. Таким образом, изучая обнаруженный свет, эксперты могут определить некоторые газы, из которых состоит атмосфера экзопланеты.

Экзопланета в зоне Златовласки. Мы вряд ли одиноки на просторах бесконечной Вселенной. Фото.

Мы вряд ли одиноки на просторах бесконечной Вселенной.

Полученный нами результат стал возможен только благодаря расширенному диапазону длин волн и беспрецедентной чувствительности космической обсерватории Джеймса Уэбба, которая позволила надежно обнаружить спектральные особенности всего за два прохождения, – говорит Мадхусудхан.

Теперь же команда намерена провести последующие исследования с помощью телескопа MIRI (Mid-Infrared Instrument), который, как они надеются, подтвердит полученные ранее выводы и даст новое представление об условиях окружающей среды на K2-18b. Однако на данный момент утверждать, что знаменитая K2-18b обитаема, нельзя.

Как материя распределяется по Вселенной и почему это важно?

Как материя распределяется по Вселенной и почему это важно? Распределение материи во Вселенной ставит под сомнение ведущую космологическую модель. Фото.

Распределение материи во Вселенной ставит под сомнение ведущую космологическую модель

Устройство Вселенной, ее происхождение и эволюция являются главными загадками космологии. Согласно Стандартной модели, описывающей формирование и эволюции Вселенной, после Большого взрыва космос представлял собой бурлящий плазменный бульон, который начал быстро расширяться благодаря невидимой силе – темной энергии. По мере расширения Вселенной, обычная материя, взаимодействующая со светом, сгущалась вокруг скоплений невидимой темной материи, образуя первые галактики, соединенные вместе обширной космической паутиной. По этой причине считается, что что обычная материя, темная материя и темная энергия составляют около 5%, 25% и 70% Вселенной соответственно. Однако результаты исследования, опубликованного в журнале Physical Review D, предполагают, что стандартная космологическая модель неверна, а космос менее уплотнен, чем полагали ученые.

Проблемы стандартной космологической модели

Стандартная космологическая модель Вселенной – это история эволюции космоса, написанная языком математической физики. Она гласит, что все началось спустя долю секунды после Большого взрыва, а все, что происходило с тех самых пор можно проследить вплоть до текущего момента. В эту историю внесли вклад тысячи ученых, включая Альберта Эйнштейна.

Так, Общая теория относительности гласит, что космос – это непрерывно расширяющееся пространство-время, включающее в себя всю материю, энергию, а также элементарные частицы (представленные в Стандартной модели физики элементарных частиц). Центральный постулат классической космологической модели гласит, что Вселенная возникла как сверхгорячий, сверхплотный «бульон» из таких элементарных частиц, как кварки, электроны, фотоны и др.

Проблемы стандартной космологической модели. Вселенная родилась около 14 миллиардов лет назад и с тех пор расширяется с ускорением. Фото.

Вселенная родилась около 14 миллиардов лет назад и с тех пор расширяется с ускорением

Это интересно: Ученые полагают, что Больших взрыва было два

С течением времени Стандартная модель получала все больше подтверждений, а обнаружение реликтового излучения – теплового излучения, оставшегося после Большого взрыва и равномерно заполняющего Вселенную – стало одним из важнейших ресурсов для космологов и помогло им расширить границы понимания космоса.

Реликтовое излучение, однако, привнесло целый ряд проблем и парадоксов в стандартную космологическую модель. Наиболее актуальной из них была однородность реликтового излучения, которое выглядело одинаково, куда бы астрономы ни направили свой взгляд. Это подразумевало, что условия в сильно удаленных друг от друга регионах ранней Вселенной были идентичными – то есть либо в ранней Вселенной произошло нечто необъяснимое, либо равномерность космического микроволнового фонового излучения имела более глубокое объяснение.

Проблемы стандартной космологической модели. Рождение и расширение Вселенной – главные вопросы современной космологии. Фото.

Рождение и расширение Вселенной – главные вопросы современной космологии

В поисках ответов физики пришли к теории инфляции, согласно которой Вселенная ускоренно расширялась в первые секунды после Большого взрыва. Эта идея впоследствии получила подтверждение и легла в основу стандартной космологической модели. Правда, к ней были добавлены еще два дополнения – во-первых, признание того, что во Вселенной больше материи, чем можно увидеть в телескопы, а во-вторых – существование гораздо большего количества таинственной невидимой материи.

Еще больше интересных статей об эволюции и происхождении Вселенной читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен – там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Космология в темноте

В конечном итоге, отслеживая движение материи, излучающей свет, астрономы были вынуждены признать, что во Вселенной существует, по-видимому, гораздо больше невидимой или темной материи, не входящей в Стандартную модель физики элементарных частиц. И это было что-то новенькое. Дальнейшие наблюдения показали, что темная материя составляет около 85% массы во Вселенной.

Дальше, однако, все стало еще сложнее – изучая далекие сверхновые, астрономы обнаружили, что Вселенная расширяется с ускорением. Это означало, что весь космос должен быть полон невидимой формы энергии, и эта энергия раздвигает пространство. Эта энергия получила название «темная энергия» и, как считается, составляет 75% от общего энергетического бюджета Вселенной.

Космология в темноте. Темная материя и темная энергия не дают покоя ученым. Фото.

Темная материя и темная энергия не дают покоя ученым

Больше по теме: Физики переосмысли строение Вселенной. Темная энергия больше не нужна?

Таким образом, инфляция, темная материя и темная энергия являются ключевыми игроками в современной космологической модели. Эту модель иногда называют инфляционной космологией, которую должен изучить и освоить каждый студент. Отметим также, что помимо успехов, классическая стандартная модель соответствует ключевым особенностям карт реликтового излучения и объясняет особенности, наблюдаемые в крупномасштабном распределении галактик.

Без сомнения, на сегодняшний день стандартная космологическая модель является триумфом научного процесса. И все же, она не лишена недостатков и регулярно подвергается пересмотру.

Кризис космологии

В 2023 году результаты исследования более чем 25 миллионов галактик выявили странное противоречие в том, как астрономы измеряют плотность Вселенной – это открытие, как утверждают его авторы, может угрожать стандартной модели, описывающей формирование и эволюцию Вселенной.

Расхождение, обнаруженное путем измерения искривления света мощными гравитационными полями далеких галактик, говорит о том, что космос менее уплотнен, чем считалось раньше. Если говорить проще, то новое открытие – это вызов, уступающий место так называемой «Новой физике» или совершенно иной модели Вселенной. Работа опубликована в журнале Physical Review D в конце декабря.

Кризис космологии. Возможно наше представление о Вселенной неверно. Фото.

Возможно наше представление о Вселенной неверно

Мы по-прежнему проявляем достаточную осторожность и не говорим, что современная космологическая модель полностью неверна. Но поскольку члены астрономического сообщества приходят к одному и тому же выводу в ходе многочисленных экспериментов, ведущую космологическую модель, вероятно, придется пересмотерть, – говорится в заявлении Майкла Штрауса, заведующего кафедрой астрофизических наук Принстонского университета и одного из руководителей исследования.

Считается, что после Большого взрыва космос представлял собой бурлящий плазменный бульон, который начал быстро расширяться благодаря невидимой силе (темной энергии). По мере расширения Вселенной обычная материя, взаимодействующая со светом, сгущалась вокруг скоплений невидимой темной материи, образуя первые галактики, соединенные вместе обширной космической паутиной.

Читайте также: Могут ли гравитационные волны разрешить кризис космологии?

Тем не менее, с этой картиной возникает все больше проблем. Чтобы проверить имеющиеся модели, астрономы часто сравнивают прошлое Вселенной с настоящим. Их прошлые измерения основаны на реликтовом излучении, однако постоянная Хаббла — величина, которая отслеживает скорость расширения Вселенной (предсказанная с помощью реликтового излучения) – расходится с расчетами, основанными на данных изученных небесных объектов. Это несоответствие привело к современному кризису в космологии.

Сколько материи во Вселенной?

Новое расхождение относительно материи во Вселенной сосредоточено вокруг числа под названием S8, которое измеряет, сколько материи скапливается во Вселенной. Новые данные, полученные с помощью японского телескопа Subaru, изучающего силу искажения света из-за присутствия вещества в галактиках, позволил исследователям подтвердить мнение о том, что существует реальное расхождение между измерениями скопления в ранней Вселенной и тем, каким оно было 9 миллиардов лет назад.

Сколько материи во Вселенной? Космос таит в себе слишком много секретов. Фото.

Космос таит в себе слишком много секретов

Хотя проблема указывает на еще одну большую брешь в нашем понимании Вселенной, у космологов пока нет приемлемых теорий для замены стандартной космологической модели. Возможно, астрономы ошибаются относительно количества темной материи или того, как она собирается вместе. Нельзя также исключать, что темная энергия менялась на протяжении всего времени существования космоса – это объяснение, вероятно, может послужить решением как проблемы постоянной Хаббла, так и всей космологической модели.

Больше по теме: Новое значение постоянной Хаббла: почему Вселенная расширяется с ускорением?

Или, что самое интересное, результаты нового исследования могут означать, что стандартная модель нуждается в полном пересмотре. однако, чтобы узнать наверняка, ученым придется провести более точные измерения с помощью еще более мощных телескопов. Двумя такими претендентами являются обсерватория Веры Рубин в Чили и римский космический телескоп Нэнси Грейс, которые будут запущены в эксплуатацию в 2025 и 2027 годах соответственно. Но нас, так или иначе, ожидает немало интересных и удивительных открытий!

Ученые полагают, что Больших взрыва было два

Ученые полагают, что Больших взрыва было два. Темная теория Большого взрыва: ученые подозревают, что Вселенную породило два Больших взрыва, а не один. Фото.

Темная теория Большого взрыва: ученые подозревают, что Вселенную породило два Больших взрыва, а не один

Рождение и эволюция Вселенной – извечные загадки космологии. Согласно общепринятой теории, своим существованием мы обязаны Большому взрыву, который произошел примерно 13,7 млрд лет назад. С тех пор Вселенная расширяется со все возрастающей скоростью, а причины, по которым это происходит, неизвестны. Массу вопросов у ученых также вызывает таинственная темная материя, которая «удерживает» космические объекты вместе, как будто склеивая их и не поддается непосредственному наблюдению. Так как темная материя является, по сути, основой, на которой «держатся» звезды и галактики, ученые считают что она может предоставить детальное понимание того, как возникла Вселенная. По этой причине недавно исследователи выдвинули новую, крайне спорную гипотезу, согласно которой в начале времен существовал не один, а два Больших взрыва.

Согласно новой гипотезе, меняющей общепринятое представление о происхождении Вселенной, существует так называемый "Темный Большой взрыв".

В начале времен

Теория Большого взрыва является ведущим объяснением возникновения Вселенной. И хотя современные технологии не позволяют астрономам в полной мере заглянуть в прошлое, многое из того, что нам известном об этом знаменательном событии, почерпнуто из математических формул и моделей.

Считается, что до Большого взрыва все во Вселенной было
сконденсировано в бесконечно малой, горячей и плотной точке (сингулярности), которая внезапно начала раздуваться и растягиваться — сначала с невообразимыми скоростями, а затем с более измеримыми (в течение последних 13,7 миллиардов лет).

В начале времен. Теория большого взрыва гласит, что изначальное излучение высокой энергии, разлетаясь в разные стороны, объединялось в такие структуры как звезды, галактики и скопления галактик. Фото.

Теория большого взрыва гласит, что изначальное излучение высокой энергии, разлетаясь в разные стороны, объединялось в такие структуры как звезды, галактики и скопления галактик.

Период внезапного и взрывного расширения называется космической инфляцией, который длился всего доли секунды. Когда же он внезапно завершился, во Вселенной начали появляться частицы, атомы и вещество, из которого впоследствии сформировались звезды и галактики.

Момент, когда Вселенная перешла от инфляциb к заполнению горячей и плотной плазмой, является началом того, что ученые называют Большим взрывом.

Кстати, кое-что астрономы все-таки могут увидеть – так называемое «эхо» Большого взрыва или реликтовое излучение – тепловое излучение, возникшее вскоре после Большого взрыва и равномерно заполняющее Вселенную. Это распространяющееся во всех направлениях излучение пережило большую часть истории Вселенной и сохранило отпечатки всех изменений, происходивших на протяжении 13,7 миллиардов лет.

В начале времен. Наиболее обоснованная теория происхождения нашей Вселенной гласит, что она родилась в процессе Большого взрыва. Фото.

Наиболее обоснованная теория происхождения нашей Вселенной гласит, что она родилась в процессе Большого взрыва.

Подробнее о том, что именно представляет собой космическое микроволновое фоновое излучение и почему к нему приковано так много внимания можно прочитать здесь.

Сегодня большинство членов астрономического сообщества согласны с теорией Большого взрыва, однако некоторые теоретики рассматривают альтернативные варианты. Так, согласно новой гипотезе около 14 млрд лет назад произошел не один Большой взрыв, а два.

Инфляция и темная материя

Чтобы понять, почему ученые предположили существование двух Больших взрывов, вспомним инфляцию, во время которой Вселенная расширялась быстрее скорости света из-за так называемой «ваакумной энергиии”, которая впоследствии изменила форму и создала всю известную нам материю. Ну а любой разговор о материи во Вселенной, как известно, будет неполным без упоминания темной материи, призванной объяснить ряд астрономических аномалий.

Так как галактики состоят из обычной материи, ученые применяют законы физики, чтобы предсказать «правила» их движения. Вот только изучая космос астрономы сталкиваются с рядом сюрпризов, например, со слишком быстрым вращением галактик или определенным скоплением галактик, которого не должно существовать (поскольку отдельные галактики движутся так быстро, что должны избегать гравитационного притяжения своих соседей).

Инфляция и темная материя. Считается что темная материя не вступает в электромагнитное взаимодействие и по этой причине ненаблюдаема. Фото.

Считается что темная материя не вступает в электромагнитное взаимодействие и по этой причине ненаблюдаема.

Хотя существует несколько возможных объяснений этим и другим астрономическим явлениям, большинство исследователей считают причиной таинственную темную материю (или, если хотите, другую форму материи). Если они правы, то темной материи во Вселенной намного больше обычной (как минимум в пять раз) и эта дополнительная масса создает дополнительное гравитационное притяжение, а значит галактики могут вращаться и двигаться быстрее, чем ожидалось.

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

Напомним, что единственная причина, по которой исследователи пришли к выводу о существовании темной материи заключается в ее гравитационном воздействии на наблюдаемые космические объекты. И да – не существует никаких доказательств того, что темная материя взаимодействует с наблюдаемыми объектами каким-либо другим образом.

Два Больших взрыва

В работе, еще не прошедшей экспертной оценки и опубликованной на сервере препринтов ArXiV, рассматривается возможность существования сразу двух Больших взрывов. Все потому, что и обычная и темная материя взаимодействуют с помощью гравитации, а значит могли появиться во Вселенной не одновременно. В исследовании предполагается, что, хотя энергия инфляции в конечном итоге перешла в обычную материю, темная материя могла иметь другое происхождение.

Помимо энергии вакуума, ответственной за период инфляции, могла существовать вторая форма энергии – энергия темного вакуума, которая стала источником темной материи, – предполагают авторы нового исследования.

Два Больших взрыва. Если темная материя и обычная материя взаимодействуют только посредством гравитации, десятки экспериментов с темной материей, проводимых сегодня, потерпят неудачу (так как зависят от темной и обычной материи). Фото.

Если темная материя и обычная материя взаимодействуют только посредством гравитации, десятки экспериментов с темной материей, проводимых сегодня, потерпят неудачу (так как зависят от темной и обычной материи).

Если новая гипотеза верна и энергия обычного вакуума и темного вакуума различны, то нет никакой необходимости в том, чтобы они одновременно превращались в частицы: вместо того чтобы быть созданной через долю секунды после рождения Вселенной, темная энергия вакуума могла создать частицы темной материи… через месяц. То есть довольно короткое время по сравнению со временем существования Вселенной, но долгое по сравнению с временными рамками, используемыми в физике элементарных частиц.

Больше по теме: Квантовый мир: как связаны стерильные нейтрино и темная материя?

В статье утверждается, что «Темный Большой взрыв» мог породить различные типы темной материи, включая частицы, масса которых в 10 триллионов раз превышает массу одного протона. Исследователи предполагают, что Темный Большой взрыв мог привести к образованию более легких частиц, участвующих в процессе поглощения во время столкновений.

Авторы новой работы ожидают, что изучение гравитационных волн может дать ценную информацию о темной теории Большого взрыва. Новая работа также согласуется с более широким сдвигом во взглядах астрономического сообщества, переходящим от единичного события, создающего Вселенную, к рассмотрению множественных фазовых переходов, которые постепенно привели к появлению различных форм материи, включая темную материю.

Два Больших взрыва. Темная материя – один из самых интригующих аспектов нашей Вселенной, который не взаимодействует с электромагнитными полями и составляет примерно 27% известной Вселенной и, тем не менее, является одним из самых загадочных природных явлений. Фото.

Темная материя – один из самых интригующих аспектов нашей Вселенной, который не взаимодействует с электромагнитными полями и составляет примерно 27% известной Вселенной и, тем не менее, является одним из самых загадочных природных явлений.

Не пропустите: Что произошло в первые микросекунды после Большого взрыва?

Но можно ли проверить новую гипотезу? Недавние наблюдения ранней Вселенной, произошедшие всего через миллионы лет после Большого взрыва, предоставляют уникальную возможность для изучения этого теоретического “темного” Большого взрыва. Космологи надеются, что тщательное изучение этих ранних моментов может пролить свет на тайны, окружающие темную материю, загадку, которая интриговала астрономов почти полвека.

Ученые создали самую подробную в истории компьютерную модель Вселенной

Ученые создали самую подробную в истории компьютерную модель Вселенной. Астрономы провели крупнейшее на сегодняшний день космологическое компьютерное моделирование. Фото.

Астрономы провели крупнейшее на сегодняшний день космологическое компьютерное моделирование

Несмотря на внушительное количество накопленных данных, наши знания о Вселенной крайне малы. Мы не знаем как она появилась, почему расширяется с ускорением и почему устроена таким странным образом. Чтобы немного приблизиться к тайнам, что скрывает в себе этот космический океан, ученые создают компьютерные модели Вселенной. Одна из них, под названием FLAMINGO simulations (моделирование FLAMINGO), создана международной командой ученых с помощью суперкомпьютера. Новое моделирование предназначено для расчета эволюции всех известных компонентов Вселенной и позволяет детально рассмотреть космическую эволюцию с момента Большого взрыва. Новый проект, как отмечают его авторы, поможет разрешить одни из самых сложных загадок современной космологии.

Виртуальная Вселенная

Так как исследования в области астрономии, астрофизики и космологии не обходятся без компьютеров, создание компьютерной модели Вселенной – идея не новая. Роботизированные теле и радиотелескопы позволяют ученым отслеживать движение тысяч звезд, а большинство современных астрономических проектов относятся к т.н. Big data science – методам анализа данных и извлечения из них ценной информации.

Использование мощных компьютерных инструментов, наряду с методами анализа и обработке данных, позволяет астрономам не только составлять каталоги и подробные карты отдельных участков ночного неба, но и целые компьютерные модели нашей Вселенной.

Виртуальная Вселенная. Для астрофизического моделирования применяются мощнейшие суперкомпьютеры, так как задачи, стоящие перед астрофизиками, невероятно сложные. Фото.

Для астрофизического моделирования применяются мощнейшие суперкомпьютеры, так как задачи, стоящие перед астрофизиками, невероятно сложные

Так, в 2021 году мы рассказывали о сгенерированной виртуальной Вселенной Учуу (“космическое пространство” в переводе с японского). Эта масштабная симуляция демонстрирует эволюцию Вселенной на протяжении более 13 миллиардов лет, а ее главная цель – изучение таинственной темной материи.

Подробнее о том, как международная команда ученых разработала одну из самых масштабных компьютерных моделей Вселенной и как ли ее скачать, мы рассказывали здесь, не пропустите!

Проект FLAMINGO

В отличие от Учуу, новая модель Вселенной (далее FLAMINGO), отслеживает не только темную, но и обычную материю (такую как планеты, звезды и галактики). Этот подход позволяет ученым получить представление об эволюции нашей Вселенной. Отметим, что FLAMINGO рассчитывает эволюцию всех компонентов Вселенной в соответствии с законами физики, а по мере продвижения появляются виртуальные галактики и их скопления.

В отличие от более ранних моделей, FLAMINGO сложнее и требует гораздо больших вычислительных мощностей. Все потому, что на обычную материю (составляющую всего 16% всей материи во Вселенной) воздействует не только гравитация, но и давление газа, которое может привести к выбросу вещества из галактик активными черными дырами и сверхновыми в межгалактическое пространство. Сила этих межгалактических ветров зависит от взрывов в межзвездной среде и ее очень трудно предсказать (напомним, что под галактическим ветром ученые понимают высокоскоростной звездный ветер).

Проект FLAMINGO. Симуляция в рамках проекта FLAMINGO охватывает колоссальный объем, эквивалентный кубу со стороной 9,1 млрд. световых лет. Фото.

Симуляция в рамках проекта FLAMINGO охватывает колоссальный объем, эквивалентный кубу со стороной 9,1 млрд. световых лет.

До сих пор компьютерное моделирование отслеживало только темную материю. И хотя она доминирует над гравитацией, вкладом обычной материи больше нельзя пренебрегать, так как он может быть аналогичен отклонениям между моделями и наблюдениями, – говорит руководитель исследования Йооп Шайе (Лейденский университет).

Вдобавок ко всему, в моделировании впервые учитывается воздействие нейтрино и субатомных частиц малой, но точно не известной массы. Первые результаты показывают, что как нейтрино, так и обычная материя необходимы для получения точных предсказаний, но не устраняют противоречий между различными космологическими наблюдениями.

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

Проект FLAMINGO. Изображение крупномасштабной структуры Вселенной, показывающее нити и пустоты внутри космической структуры. Фото.

Изображение крупномасштабной структуры Вселенной, показывающее нити и пустоты внутри космической структуры.

Отметим, что команда еще не обнародовала полные данные о FLAMINGO из-за огромного объема данных. Ознакомиться с научной работой, опубликованной в трех частях, можно здесь, здесь и здесь. в первой статье описываются методы, во второй представлены результаты моделирования, а в третьей исследуется, насколько хорошо моделирование воспроизводит крупномасштабную структуру Вселенной.

Окно во Вселенную

Один из авторов нового исследования Матье Шаллер из Лейденского университета отмечает, что для создания новой (самой масштабной на сегодняшней день компьютерной модели Вселенной) был разработан новый код SWIFT, который эффективно распределяет вычислительную работу между 30 тысячами процессоров. Таким образом FLAMINGO открывает новое виртуальное окно во Вселенную, которое поможет максимально использовать космологические наблюдения.

Кроме того, большой объем (виртуальных) данных создает возможности для совершения новых теоретических открытий и тестирования новых методов анализа данных, включая машинное обучение. С его помощью астрономы могут делать прогнозы для случайных виртуальных вселенных, а сравнивая их с наблюдениями крупномасштабных структур, могут измерять значения космологических параметров. Более того, они могут измерить соответствующие неопределенности, сравнив их с наблюдениями, которые ограничивают влияние галактического ветра.

Эффект галактических ветров был откалиброван с помощью машинного обучения, путем сравнения предсказаний множества различных симуляций относительно небольших объемов с наблюдаемыми массами галактик и распределением газа в скоплениях галактик, – объясняет аспирант Рой Кугель из Лейденского университета.

Окно во Вселенную. Моделирование FLAMINGO потребовало исключительных технологических ресурсов. Фото.

Моделирование FLAMINGO потребовало исключительных технологических ресурсов.

Это интересно: Симуляция или нет? Почему некоторые ученые полагают, что наш мир нереален?

Помимо создания полномасштабной модели Вселенной, работа FLAMINGO – это также способ собрать все космические данные и связать различные предсказания и теории о Вселенной с реальными наблюдениями. Теории включают в себя набор свойств Вселенной, называемых “космологическими параметрами”. Их можно измерить и сравнить с другими наблюдениями, которые, зачастую, не совпадают друг с другом, порождая все больше вопросов и противоречивых теорий.

Один из них связан со свойствами космического микроволнового фона (реликтового излучения) – света, оставшегося с самых ранних эпох космической истории. Некоторые измерения этих свойств дают разные значения, поэтому астрономам необходимо устранить это противоречие. Если этого не сделать, то стандартную модель космологии, которая опирается на модель темной материи, придется пересмотреть.

Окно во Вселенную. Моделирование FLAMINGO потребовало исключительных технологических ресурсов. Фото.

Моделирование FLAMINGO потребовало исключительных технологических ресурсов.

Больше по теме: Астрономы создали 8 миллионов Вселенных внутри компьютера. И вот что они узнали

«Таким образом, новое моделирование позволяет, хотя и столь экспериментальным путем, экспериментировать с различными настройками своих моделей», – объясняют участники инновационного проекта.

Основные научные цели проекта FLAMINGO заключаются в проведении комплекса масштабных космологических симуляций. Все этапы разработки проводились на суперкомпьютерном кластере в Университете Дурхан в Великобритании.

Ученые снова выясняют, является ли наша Вселенная симуляцией

Ученые снова выясняют, является ли наша Вселенная симуляцией. Идея о том, что мы живем в компьютерной симуляции все чаще становится предметом серьезных научных исследований. Фото.

Идея о том, что мы живем в компьютерной симуляции все чаще становится предметом серьезных научных исследований

Если вы любите видеоигры, то наверняка знаете, что они положительно влияют на память, внимание и моторику, а еще помогают бороться со стрессом. Более того, играть попросту интересно, впрочем, как и размышлять о том, не являемся ли мы сами персонажами компьютерной игры. Да, звучит безумно, но что если мы и правда живем в симуляции? Удивительно, но эта необычная идея все чаще привлекает внимание ученых и является предметом научных дебатов и исследований. Недавно авторы нового исследования предположили, что доказательства так называемой “гипотезы симуляции” могут быть скрыты в законах, которые управляют информацией, например, генетической и цифровой. Но как понять не ошибаются ли ученые и можно ли хоть как-то проверить, что наша Вселенная – настоящая?

Пиксели на экране

В десятой серии восьмого сезона «Футурамы» профессор создает симуляцию Вселенной – точную копию нашей Вселенной, только в упрощенном виде. Эта «новая» Вселенная населена такими же существами, которые понятия не имеют о том, что их мир ненастоящий. Работа подобной программы, разумеется, требует огромных вычислительных мощностей, из-за чего профессор делает ряд физических упрощений, которые не поддаются объяснению.

К слову, современная физика не в состоянии объяснить законы квантовой механики (на что и намекают создатели сериала). Все это наталкивает команду «Межпланетного экспресса» на мысль о том, что наша Вселенная является такой же симуляцией, созданной профессором уровнем выше. И так – до бесконечности.

Пиксели на экране. Кадр из четвертой серии первого сезона «Рик и Морти». Фото.

Кадр из четвертой серии первого сезона «Рик и Морти»

Безумные ученые в "Футураме" и "Рик и Морти" создают компьюетрные и "карманные" Вселенные просто потому, что могут. Мы с вами, вероятно, поступили бы точно так же.

Похожее описание симуляции встречается в мультсериале «Рик и Морти», причем не один раз. Так, в четвертой серии первого сезона главные герои понимают, что оказались в симуляции из-за плохого качества и «багов» последней, а в шестой серии второго сезона играют в компьютерную игру «Рой», которая практически неотличима от реальности. В этом же эпизоде Рик создает микровселенную (с бесконечным набором микровселенных внутри) чтобы… заряжать батарейки.

Пиксели на экране. Кадр из десятой серии влсьмого сезона «Футурамы». Фото.

Кадр из десятой серии влсьмого сезона «Футурамы»

Безусловно, мультсериалы далеки от реальности, однако тема симуляции, описанная в некоторых эпизодах, навеяна самой настоящей наукой. Так, в 2003 году шведский философ Ник Бостром опубликовал статью под названием «Доказательство симуляции», а наработки специалистов в рамках гипотезы симуляции широко используются в массовой культуре с начала 1990-х годов, например, в трилогии фильмов «Матрица».

Подробнее о гипотезе симуляции Ника Бострома мы рассказывали здесь, не пропустите!

Второй закон инфодинамики

Возвращаясь из мира видеиогр и популярной культуры к реальности, перейдем к работе, опубликованной в 2022 году в журнале AIP Advances, авторы которой рассуждают о существовании нового закона физики – второго закона инфодинамики (Second law of information dynamics).

Название закона выбрано не случайно, так как он отсылает ко второму закону термодинамики – главному правилу физики, основанному на понятии энтропии, которое является мерой беспорядка в системе. Второй закон термодинамики гласит, что энтропия Вселенной с течением времени либо остается постоянной, либо увеличивается, но никогда не уменьшается.

Авторы работы, к своему удивлению, обнаружили, что второй закон инфодинамики прямо противоположен: энтропия в информационных системах либо остается постоянной, либо уменьшается с течением времени.

Второй закон инфодинамики. Исследователи отмечают, что имеющиеся наблюдения позволяют ввести второй закон информационной динамики (инфодинамики). Фото.

Исследователи отмечают, что имеющиеся наблюдения позволяют ввести второй закон информационной динамики (инфодинамики)

Ведущий автор исследования, профессор Мелвин Вопсон из Портсмутского университета является экспертом по теории информации – раздела прикладной математики, ориентированного на количественной оценке, сжатии, хранении и передаче информации. Вместе с физиком Сербаном Лепадату из Университета Центрального Ланкашира, Вопсон предположил, что информация может быть пятой формой материи с необнаруживаемой физической массой, наряду с твердыми телами, жидкостями, газами и плазмой.

Еще больше интересных статей о последних открытиях в области физики и высоких технологий, читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен – там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Новый закон, по словам исследователей, потенциально может лечь в основу «теории Вселенной как компьютерной симуляции» и одновременно затрагивает научные и философские вопросы. Недавно Вопсон сообщил о развитии теории, применив второй закон инфодинамики к широкому спектру информационных систем.

Можно ли доказать гипотезу симуляции?

Согласно результатам работы, опубликованной в журнале AIP Physics, доказательства «гипотезы симуляции» скрыты в законах, управляющих информацией (такой как цифровая и генетическая информация). Полученные в ходе исследования результаты показали, что различные информационные системы со временем подвергаются одному и тому же процессу минимизации, подобному тому, как компьютер сжимает и оптимизирует свои данные.

Так, применив второй закон инфодинамики к широкому спектру информационных систем, включая цифровую и генетическую информацию, атомную физику, математическую симметрию и космологию, Вопсон смог предоставить “научные доказательства, подкрепляющие гипотезу о моделируемой Вселенной”.

Можно ли доказать гипотезу симуляции? Если мы живем в симуляции, то информация является фундаментальным строительным блоком нашей Вселенной – подобно тому, как биты являются фундаментальной единицей информации в вычислительной технике. Фото.

Если мы живем в симуляции, то информация является фундаментальным строительным блоком нашей Вселенной – подобно тому, как биты являются фундаментальной единицей информации в вычислительной технике

Первоначальное исследование 2022 года, когда мы впервые сообщили о возможном существовании нового закона физики, было выведено только из квазифеноменологических исследований, точнее, двух систем: цифрового хранилища данных и хранилища генетической информации (РНК). Тогда главной мотивацией был поиск алгоритма прогнозирования генетических мутаций с использованием подхода теории информации, – объяснил Вопсон в переписке с журналистами Motherboard.

Именно в ходе первого исследования Вопсон и Лепадату заметили, что информационная энтропия генетических мутаций постоянно уменьшается, даже когда количество нуклеотидов остается постоянным. “Это огромное открытие, потому что оно бросает вызов теории эволюции Дарвина, утверждая, что генетические мутации не являются случайными процессами», – говорит Вопсон.

Читайте также: Астрономы создали 8 миллионов Вселенных внутри компьютера. И вот что они узнали

Можно ли доказать гипотезу симуляции? Если наша Вселенная и правда ненастоящая, стоит ли об этом знать? Фото.

Если наша Вселенная и правда ненастоящая, стоит ли об этом знать?

Выходит, в то время как термодинамическая энтропия создает все более хаотичные системы, информационная энтропия на самом деле имеет тенденцию к “сжатию” или отбрасыванию информации с течением времени во имя оптимизации. Возможно, именно поэтому, например, мы видим так много симметрии в мире природы — эти симметричные паттерны являются способом минимизации и оптимизации информации. (Да-да, прямо как в «Футураме»).

Отметим, что новое исследование лишь расширяет область применения потенциально существующего второго закона инфодинамики и на данный момент является гипотетическим. Вопсон, тем не менее, попытался сравнить «новый закон физики» с некоторыми другими системами, настолько разнообразными, насколько это возможно.

Это интересно: Уничтожит ли нас искусственный интеллект и почему некоторые ученые считают, что да?

Наша Вселенная ненастоящая?

Интересно, что в ходе работы Вопсон изучил генетический код коронавируса SARS-Cov-2, вызывающего Covid-19, и пришел к выводу, что информационная энтропия его вирусных вариантов снижалась по мере того, как они подвергались генетическим мутациям. Затем он применил второй закон инфодинамики к атомной физике и пришел к выводу, что способ, которым электроны занимают свои позиции вокруг атома, по-видимому, также минимизирует их информационную энтропию с течением времени.

Наконец, Вопсон обратился к космологии, описав, как инфодинамика может объяснить открытые вопросы о термодинамической энтропии Вселенной и как она может объяснить преобладание симметрий в нашей Вселенной. «Поразительно, но второй закон инфодинамики применим ко многиим системам и крайне разнообразен”, – говорится в работе.

Наша Вселенная ненастоящая? Как сжатое и оптимизированное моделирование, компьютерная Вселенная должна быть запрограммирована какой-то более глубокой и сложной системой, что поднимает еще больший набор вопросов. Фото.

Как сжатое и оптимизированное моделирование, компьютерная Вселенная должна быть запрограммирована какой-то более глубокой и сложной системой, что поднимает еще больший набор вопросов

Однако утверждать, что мы живем в симуляции, основываясь только на этом исследовании, нельзя. Я также разъясняю это в статье, однако надеюсь, что работа послужит стимулом для дальнейших исследований и очень умные ученые придумают новые способы доказать или опровергнуть гипотезу компьютерной симуляции, – отмечает ученый.

Вопсон, все же, полагает, что его гипотезу можно проверить экспериментальным путем, столкнув частицы материи с антивеществом – редким веществом, обладающим зарядом, противоположным заряду обычной материи. Этот процесс, как полагает ученый, может продемонстрировать второй закон инфодинамики в действии.

На сегодняшний день существует 50% вероятность того, что мы живем в симуляции и вот почему.

Наша Вселенная ненастоящая? Возможно наша жизнь – чья-то компьютерная игра. Фото.

Возможно наша жизнь – чья-то компьютерная игра

Хотя намеки на то, что наша Вселенная является компьютерной симуляцией заманчивы, чтобы доказать или опровергнуть эту гипотезу потребуется гораздо больше междисциплинарных исследований и сложных экспериментов. Напомним, что ранее гипотеза симуляции привлекла интерес многих общественных деятелей, включая Илона Маска и Нила Деграсса Тайсона.

Ну а интерес широкий общественности постоянно подогревают фильмы, игры и сериалы, посвященные как гипотезе симуляции, так и мультивселенной. Кстати о том, может ли наш мир быть лишь одним из бесконечного множества, можно прочитать здесь, рекомендуем!

Получено изображение «космической паутины» – впервые в истории

Получено изображение «космической паутины» – впервые в истории. Обширная, по большей части невидимая сеть нитей, которая охватывает и соединяет Вселенную, наконец-то была замечена мерцающей в темноте. Фото.

Обширная, по большей части невидимая сеть нитей, которая охватывает и соединяет Вселенную, наконец-то была замечена мерцающей в темноте.

Несмотря на то, что Вселенная кажется хаотичной, у нее есть структура, состоящая из массивных нитей галактик, разделенных между собой гигантскими пустотами. Эта «космическая паутина», как называют ее ученые, подобно рекам, питающим океаны, потоками газа простирается по всему космосу. Увидеть эти потоки, однако, практически невозможно –настолько они слабые. В то время как астрономы знали о космической паутине на протяжении десятилетий и даже мельком видели свечение ее нитей вокруг ярких космических объектов, называемых квазарами, эти протяженные структуры оставались невидимыми для широкой общественности. К счастью, до недавнего времени. На снимках, недавно полученных с помощью Keck Cosmic Web Imager, или KCWI можно увидеть свет, излучаемый самой большой и скрытой частью космической паутины: перекрещивающимися тонкими нитями в пространстве между галактиками.

Хотя во Вселенной существуют огромные расстояния между объектами, это не серия изолированных островов, как может показаться на первый взгляд. Современные модели Вселенной предполагают, что существует обширная космическая паутина темной материи, нити которой простираются на огромные расстояния, соединяя галактику с галактикой, скопление с скоплением.

В поисках «космической паутины»

Термин «космическая паутина» была введен в 1996 году Ричардом Бондом из Университета Торонто для описания запутанной структуры Вселенной, состоящей из сгустков и нитей, естественным образом образованных темной материей (и подвергшейся воздействию гравитации). Сегодня исследователи полагают, что «космическая паутина» связана с темной материей (невидимой субстанцией, составляющей львиную долю массы Вселенной).

Первым убедительным доказательством существования «космической паутины» стало создание карты темной материи на небольшом участке неба. Чтобы лучше разобраться в происходящем отметим, что около 88% массы Вселенной не светится а потому невидимо для телескопов. И хотя никто не знает, что именно представляет собой темная материя, ее гравитационное притяжение играет важную роль в формировании Вселенной.

В поисках «космической паутины». Карта космической паутины, созданная в 2014 году. Окраска отражает плотность газообразного водорода, прослеживающего космическую паутину, причем более яркие цвета отражают более высокую плотность. Фото.

Карта космической паутины, созданная в 2014 году. Окраска отражает плотность газообразного водорода, прослеживающего космическую паутину, причем более яркие цвета отражают более высокую плотность.

Больше по теме: В космической паутине обнаружены миллиарды карликовых галактик

Так, в 2002 году ученые из Института астрономии в Эдинбурге изучали одну из крупнейших космических структур – сверхскопление Abell 901 диаметром 10 миллионов световых лет и с помощью метода гравитационного линзирования составили карту темной материи. Результаты работы опубликованы в журнале Astrophysical Journal.

Тщательно изучив выбранную область и проанализировав изображения более чем 50 000 галактик за пределами сверхскопления, исследователи пришли к выводу, что нитевидная структура или же «космическая паутина» действительно существует, – пишет Science.

3D-карта галактических нитей

Следующим важным шагом в изучении нитевидной структуры Вселенной стала самая большая и подробная 3D-карта Вселенной, разработанная в 2021 году в рамках проекта DESI. На ней можно увидеть гигантскую космическую паутину из галактик на расстоянии миллиардов световых лет.

И это – только начало. К моменту завершения своей основной миссии в 2026 году исследователи внесут в каталог более 35 миллионов галактик, удаленных на расстояние до 11 миллиардов световых лет.

3D-карта галактических нитей. На изображении показан трехмерный срез сети нитей газообразного водорода, пересекающих пространство между галактиками. Фото.

На изображении показан трехмерный срез сети нитей газообразного водорода, пересекающих пространство между галактиками.

«В распределении галактик на трехмерной карте присутствуют огромные скопления, нити и пустоты. Это самые большие сооружения во Вселенной. Но внутри них вы находите отпечаток самой ранней Вселенной и историю ее расширения,» – объясняют исследователи. И поскольку крупномасштабная структура космоса теперь хорошо видна, нетрудно понять, почему ее часто называют космической паутиной.

Еще больше интересных статей о последних открытиях в области астрономии и космологии читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен – там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Изображение «космической паутины»

До публикации нового открытия исследователи едва ли могли разглядеть галактические нити в космической темноте. Однако теперь, по словам астрофизика Кристофера Мартина из Калифорнийского технологического института, все изменилось. А ведь большая часть космической паутины лежит на пустынной территории между галактиками, ее трудно представить (и тем более увидеть).

Отметим, что в 2015 году Мартин и его коллеги нашли «неопровержимые доказательства» так называемой модели формирования галактик с холодным потоком: длинные нити, направляющие газ в большие галактики. Для этой работы они использовали прототип прибора KCWI, Cosmic Web Imager, расположенный в Паломарской обсерватории Калифорнийского технологического института.

Изображение «космической паутины». Слабое свечение галактических нитей наконец удалось запечатлеть. Фото.

Слабое свечение галактических нитей наконец удалось запечатлеть

Космическая паутина очерчивает архитектуру нашей Вселенной. Это место, где находится большая часть нормальной, или барионной материи в нашей галактике и непосредственно прослеживает местоположение темной материи, – говорит Мартин.

Результаты нового исследования, опубликованного в журнале Nature Astronomy 28 сентября, позволили нам наконец увидеть структуру Вселенной. По его словам авторов научной работы, полученное детальное изображение предоставит астрономам недостающую информацию, необходимую для понимания деталей того, как формируются и эволюционируют галактики. Новое открытие также может помочь ученым составить детальную карту распределения темной материи во Вселенной.

Это интересно: Похожа ли Вселенная на мозг?

Линия сигнатуры Лайман-альфа

Лучший способ непосредственно увидеть космическую паутину – это уловить сигнатуры ее основного компонента, газообразного водорода, с помощью спектрометров, распределяющих свет на множество длин волн (спектр). Идентифицировать газообразный водород в этих спектрах можно по его самой сильной линии излучения – линии Лайман-альфа.

Именно эту сигнатуру и обнаружили авторы нового исследования в ходе работы с помощью KCWI – точного спектрометра. Из-за расширения Вселенной, которое распространяет свет на более длинные волны, газ, расположенный дальше от Земли, имеет более красную линию сигнатуры Лайман-альфа.

Линия сигнатуры Лайман-альфа. Линия Лайман-альфа (англ. Lyman-alpha line, Ly-α) — спектральная линия водорода (или, в общем случае, водородоподобного атома) в серии Лаймана. Фото.

Линия Лайман-альфа (англ. Lyman-alpha line, Ly-α) — спектральная линия водорода (или, в общем случае, водородоподобного атома) в серии Лаймана.

Сложив двумерные изображения, полученные KCWI на каждой длине волны света, можно создать трехмерную (3D) карту излучения космической паутины. Чтобы сделать это исследователи наблюдали область пространства на расстоянии от 10 до 12 миллиардов световых лет.

"По сути, мы создаем 3D-карту космической паутины. Мы берем спектры для каждой точки изображения в диапазоне длин волн, и длины волн преобразуются в расстояние", – объясняет Мартин.

Но есть и проблемы. Одна из них заключается в том, что тусклый свет космической паутины можно спутать с окружающим фоновым светом, включая свечение атмосферы и даже свет нашей собственной галактики. Чтобы решить эту проблему, исследователи придумали новую стратегию, позволяющую вычесть этот фоновый свет из интересующих изображений.

Мы смотрим на два разных участка неба, A и B. Структуры нитей накала будут находиться на разных расстояниях в двух направлениях на участках, поэтому можно взять фоновый свет с изображения B и вычесть его из A, и наоборот, оставив только структуры. Мы провели детальное моделирование этого в 2019 году, чтобы убедиться в том, что метод сработает, – пишут исследователи.

Линия сигнатуры Лайман-альфа. Галактики в нашей Вселенной конденсируются из клубящихся газовых облаков. Затем этот газ конденсируется в звезды, которые освещают галактики, делая их видимыми для телескопов в диапазоне длин волн света. Астрономы полагают, что холодные темные нити в глубоком космосе прокладывают себе путь к галактикам, снабжая их газом, который является топливом для образования новых звезд. Фото.

Галактики в нашей Вселенной конденсируются из клубящихся газовых облаков. Затем этот газ конденсируется в звезды, которые освещают галактики, делая их видимыми для телескопов в диапазоне длин волн света. Астрономы полагают, что холодные темные нити в глубоком космосе прокладывают себе путь к галактикам, снабжая их газом, который является топливом для образования новых звезд.

В результате у астрономов теперь есть «совершенно новый способ изучения Вселенной». Более того, отныне ученые могут заглянуть еще дальше в прошлое, так как KCWI поможет узнать о более отдаленных нитях и эпохе, когда образовались первые звезды и черные дыры.

Не пропустите: Ученые создают самую подробную карту вещества во Вселенной. Почему это важно?

Говоря о новых способах изучения Вселенной, Мартин объединился с художником Мэттом Шумейкером, чтобы перевести данные из космической паутины в музыку для проекта, посвященного жизни Майкла Андерсона – погибшего астронавта в результате крушения космического шаттла «Колумбия» в 2003 году. Послушать новое произведение можно здесь.

Частицы древнего астероида Бенну доставлены на Землю — они расскажут, как появилась Вселенная

Частицы древнего астероида Бенну доставлены на Землю — они расскажут, как появилась Вселенная. Американские ученые добыли образцы астероида, которые помогут раскрыть секреты Вселенной. Фото.

Американские ученые добыли образцы астероида, которые помогут раскрыть секреты Вселенной

В 2016 году аэрокосмическое агентство NASA запустило в космос исследовательскую станцию OSIRIS-REx. Она полетела в сторону потенциально опасного астероида Бенну для того, чтобы изучить его поверхность и собрать образцы грунта. Спустя семь лет, миссия наконец-то успешно завершилась — вечером 24 сентября 2023 года этот аппарат пролетел мимо Земли и сбросил в пустыню капсулу с добытыми материалами. Коробку с несколькими слоями защиты забрали ученые в защитных костюмах, и потом отправили ее в лабораторию для разделения на части и последующей отправки в другие страны для тщательного изучения. Это исторически важное событие, потому что добытые образцы могут помочь ответить на вопросы о возникновении Вселенной и жизни на Земле.

Миссия OSIRIS-REx по изучению астероида Бенну

Космический аппарат OSIRIS-REx стоимостью 800 миллионов долларов был запущен в космос 8 сентября 2016 года. Если учесть дороговизну использования ракеты Atlas V, стоимость миссии была равна 1 миллиарду долларов.

Миссия OSIRIS-REx по изучению астероида Бенну. Межпланетная станция OSIRIS-REx. Фото.

Межпланетная станция OSIRIS-REx

Межпланетная станция вышла на орбиту астероида Бенну в 2018 году — для этого ему пришлось преодолеть 124 миллиона километров. Потом аппарат начал изучать поверхность космического объекта. Давние читатели нашего сайта наверняка помнят время, когда OSIRIS-Rex отправил сигнал о наличии воды на астероиде Бенну, а потом нашел кратеры с идеальными образцами грунта.

Миссия OSIRIS-REx по изучению астероида Бенну. Фотография астероида Бенну. Фото.

Фотография астероида Бенну

В октябре 2020 года исследовательский зонд приблизился к поверхности астероида и при помощи специального манипулятора собрал примерно 250 граммов грунта. Точное количество образцов на данный момент неизвестно — для этого необходимо вскрыть прибывшую на Землю капсулу.

Читайте также: Группа школьников обнаружила странное поведение астероида, столкнувшегося с космическим кораблем НАСА

Образцы астероида Бенну доставлены на Землю

Если учесть все маневры, за семь лет работы аппарат OSIRIS-Rex преодолел 6,21 миллиарда километров. Вечером межпланетная станция пролетела мимо Земли и скинула капсулу с собранным грунтом. Она вошла в атмосферу нашей планеты у берегов Калифорнии и подверглась сильному нагреву — коробка уцелела благодаря тепловому экрану, сделанному из углеродного волокна и абляционной защиты.

Абляционная защита простыми словами — это способ снижения перегрева элементов космических кораблей. Когда конструкция входит в атмосферу Земли, абляционные материалы начинают гореть и разлетаться в стороны, тем самым отводя тепло от объекта.

Образцы астероида Бенну доставлены на Землю. Капсула с образцами грунта астероида Бенну. Фото.

Капсула с образцами грунта астероида Бенну

После входа в атмосферу, у капсулы раскрылся маленький парашют — он необходим для выравнивания траектории падения. После него открылся основной парашют, который снизил скорость падения до 18 километров в час. Капсула с образцами грунта с астерлида Бенну упала на территории полигона Министерства обороны США в пустыне Юта в 17:52 по московскому времени.

Образцы астероида Бенну доставлены на Землю. Капсула с образцами астероида была вывезена при помощи вертолета. Фото.

Капсула с образцами астероида была вывезена при помощи вертолета

После приземления, капсула была перевезена в чистое помещение. К коробке были допущены только шесть человек в защитных костюмах — такие меры были нужны для того, чтобы к образцам астероидного грунта не попала пыль и другие частицы земного происхождения. Задача этих людей заключалась в том, чтобы достать из капсулы еще один сосуд, непосредственно в котором и находятся образцы. Его быстро передали в Космический центр имени Линдона Джонсона, где добытый грунт взвесят, разделят на части и отправят в разные страны для проведения исследований. Ожидается, что результаты первых анализов будут опубликованы 11 октября 2023 года.

Образцы астероида Бенну доставлены на Землю. Люди в защитных костюмах во время изучения капсулы. Фото.

Люди в защитных костюмах во время изучения капсулы

Репортаж о доставке образцов грунта Бенну на Землю от The Wall Street Journal

ВАЖНО: после сброса образцов грунта астерлида Бенну на Землю, зонд OSIRIS-REx отправился в новое путешествие. Ожидается, что примерно в 2029 году он прилетит к астероиду Апофис — существует риск, что этот объект когда-нибудь столкнется с Землей.

Образцы Бенну раскроют секреты Вселенной

С научной точки зрения, добытый аппаратом OSIRIS-Rex грунт — бесценен. Ученые считают, что состав астероида Бенну не менялся с момент его образования около 4,5 миллиардов лет назад. По словам минералога Ника Тиммса, обнаруживаемые на Земле метеориты не могут рассказать о том, что происходило в космосе миллиарды лет назад потому, что загрязнены земной атмосферой, водой и бактериями. А грунт астероида Бенну в этом плане чист, и может помочь раскрыть секрет происхождения Вселенной и жизни на Земле.

Мы сможем многое рассказать о том, что происходило, когда Солнечная система представляла собой смесь пыли и газов, а также о процессах, в результате которых были образованы планеты и созданы ингредиенты для жизни на Земле, — заключили ученые.

Образцы Бенну раскроют секреты Вселенной. Сравнение размера астероида Бенну с самыми известными высотками мира. Фото.

Сравнение размера астероида Бенну с самыми известными высотками мира

Оставайтесь в курсе всего, что происходит в области науки. Подпишитесь на наши каналы в Дзен и Telegram!

Важно отметить, что OSIRIS-REx — это первая миссия, в рамках которой агентство NASA добыло образцы астероида и успешно доставило на Землю. В 2010 году это удалось японским ученым, которые добыли образцы астероида Итокава при помощи аппарата «Хаябуса-1». К сожалению, из-за неисправности механизма отбора проб, количество материала составило менее 1 миллиграмма. Но в 2020 году аппарат «Хаябуса-2» доставил на Землю 5,4 грамма материала с астероида Рюгу — это был успех.

Необычное открытие доказало, что Вселенная расширяется не так, как мы думали

Необычное открытие доказало, что Вселенная расширяется не так, как мы думали. Скорость расширения вселенной раньше оценивалась неправильно. Фото.

Скорость расширения вселенной раньше оценивалась неправильно.

Сказать, что мы хоть что-то знаем про космос, будет очень самонадеянно. В нем хранится столько тайн, которые мы можем изучать тысячи лет и не дойти даже до одного процента познаний. Но кое-какие открытия ученые время от времени все же делают. Даже на нашем уровне понимания каждое из них вызывает восторженное: ”А, вот оно как…”. Вот и сейчас недалеко от Млечного Пути обнаружено расположение галактик в гигантском пузыре, и астрономы полагают, что это может быть пережитком ранней Вселенной — тех времен, когда только случился большой взрыв, а то, к чему мы привыкли, только начало формироваться. Нам еще только предстоит доказать Теорию большого взрыва, но новое открытие становится еще одним шагом на этом нелегком пути. Так о чем же нам говорит новое открытие?

Новое скопление Галактик

Обнаруженное скопление астрономы назвали Хо’олейлана — гавайское имя, вдохновленное эпосом Кумулипо, повествующим о создании структуры во Вселенной.

Характеристики скопления позволяют предположить, что это нечто, известное как барионное акустическое колебание (БАО). Звучит сложно, но если сказать попроще, то это окаменевшая акустическая волна, которая распространялась по ранней Вселенной, прежде чем застыть на месте.

«Джеймс Уэбб» уловил свет самых первых галактик во Вселенной.

Такие колебания можно найти по всей Вселенной. Но Хо’олейлана, расположенное на расстоянии всего 820 миллионов световых лет от Млечного Пути, ошеломило астрономов. Так близко к нам по вселенским меркам ничего подобного ранее не находили.

Мы не искали это скопление специально. Оно настолько огромно, что простирается до краев того сектора неба, который мы анализировали — говорит астроном Брент Талли из Гавайского университета.

Увеличиваются ли галактики

Увеличение галактик — важная особенность, которую открыли исследователи. Они увидели гораздо больше, чем ожидали. Очень большой диаметр в один миллиард световых лет превосходит любые теоретические ожидания. Все это косвенно говорит о высокой скорости расширения Вселенной.

Увеличиваются ли галактики. Вселенная огромная, и миллион световых лет по ее меркам — ничтожное расстояние. Фото.

Вселенная огромная, и миллион световых лет по ее меркам — ничтожное расстояние.

Исследователи измерили расстояния до 55 877 галактик в определенном секторе неба, используя восемь различных методик для получения самой точной карты. Только когда вы сможете определить, насколько далеко находятся галактики, закономерности их плотности начнут сходиться воедино.

Исследователи увидели очень специфическую, шокирующе знакомую картину: кольцо диаметром около 1 миллиарда световых лет, в котором галактики кажутся более плотно сгруппированными, с плотным скоплением в центре. Именно такова структура барионного акустического колебания.

Не забывайте о нашем Дзен, где очень много всего интересного и познавательного!

Что было со Вселенной в самом начале

Когда Вселенная была совсем молодой, она была заполнена горячей плотной плазмой, которая вела себя как жидкость. Борьба между внутренним притяжением гравитации и внешними силами породила сферические акустические волны, которые распространялись через плазму.

Когда Вселенная достигла возраста около 380 000 лет, она достаточно остыла, чтобы из частиц, которые свободно колебались, могли образоваться атомы. Внешняя рябь акустических волн прекратилась и застыла в виде областей более высокой плотности в формировавшейся материи с радиусом около 490 миллионов световых лет. На самом деле это не кольца, а сферы. Но из-за перспективы они кажутся нам именно кольцами.

Присоединяйтесь к нам в Telegram!

Эти структуры полезны по многим причинам. Например, они могут помочь нам измерить космические расстояния, поскольку мы точно знаем, насколько они велики. Они также могут помочь нам отслеживать расширение Вселенной. Но мы сможем найти их только в том случае, если сможем определить, как галактики группируются вместе.

Исследователи сошлись во мнении, что построение карты было удивительной вещью. Они смогли увидеть, что гигантская оболочка Хо’олейланы состоит из элементов, которые в прошлом считались одними из крупнейших структур Вселенной.

Что было со Вселенной в самом начале. Большой взрыв наделал много дел. После него Вселенная только остывала почти 400 миллионов лет. Фото.

Большой взрыв наделал много дел. После него Вселенная только остывала почти 400 миллионов лет

Некоторые из структур, которые являются частями Хо’олейланы, включают Пустоту Волопаса, сферическую область галактик с пониженной плотностью диаметром 400 миллионов световых лет. Так же сюда входит Великая стена Комы и Великая стена Слоана образуют части панциря. А сверхскопление Волопаса почти мертво в центре пузыря.

Могут ли законы физики объяснить устройство Вселенной?

С какой скоростью расширяется Вселенная

Поскольку пузырь больше, чем ожидалось для БАО, открытие Хо’олейланы предполагает, что Вселенная может расширяться быстрее, чем мы думали. Оценки обычно варьируются от 67 до 74 километров в секунду на мегапарсек. Новые данные предполагают, что расширение происходит примерно на 10% быстрее.

В любом случае это очень много и не укладывается в понимание человека. Но по словам исследователей, потребуются дальнейшие наблюдения и анализ, чтобы попытаться распутать этот увлекательный клубок.

Исследование опубликовано в The Astrophysical Journal.

Вселенную пронизывает «эхо» низкочастотных гравитационных волн

Вселенную пронизывает «эхо» низкочастотных гравитационных волн. Астрофизики обнаружили низкочастотные гравитационные волны с периодом колебаний от нескольких лет до десятилетий. Фото.

Астрофизики обнаружили низкочастотные гравитационные волны с периодом колебаний от нескольких лет до десятилетий.

В 2016 году астрофизики доказали существование гравитационных волн – ряби в пространстве-времени, вызванной столкновением массивных черных дыр. О том, что гравитационные волны действительно существуют, говорил еще в 1916 году Альберт Эйнштейн, хотя и сомневался в том, что их когда-нибудь удастся обнаружить. Все потому, что гравитационные волны представляют собой изменения гравитационного поля и распространяются подобно волнам, которые, когда проходят между двумя небесными телами, то изменяют расстояние между ними. Открытие гравитационных волн, удостоенное Нобелевской премии в 2017 году, также стало первым доказательством существования черных дыр – одних из самых таинственных космических обитателей. Теперь же, исследователи обнаружили низкочастотные гравитационные волны, источником которых, вероятно, могут быть как медленно сближающиеся двойные сверхмассивные черные дыры, так и космические струны.

Космические струны – гипотетические астрономические объекты, представляющие собой одномерный топологический дефект пространства-времени.

Рябь пространства-времени

Будучи крошечной рябью мироздания, гравитационные волны появляются в результате мощных космических событий, например, столкновения черных дыр. Путешествия по просторам Вселенной, эти волны постепенно теряют энергию, становясь слабее и незаметнее. Вот почему обнаружить их было настолько трудно. Но обо по-порядку.

Один из главных выводов Общей теории относительности (ОТО) заключается в том, что когда объекты, обладающие массой, искривляют ткань пространства-времени, возникает гравитация – главная сила, управляющая Вселенной. Так, звезда искривляет пространство-время сильнее, чем планета, а черная дыра искривляет его сильнее, чем звезда (чем больше масса объекта, тем сильнее он искривляет ткань пространства-времени).

Рябь пространства-времени. Гравитация – главная сила, управляющая Вселенной. Фото.

Гравитация – главная сила, управляющая Вселенной

Таким образом, два ускоряющихся объекта большой массы заставляют пространство-время колебаться и испускать волны, распространяющиеся по всему космосу. Эти волны в пространстве-времени, распространяются во всех направлениях от источника и движутся со скоростью света, которая также является скоростью гравитации.

Гравитационные волны – рябь в пространстве-времени. Эти колебания возникают, когда масса ускоряется. Чем больше масса или чем быстрее ускорение, тем сильнее гравитационная волна.

Напомним, что зафиксировать гравитационные волны в 2015 году удалось исследователям американской лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO) и европейской обсерватории VIRGO. Эти мощные детекторы прослушивают космос в поисках крупных космических происшествий, а с 2015 года было обнаружено около 100 других гравитационно-волновых сигналов.

Что можно узнать о Вселенной с помощью гравитационных волн?

Гравитационные волны кодируют информацию о событиях, которые их создают. Так, частота волны зависит от массы объектов, а сила – от того, на каком расстоянии (от нашей планеты) происходит «космическая авария». И хотя с момента открытия гравитационных волн прошло не так много времени, мы уже многое узнали о Вселенной и ее самых загадочных обитателях – черные дыры, например, сталкиваются намного чаще, чем считалось раньше.

Отметим также, что создавать гравитационные волны могут абсолютно все гравитационные системы. Но так как мы можем зафиксировать гравитационные волны от самых мощных космических событий, именно на их поисках сегодня сосредоточены астрофизики.

Что можно узнать о Вселенной с помощью гравитационных волн? Смоделированное изображение столкновения двух массивных черных дыр, породивших гравитационные волны, зафиксированные обсерваториями LIGO и VIRGO в 2015 году. Фото.

Смоделированное изображение столкновения двух массивных черных дыр, породивших гравитационные волны, зафиксированные обсерваториями LIGO и VIRGO в 2015 году

С помощью обнаружения гравитационных волн мы получаем совершенно новый взгляд на Вселенную и виды объектов, которые в ней существуют.

И хотя столкновения черных дыр или нейтронных звезд, а также взрыв сверхновых кажутся чем-то обыденным, существует ряд экзотических теорий и предсказаний о том, какие необычные события могут стать причиной возникновения гравитационных волн.

Какими могут быть гравитационные волны?

Так как у гравитационных волн могут быть разные источники происхождения, их интенсивность и характер также различны Компактные бинарные спиральные гравитационные волны, например, создаются вращающимися парами плотных массивных объектов (нейтронные звезды, черные дыры и др). Сочетание объектов в паре создает уникальный рисунок гравитационных волн, однако механизм генерации этого класса волн одинаков независимо от источника.

То, как долго компактные двойные системы могут испускать гравитационные волны, зависит от массы объектов, составляющих двойную систему, – отмечают эксперты LIGO.

Существуют также непрерывные гравитационные волны, порождаемые вращением массивных одиночных объектов, например, нейтронных звезд. Волны возникают в результате ударов и деформаций на поверхности таких объектов при неизменной скорости вращения.

Какими могут быть гравитационные волны? Считается, что одиночный вращающийся массивный объект, такой как нейтронная звезда, может вызывать непрерывный сигнал гравитационных волн в результате несовершенства сферической формы этой звезды. Фото.

Считается, что одиночный вращающийся массивный объект, такой как нейтронная звезда, может вызывать непрерывный сигнал гравитационных волн в результате несовершенства сферической формы этой звезды

Так, непрерывные гравитационные волны, исходящие от одного объекта, имеют стабильные частоты и амплитуды, однако обнаружить их удастся через какое-то время, поскольку современные детекторы недостаточно чувствительны для этого.

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

Наиболее трудными для обнаружения, однако, считаются так называемые стохастические гравитационные волны, исходящие от менее массивных объектов и «окутывающих» нашу планету со всех сторон по всей Вселенной. Считается, что эти слабые гравитационные волны случайным образом смешиваются вместе, создавая «стохастический сигнал» — случайный сигнал, который может быть статистически проанализирован, но не предсказан. Поразительно, но именно этот класс волн недавно удалось обнаружить!

Низкочастотные гравитационные волны

Новое исследование коллаборации NANOGrav стало первым свидетельством существования стохатических или низкочастотных гравитационных волн. Предполагается, что их источником могут быть медленно сближающиеся пары сверхмассивных черных дыр, космологические фазовые переходы и даже космические струны.

Наиболее интригующим фактом нового открытия является способ обнаружения низкочастотных гравитационных волн – зафиксировать их удалось с помощью миллисекундных пульсаров, расположенных по всему Млечному Пути.

Низкочастотные гравитационные волны. 29 июня 2023 года ученые обнаружили стохастический фон низкочастотных гравитационных волн – чрезвычайно слабый «шум» пространства-времени. Фото.

29 июня 2023 года ученые обнаружили стохастический фон низкочастотных гравитационных волн – чрезвычайно слабый «шум» пространства-времени

Миллисекундные пульсары – пульсары с периодом вращения в диапазоне от 1 до 10 миллисекунд, обнаруженные в радио-, рентгеновском и гамма-диапазоне волн электромагнитного спектра. Теория происхождения этих объектов полностью не разработана.

В серии статей «Tour-de-force» коллаборация NANOGrav представляет убедительные доказательства стохатического фона низкочастотных гравитационных волн на временных масштабах ~ в 10 миллиардов раз больше, чем способен увидеть LIGO. Это знаменует собой первое прямое обнаружение этого «шума» пространства-времени, а следующие шаги будут еще более захватывающими.

Революция в области космологии

Во-первых, невозможно переоценить, какой это огромный успех – зафиксировать стохатические гравитационные волны. Во-вторых, невозможно не восхищаться проницательностью Альберта Эйнштейна, предсказавшего, что гравитационно связанные системы не являются стабильными вечно: ОТО гласит, что любые две массы, вращающиеся вокруг друг друга, не могут делать этого вечно (тк это противоречит способу искривления пространства-времени), а значит каждая система нестабильна.

Первым подтверждением подобной нестабильности стали миллисекундные пульсары. Напомним, что пульсар – это нейтронная звезда с невероятно сильным магнитным полем и смещенной осью вращения.

Революция в области космологии. На этой иллюстрации показано, как Земля, сама заключенная в пространстве-времени, видит поступающие сигналы от различных пульсаров с задержкой и искажением на фоне космических гравитационных волн, которые распространяются по всей Вселенной. Фото.

На этой иллюстрации показано, как Земля, сама заключенная в пространстве-времени, видит поступающие сигналы от различных пульсаров с задержкой и искажением на фоне космических гравитационных волн, которые распространяются по всей Вселенной.

Читайте также: Создана первая в истории карта поверхности пульсара

Но не каждая нейтронная звезда – это пульсар. Так, большинство наблюдаемых пульсаров являются молодыми и/или вращаются очень медленно. Известно, что с возрастом они ускоряются, поэтому существует популяция очень старых пульсаров (миллисекундных). Эти пульсары являются самыми точными естественными часами во Вселенной и могут отсчитывать время с точностью примерно до ~ 1 микросекунды в течение десятилетий.

В то время как LIGO использует лазерные лучи длиной в несколько километров и чувствителен к гравитационным волнам с периодами в доли секунды, другие команды охотников за гравитационными волнами ориентировались на миллисекундные пульсары со всего Млечного Пути, разделенные тысячами световых лет.

Революция в области космологии. Для окончательного доказательства гравитационно-волновой природы шума требуются новые наблюдения, но уже сейчас ясно, что обнаруженный сигнал с 99.9% вероятностью имеет астрофизическое происхождение. Фото.

Для окончательного доказательства гравитационно-волновой природы шума требуются новые наблюдения, но уже сейчас ясно, что обнаруженный сигнал с 99.9% вероятностью имеет астрофизическое происхождение.

Наблюдая за ними и изучая временные различия между парами пульсаров, физики могут измерять гравитационные волны с периодами в годы или даже десятилетия. Метод заключается в фиксации небольших изменений во времени прихода к земному наблюдателю всплесков радиоизлучения нейтронных пульсаров. Отклонения при этом составляют миллиардные доли секунды. Этот метод требует многолетних наблюдений при помощи сети радиотелескопов.

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

Авторы исследования выявили сигнал, связанный с низкочастотными гравитационными волнами, анализируя данные, собранные за 15 лет наблюдений за 67 галактическими пульсарами. Так, после многолетних усилий коллаборация NANOGrav наконец собрала достаточное количество данных от миллисекундных пульсаров, чтобы сделать вывод, о том, что само пространство-время заполнено низкочастотными гравитационными волнами.

Вероятным источником этих волн исследователи считают далекие пары сверхмассивных черных дыр с близкой орбитой. Однако окончательно раскрыть причину существования стохастического фона пространства-времени позволят будущие наблюдения.

Революция в области космологии. Низкочастотные гравитационные волны открыли с помощью миллисекнудных пульсаров. Фото.

Низкочастотные гравитационные волны открыли с помощью миллисекнудных пульсаров

«Обнаружение «хора» низкочастотных гравитационных волн, сделанное NANOGrav, послужит ключом к раскрытию тайн того, как формируются структуры в космосе, — говорит астрофизик Джефф Хазбоун из Университета штата Орегон.

Широкая распространенность явления, обнаруженная исследователями, означает, что сверхмассивные пары черных дыр могут быть широко распространены во Вселенной – их число может исчисляться сотнями тысяч или даже миллионами. Кажется, вперед нас ожидает целая череда крайне увлекательных открытий.

Кстати, в области физики элементарных частиц тоже происходит кое-что интересное, подробности здесь, не пропустите!

Земля находится внутри черной дыры — какие существуют подтверждения этой версии

Земля находится внутри черной дыры — какие существуют подтверждения этой версии. Земля и вся наша вселенная, возможно, находятся внутри черной дыры. Фото.

Земля и вся наша вселенная, возможно, находятся внутри черной дыры

Когда мы смотрим на небо, видим миллиарды звезд, Млечный путь и другие галактики. Но что находится за пределами нашего зрения или той области, которую можно увидеть в телескопы? Точно ответить на этот вопрос невозможно, но мы можем делать различные предположения на основе тех данных которые уже известны. Некоторые версии на первый взгляд кажутся совсем фантастическими, однако при детальном их рассмотрении оказывается, что они вполне имеют право на существование. К примеру, есть теория, согласно которой Земля и все, что мы видим вокруг, находится внутри черной дыры. Как известно, эти объекты обладают настолько мощным гравитационным полем, что не только поглощают другие объекты, находящиеся поблизости, но и искажают время и пространство. Оказавшись внутри черной дыры, ни один объект не может ее покинуть, в том числе и свет. Но это не значит, что в ней не может существовать целая вселенная.

Как Земля могла попасть в черную дыру

Могла ли гигантская черная дыра, теоретически, поглотить Землю вместе со всеми галактиками, которые нас окружают? Теоретически, конечно же, это могло произойти. Однако, если бы это случилось, наша планета была бы разрушена еще на подлете к черной дыре, то есть оказавшись в горизонте событий. Как мы рассказывали ранее, гравитационное притяжение вытянуло бы ее и превратило в спагетти, при этом время на Земле начало бы сильно замедляться.

Даже если бы планета пережила это растяжение, что крайне мало вероятно, она была бы направлена в крошечную и очень плотную сингулярность, где ее точно не оставило шансов невероятное давление и температура. Поэтому допускать версию, что Земля была поглощена черной дырой и там продолжила свое существование, конечно не стоит. Но есть другая версия, согласно которой наша планета могла образоваться внутри черной дыры.

Как Земля могла попасть в черную дыру. Земля была бы уничтожена, оказавшись в горизонте событий черной дыры. Фото.

Земля была бы уничтожена, оказавшись в горизонте событий черной дыры

Как объясняют некоторые ученые, черная дыра очень похожа на Большой взрыв, однако все процессы в ней происходят в обратном порядке. То есть, если Большой взрыв подразумевает расширение пространства и материи из одной точки, то черная дыра, наоборот, сжимает материю и пространство в одну точку. Существует версия, согласно которой Большой взрыв произошел из сингулярности черной дыры, существовавшей в более крупной родительской вселенной.

Центр гигантской черной дыры сжимался и сжимался до тех пор, пока не взорвался, в результате чего образовалась вселенная. То есть наша вселенная, по этой версии, расширяется внутри черной дыры. Но какие этому есть подтверждения?

Какие есть доказательства того, что Земля находится внутри черной дыры

Данную теорию назвали космологией Шварцшильда, или космологией черной дыры. Впервые она была предложена еще в 1972 году. Тогда о ней заговорил одновременно двое ученых — индийский физик-теоретик Радж Патриа и британский математик Ирвин Гуд.

Какие есть доказательства того, что Земля находится внутри черной дыры. Вселенная расширяется с ускорением. Фото.

Вселенная расширяется с ускорением

Теория дает ответы на некоторые вопросы, на которые не могут ответить другие версии появления вселенной. В частности, она объясняет почему возник Большой взрыв, а точнее, почему наша вселенная была сжата в одну точку. Кроме того, эта версия объясняет почему наша вселенная не просто расширяется, а делает это с ускорением. Теоретически, расширение должно тормозиться гравитацией, но на самом деле происходит обратное.

Как известно, ускорение происходит только при падении тела в гравитационном поле. Это поле для нашей вселенной могла создать как раз черная дыра, внутри которой происходит расширение.

Какие размеры вселенной?

Космология Шварцшильда предполагает, что внутри черных дыр могут существовать вселенные. То есть внутри крупных вселенных могут существовать мелкие, подобно матрешкам. Однако покинуть черную дыру и оказаться во внешней вселенной невозможно. Как мы сказали в самом начале, преодолеть гравитацию черной дыры не может даже свет. Это значит, что и проверить данную теорию на практике невозможно.

Переходите по ссылке на наш ЯНДЕКС.ДЗЕН КАНАЛ. Мы подготовили для вас множество интересных, захватывающих материалов посвященных науке.

Если наша вселенная действительно находится в черной дыре, она имеет чрезвычайно большие размеры. В противном случае ученые бы заметили ее наличие по ряду признаков, таких как замедление времени и растяжение материи при перемещении внутри нее. Отсутствие этих признаков можно объяснить только размерами этого объекта. Но, вполне возможно, что ученым удастся обнаружить другие доказательства или опровержения этой теории.

Напоследок напомним, что существует и другая теория, согласно которой черные дыры являются телами, внутрь которых невозможно проникнуть. Однако все, что поглощается ими не погибает, а продолжает существовать в виде копии-голограммы на поверхности дыры.

Куда движутся все галактики и что такое темный поток

Куда движутся все галактики и что такое темный поток. Изучение космоса ведется постоянно, но многие тайны до сих пор не удалось раскрыть. Фото.

Изучение космоса ведется постоянно, но многие тайны до сих пор не удалось раскрыть.

Космос однозначно притягивает к себе интерес. Только одна мысль о том, что где-то там может существовать жизнь – будоражит наше сознание. Он помогает нам взглянуть в бесконечность и понять, насколько удивителен и не изучен наш мир. Но притягивать космос может не только взгляды, но и галактики. В том смысле, что в мире существует сила, которая заставляет галактики двигаться в определенном направлении. Примечательно, что ученые считали – группы галактик должны двигаться хаотично независимо ни от чего. Однако, используя данные за 3 года – исследователи выявили странную закономерность. Может ли быть это ошибкой аппаратуры или это действительно что-то таинственное?

Что такое темный поток?

Темный поток – это космологическое явление, которое стало предметом многочисленных дебатов и исследований в области астрофизики. Он относится к загадочному, постоянному движению скоплений галактик в определенном направлении, которое не объясняется стандартной космологической моделью.

Стандартная космологическая модель предполагает, что Вселенная однородна и изотропна, то есть физические свойства должны быть одинаковы независимо от их направления в больших масштабах. Однако наблюдения показали, что скопления галактик движутся в предпочтительном направлении, известном как темный поток.

Что такое темный поток? Космос – очень темное место, поэтому многие названия также “темные”. Фото.

Космос – очень темное место, поэтому многие названия также “темные”.

Темный поток был впервые обнаружен в 2008 году группой исследователей под руководством Александра Кашлинского из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА. Они использовали данные микроволнового анизотропного зонда Уилкинсона (WMAP) для изучения движения скоплений галактик в больших масштабах.

Читайте также: В космос запустили аппарат JUICE для поиска жизни на спутниках Юпитера.

Куда движутся галактики?

Но в меньших масштабах может наблюдаться очень интересная динамика. Например, наша собственная галактика, Млечный Путь, находится на пути столкновения с нашей ближайшей соседкой, галактикой Андромеды. Примерно через пять миллиардов лет наши галактики столкнутся в титаническом противостоянии, и если наши потомки будут поблизости, чтобы увидеть это зрелище, оно будет весьма впечатляющим.

Помимо этого движения, и Млечный Путь, и Андромеда движутся к скоплению Девы, плотному космическому городу, в котором сосредоточено около тысячи галактик.

И это еще не все. Млечный Путь, Андромеда, само скопление Девы и все другие галактики в близлежащем участке космоса вместе движутся в направлении еще большего скопления, скопления Норма, расположенного в области пространства, известной как Великий Аттрактор.

Куда движутся галактики? Ученым было давно известно о движении галактик, нашей планеты и в целом движения Вселенной. Фото.

Ученым было давно известно о движении галактик, нашей планеты и в целом движения Вселенной.

Здесь все становится сложнее. Чем дальше мы заходим в наших наблюдениях, тем труднее становится точно определить движения галактик. Кроме того, астрономы действительно хороши в измерении движения галактик к нам или от нас (на основе смещения света от галактик), но вычислить движения в других направлениях намного сложнее. Поэтому приходится полагаться на компьютерное моделирование, чтобы сделать обоснованное предположение.

Хотя большинство наблюдений за большей вселенной поддерживают точку зрения “равномерно расширяющейся во всех направлениях”, возникли некоторые несоответствия. В некоторых наблюдениях было замечено крошечное, едва уловимое движение, которое можно пропустить. Похоже, что многие галактики могут двигаться в предпочтительном направлении, а не просто равномерно наружу.

Таким образом команда исследователей и обнаружила, что скопления галактик движутся к области неба вблизи созвездия Центавра со скоростью около 600 км/сек. Это движение не объясняется гравитационным притяжением близлежащих структур или расширением Вселенной, что приводит к предположениям о том, что здесь может действовать какая-то другая неизвестная сила.

Для объяснения темного потока были предложены различные теории. Одна из них заключается в том, что он вызван гравитационным притяжением массивных структур за пределами наблюдаемой Вселенной, которые тянут скопления галактик в определенном направлении. Однако это объяснение остается спорным, поскольку трудно доказать или опровергнуть существование таких структур.

Другая возможность заключается в том, что темный поток является остатком ранней Вселенной, когда она не была однородной и изотропной. Эта теория предполагает, что темный поток может быть сигналом первобытных гравитационных волн, которые могли вызвать асимметрию в начальных условиях Вселенной.

Исследования космоса порой приводят к неожиданным открытиям: ученые обнаружили раннее невиданное событие – убегающую черную дыру.

Различие темного потока, темной материи и темной энергии

Ученое сообщество очень любит темное, особенно космология. Этим и объясняются такие названия, но важно различать их для полного понимания. Темный поток, темная энергия и темная материя – это три разных, но связанных между собой явления, которые в настоящее время находятся на переднем крае современных астрофизических исследований. Хотя эти три понятия часто путают друг с другом, они представляют собой различные аспекты структуры и эволюции Вселенной.

Различие темного потока, темной материи и темной энергии. Ученые постоянно разрабатывают новые методы, которые помогут в обнаружении этих явлений. Фото.

Ученые постоянно разрабатывают новые методы, которые помогут в обнаружении этих явлений.

Много людей слышали про загадочную темную материю, так вот, и ученые пока только слышали, ведь найти ее не так уж и просто – она не взаимодействует с электромагнитными волнами и не видна через телескопы. Но есть то, что вполне ее выдает – гравитационное воздействие на видимую материю, такую как галактики и их скопления, этим и подтверждается ее наличие. Темная материя составляет около 27% от всей материи во Вселенной, тогда как обычная – занимает всего 5%, а темная энергия – 68%. Но ее природа до сих пор неизвестна, и физики и астрономы продолжают ее изучать.

Темная энергия, с другой стороны, отвечает за ускоренное расширение Вселенной. Она действует отталкивающей силой, которая противодействует гравитации и заставляет Вселенную расширяться все быстрее. Но и ее природа также остается загадкой.

Ну, а про темный поток мы говорили выше.

Природа темного потока

Существует множество гипотез, связанных с этим явлением, но большинство исследователей утверждают, что темный поток возник в самых ранних моментах после возникновения Вселенной. Астрономы считают, что это произошло всего лишь через долю секунды после Большого Взрыва, еще до периода инфляции – короткого времени, когда Вселенная начала расширяться с невероятной скоростью. Однако, природа и происхождение этого явления до сих пор остаются загадкой и скрыты за пределами нашей наблюдаемой Вселенной.

Природа темного потока. Теория о мультивселенных остается вполне вероятной, но в то же время – противоречивой. Фото.

Теория о мультивселенных остается вполне вероятной, но в то же время – противоречивой.

Одна из моделей, основанная на теории струн, предлагает интересную вариацию, которая соответствует всем известным фактам. Согласно этой модели, наша Вселенная может иметь Вселенную-близнеца, которая возникла после Большого Взрыва, и существует параллельно с нашей.

Чтобы оставаться в курсе последних новостей из мира науки – подписывайтесь на наш Дзен и Telegram-канал.

Несмотря на множество исследований, природа и происхождение темного потока все еще неясны. Для полного понимания этого интригующего явления требуются дальнейшие наблюдения и исследования крупномасштабной структуры Вселенной.

Что такое «Задача трех тел» и почему ее невозможно решить?

Что такое «Задача трех тел» и почему ее невозможно решить? Решить задачу трех тел невероятно сложно из-за гравитационного взаимодействия между объектами, которое делает их движение хаотичным и непредсказуемым. Фото.

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

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

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

Задача трех тел в астрономии

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

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

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

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

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

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

Возможные решения задачи трех тел

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

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

Возможные решения задачи трех тел. Если из уравнения убрать третье тело, задача быстро обретает решение. Фото.

Если из уравнения убрать третье тело, задача быстро обретает решение

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

Звездообразование и гравитационные волны

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

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

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

Звездообразование и гравитационные волны. Гравитационно-волновая обсерватория лазерного интерферометра LIGO. Фото.

Гравитационно-волновая обсерватория лазерного интерферометра LIGO

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

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

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

Абстрактное решение задачи трех тел

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

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

Абстрактное решение задачи трех тел. Математический хаос в популярной культуре чаще всего представлен как эффект бабочки. Фото.

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

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

Читайте также: Погружение в теорию хаоса – непредсказуемость и эффект бабочки

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

Зачем менять правила игры?

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

Зачем менять правила игры? Реликтовое излучение позволило космологам по-новому взглянуть на Вселенную и ее жволюцию. Фото.

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

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

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

Это интересно: Как люди изобрели математику?

Роман Лю Цысиня «Задача трех тел»

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

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

Роман Лю Цысиня «Задача трех тел». В 2006 году нанотехнолог становится свидетелем череды странных событий в мировой науке и соглашается участвовать в расследовании. Из-за этого ему начинают мерещиться цифры с обратным отсчетом. Фото.

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

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

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

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

Роман Лю Цысиня «Задача трех тел». Научный прогресс может привести к гибели нашей цивилизации. Не стоит об этом забывать. Фото.

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

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

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

Ученые раскрыли секреты невидимой галактики

Ученые раскрыли секреты невидимой галактики. Даже наша галактика остается мало изученной. Фото.

Даже наша галактика остается мало изученной

Наша Вселенная – это невероятно загадочное и интересное место, которое скрывает множество тайн и загадок. Несмотря на значительный прогресс в науке и технологиях, мы все еще знаем очень мало о ней. Например, мы не можем объяснить механизм расширения Вселенной и что находится за ее границами. Мы также не знаем, как она возникла и почему в ней существуют фундаментальные силы, определяющие поведение всего, что в ней находится. Тем не менее с постоянным развитием технологий и улучшением средств наблюдения, мы приближаемся к пониманию ее устройства.

Недавнее исследование с использованием оборудования ALMA помогло обнаружить крайне далекое небесное тело в молодой Вселенной, которое представляет собой компактную галактику с большим количеством межзвездной пыли. Несмотря на то, что объект является очень темным и почти невидимым даже для самых совершенных приборов, удалось определить его основные свойства. Эта молодая галактика формирует звезды примерно в 1000 раз быстрее, чем Млечный Путь, и ее описание может помочь в изучении других «темных» небесных тел и создании улучшенных моделей формирования и эволюции галактик.

Самые далекие галактики и их значимость

Один из авторов исследования, Марика Джульетти, отмечает, что очень далекие галактики представляют собой настоящий кладезь информации о прошлой и будущей эволюции Вселенной. Тем не менее наблюдение за такими объектами вызывает ряд проблем. Они очень компактны и, следовательно, трудны для наблюдения. Более того, расстояние между нами и этими галактиками делает свет, который доходит до нас, очень слабым. Причина этого в том, что межзвездная пыль перехватывает видимый свет от молодых звезд, что затрудняет его обнаружение оптическими приборами, а затем переизлучает его на более длинных волнах, что можно наблюдать только с помощью мощного оборудования.

Самые далекие галактики и их значимость. Из-за того, что свет доходит до нашей Земли крайне долго – мы видим лишь прошлое тех объектов, за которыми наблюдаем. Фото.

Из-за того, что свет доходит до нашей Земли крайне долго – мы видим лишь прошлое тех объектов, за которыми наблюдаем

Тем не менее ученые замечают, что эти темные тела не так редки. В последние годы было обнаружено несколько далеких галактик, которые отличаются особой туманностью и кажутся невидимыми для самых мощных оптических приборов, включая космический телескоп Хаббл.

Как гравитация помогает найти далекие объекты

Гравитационное линзирование – это метод, который имеет большой научный потенциал и используется для исследования космических объектов, находящихся на большом расстоянии от Земли. Суть метода заключается в том, что крупные космические объекты с большой массой, расположенные ближе к нам, искажают свет, исходящий от более удаленных источников, которые находятся на идеальном расстоянии от них. Это приводит к тому, что фоновые галактики кажутся больше и ярче, что позволяет их идентифицировать и изучать. За последние десятилетия было проведено множество программ наблюдений, использующих этот метод. На данный момент обнаружено около сотни таких объектов, но их число может быть гораздо больше.

Как гравитация помогает найти далекие объекты. Из-за гравитации массивных объектов, расположенных относительно недалеко – можно лучше разглядеть более далекие небесные тела. Фото.

Из-за гравитации массивных объектов, расположенных относительно недалеко – можно лучше разглядеть более далекие небесные тела

Открытие новой галактики с помощью ALMA

В процессе одного из исследований был обнаружен главный объект, который сейчас изучается. Это небесное тело является особенным: оно очень яркое и может подвергаться линзированию только на определенных точных длинах волн, возможно, из-за наличия межзвездной пыли. Поэтому его изучение является сложным. Однако, благодаря наблюдениям, проведенным с помощью ALMA – мощного современного оборудования, расположенного в пустыне Атакама, удалось определить особенности этого объекта. Используя специальные коды, ученые восстановили первоначальную форму фонового источника, а также узнали некоторые свойства самой линзы. Кроме того, наблюдения позволили получить ценную информацию о содержании газа в этом источнике и его распределении. Из анализа стало известно, что объект очень плотный и предположительно молодой, а звезды в нем формируются с очень высокой скоростью. В будущем, космический телескоп «Джеймс Уэбб» раскроет еще больше информации об этой галактике, которую пока может получить только он.

Открытие новой галактики с помощью ALMA. Изображение галактики, сделанное ALMA. Фото.

Изображение галактики, сделанное ALMA

Важность исследования далеких галактик

Далекие галактики, которые молоды и компактны, отличаются активным процессом образования звезд. Они в значительной степени скрыты за пылью и содержат большое количество молекулярного газа. Эти галактики предшествуют массивным и спокойным галактикам, которые мы наблюдаем в нашей близкой Вселенной. Именно поэтому они дают нам очень ценную информацию о процессах, которые привели к формированию и эволюции этих структур в течение истории Вселенной. Что помогает уточнить наши модели и представления о ранних этапах эволюции Вселенной и установить, каким образом происходило ее формирование и расширение после зарождения.

Ученые создают самую подробную карту вещества во Вселенной. Почему это важно?

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

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

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

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

Реликтовое излучение

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

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

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

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

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

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

Вселенная теней

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

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

Вселенная теней. Большая часть вещества во Вселенной скрыта от наших глаз и инструментов. Фото.

Большая часть вещества во Вселенной скрыта от наших глаз и инструментов

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

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

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

Вселенная теней. Вещество неравномерно распределено по Вселенной, однако раньше считалось иначе. Фото.

Вещество неравномерно распределено по Вселенной, однако раньше считалось иначе

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

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

Самая подробная карта Вселенной

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

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

Самая подробная карта Вселенной. Перед вами карта того, как темная материя распределена по Вселенной. Фото.

Перед вами карта того, как темная материя распределена по Вселенной

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

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

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

Новая эра космологии

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

Новая эра космологии. Подробная карта всей видимой материи во Вселенной. Фото.

Подробная карта всей видимой материи во Вселенной

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

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

Новая эра космологии. Вселенная и ее мощь поражают воображение. Фото.

Вселенная и ее мощь поражают воображение

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

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

Почему в межзвездном пространстве не так темно, как считалось раньше?

Почему в межзвездном пространстве не так темно, как считалось раньше? Между планетами и звездами, которые мы видим по ночам, космос может выглядеть как огромное пространство тьмы, слабо освещенной фоновым свечением звезд и галактик. Фото.

Между планетами и звездами, которые мы видим по ночам, космос может выглядеть как огромное пространство тьмы, слабо освещенной фоновым свечением звезд и галактик.

В космосе царит темнота. Однако каждый раз глядя в ночное небо мы видим огни далеких звезд, со всех сторон окруженные тьмой. Прямо как Солнце освещает собой планеты нашей звездной системы, миллиарды звезд и галактик сияют на просторах бескрайней Вселенной. Когда зонд New Horizons достиг внешних границ Солнечной системы, миновав Плутон, его оптические приборы зафиксировали слабое свечение, исходящее из-за пределов Солнечной системы и Млечного Пути. Это открытие стало неожиданностью для ученых. В отличие от реликтового излучения (космического микроволнового фонового излучения), свет, захваченный New Horizon, позволил исследователям заглянуть в самые темные и недоступные области космоса, включая галактики, сформировавшиеся спустя всего 450 000 лет после Большого взрыва. Эти далекие миры не позволяют Вселенной погрузиться во тьму и дают ученым подсказки о том, насколько черным является космос (и причем тут темная материя).

Путешествие New Horizon

Запущенная в 2006 году миссия NASA «Новые горизонты» (New Horizon) стала первым в истории космическим аппаратом, исследовавшим Плутон и астероид Пояса Койпера Аррокот. Эта межпланетная космическая станция (АМС) покидает Солнечную систему на третьей космической скорости благодаря запуску на ракете-носителе «Атлас-5». В 2021 году АМС удалилась на расстояние более 50 астрономических единиц от Солнца, покидая нашу звездную систему.

Полученные в ходе миссии данные интригуют ученых. Так, проанализировав сотни изображений, сделанных с помощью тепловизора LORRI с высоким разрешением, установленном на борту миссии NASA, астрофизики из Рочестерского технологического института пришли к выводу, что АМС наблюдает гораздо больше света, чем должна. Все дело в так называемом космическом оптическом фоне – суммы излучения в оптических длинах волн, исходящих от объектов за пределами нашей Галактики.

Путешествие New Horizon. Телескопы и космические обсерватории на околоземной орбите (в частности Хаббл), не могут точно оценить СОВ из-за межпланетной пыли, рассеивающей солнечное излучение. Фото.

Телескопы и космические обсерватории на околоземной орбите (в частности Хаббл), не могут точно оценить СОВ из-за межпланетной пыли, рассеивающей солнечное излучение.

Космический оптический фон (COB) – это средний поток фотонов видимого света, усредненный по объему наблюдаемой Вселенной. Он отражает, по крайней мере частично, целостную космологическую историю звездообразования в известных галактиках, протогалактиках и звездных скоплениях.

Исходя из известных ученым популяций галактик, станция «Новые горизонты» зафиксировала больше света, чем они могут испускать. К такому выводу ранее пришли астрофизики из разных исследовательских институтов и обсерваторий. Если они правы, то во Вселенной существуют неизвестные нам источники излучения, а значит фундаментальные представления о ее формировании могут измениться.

Свет из других миров

В отличие от таких астрономических инструментов как Хаббл, станция «Новые горизонты» находится достаточно далеко от Солнца и может оценить темноту космоса, исключив множество факторов включая излучение от звезд Млечного Пути (что сделать весьма затруднительно). И хотя оставшееся излучение чрезвычайно слабое, его реально измерить. Так, астрофизики из университета Джонса Хопкинса предположили, что это избыточное излучение (СОВ) может, помимо прочего, объяснить природу темной материи.

Свет из других миров. Новые горизонты (New Horizons) – это автоматическая межпланетная станция NASA, предназначенная для изучения Плутона и его спутника Харона. Фото.

Новые горизонты (New Horizons) – это автоматическая межпланетная станция NASA, предназначенная для изучения Плутона и его спутника Харона.

В то же самое время результаты работы, опубликованной на сервере препринтов arXiv показали, что этих источников света не так уж и много, а значит космос – место еще более темное, чем мы думали. Но что за объекты являются источником СОВ? Ими могут быть как карликовые галактики за пределами наблюдаемой Вселенной или рассеянные ореолы звезд, окружающие галактики или популяции блуждающих межгалактических звезд, разбросанных по всему космосу. А может, ни то, ни другое.

Читайте также: New Horizons получил новые данные о формировании планет

И если обнаружение СВО кажется удивительным, не будем забывать о черных дырах – даже они испускают излучение (точнее их аккреционные диски, которые состоят в основном из светящегося звездного вещества). Кванты самого света кружатся вокруг аккреционных дисков этих космических монстров прежде чем пересечь горизонт событий – точку невозврата за пределы которой вырваться не может ничто, включая фотоны.

Частицы темной материи

Так как источник излучения, обнаруженного миссией «Новые горизонты», остается неизвестным, некоторые ученые предлагают обратить внимание на темную материю в качестве источника избыточного света. Напомним, что темной материю называют гипотетическую субстанцию, не вступающую в электромагнитное взаимодействие (из-за чего увидеть ее невозможно).

Считается, что эта загадочная материя составляет не менее 80% вещества во Вселенной, а о ее существование можно судить из-за ее гравитационного воздействия на наблюдаемые нами космические объекты. Как и в случае СВО, исследователи высказывают несколько гипотез о природе этой загадочной материи. Одна из них гласит, что эта невидимая субстанция состоит из аксионов – гипотетических частиц, существование которых было предложено в 1970-х годах прошлого века.

Частицы темной материи. Темная материя может состоять из гипотетического класса частиц, распад которых приводит к формированию фотонов. Фото.

Темная материя может состоять из гипотетического класса частиц, распад которых приводит к формированию фотонов

Это интересно: Правда ли, что ученые обнаружили частицу, связанную с темной материей?

Дело в том, что аксионы в определенном диапазоне масс должны вести себя как темная материя. Считается, что эти частицы распадаются на пары фотонов в присутствии сильного магнитного поля. Целый ряд научных экспериментов направлен на поиск этих гипотетических частиц, однако отделить их от прочих источников света невероятно трудно. Именно на этом этапе, как это не удивительно, в дело вступает космический оптический фон.

Тайны Вселенной

И хотя СОВ – излучение слабое, LORRI, прибор на борту АМС «Новые горизонты» смог его обнаружить. Результаты исследования, опубликованного в журнале Physical Review Letters, предполагают, что аксионоподобная темная материя может быть ответственна за обнаруженное излучение. И все же сегодня невозможно сказать, какое объяснение является правильным, основываясь исключительно на имеющихся данных. Однако, уменьшив массу аксионов, которые могли бы быть ответственны за избыток слабого излучения, исследователи заложили основы для будущих поисков этих загадочных частиц.

Тайны Вселенной. Чем чувствительнее становятся приборы наблюдения за космосом, тем сильнее астрономы убеждаются в неполноте своих знаний. Фото.

Чем чувствительнее становятся приборы наблюдения за космосом, тем сильнее астрономы убеждаются в неполноте своих знаний

Если избыток излучения СОВ возникает в результате распада темной материи на фотоны, будущие измерения (не без помощи новой космической обсерватории Джеймса Уэбба) помогут это определить, – отмечают астрофизики.

В то время как реликтовое излучение свидетельствует о первых 450 000 годах после Большого взрыва, космический оптический фон говорит кое-что об общей сумме всех звезд, которые когда-либо сформировались в нашей Вселенной. Напомним, что в одной только наблюдаемой Вселенной насчитывается около двух триллионов галактик. Эта оценка основывается на данных, полученных с помощью Хаббла.

Чтобы всегда быть в курсе последних научных открытий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram – так вы точно не пропустите ничего интересного!

Тайны Вселенной. Во Вселенной, возможно, больше света, чем считалось раньше. Фото.

Во Вселенной, возможно, больше света, чем считалось раньше

К счастью, успешный запуск космического телескопа Джеймс Уэбб летом 2022 года уже ознаменовал собой начало новой астрономической эпохи. Благодаря встроенной инфракрасной камеры, этот мощнейший инструмент по-новому взглянул на Столпы Творения, атмосферу спутника Сатурна Титана и взрыв сверхновой. Подробнее об этих удивительных событиях можно прочитать здесь, не пропустите!

За пределами Млечного Пути скрываются галактические нити

За пределами Млечного Пути скрываются галактические нити. Некоторые из недавно обнаруженных галактических нитей находятся на расстоянии 246 миллионов световых лет. Фото.

Некоторые из недавно обнаруженных галактических нитей находятся на расстоянии 246 миллионов световых лет

Млечный Путь едва ли можно назвать особенной галактикой – внутри нее находятся по меньшей мере триста миллиардов звезд, вокруг которых вращается хотя бы одна планета. Наша Галактика содержит тысячи планетных систем, подобных Солнечной. Диаметр Млечного Пути составляет около 100 000 световых лет, а наш космический дом располагается вблизи небольшого рукава этой спиральной галактики. Согласитесь, этой информации уже достаточно для того, чтобы почувствовать себя песчинкой в этом бесконечном, темном и расширяющемся пространстве. И тем не менее охотники-собиратели, которыми мы были на протяжении столетий, многого достигли – вышли в открытый космос, отправили роботов изучать другие планеты и создали инструменты, что открыли нашему взору небольшой участок Вселенной. Но знаем ли мы, что находится за пределами нашей Галактики? Как далеко мы заглянули в космический океан и какие выводы из этого сделали? Удивительно, но лишь недавно нам стало известно о том, что в непосредственной близости Млечного Пути находятся загадочные галактические нити.

Наш космический дом

Возраст Млечного Пути составляет примерно 13,6 миллиардов лет, а размер галактики в поперечнике – 100 000 световых лет. Точно так же, как Земля вращается вокруг Солнца, наша галактика вращается вокруг центра – сверхмассивной черной дыры под названием Стрелец А*. И несмотря на то, что Млечный Путь несется сквозь космическое пространство со скоростью около 828 000 км/ч, нашей Солнечной системе требуется примерно 250 миллионов лет, чтобы совершить один оборот.

В ясную ночь, вдали от городских огней, можно мельком увидеть другие звезды, что проносятся по ночному небу. Нашим окном во Вселенную является молочно-белая полоса звезд, пыли и газа, благодаря которой наша Галактика обрела название. Ее форму и тип астрономы определили совсем недавно, наблюдая за популяцией звезд, движущихся по небу.

Наш космический дом. Млечный Путь вместе с Галактикой Андромеда, Галактикой Треугольника и более чем 40 карликовыми галактиками-спутниками образуют Местную Группу галактик. Фото.

Млечный Путь вместе с Галактикой Андромеда, Галактикой Треугольника и более чем 40 карликовыми галактиками-спутниками образуют Местную Группу галактик

Больше по теме: Млечный Путь находится в космическом пузыре. Что это такое?

На самом деле изучение Млечного Пути было невероятно трудной задачей, ведь нам как минимум не хватает обзора. Все изменилось в начале 1990-х годов, после того, как на околоземную орбиту были выведены новаторские космические телескопы. Эти астрономические инструменты подарили нам изображения планет Солнечной системы, а также позволили различить основную форму и структуру некоторых из ближайших галактик. И все же восстановление формы и структуры нашего собственного галактического дома было медленным и утомительным процессом.

Как стало известно, по диску нашей спиральной галактики разбросаны шаровые скопления звезд и примерно 40 карликовых галактик, которые либо вращаются по орбитам, либо сталкиваются с Млечным Путем. Эта красота, в добавок ко всему, окружена сферическим ореолом из пыли и газа, и, возможно, заключена в еще больший ореол таинственной темной материи.

Наш космический дом. Млечный Путь появился около 14 млрд лет назад в результате слияния огромных облаков газа и пыли под воздействием гравитации. Фото.

Млечный Путь появился около 14 млрд лет назад в результате слияния огромных облаков газа и пыли под воздействием гравитации.

Напомним, что темная материя не вступает в электромагнитное взаимодействие, а о ее существовании можно судить лишь косвенно по ее гравитационному воздействию на космические объекты. Согласно расчетам, до 90% массы галактики составляет темная материя, подробнее о которой можно прочитать здесь.

Чтобы всегда быть в курсе последних открытий в области физики, астрономии и высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram – так вы 100% не пропустите ничего интересного!

За пределами Млечного Пути

Нашу Галактику пронизывают длинные намагниченные нити, выходящие из других галактик и светящиеся в радиоволнах. В начале 1980-х годов их обнаружили астрофизик Фархад Юсуф-Заде из Северо-Западного университета (США). Так называемые галактические нити представляют собой крупномасштабные структуры, возникающие из далеких галактик.

За пределами Млечного Пути. Млечный Путь и галактики Местной группы пронизывают магнитные галактические нити. Фото.

Млечный Путь и галактики Местной группы пронизывают магнитные галактические нити

Считается, что они возникли в результате взаимодействия между космической пылью, газовыми облаками и галактическим ветром – мощным потоком заряженных частиц, исходящим в результате активного звездообразования либо столкновения черных дыр.

Галактические нити и пустоты (войды) образуют своего рода сеть – так называемую космическую паутину и являются крупнейшими наблюдаемыми структурами во Вселенной. Примечательно, что галактические нити и войды способны формировать «великие стены» из скоплений и сверхскоплений галактик.

Недавно астрономы сообщили о новом открытии – оказалось, что таинственные нити простираются за пределы Млечного Пути. Более того, эти структуры существуют даже в самых отдаленных галактиках и, как полагают авторы научной работы, принимают активное участие в их формировании. Результаты исследования, опубликованного в журнале Astrophysical Journal Letters, показало, что нити за пределами Млечного Пути намного старше, чем считалось раньше и являются частью одного и того же «семейства».

За пределами Млечного Пути. Галактические нити пронизывают целые скопления галактик. Фото.

Галактические нити пронизывают целые скопления галактик

Вам будет интересно: Похожа ли Вселенная на мозг?

Отметим, что самые первые галактические нити, обнаруженные в 80-х годах ХХ века, простирались на расстояние до 150 световых лет, поднимаясь вблизи сердца нашей Галактики – сверхмассивный черной дыры Стрелец А*. (галактические нити вращаются вокруг сверхмассивных черных дыр у центров разных галактик). Новое исследование добавляет к ранее обнаруженным структурам почти 1000 нитей из электронов и космических лучей, что вращаются вдоль магнитного поля со скоростью, близкой к скорости света.

Родственные связи

Обнаруженные галактические нити находятся в скоплении галактик на расстоянии одного миллиарда световых лет от Земли. Среди причин их формирования, как полагают исследователи, либо взаимодействие между галактическими ветрами и газопылевыми облаками, либо турбулентностью в магнитных полях из-за движения галактик. Так, нити за пределами нашей Галактики в 100-10 000 раз длиннее чем внутри, к тому же, намного старше, а их магнитные поля слабее. Однако длина и ширина этих таинственных нитей соответствуют тем, что обнаружены в Млечном Пути.

Результаты компьютерного моделирования показали, что галактические нити напоминают космическую паутину – «нити» из таинственной темной материи в межгалактическом пространстве, образующие связанную структуру. В одной из предыдущих статей мы подробно рассказывали об этой составляющей космоса, а также войдах и Ланиакее.

Родственные связи. Тысячи галактик вместе образуют сверх- и гиперскопления, крупнейшие объекты Вселенной. Фото.

Тысячи галактик вместе образуют сверх- и гиперскопления, крупнейшие объекты Вселенной.

Лежащие в основе физические механизмы для обеих популяций нитей схожи, несмотря на совершенно разные условия окружающей среды. Эти объекты принадлежат к одному семейству, но нити за пределами Млечного Пути старше, –говорится в исследовании.

Так или иначе, обнаружение большего количества нитей в четырех различных скоплениях галактик, расположенных на расстоянии от 163 миллионов до 652 миллионов световых лет – огромный прорыв. Обнаруженные структуры из другой эпохи Вселенной сигнализируют обитателям Млечного Пути о том, что все космические объекты связаны и, судя по всему, имеют общее происхождение.

Родственные связи. Млечный Путь является частью огромного сверхскопление галактик – Ланиакеи. Фото.

Млечный Путь является частью огромного сверхскопление галактик – Ланиакеи

Новое открытие оказалось возможным благодаря новому поколению космических телескопов, чувствительность которых позволяет заглянуть сквозь толщу пыли и газа, скрывающие от нас немалую часть обитателей Вселенной.

Большой вклад в изучение как ближайших, так и наиболее отдаленных от нас космических структур и объектов, стало возможным благодаря радиоастрономии, а также новейшего чуда техники – космического телескопа Джеймс Уэбб, который приступил к работе летом 2022 года и уже привел к череде увлекательных астрономических открытий, а также подарил новый взгляд на «Столпы Творения», о чем мы недавно рассказывали.

Джеймс Уэбб разглядел «Столпы Творения»

«Столпы Творения», запечатленные космическим телескопом Джеймс Уэбб

Космический телескоп Джеймс Уэбб, преемник Хаббла, обратил свой инфракрасный взор на Столпы Творения – могущественные космические колонны, окутанные звездной пылью. Впервые мир увидел эти скопления межзвездного газа и пыли весной 1995 года на изображениях, полученных Хабблом. В 2011 году их увидел космический телескоп «Гершель», а в 2014 «Хаббл» сделал новую фотографию в более высоком разрешении. И так как человечество вступило в новую астрономическую эпоху после запуска обсерватории Джеймс Уэбб, новый снимок Столпов Творения стал настоящей сенсацией. Дело в том, что Уэбб наблюдает космос в инфракрасном диапазоне, улавливая все, что раньше было скрыто от наших глаз, включая далекие галактики и пылевые облака, так что новый снимок Столпов творения был лишь вопросом времени. На изображении видны высокие горы газа и пыли в туманности Орла, расположенной в 6500-7000 световых лет от Земли.

Космические обсерватории

За последние несколько месяцев космический телескоп Джеймс Уэбб подарил миру новый взгляд на космос и Вселенную – его официальная галерея с каждым днем становится все больше и больше. Каждое новое изображение Уэбба дарит астрономам улучшенное понимание таких далеких явлений, как белые карлики и туманности.

Этот астрономический инструмент полностью оправдывает труд и вложенные в него ресурсы, включая 10 миллиардов долларов – рекордную сумму для современной науки. И хотя с момента запуска прошло совсем немного времени, мы уже наблюдаем объекты, скрытые от таких предшественников Уэбба как Хаббл.

Это интересно: Сколько памяти у телескопа «Джеймс Уэбб»? Спойлер: меньше, чем в вашем смартфоне

Новый телескоп Джеймса Уэбба работает в инфракрасном диапазоне, который для человеческого глаза невидим.

Напомним, что космический телескоп Хаббл был запущен на околоземную орбиту в 1990 году и работает до сих пор. Чувствительность Хаббла и сделанные им изображения позволили нам увидеть объекты, расположенные на огромных расстояниях от нашей планеты и галактики.

Этот революционный инструмент также является единственным космическим телескопом, улавливающим видимый свет.Исследователи отмечают, что четкость Хаббла и Уэбба по сравнению с наземным телескопическим изображением в десять раз выше — и это поистине впечатляющий результат.

Хаббл находится на очень близкой орбите вокруг Земли, а Уэбб будет на расстоянии 1,5 миллиона километров (км) во второй точке Лагранжа (L2)

Более того, в то время как Уэбб изучает Вселенную в инфракрасном диапазоне, Хаббл работает в оптическом и ультрафиолетовом диапазонах. Еще больше радует тот факт, что Хаббл продолжит работу вплоть до 2030-х гг., а значит впереди немало революционных открытий. Еще одним важным отличием является большое зеркало Уэбба, а также расстояние от Земли, на котором вращаются оба космических телескопа.

Больше по теме: Телескоп «Джеймс Уэбб» сфотографировал взрыв сверхновой. Почему это важно?

Там, где рождаются звезды

Разница между обсерваториями Хаббл и Уэбб огромна. И чтобы увидеть ее астрономы сравнили два изображения знаменитых Столпов Творения на фоне туманно-голубого неба. Эти могущественные колонны находятся в созвездии Орла – местом рождения новых звезд и одной из наиболее продуктивных звездных фабрик Млечного Пути.

Звездная фабрика (звездный питомник) – одни из самых удивительных мест во Вселенной. Они образуются при разрушении плотных газопылевых облаков, запуская потоки звездного вещества в окружающее пространство. Как правило звездообразующие облака окружены магнитными полями.

Во Вселенной огромное количество звездных питомников. Одно из них – Столпы Творения

Еще больше интересных статей о космосе и последних научных открытиях читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен – там постоянно выходят статьи, которых нет на сайте!

Так как изображение Столпов творения сделано с помощью камеры ближнего инфракрасного диапазона Уэбба (NIRCam), астрономы заявили, что в будущем смогут составить список звезд туманности и их типов. Дальнейшие наблюдения также приведут к лучшему пониманию того, как именно рождаются, формируются и погибают звезды. Новое изображение не только потрясающе красиво – оно раскрывает никогда не наблюдаемые космические процессы.

Самое интересное в новом изображении то, что оно на самом деле показывает нам процесс звездообразования, — рассказал Space.com Антон Кукемур, астроном-исследователь из STScI.

Чтобы увидеть разницу между снимками Хаббла и Уэбба, исследователи из NASA опубликовали сравнение двух изображений Столпов Творения – непроницаемых, угрожающе темных образований, поднимающихся из туманности Орла.

Вам будет интересно: Хаббл сфотографировал звезду возрастом почти 13 миллиардов лет

Столпы Творения – сравнение

Величественные космические колонны скрывают в себе много нового, а астрономы собирали это изображение из необработанных данных, полученных с помощью новейшей камеры телескопа Джеймс Уэбб NIRCam. По мнению исследователей, текстура, уровень детализации и количество научной информации в фотографиях Уэбба поражают самых искушенных из них.

Мы поражены тем, как Уэбб увидел пыль и газ, которые на снимках Хаббла были абсолютно темными, — говорится на сайте американского космического агенства NASA.

Столпы Творения в объективе Хаббла

На изображениях сделанных космическим телескопом Хаббл не видно никаких деталей. Однако теперь, впервые в истории, астрономы заглянули в самое сердце этой области, увидев звезды, формирующиеся внутри пыльных колонн. К слову, мы не так много знаем о них и мощных магнитных полях, удерживающих это космическое формирование.

Не пропустите: Знакомьтесь – новые телескопы, которые навсегда изменят астрономию

Как сообщают эксперты NASA, на изображении выше Столпы Творения напоминают скалы, но это внешнее сходство. На самом деле эти величественные колонны сформированы из холодного межзвездного газа и пыли, которые выглядят полупрозрачными в инфракрасном диапазоне. На новом изображении также видны новорожденные звезды, некоторым из которых всего несколько сотен тысяч лет.

Столпы Творения в видимом свете космического телескопа Хаббл в 2014 году. Справа — новое инфракрасное изображение, полученное обсерваторией Джеймс Уэбб.

Интересно, что по мнению астрономов наслаждаться этим зрелищем обитатели Вселенной, включая нас с вами, смогут всего несколько миллионов лет, когда туманность исчезнет. По мнению некоторых астрономов, это уже могло произойти из-за взрыва сверхновой, уничтожившей космическое формирование. Правда, узнать наверняка мы сможем только через тысячу лет, когда свет доберется до нашей Солнечной системы.

Когда во Вселенной появились первые звезды?

Всего несколько десятилетий назад звезда Мафусаил считалась старше самой Вселенной

Астрономов давно интересует ранняя Вселенная и их любопытство оправданно – самые первые звезды и галактики сильно отличаются от тех, что мы наблюдаем вокруг. Так, звезды, сформировавшиеся примерно через 800 миллионов лет после Большого взрыва, имеют иной состав и чаще всего собираются в группы, которые ученые называют шаровыми скоплениями. Как правило они окружают далекие галактики, однако определить их точный возраст непросто. К счастью, запуск космической обсерватории Джеймс Уэбб на околоземную орбиту поможет астрономам изучить одну из самых древних звезд на просторах Вселенной – Мафусаил. Возраст этого небесного тела оценивается более чем в 12 миллиардов лет, а некоторые исследователи ранее утверждали, что Мафусаил старше самой Вселенной (возраст последней, напомним, составляет 13,8 млрд лет). Но как такое возможно и откуда взялись эти парадоксальные цифры? Давайте разбираться!

Звезда Мафусаил – самая древняя из всех известных звезд, расположенная в созвездии Весов, на расстоянии 190 световых лет от Солнечной системы. Всего несколько десятилетий назад эту звезду считали старше самой Вселенной.

Первые звезды и галактики

Астрономия подобна машине времени, поскольку мы можем смотреть на события, произошедшие миллиарды лет назад. Глядя на объекты, возникшие вскоре после того, как Большой взрыв сформировал нашу Вселенную, мы можем узнать много нового о происхождении галактик, звезд и экзопланет. Считается, что их возраст не может превышать отметку в 13,8 миллиардов лет, о чем свидетельствует реликтовое излучение – свет от первичной плазмы ранней Вселенной, оставшийся после Большого взрыва.

Напомним, что реликтовое излучение свидетельствует об экстремально горячей температуре ранней Вселенной и равномерно заполняет пространство, согласуясь с теорией Большого взрыва.

Определить возраст Вселенной также можно наблюдая за самыми далекими небесными объектами. Это особенно касается первых звезд и галактик, поисками которых занимаются астрономы со всего мира. Их главным помощником сегодня является космическая обсерватория Джеймс Уэбб, запущенная на околоземную орбиту ранее в этом году. Это чудо техники серьезно расширяет горизонт космических наблюдений, о чем мы недавно рассказывали здесь (и здесь).

Состав самых удаленных от Земли звезд сильно отличается от тех, что мы наблюдаем поблизости

Напомним, что Уэбб приступил к полноценной работе летом этого года, однако полученные с его помощью данные уже помогли астрономам детально рассмотреть огромное количество удаленных объектов, включая звезду Мафусаил, о возрасте которой слагали легенды. Так, в 2000 году считалось, что эта древняя звезда старше самой Вселенной, а ее примерный возраст оценивали в 16 миллиардов лет.

Еще больше интересных статей о звездах и галактиках во Вселенной читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен – там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!

Дальнейшие исследования опровергли первые предположения, указав, что звезда родилась примерно 14,46 миллиардов лет назад. Эти противоречивые данные в конечном итоге превратили звезду Мафусаил в самый настоящий космический парадокс, так как ничто не может быть старше Вселенной.

Самая древняя звезда во Вселенной

Чтобы разобраться с происхождением Мафусаила, который находится на расстоянии 190 световых лет от Солнечной системы, астрономы обратили внимание на данные фотометрии, интенсивности свечения и спектроскопии. Все потому, что большинство химических компонентов, составляющих наблюдаемую Вселенную, образовались в ядрах массивных звезд или под огромным давлением их окончательного коллапса (гибели).

В одной только наблюдаемой вселенной обитает 200 миллиардов триллионов звезд.

Каждое новое поколение звезд содержит несколько иное сочетание элементов, чем предыдущее, а их химический отпечаток должен сильно отличаться от отпечатка звезд, подобных нашему Солнцу, – объясняют специалисты.

Астрономы изучили соотношение водорода и гелия в самых далеких небесных светилах, обратив внимание на шаровые скопления. С их помощью, как вероятно знает уважаемый читатель, можно определить, относится ли та или иная звезда к первому поколению всех существующих на просторах Вселенной объектов. И, как ранее установили ученые, звезда Мафусаил состоит преимущественно из гелия и водорода.

Исследования, проведенные после 2000 года показали, что приблизительный возраст этой древней звезды составляет не менее 14,46 миллиардов лет с погрешностью в 700-800 миллионов. И эта цифра (в отличие от 16 млрд) более-менее укладывается в ранее обозначенный возраст нашего космического дома.

Не пропустите: От облаков до компьютерной симуляции: как рождаются звезды?

Карта реликтового излучения

К счастью, научные изыскания последних двух лет прояснили ситуацию: согласно недавно полученным оценкам, возраст Мафусаила не превышает 13,6 миллиардов лет, что совместимо с временем образования некоторых старейших звезд. И, как показали расчеты 2021 года, эта удивительная звезда на 1,8 миллиарда лет моложе Вселенной.

Шаровые скопления и возраст Вселенной

К похожим оценкам возраста Вселенной пришли авторы нового исследования, опубликованного в журнале Astrophysical Journal Letters. Изучая удаленные шаровые скопления астрономы пришли к выводу, что самые древние светила могли образоваться примерно 13 миллиардов лет назад. В ходе работы ученые опирались на данные космического телескопа Джеймс Уэбб, с помощью которого им удалось проанализировать длину световых волн, исходящих от очень далеких звездных скоплений.

древние шаровые скопления на снимке «Джеймса Уэбба»

Интересный факт
Галактика Млечный Путь насчитывает около 150 шаровых скоплений. Их история еще недостаточно изучена астрономами, и измерить их возраст может быть чрезвычайно сложно.

По словам астронома Аделаиды Клэйссенс из Стокгольмского университета, до Уэбба было практически невозможно выявить шаровые скопления из-за огромного расстояния между ними и Землей. Но с помощью новейшей космической обсерватории, ранее недоступные для наблюдений объекты удалось обнаружить и как следует рассмотреть.

Снимок высокого разрешения, полученный с помощью Уэбба, содержит тысячи галактик и плотные группы из миллионов звезд. Эти древние коллекции могут содержать подсказки о самых ранних этапах формирования Вселенной. Напомним, что обсерватория Джеймс Уэбб отслеживает инфракрасное излучение, которое представляет собой тепло, способное проникать сквозь пылевые облака – область, увидеть которую всего несколько месяцев назад считалось невозможным.

После Большого взрыва наша Вселенная расширяется со все возрастающей скоростью. Однако объяснить почему это происходить исследователи пока не могут

Вам будет интересно: Новое значение постоянной Хаббла: почему Вселенная расширяется с ускорением?

В ходе исследования было получено три изображения 12 шаровых скоплений в инфракрасном диапазоне, пять из которых являются самыми древними из когда-либо обнаруженных. Только представьте, сколько удивительных открытий ожидает нас впереди, ведь обсерватория Джеймс Уэбб приступила к работе совсем недавно. Не исключено, что уже совсем скоро мы узнаем много нового о рождении, эволюции и возрасте Вселенной, а также о самых первых сформированных в ней объектах.