Новости космической науки и технологий

[Administrator]

Учёные снова пытаются опровергнуть уравнения Эйнштейна, описывающие Вселенную — пока вышло на «троечку»
13.11.2024
Франко-швейцарская группа учёных попыталась на фактическом материале проверить верность уравнений Эйнштейна, описывающих Вселенную. Для этого они воспользовались данными обзора Dark Energy Survey за первые три года наблюдений. Анализ влияния 100 млн галактик на пространство-время дал отклонения от предсказаний Эйнштейна на 3 сигма, чего недостаточно для открытия, но хватило для зарождения сомнений в верности уравнений великого учёного.

Как предсказал в 1915 году Эйнштейн, гравитация — это нечто большее, чем сила всеобщего тяготения, о чём говорил Ньютон и его законы. В 1919 году в ходе прямого измерения отклонения света звёзд Солнцем (его гравитацией) уравнения Эйнштейна были подтверждены наблюдением. С тех пор только ленивые учёные не пытаются опровергнуть Альберта Эйнштейна, который ввёл в метрику гравитации искажение не только пространства, но и времени. Пока уравнения Эйнштейна, являющиеся частью Общей теории относительности, остаются незыблемыми.

Исследователи из университетов Женевы (UNIGE) и Тулузы (III университет имени Поля Сабатье) воспользовались первыми данными обзора Dark Energy Survey, чтобы проверить уравнения Эйнштейна с помощью наблюдений за 100 млн галактик. Данные получены по объектам на удалении 3,5, 5, 6 и 7 млрд лет назад. По словам учёных, это первый анализ данных о влиянии масс галактик одновременно на пространство и время.

Согласно теории Эйнштейна, материя создаёт искривление пространства-времени тем больше, чем больше масса. Обычно это иллюстрируют помещением тяжёлого шара на эластичную поверхность, которую тот продавливает тем сильнее, чем он тяжелее — это принято называть гравитационными колодцами. Следует лишь помнить, что материя искажает пространство во всех направлениях в трёх измерениях, поэтому колодец на самом деле — это, скорее, шар или шарообразный объём в пространстве-времени. Но это детали. Из уравнений Эйнштейна можно рассчитать, насколько свет преломится — произойдёт гравитационное линзирование, когда он минует скопления масс. И если в этих расчётах появится отклонение от наблюдаемых, то Вселенная может оказаться совсем не такой или не везде такой, как предсказывал Эйнштейн.

Из данных Dark Energy Survey учёные вывели, что на удалении 6 и 7 млрд лет от нас уравнения Эйнштейна, можно сказать, безупречны. На удалении 3,5 и 5 млрд лет от нас появились отклонения между наблюдениями и расчётами. Отклонения составили 3 сигма, тогда как значимым результатом принято считать отклонения в 5 сигма. По мнению исследователей, существенные отклонения результатов наблюдений от предсказаний заставляют усилить интенсивность работ на этом направлении. Отличия стали наблюдаться на этапе, когда Вселенная начала ускоренно расширяться. «Гравитационные колодцы» на этом отрезке стали мельче — гравитация стала слабее проявлять себя.

За ускоренное расширение Вселенной отвечает тёмная энергия — неизвестная субстанция или свойство Вселенной, а может быть, даже, гравитация, раз изменения начали наблюдаться в связи друг с другом. Уравнения Эйнштейна описывают нашу Вселенную (Вселенная Фридмана) и любые другие версии Вселенных. Обнаружение в них изъяна стало бы открытием огромного значения и помогло бы ответить на много вопросов об устройстве мироздания.

[Administrator]

Учёные впервые раскрыли форму короны чёрной дыры
19.11.2024
Во время солнечных затмений мы видим солнечную корону — яркий ореол вокруг Луны, заслоняющей в такие моменты Солнце. Это светится разреженная внешняя атмосфера звезды с плотностью вакуума и температурой в миллионы градусов — корона Солнца. У чёрных дыр должна быть своя корона, но увидеть её практически нереально, зато возможно обнаружить её присутствие и определить форму.

Поиски короны чёрной дыры помогут в определении типов квазаров — активных ядер галактик. Чёрная дыра — это не тот объект, который можно рассматривать в телескоп и делать заключения об увиденном. Строго говоря, чёрные дыры — это всё ещё гипотеза. Неслучайно при присуждении Нобелевской премии по физике в 2020 году за открытие чёрной дыры в центре нашей галактики комитет осторожно написал об открытии «компактного астрофизического объекта», а не о чёрной дыре. Корона чёрной дыры — это ещё более эфемерное явление, чем существование самих чёрных дыр.

Где же у чёрных дыр корона? Известно, что чёрные дыры окружены веществом, которое формирует форму диска или тора в плоскости вращения дыры. Чем ближе вещество к горизонту событий чёрной дыры, тем быстрее оно вращается в диске и тем сильнее нагревается от трения и гравитации. Это уже зона аккреции, из которой вещество падает на чёрную дыру. И где-то на его внутреннем краю вещество превращается в нагретую до миллиардов градусов плазму. Эта сверхразогретая плазма и есть корона чёрной дыры. Другое дело, что обнаружить её и определить форму оказалось непросто.

Если диск аккреции направлен на нас своей плоскостью, то излучение короны в виде рентгеновских лучей теряется в общем излучении чёрной дыры (фактически — в излучении диска аккреции, ведь горизонт событий чёрной дыры никакой свет не покидает). При взгляде на диск аккреции сбоку свет от его центральной области блокируется более холодным веществом по краям. Но, как оказалось, не в случае короны чёрной дыры. Рентгеновское излучение от плазмы короны оказалось способным переотражаться в «бублике» газопылевого диска вокруг чёрной дыры таким образом, чтобы добираться до земного наблюдателя даже при взгляде с торца.

Учёные изучили дюжину таких «затемнённых» чёрных дыр, включая Cygnus X-1 и X-3 в Млечном Пути и LMC X-1 и X-3 в Большом Магеллановом Облаке, подняв данные обсерватории NASA Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), и выяснили, что во всех случаях геометрия и поведение короны у чёрных дыр совпадают. Исходя из этого, геометрия и физика короны должна быть одинаковой как у чёрных дыр звёздной массы, так и у сверхмассивных чёрных дыр. Это означает, что можно собрать больше данных, в том числе, о квазарах, которые, как правило, слишком яркие, что само по себе является помехой для их изучения и любой новый способ исследования будет полезен.

[Administrator]

Около трети звёзд содержат останки землеподобных планет, показали наблюдения и моделирование
20.11.2024
В последние годы астрономы научились с высочайшей точностью измерять содержание металлов в звёздах. Быстро выяснилось, что даже у звёзд из одного молекулярного облака есть сильные отличия в химическом составе, что можно объяснить только загрязнением от сторонних источников. Таким источником назвали землеподобные планеты с ультракороткими орбитами и доказали это с помощью моделей.

Родственные звёзды рождаются в одном и том же гигантском молекулярном облаке (GMC), хотя это не обязательно двойные системы. Следовало бы ожидать, что такие звёзды будут иметь весьма близкую металличность, хотя ни одно GMC-облако не является полностью однородным и небольшие различия обычны для звёзд, которые формируются в общей области звездообразования. Но когда различия, всё-таки, заметны, должно быть какое-то иное этому объяснение.

Новое исследование под названием «Загрязнение металлами солнцеподобных звёзд в результате разрушения планет со сверхкоротким периодом» предполагает, что источником обнаруживаемых несоответствий являются скалистые планеты. Авторами являются учёные из Северо-Западного университета (Northwestern University) и Корнельского университета (Cornell University). Исследование загружено на сайт arxiv.org и отправлено в сеть журналов AAS.

Ультракороткопериодические экзопланеты (USP) вращаются вокруг своих звёзд очень близко и обычно совершают полный оборот всего за несколько часов. Они имеют состав, аналогичный земному, и редко имеют радиус более двух земных. Их происхождение до конца не ясно. Они могли сформироваться дальше, а затем мигрировать ближе к своей звезде, или это могли быть остатки гораздо более крупных планет, которые потеряли свою атмосферу из-за звёздного излучения.

Одна из проблем в том, что планеты класса USP обнаружены примерно у 0,5 % солнцеподобных звёзд. С другой стороны, с учётом различий в металличности звёзд «из одного лукошка», такие планеты могут просто быстро поглощаться своими звёздами и, следовательно, загрязнять их металлами.

«Короткопериодические экзопланеты потенциально уязвимы к разрушению приливами и поглощению их звёздами-хозяевами», — пишут авторы. Исследования показывают, что от 3 % до 30 % солнцеподобных звёзд главной последовательности (FGK) поглотили скалистые планеты массой от 1 до 10 масс Земли.

Авторы разработали модель, позволяющую предсказать количество образующихся USP и время, необходимое для их поглощения. Предложенная модель может воспроизводить как наблюдаемую низкую встречаемость USP у солнцеподобных звёзд, так и их металличность от загрязнения. Модель показывает, что чаще всего поглощения происходят в компактных многопланетных системах и, часто, это происходит при миграции планет при переходе с более вытянутой орбиты на близкую круговую. В общем случае модель предсказывает, что планета поглощается звездой в промежутке от 100 млн до 1 млрд лет после формирования.

[Administrator]

Учёные разгадали тайну Урана, над которой бились почти 40 лет
23.11.2024
Одной из перспективных миссий до 2032 года выбрана отправка зонда к Урану. Учёных волнует факт быстрого охлаждения термосферы этой планеты, которая с 1986 года понизила температуру в два раза. Подобного не наблюдается ни у одной планеты Солнечной системы, и эта аномалия требует изучения. Новая работа учёных, похоже, помогла найти ответ на эту загадку, что может заставить изменить цели миссии.

Земной зонд пролетел рядом с Ураном лишь однажды. Это произошло в 1986 году в ходе полёта «Вояджера-2» NASA. Среди прочих измерений автоматическая межпланетная станция оценила температуру термосферы Урана — области пространства на высоту до 50 тыс. км над ним. Атомы и молекулы в тропосфере Урана нагреваются точно так же, как частицы в термосфере Земли — за счёт энергии ультрафиолетового излучения Солнца.

Согласно переданной «Вояджером-2» на Землю информации, температура в верхних слоях термосферы Урана достигала 500 ℃. К слову, в термосфере Земли частицы нагреваются до 1500 ℃ и даже 2000 ℃. Экипаж на МКС не поджаривается лишь потому, что термосфера очень и очень разреженная.

Измерять температуру термосферы Урана можно также с Земли. Свободно летающие там ионы трёхатомного водорода излучают фотоны в ближнем инфракрасном диапазоне, свободно проходящие сквозь атмосферу нашей планеты и позволяющие делать измерения дистанционно. И такие замеры делались регулярно и каждый раз ставили учёных в тупик: термосфера Урана стабильно становилась холоднее вне зависимости от 11-летних циклов активности Солнца и сезонных изменений, так что к сегодняшнему дню она стала в два раза холоднее, чем при пролёте «Вояджера-2».

В новом исследовании группы учёных под руководством доктора Адама Мастерса (Adam Masters) с физического факультета Имперского колледжа Лондона даёт обоснованное объяснение температурной аномалии. По мнению авторов работы, температуру термосферы Урана определяет энергия солнечного ветра, а не фотоны, как это происходит с термосферой Земли.

С 1990 года регистрируется постоянное среднее ослабление давления солнечного ветра, представленного в основном солнечными электронами, протонами, атомами и тяжёлыми ионами. Как доказывают авторы работы, снижение давления солнечного ветра на магнитосферу Урана заставляет её расширяться и, тем самым, влияет на температуру термосферы. В условиях Земли (буквально на вытянутую руку от Солнца) это компенсируется нагревом планеты фотонами звезды.

До Урана свет Солнца добирается в скромном объёме и не может влиять на нагрев его газовой оболочки. Поэтому лишённая давления солнечного ветра газовая оболочка Урана расширяется, и плазме Солнца становится труднее добираться до поверхности планеты и передавать ей свою энергию (нагревать), что ведёт к охлаждению, которое находит своё отражение в охлаждении термосферы Урана.

Интересное практическое применение данного явления кроется в том, что таким образом мы можем исследовать экзопланеты в других звёздных системах, делая выводы о магнитосферах экзопланет и возможности зарождения жизни на них. Ведь магнитосфера — это защита от ионизирующего излучения. Её-то и надо искать в первую очередь для правильных выводов о пригодности планет к биологической жизни.

[Administrator]

Земля накренилась на 80 сантиметров
25.11.2024
За последние 20 лет Земля наклонилась на 80 сантиметров из-за интенсивной откачки грунтовых вод. Вмешательство такого масштаба привело к перераспределению 2150 гигатонн воды за период с 1993 по 2010 год. Это не только изменило ось вращения нашей планеты, но и повысило уровень моря на 6,1 миллиметра. Эти факты демонстрируют глубокое влияние человеческой деятельности на ускорение глобальных климатических изменений.

Опубликованное в журнале Geophysical Research Letters исследование содержит убедительные доказательства влияния антропогенных факторов на изменение наклона и вращения нашей планеты. Ки-Вон Сё (Ki-Weon Seo), ведущий автор исследования и профессор геофизики из Национального университета Сеула (SNU), подчеркнул: «Полюс вращения Земли на самом деле сильно смещается. Наше исследование показывает, что среди причин, связанных с климатом, перераспределение грунтовых вод оказывает наибольшее влияние на смещение полюса вращения Земли». Учёные выразили обеспокоенность тем, что подобное воздействие долгое время оставалось недооценённым.

Перераспределение водных масс воздействует на ось вращения Земли, подобно добавлению веса на вращающийся волчок: даже небольшое изменение массы способно существенно повлиять на траекторию движения. Исследование NASA 2016 года впервые установило, что перемещение воды между сушей и океанами влияет на вращение планеты. Однако только в рамках нового исследования были представлены точные количественные данные. «Я очень рад, что удалось объяснить необъяснимую ранее причину смещения полюсов вращения. С другой стороны, как житель Земли и отец, я обеспокоен и удивлён тем, что откачка грунтовых вод является ещё одним источником повышения уровня моря», — сообщил Сё.

Сверху — изменение объёма подземных вод в период с 1993 по 2010 годы; Снизу — повышение уровня моря. Цветовые шкалы показывают величину изменений: от значительных потерь грунтовых вод в некоторых регионах до увеличения уровня моря в отдельных зонах. Источник изображения: agupubs.onlinelibrary.wiley.com
Для проверки гипотезы исследователи использовали компьютерное моделирование, сравнив несколько сценариев перераспределения массы воды на планете. Единственным вариантом, который точно совпал с наблюдаемыми данными о смещении полюсов, оказалась модель, учитывающая перераспределение 2 150 гигатонн подземных вод. Сурендра Адхикари (Surendra Adhikari), учёный из Лаборатории реактивного движения (JPL) NASA, отметил: «Они количественно оценили влияние откачки грунтовых вод на движение полярной области, и оно оказалось довольно существенным».

Перемещение воды из определённых регионов играет ключевую роль в изменении оси вращения Земли. Наибольшее влияние оказывает перераспределение водных масс из средних широт, таких как западная часть Северной Америки и северо-западная Индия, где интенсивное использование грунтовых вод для орошения и бытовых нужд привело к значительным изменениям баланса массы планеты, так как грунтовые воды в конечном итоге уходят в океаны.

Хотя последствия таких перемещений начали изучаться относительно недавно, анализ исторических данных может выявить долгосрочные тенденции и предоставить более глубокое понимание влияния подземных вод на глобальные процессы. Это сможет помочь экологам и защитникам окружающей среды разработать более эффективные стратегии по замедлению дальнейшего повышения уровня моря и решению других климатических проблем. Важно, чтобы необходимые изменения последовательно и правильно внедрялись в будущем.

[Administrator]

Сенсационное открытие: Землю атаковали сверхэнергетические электроны из космоса

Международная группа астрофизиков зарегистрировала беспрецедентное космическое явление - бомбардировку нашей планеты электронами сверхвысоких энергий. Исследование, проведённое на основе десятилетних наблюдений обсерватории High Energy Stereoscopic System (HESS), расположенной в Намибии, раскрыло сенсационные детали.

Ключевая особенность открытия заключается в экстремальной энергетической мощности обнаруженных частиц. Если традиционно электроны имеют энергию в сотни гигаэлектронвольт, то в этот раз учёные зафиксировали электроны с энергией 40 ТэВ - что более чем в триллион раз превышает обычные показатели.

Специалисты подчеркивают сложность регистрации подобных частиц. Электроны составляют менее 1% от общего потока космических лучей, а их прямая детекция невозможна. Вместо этого учёные фиксируют característico каскад обломков, возникающий при столкновении частиц с атомами атмосферных газов.

Интригующим аспектом исследования стало определение локации источника. Расчёты указывают, что таинственный источник находится в пределах нескольких тысяч световых лет от Земли. Наиболее вероятными кандидатами считаются нейтронные звезды - компактные космические объекты с чрезвычайно мощными

[Administrator]

Чёрные дыры оказались безопаснее, чем считали учёные — рядом с ними могут стабильно «жить» звёзды и планеты
18.12.2024 [15:50], Геннадий Детинич
Расположение сверхмассивных чёрных дыр в центрах галактик кажется разрушительным для всего, что находится рядом. Однако астрономы сделали открытие, которое снижает угрозу, исходящую от таких объектов. Вблизи центральной чёрной дыры впервые обнаружена двойная звёздная система, которой опасное соседство оказалось нипочём. Это можно сравнить с оазисом спокойствия рядом с бурлящим водоворотом. Остаётся только найти там планеты — и это лишь вопрос времени.

Открытие, как это часто бывает, произошло случайно. В центре Млечного Пути был выявлен новый класс объектов, получивших название G-объекты. Всего обнаружено шесть таких объектов, первый из которых был открыт в 2005 году. Предполагается, что это звёзды, окружённые плотным облаком газа и пыли. На вид они напоминают газопылевые облака, однако их гравитационное поведение соответствует звёздам. Все шесть объектов взаимодействуют со сверхмассивной чёрной дырой Sgr A* (Стрелец A*) в центре нашей галактики. В процессе изучения этих объектов учёные случайно обнаружили звёздную систему D9, которая оказалась двойной.

Судя по всему, двойная звёздная система смогла эволюционировать даже в условиях сильного гравитационного взаимодействия со сверхмассивной чёрной дырой. Она с невероятной скоростью вращается вокруг Sgr A*, но это не мешает ей развиваться так же, как звёздам на периферии галактики. Это открытие даёт надежду найти в центре галактики — в скоплении объектов с интенсивными взаимодействиями — не только стабильные звёзды, но и планетные системы.

«Чёрные дыры не так разрушительны, как мы думали. Кажется правдоподобным, что обнаружение планет в центре галактики — всего лишь вопрос времени», — говорят учёные.

Вместе с тем астрономы предупреждают, что такие «стабильные» отношения могут быть мимолётными в масштабах жизни звёзд. Обнаруженная двойная система ещё молода — её возраст составляет всего 2,7 млн лет. Для сравнения, динозавры жили на Земле дольше, чем эти звёзды. Не исключено, что учёным просто повезло застать их в стабильном состоянии. Даже если это так, открытие намекает, что в центрах галактик может быть больше жизни во всех смыслах этого слова. Поэтому необходимы новые наблюдения и исследования таких областей космоса.