«Спящая» черная дыра «просыпается» и «глотает» звезду

Примерно 90 процентов самых крупных черных дыр, известных науке, являются «спящими», то есть они не производят активного поглощения материи и, как следствие, почти не испускают излучения, в том числе светового. Однако иногда звезда подходит к черной дыре слишком близко, и тогда происходит активное поглощение черной дырой «обреченной» звезды, известное как разрыв приливными силами, который сопровождается яркой вспышкой.

В новой работе астрономы из Университета штата Мэриленд и Университета штата Мичиган во главе с Эрин Кара из Университета штата Мэриленд, оба научных учреждения США, впервые наблюдали рентгеновские лучи, многократно отражающиеся от стенок вновь образованного аккреционного диска вокруг некогда «дремавшей» черной дыры – гигантское облако обломков, падающих на черную дыру – появившегося в результате недавнего разрыва звезды приливными силами. Используя эти данные, ученые смогли рассчитать форму и активность этого аккреционного диска, окружающего сверхмассивную черную дыру, называемую Swift J1644+57.

Для получения информации о параметрах аккреционного диска вокруг этой «проснувшейся» черной дыры астрономы использовали принцип, аналогичный радиолокации. В этом случае информация о задержках по временам прибытия разных пучков рентгеновских лучей позволяет восстановить параметры объекта исследования, которым в этом конкретном исследовании стал аккреционный диск черной дыры. Как утверждают авторы работы, дальнейшее усовершенствование применяемого ими метода поможет, исходя из того же набора данных, рассчитать также скорость собственного вращения черной дыры.

Исследование опубликовано в журнале Nature.

Источник

Аннигиляцию частиц впервые наблюдали на квантовом компьютере

Физики из Австрии и Германии впервые использовали квантовый компьютер для симуляции взаимодействий элементарных частиц методами решетчатой калибровочной теории. Работа ученых позволяет в режиме реального времени проследить за рождением и уничтожением (аннигиляцией) пары частица-античастица в физическом вакууме. Исследование опубликовано в журнале Nature, кратко о нем сообщает издание EurekAlert!

Ученые провели демонстрацию реакции рождения и уничтожения пары электрон и его античастицы (позитрона) в модели Швингера. Квантовый симулятор состоит из четырех ионов кальция, находящихся в электромагнитной ловушке и контролируемых лазерными импульсами. Каждая пара ионов представляет собой пару частица-античастица.

«Мы используем лазерные импульсы для имитации электромагнитного поля в вакууме. Тогда мы можем наблюдать, как пары частиц создаются квантовыми флуктуациями от энергии поля. Глядя на флуоресценции иона, мы видим, были ли созданы частицы и античастицы. Мы можем изменить параметры квантовой системы, что позволяет наблюдать и изучать динамику создания пары», — отмечает соавтор исследования Эстебан Мартинес.

Основная трудность в проведении исследования заключалась в выборе подходящего квантового протокола. Ученые надеются, что их симуляции окажутся хорошим дополнением к дорогостоящим экспериментам в физике элементарных частиц, в частности, опытам в ЦЕРНе. В дальнейшем физики планируют имитировать квантовую запутанность пары частиц. Впервые идею создания квантового симулятора выдвинул американский физик-теоретик Ричард Фейнман.

Модель Швингера является двумерной. В ней одна координата является пространственной, а вторая — евклидовым временем (обычной временной координатой, над которой совершен виковский сдвиг — умножение ее на мнимую единицу). Продуктом аннигиляции частиц является массивный фотон (который в четырехмерном пространстве-времени должен быть безмассовым). Модель Швингера используется в квантовой теории поля как простой пример, при помощи которого возможно понимание предельных случаев более сложных теорий. Компьютерное моделирование в теории Швингера удобно проводить в рамках решетчатого подхода, в котором пространство-время разбивается на дискретные клетки.

Источник

Международная команда ученых из России, Китая, Германии и Франции выяснила характер движения частиц, проводящих ток в перовскитах — материалах солнечных батарей будущего. Результаты работы, опубликованные в журнале Physics Review B, позволят ученым искать нужный состав перовскита не «вслепую», а имея представление о его фундаментальных свойствах.

Перовскиты — класс веществ, имеющих почти идеальную структуру, и это «почти» как раз и есть самое полезное в них. Именно из-за своей неидеальности перовскиты — основа большинства современных высокотемпературных сверхпроводников. Они также позволяют делать гибкие солнечные батареи без использования редкоземельных металлов, что позволит снизить их стоимость и производить в больших объемах. В своей работе ученые выясняли, как именно функционирует механизм проводимости одного их соединений перовскитов.

Физики выяснили, что в перовскитах, имеющих формулу Pr1-xCaxMnO3, существует проводимость, связанная с так называемыми поляронами. Полярон — это электрон, который при своем распространении смещает ионы кристаллической решетки со своих мест собственным полем — то есть «гнет» кристалл. Перовскиты со своей почти идеальной структурой замечательно подходят для возникновения таких пар «кристалл — электрон». Более того, оказывается, что они в большом количестве двигаются как единое целое — когерентно, то есть механизм проводимости является, что называется, зонным. Другими словами, проводимость осуществляется не путем перескока поляронов по локализованным состояниям, а практически так же, как свободными частицами.

Теперь, как утверждают авторы исследования, с экспериментально подтвержденным знанием о виде и характеристиках проводящих частиц исследования перовскитов должны получить мощный рывок и приблизить их масштабное коммерческое применение.

Источник

Океан под поверхностью Энцелада лежит на глубине всего лишь несколько километров

В новой работе команда исследователей во главе с Ондреем Садеком с кафедры геофизики Карлова университета в Праге, Чехия, предложила новую модель, которая позволяет примирить между собой противоречивые данные о ледяном спутнике Сатурна, полученные в разных исследованиях. Согласно этой модели толщина ледяной корки на поверхности Энцелада в окрестностях его южного полюса может достигать в толщину всего лишь нескольких километров. Это указывает на то, что в недрах Энцелада скрыт мощный источник тепла – что является дополнительным фактором, способным обусловить зарождение в океане Энцелада жизни.

Первичная интерпретация данных, собранных при помощи космического аппарата НАСА «Кассини», совершившего несколько пролетов мимо Энцелада, показала, что толщина ледяной корки на его поверхности меняется от 30-40 километров в окрестностях южного полюса до примерно 60 километров в районе экватора. Эти модели не могли однозначно ответить на вопрос о наличии у Энцелада глобального подповерхностного океана. Однако открытие в 2015 г. осцилляции вращения Энцелада, известной как либрация – которая связана с приливными эффектами – указывает на то, что под поверхностью планеты имеется глобальный океан, и что ледяная корка имеет меньшую толщину, чем предполагалось – примерно 20 километров в среднем. Тем не менее такая толщина не согласовывалась с другими данными по гравитации и топографии.

Для того чтобы согласовать между собой эти различные ограничения, исследователи предложили новую модель, в которой верхние двести метров ледяной корки действуют, подобно упругой оболочке. Согласно этому исследованию Энцелад состоит последовательно из каменистого ядра радиусом 185 километров, внутреннего океана глубиной примерно 45 километров, отделенного от поверхности ледяной оболочкой, толщина которой в среднем составляет примерно 20 километров, кроме южного полюса, где толщина составляет менее 5 километров. Эта модель требует внутреннего источника тепла для сведения «энергетического баланса» Энцелада, отмечают исследователи.

Работа вышла в журнале Geophysical Research Letters.

Источник

Физики из США скоро могут переопределить эталон килограмма

МОСКВА, 21 июн – РИА Новости. Ученые из Национального института стандартов и технологий США заявляют о готовности переопределить эталон килограмма из Парижской палаты мер и весов, используя формулу E=mc^2 и постоянную Планка, заявляет пресс-служба заведения.

В настоящее время килограмм является единственной фундаментальной единицей системы СИ, которая определяется не через физические константы, такие, как скорость света или заряд электрона, а через реальный физический эталон — платиново-иридиевый цилиндр. Он изготовлен еще в 1889 году и хранится в парижском Международном бюро мер и весов.

Поэтому в 2005 году по рекомендации Международного бюро мер и весов началась разработка новых определений основных единиц измерения, в том числе единицы массы — килограмма. В 2011 году Международный комитет мер и весов (CIPM) принял решение выработать математический эталон килограмма, базирующийся на постоянной Планка, связывающей энергию частицы с частотой ее колебаний, и на знаменитой Эйнштейновской формуле E=mc^2.

Штефан Шламмингер из Национального института стандартов и технологий США (NIST), руководитель проекта NIST-4, заявил о завершении создания устройства, которое поможет осуществить это переопределение с максимально возможной точностью.

По своей природе NIST-4 представляет собой так называемые ватт-весы – особый прибор на базе сверхпроводников, который измеряет то, как много электрической энергии нужно приложить, чтобы уравновесить гирю или предмет – к примеру, атом, определенной массы. Сопоставляя значения, полученные при помощи этого прибора, американские ученые вычисляли через них постоянную Планка, значение которой было опубликовано в статье в журнале Review of Scientific Instruments.

Как отмечает Шламмингер, полученные его группой значения постоянной Планка были идентичны тем результатам, которые получили две другие группы физиков, которым CIPM поручил, независимо друг от друга, вычислить эту физическую константу. Погрешность измерений, по словам представителя NIST, не превышает 34 частей на миллиард, что чуть больше результатов других групп – около 20 частей на миллиард, и примерно в три раза ниже, чем точность, требуемая CIPM – 12 частей на миллиард.

 

© Фото: Greg L

Эталон килограмма

Естественно, что текущая точность не устраивает Комитет, и команда Шламмингера планирует в этом году повысить ее до значения в 20 частей на миллиард. По его словам, у всех трех групп физиков есть еще время для улучшения результата до необходимого уровня точности, и объединения данных замеров, которые в недавнем прошлом заметно расходились для группы NIST с одной стороны, и российских и немецких физиков из проекта Avogadro и канадских ученых из третьего коллектива – с другой.

Теперь, благодаря постройке NIST-4, расхождения исчезли, и открылась прямая дорога для переопределения килограмма. По текущим планам CIPM, ученые должны достичь нужной точности замеров постоянной Планка и объединить свои расчеты к июлю следующего года. Если все сложится удачно, то в 2018 году у человечества появится "математическое" определение килограмма, а платиновая "болванка" из Палаты мер и весов займет свое место в музее.

Источник

Физики из парижского Института оптики, Российского квантового центра, МФТИ и ФИАНа смогли создать особое состояние квантовой запутанности, которое позволяет получить сверхточную линейку, способную измерять расстояние в сотни километров с точностью до миллиардных долей метра. Результаты исследований опубликованы в престижном научном журнале Nature Communications.

В оптических интерферометрах лучи лазера, приходящие от двух зеркал, «смешиваются» друг с другом, и возникает интерференция: волны света, накладываясь, либо гасят друг друга, либо усиливают — в зависимости от точного положения зеркал. Это позволяет измерять их микроскопические смещения, потому что расстояние между полосами равно длине волны — примерно 0,5 — микрон. Однако для многих экспериментов нужна еще более высокая точность. Например, для обнаружения гравитационных волн требовалось измерять смещения, сопоставимые с диаметром протона.

И здесь могут пригодиться так называемые N00N-состояния фотонов, которые и стали предметом исследования ученых. В этих состояниях возникает суперпозиция пространственных положений не одного фотона, а сразу множества — то есть многофотонный лазерный импульс одновременно находится в двух точках пространства. Проблема заключается в том, что такие состояния очень чувствительны к потерям.

«В нашем эксперименте, который проводился в лаборатории РКЦ, Алиса и Боб (так в физике называют участников обмена квантовыми объектами) создают два запутанных состояния. И посылают одну из частей в среду с потерями, которую в нашем опыте моделирует затемненное стекло. Третий наблюдатель, посередине между Алисой и Бобом, проводит совместное измерение на этих частях. В результате происходит обмен запутанностями: оставшиеся части состояний Алисы и Боба оказываются в состоянии N00N. А поскольку эти части потерь не испытали, они выказывают свои квантовые свойства в полной мере», — комментирует ведущий автор исследования Александр Уланов (научный сотрудник РКЦ и аспирант МФТИ).

По словам ученого, метод измерения расстояний при помощи N00N-состояния фотонов позволяет обеспечить сверхточные измерения дистанций в сотни километров, что вполне удовлетворяет современным требованиям — плечо интерферометра LIGO, например, имеет длину около 4 км.

Источник

«Электрический ветер» может лишить землеподобные планеты океанов и атмосфер

На Венере господствует «электрический ветер», достаточно мощный, чтобы удалить из верхних слоев атмосферы планеты компоненты воды – и этот механизм мог играть значительную роль в исчезновении океанов с поверхности планеты, согласно новым результатам ученых миссии Venus Express Европейского космического агентства.

Венера схожа с Землей в отношении размеров и гравитации, и существуют доказательства того, что в древности на её поверхности существовали океаны воды. Однако при температурах на поверхности порядка 460 градусов Цельсия все океаны со временем испарились, и в настоящее время Венера является непригодной для жизни. Тем не менее, в толстой атмосфере Венеры, плотность которой превышает плотность атмосферы Земли примерно в 100 раз, находится от 10000 до 100000 раз меньше воды, чем в атмосфере Земли. Очевидно, воздействие какого-то таинственного фактора приводит к удалению из атмосферы планеты всего этого пара, и в настоящее время ученые склоняются к версии, по которой ранние водяные пары диссоциировали на водород и кислород: легкий водород покинул атмосферу Венеры, в то время как кислород окислял горные породы на протяжении нескольких миллиардов лет. Кроме того, свой вклад в потерю воды планетой вносили и потоки заряженных частиц солнечного ветра, уносящие с собой водород и кислород из атмосферы.

Однако в новом исследовании, финансируемом НАСА, ученые миссии Venus Express во главе с Глином Колллинсоном из Центра космических полетов им. Годдарда, США, обнаружили, что значительно большую роль, чем предполагалось, в удалении воды с поверхности Венеры мог сыграть «электрический ветер», вызываемый электрическим полем планеты.

Команда измерила электрическое поле Венеры при помощи электронного спектрометра, компонента инструмента ASPERA-4, установленного на борту зонда Venus Express. Неожиданно для себя ученые обнаружили, что это поле очень мощное – мощнее, чем его аналог на Земле не менее чем в пять раз.

Авторы работы считают, что эти результаты имеют большое значение не только для изучения Венеры, но и могут объяснять потерю Марсом его атмосферы в космос, так как аналогичные процессы могут протекать на поверхностях и других планет земной группы.

Исследование вышло в журнале Geophysical Research Letters.

Источник

Подповерхностный океан Плутона

Согласно новому исследованию под руководством Ноа Хаммонда Брауновского университета, высока вероятность того, что под ледяной поверхностью Плутона располагается жидкий океан.

Исследование, в котором использовалась модель термальной эволюции Плутона, обновленная данными с «Новых горизонтов», утверждает, что если бы океан Плутона замерз миллионы или миллиарды лет назад, то это привело бы к сжатию всей планеты. Но никаких признаков глобального сжатия не обнаружено. Наоборот – «Новые горизонты» показал, что Плутон испытал расширение, которое мог вызвать медленно замерзающий подповерхностный океан.

Ученые полагают, что в ядре Плутона было достаточно производящих тепло радиоактивных элементов, чтобы растопить часть ледяной коры планеты. Со временем талая вода должна была начать вновь замерзать. Известно, что вода в твердом состоянии менее плотная, чем в жидком, что приводит к ее расширению при замерзании. Подобное расширение превосходно объясняет наблюдаемые космическим аппаратом «Новые горизонты» тектонические особенности, которые не могли быть вызваны ничем другим. Гравитационное «перетягивание каната» с Хароном теоретически могло, но гравитационная динамика между Хароном и Плутоном давно должна была затухнуть, а некоторые тектонические особенности поверхности Плутона выглядят довольно свежими (в геологическом временном масштабе).

Модель термальной эволюции показывает, что ввиду низких температур и высокого давления под поверхностью Плутона полностью замерзший океан быстро бы перевел обычный лед в лед II. Лед II имеет более компактную кристаллическую решетку, что означает, что океан из такого льда занимал бы меньший объем, что привело бы к глобальному сжатию Плутона. Т.к. подобное не наблюдается, то отсюда можно сделать выводы, что океан не заморожен полностью.

Однако ученые дают пояснение, что лед II может сформироваться на Плутоне только при толщине ледяной коры в 260 км или более. При меньшей толщине океан мог замерзнуть без образования льда II и, соответственно, без сжатия. Но новая модель показывает, что толщина ледяной коры, скорее всего, составляет 300 км или более.

Разобравшись со всеми альтернативами, можно большой уверенностью утверждать, что океан под поверхностью Плутона жидкий.

Источник

Невообразимая тяга

Обычная ракета приводится в движение за счет реактивной тяги, возникающей вследствие потери аппаратом части своей массы. Однако двигатель EmDrive создает тягу, но не производит выбросов каких-либо частиц. Это означает, что он нарушает закон сохранения импульса. Предложено немало объяснений физических принципов работы этого устройства. «Лента.ру» рассказывает о двух последних.

Пустое ведро

Двигатель EmDrive представляет собой устройство из магнетрона (генерирующего микроволны) и резонатора (накапливающего энергию их колебаний). Внешне агрегат напоминает положенное на бок ведро. Такая конструкция позволяет, по словам создателей, преобразовывать излучение в тягу. Развиваемая EmDrive тяга имеет порядок долей микроньютона или миллиньютона. Из резонатора двигателя при его работе не зафиксированы выбросы фотонов или других частиц — то, что объяснило бы возможное появление тяги и выполнение закона сохранения импульса.

Прототип силовой установки впервые продемонстрировал в 2002 году инженер Роджер Шойер. С тех пор EmDrive привлек внимание многих ученых, инженеров и энтузиастов. Большинство экспериментов обнаружило небольшую тягу и не смогло подтвердить или опровергнуть работоспособность агрегата. Это связано с предельной точностью измерений тяги и недостаточным учетом флуктуаций (в том числе тепловых).

Массивный фотон

Cвою версию объяснения работы двигателя EmDrive предложил физик Майкл Маккалош из Плимутского университета (Великобритания). Ученый предположил существование модифицированной массы фотона, обусловленной эффектом Унру — появлении теплового излучения в ускоренно движущейся системе отсчета при его отсутствии в инерциальной (то есть движущейся равномерно и прямолинейно, в частности, покоящейся). Это явление носит квантовый характер, связано с перестройкой физического вакуума и является, по-видимому, единственным приемлемым объяснением механизма излучения черных дыр, впервые описанного Хокингом.

У основания резонатора излучение Унру имеет меньшую длину волны, а у вершины — большую. Эта разница обусловлена различием эффективных масс фотонов. К движению полости EmDrive в направлении ее вершины, по мнению Маккалоша, приводит именно закон сохранения импульса. Физик привел расчеты тяги, которую способен развивать EmDrive согласно представленной им теории. Предсказываемые ею значения тяги составляют 3.8, 149, 7.3, 0.23, 0.57, 0.11, 0.64 и 0.02 миллиньютона. По порядку это совпадает со значениями, измеренным ранее другими специалистами в ходе экспериментов с EmDrive (16, 147, 9, 0.09, 0.05, 0.06, 0.03, и 0.02 миллиньютона).

Кроме того, что работа Маккалоша позволяет получить порядки значений тяги EmDrive, она предполагает два опыта, позволяющие проверить справедливость теории ученого. Во-первых, в случае, если длина оси полости равна диаметру малого основания (вершины), то развиваемая EmDrive тяга будет иметь противоположное направление. Во-вторых, введение диэлектрика в полость повышает тягу.

Гипотеза Маккалоша использует собственную теорию о ненулевой инертной (то есть обусловленной не тяготением, а движением) массе фотона. Кроме того, в работе ученого предполагается, что скорость света внутри полости меняется (по крайней мере, эффективно). Эти предположения противоречат современной физике и, вероятно, с трудом найдут понимание ученых.

Фотоны без волн

Другое объяснение работы EmDrive предложили финские физики. Возникновение тяги в двигателе они объяснили деструктивной интерференцией микроволн (то есть их гашением — наложением колебаний с противоположными фазами). Это приводит к выделению из множества всех частиц в резонаторе EmDrive пар фотонов, находящихся в противофазе друг с другом. Они, по мнению ученых, и уносят импульс в сторону, обратную к наблюдаемому в экспериментах движению агрегата.

Взаимодействие таких фотонов приводит к появлению электромагнитной волны с нулевой поляризацией, которая тем не менее переносит импульс. Природу явления удобно пояснить на примере деструктивной интерференции волн на поверхности воды. В этом случае минимум одной волны накладывается на максимум другой, и, несмотря на наличие волн, на поверхности воды их не заметно. В случае, рассматриваемом финнами, возникает ситуация, когда в полости как будто нет электромагнитных волн (они гасят друг друга), но есть движение фотонов (а значит, и перенос импульса).

Проверить наличие волн в EmDrive, по мнению физиков, можно, однако это потребует слишком тонких экспериментов все с той же интерференцией. По мнению ученых, тягу производят волны, длина которых не кратна расстоянию между стенками полости. Направление тяги определяется асимметричной геометрией полости EmDrive. Если бы она была симметричной (например, строго цилиндрической, а не конусообразной), тяги бы не возникло. Ученые отмечают, что любая асимметричная полость EmDrive способна воспроизвести тягу. В этом смысле работа финских физиков подтверждает выводы Маккалоша о важности геометрии резонатора для создания тяги двигателя.

Ее величина не может превышать значения, определяемого разностью объемной плотности энергий микроволн внутри полости и вакуума вне ее. КПД двигателя зависит нелинейным образом от мощности микроволнового источника, а также формы и материала полости EmDrive. Ученые осторожно отмечают, что их объяснение работы EmDrive наверняка не является окончательным и следует из переосмысления представлений о физическом вакууме (все том же эффекте Унру), правда, не столь радикального, как у Маккалоша.

Между наукой и лженаукой

Несмотря на ничтожно малую тягу, двигатель EmDrive позволил бы небольшому космическому кораблю достигнуть края Солнечной системы не за несколько десятилетий, а за несколько месяцев. В случае работоспособности агрегата он бы позволил за короткое время и небольшие деньги детально исследовать все планеты и их спутники.

Экспериментальные проверки EmDrive не позволяют сделать однозначных выводов о работоспособности двигателя. Испытания EmDrive, проведенные в июне 2015 года Мартином Таймаром из Германии, не подтвердили и не опровергли работоспособность силовой установки. Инженер Пол Март из Космического центра Джонсона НАСА в октябре того же года заявил о работоспособности двигателя.

Публикации статей об агрегате в рецензируемых научных журналах сопряжена с трудностями, связанными с недостаточной экспериментальной проверкой агрегата и сомнительными теоретическими объяснениями принципов его работы.

Источник

Такие разные ледяные спутники Плутона

Недавно доставленные на Землю данные по наблюдению за спутником Плутона Никтой с космического аппарата НАСА «Новые горизонты» свидетельствуют о том, что поверхность спутника покрыта водяным льдом. Ранее команда «Новых горизонтов» обнаружила подобное на поверхности другого малого спутника Плутона, Гидры.

С новыми данными, полученными LEISA – видеоспектрометра инфракрасного диапазона на борту «Новых горизонтов», участники проекта собирают воедино модель системы четырех малых внешних спутниках Плутона (Стикс, Никта, Кербер и Гидра).

«Все меньшие спутники Плутона, скорее всего, сформировались из облака осколков, образованных при столкновении с Плутоном карликовой планеты, – говорит участник проекта «Новые горизонты» Хал Вивер Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса. – Т.е. мы ожидаем, что все они будут иметь одинаковый состав. Явные признаки наличия водяного льда на поверхностях всех трех спутников добавляет веса подобному сценарию. Хотя мы не включили в исследование спутники Плутона наименьших размеров Стикс и Кербер, их высокая отражательная способность также наводит на мысль о слое льда на поверхности».

Разница в глубинах поглощения водяным льдом на Никте и Гидре спектров поднимает новые вопросы. В частности, научная команда ломает голову над тем, почему Никта и Гидра явно имеют различные структуры поверхностей, несмотря на схожие размеры. Еще одной загадкой является то, почему отражательная способность поверхности Гидры в оптическом спектре выше отражательной способности поверхности Никты, хотя поверхность Никты кажется более ледяной, что должно приводить к высокой отражательной способности в оптическом спектре.

Изображения Никты с разрешением 3,7 км на пиксель были получены 14 июня 2015 года с расстояния 60 000 км.

Источник

Опубликовано новое исследование одной из первых звезд Галактики

Никому до сих пор не удалось наблюдать первые звезды, сформировавшиеся в нашей галактике Млечный путь. По всей вероятности, их прямые наблюдения продолжат оставаться недоступными для нас, поскольку эти звезды были очень массивными и завершали свой жизненный цикл всего лишь через несколько миллионов лет после формирования.

Однако астрономы могут изучать эти древнейшие звезды, анализируя содержания элементов, произведенных этими звездами в результате ядерного синтеза и взрывов сверхновых, которыми завершается их жизненный цикл.

Тимоти Бирз с кафедры физики Университета Нотр-Дам, США, является частью научного коллектива, который использовал возможности инструмента Cosmic Origins Spectrograph (COS), установленного на космическом телескопе «Хаббл», для изучения наиболее важных областей ультрафиолетового спектра звезды, предположительно, обогащенного линиями элементов, произведенных звездой одного из первых поколений. Эта звезда под названием BD+44 493 является самой яркой из известных звезд второго поколения на небе. Исследуя УФ-спектр этой звезды, Бирз и его команда обнаружили несколько элементов, которые прежде они никогда не встречали внутри звезд такого типа.

Бирз и его коллеги обнаружили фосфор и серу – которые прежде никогда не встречались при наблюдениях звезд этого класса – и цинк – который прежде наблюдался лишь единожды для такого класса звезды второго поколения. Исследователи сравнили наблюдаемые количества каждого элемента с прогнозами, сделанными на основании моделей природы одной из этих первых звезд.

Исследование опубликовано в журнале Astrophysical Journal.

Источник

Сверхчеткий снимок раскрывает подробности из жизни молодых звезд

Беспрецедентный вид, полученный при помощи телескопа «Джемини Юг», расположенного в Чили, демонстрирует большое число молодых и находящихся в процессе формирования звезд, появление которых было индуцировано более старыми звездами. Эта группа звезд, известная как N159W, находится на расстоянии 158000 световых лет от нас внутри Большого Магелланова Облака, галактики-спутника Млечного пути. Несмотря на большое расстояние от нашей галактики до этой группы звезд, экстремально высокое разрешение снимка позволило ученым увидеть, как старые поколения звезд могут запустить формирование нового поколения звезд.

«Благодаря невероятному уровню подробностей, чувствительности камеры и глубине этого снимка, мы смогли идентифицировать примерно 100 новых Молодых звездных объектов (Young Stellar Objects, YSO) в этой области пространства, - говорит Бенуа Найчел из Астрофизической лаборатории Марселя, Франция, который работал совместно с аспирантом Анаис Бернард над этим исследованием. Анаис планирует защиту своей диссертации, основанной на материалах этого исследования, в 2017 г.

Бернард добавляет, что YSO представляют собой красные объекты, часто остающиеся «закутанными» в первичный материал, из которого они сформировались. «То, что мы здесь видим – это группы YSO, формирующихся на окраинах «пузыря», наполненного ионизированным газом, расширяющимся в результате воздействия на него света старых звезд, находящихся внутри пузыря». Астрономы называют такие области пространства с расширяющимся газом областями HII из-за преобладания в этих областях ионизированного газообразного водорода. «Эти звезды действительно рождаются, только благодаря расширяющемуся газу, идущему со стороны более старых звезд», - сказал Бернард.

Исследование увидело свет в журнале Astronomy and Astrophysics.

Источник

Астрономы объясняют загадку джетов сверхмассивных черных дыр

Моделирование мощных струй, или джетов, формируемых сверхмассивными черными дырами, лежащими в центрах крупнейших галактик, объясняет, почему некоторые из этих джетов покидают родительскую галактику и становятся видимыми через всю Вселенной, в то время как другие джеты распадаются, так и не проникнув сквозь гало родительской галактики.

Примерно для десяти процентов галактик с активными ядрами, в центрах которых, предположительно, лежат сверхмассивные черные дыры, наблюдаются джеты из газа, направленные из ядра в противоположные стороны. Горячий ионизированный газ выталкивается со стороны центра вращающейся черной дыры её магнитным полем.

В новом теоретическом исследовании, проведенном коллективом ученых под руководством астрофизика Александра Чеховского из Калифорнийского университета в Беркли, США, показано при помощи компьютерного моделирования, что «судьбу» джета определяют нестабильности порождающего его магнитного поля. Если джет оказывается недостаточно мощным, чтобы пробить окружающий его газ, происходит сужение и ослабление джета с последующим его распадом. Когда это происходит, горячий ионизированный газ изливается вдоль линий магнитного поля внутрь галактики, в результате чего газ в галактике в целом нагревается.

Мощные джеты, однако, имеют большую ширину и способны проникать сквозь окружающий их газ в межгалактическую среду. Определяющими факторами являются мощность джета и скорость снижения плотности газа с расстоянием, обычно зависящие от массы и радиуса ядра галактики.

Эта модель, которая хорошо согласуется с наблюдениями, объясняет то, что известно как морфологическая дихотомия джетов Фанарева-Райли, впервые открытая Берни Фанаревым из Южной Африки и Джулией Райли, Соединенное Королевство, в 1974 г.

Источник

Слишком много горячих юпитеров для одного звездного кластера

Международная команда астрономов обнаружила значительное превышение ожидаемого количества планет класса горячие юпитеры звездного кластера М 67. Необычный результат был получен с помощью различных телескопов и астрономических инструментов, среди которых спектрограф HARPS обсерватории «Ла-Силья» в Чили.

Команда во главе с Роберто Саглиа Института внеземной физики имени Макса Планка и Люкой Пасквини Европейской южная обсерватории несколько лет собирала высокоточные измерения 88 звезд в М 67. Данный рассеянный звездный кластер примерно одного возраста с Солнцем, и считается, что Солнечная система развивалась в среде той же плотности.

Горячие юпитеры это класс экзопланет массой от одной трети массы Юпитера. Горячими они зовутся по причине малых радиусов их орбит, что вызывает их значительный нагрев их материнскими звездами. Год таких планет может составлять менее десяти земных дней. Продолжительность года нашего Юпитера составляет 12 земных лет, а горячим его назвать язык не повернется.

Команда обнаружила 3 планеты класса горячий юпитер в кластере. Исследование показало, что горячие юпитеры наличествуют примерно у 5% исследованных звезд кластера М 67, тогда как у звезд вне кластеров это всего 1%.

Астрономы считают, что вероятность формирования горячих юпитеров там, где мы сейчас их находим, крайне мала, т.к. подобные близкие расстояния до материнских звезд (порядка 0,05 а. е.) делают непригодными условия для формирования газовых гигантов. Считается, что подобные планеты изначально развивались вдали от своих звезд, но затем что-то вызвало сокращение радиуса орбиты.

Существует множество объяснений подобной миграции газовых гигантов, но авторы труда полагают, что наиболее вероятной причиной являются сближения с соседними звездами или даже с планетами соседних звездных систем, что объясняется высокой плотностью исследуемого кластера.

Источник

Ученые обнаружили самые далекие от нас следы кислорода во Вселенной

Астрономы при помощи радиотелескопа Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) обнаружили признаки, явно указывающие на присутствие кислорода (зеленый цвет на снимке) в галактике, расположенной на расстоянии 13,1 миллиарда лет от нас. Это самые далекие от нас следы кислорода, когда-либо обнаруженные учеными. Кислород в этой галактике, по-видимому, ионизирован излучением нескольких молодых гигантских звезд, и это обнаружение является ключом к пониманию загадочной «космической реионизации» в ранней истории Вселенной.

Команда наблюдала галактику под названием SXDF-NB1006-2, расположенную на расстоянии 13,1 миллиарда лет от нас при помощи решетки радиотелескопов ALMA. Эта галактика была открыта в 2012 г. при помощи телескопа «Субару», управляемого Национальной астрономической обсерваторией Японии, после чего дополнительные наблюдения, проведенные при помощи телескопа им. Кека показали, что она является самой далекой известной галактикой на то время.

В новом исследовании астрономы во главе с Акио Инои из Университета Санджи в Осаке, Япония, используя данные наблюдений, проведенных при помощи телескопа ALMA в июне 2015 г., обнаружили свет, излучаемый ионизованным кислородом, находящимся в галактике SXDF-NB1006-2. По оценкам этой научной группы количество кислорода, обнаруженного в галактике SXDF-NB1006-2, в десять раз меньше, по сравнению с количеством кислорода, наблюдаемым в составе вещества Солнца.

Обнаруженные исследователями в этой галактике количества кислорода хорошо согласуются с теоретическими представлениями, так как в ранней Вселенной кислорода было довольно не много, в первую очередь, по той причине, что накопление элементов тяжелее водорода и гелия происходило во Вселенной постепенно, в течение всей истории её эволюции. Однако сюрпризом для ученых стало обнаружение в галактике весьма небольших количеств пыли – её оказалось не 10 процентов, как предполагалось, исходя из количеств обнаруженного кислорода, а намного меньше. Как считают авторы статьи, это может указывать на протекание в галактике необычных процессов, которые требуют дальнейшего исследования.

Работа вышла в журнале Science.

Источник