Перейти к содержимому


Астроновости

космос и немного физики

Сообщений в теме: 1207

#1201 alexandrion12

    Активный участник

  • Пользователи
  • PipPipPipPipPip
  • 8 625 сообщений

Отправлено 12 Июль 2018 - 09:26

Ученые открывают на Марсе «призрачные дюны»


Изображение

Ученые открыли сотни впадин в форме полумесяца на поверхности Марса, на том месте, где миллиарды лет назад возвышались дюны высотой примерно с 30-ти этажный дом. «Рога» полумесяцев этих углублений направлены в сторону, с которой в основном дули ветра на поверхности Красной планеты, и это может помочь ученым подробно разобраться в климате древнего Марса, согласно новому исследованию.

«Призрачные дюны» представляют собой твердые оболочки, под которыми ранее скрывались песчаные дюны. Такие оболочки могли сформироваться в результате натекания на песчаные дюны потоков лавы или осаждения на дюны из воды цементирующихся осадочных пород. Впоследствии под действием ветра верхние части этих твердых оболочек эродировали до появления отверстий, и через образовавшиеся отверстия песок постепенно выдувался из твердых оболочек, до тех пор пока на месте бывших дюн не остались лишь их остовы – «призрачные дюны».

Призрачные дюны были впервые открыты на Земле на плато Снейк-Ривер, штат Айдахо, США, в 2016 г. В новом исследовании, проведенной группой ученых во главе с МакКензи Дэем (Mackenzie Day) из Вашингтонского университета в Сиэттле, подобные структуры идентифицированы на спутниковых снимках Равнины Эллада иЛабиринта Ночи на поверхности Марса. Дюны широко распространены на поверхности Красной планеты, однако о таких «экзоскелетах» марсианских дюн в научной литературе сообщается впервые, подчеркивают авторы.

Исследование опубликовано в журнале Journal of Geophysical Research: Planets.
http://www.astronews...news&news=11060






Астрономы изучили два сверхъярких рентгеновских источника в галактике NGC 925

Изображение

Европейские исследователи изучили два сверхъярких рентгеновских источника (ultraluminous X-ray source, ULX) в спиральной галактике с перемычкой под названием NGC 925. Это исследование помогает раскрыть истинную природу этих двух источников и может помочь глубже понять ULX-источники в целом.

ULX-источники являются точечными источниками на небе, которые излучают в рентгеновском диапазоне в миллион раз больше энергии, чем излучает Солнце во всех диапазонах. Эти источники являются менее яркими, по сравнению с активными ядрами галактик, однако их слишком высокая постоянная яркость все же не позволяет ассоциировать эти источники с какими-либо из известных звездных процессов. Хотя исследования ULX-источников проводились неоднократно, их истинная природа до сих пор остается загадкой для ученых.

Обычно в одной отдельной галактике ученые обнаруживают один ULX-источник, однако некоторые галактики содержат по несколько таких объектов. Расположенная на расстоянии 28 миллионов световых лет от Земли, галактика NGC 925 содержит два сверхъярких рентгеновских источника, обозначаемых сооответственно NGC 925 ULX-1 и NGC 925 ULX-2. Эти два источника были недавно изучены командой исследователей, возглавляемой Фабио Пинторе (Fabio Pintore) из Института астрофизики пространства и космической физики, Италия.

В рамках проведенного исследования ученые проанализировали данные, собранные при помощи космических телескопов XMM-Newton Европейского космического агентства и Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) НАСА. Исследование также включает данные, полученные при помощи рентгеновской обсерватории НАСА Chandra («Чандра»).

Согласно этому анализу, источник NGC 925 ULX-1 является одним из самых ярких в своем классе и может быть отнесен к ULX-источникам с расширенным диском. Полученные данные позволяют отбросить раннюю гипотезу о природе источника NGC 925 ULX-1, в которой предполагается, что источник представляет собой черную дыру промежуточной массы. В отношении источника NGC 925 ULX-2 команда отмечает, что, исходя из доступных данных, определить однозначно его природу пока не представляется возможным. Ученые указывают, что спектральные свойства этого источника свидетельствуют о том, что он не является рентгеновской двойной или черной дырой промежуточной массы.

Исследование появилось на сервере предварительных научных публикаций arxiv.org.
http://www.astronews...news&news=11061








Химический состав звезды подтвердил умеренный климат землеподобной экзопланеты Ross 128b

Изображение
Ross 128b в представлении художника
ESO

Анализ химического состава звезды Ross 128 позволил астрономам определить некоторые характеристики вращающейся вокруг нее планеты Ross 128b, сообщается в журнале The Astrophysical Journal Letters. Вероятнее всего, она каменистая, а на ее поверхности господствует умеренный климат.

В 2017 году астрономы сообщили об открытии землеподобной планеты всего в 11 световых годах от Земли. Небесное тело, получившее название Ross 128b, обладает минимальной массой около 1,35 земных и находится в 20 раз ближе к своей материнской звезде, чем наша планета к Солнцу. Примечательно, что вращается экзопланета вокруг неактивного красного карлика Ross 128, который, в отличие от своих собратьев, гораздо реже переживает мощные вспышки. Кроме того, по предварительной оценке у планеты оказался умеренный климат — это значит, что на ее поверхности господствуют температуры, благоприятные для существования потенциальной жизни.

Стоит заметить, что радиус планеты Ross 128b остается неизвестным, так как она не совершает транзит, то есть не проходит по диску звезды со стороны наблюдателя. Поэтому предположения о том, как может выглядеть планета и какой на ней господствует климат, основаны исключительно на оценках ее массы и удаленности от материнской звезды. Получить больше информации о планете могут помочь косвенные методы, например анализ химического состава Ross 128.

Авторы новой работы под руководством Диого Соуто (Diogo Souto) из Национальной обсерватории Бразилии провели наблюдения красного карлика с помощью инфракрасного спектрометра APOGEE. Молодые звезды обычно окружены вращающимся газопылевым диском, из которого впоследствии рождаются планеты, поэтому химический состав звезд может повлиять на состав газа и льда в диске, а также на минералогию и внутреннюю структуру планет вокруг нее. Исследователи измерили распространенность восьми химических элементов: углерода, кислорода, магния, алюминия, кальция, калия, титана и железа. Кроме того, астрономы определили параметры атмосферы звезды.

Отношение содержания некоторых тяжелых элементов в веществе звезды, например магния, кремния и железо, тесно связано с внутренним составом каменистых экзопланет — в частности с отношением массы ядра к массе мантии. Анализ спектра показал, что Ross 128 имеет почти такой же уровень относительного содержания железа [Fe/H], что и Солнце. Исследователи не смогли измерить распространенность кремния, однако содержание железа относительно магния в звезде указывает на то, что ядро Ross 128 b должно быть больше земного.

Несмотря на то, что радиус и точная масса Ross 128b ученым неизвестны, они сделали предположения о ее радиусе, основываясь на ее минимальной массе и предполагая, что состав материнской звезды определяет состав экзопланеты. Используя компьютерную симуляцию, исследователи рассчитали перечень возможных радиусов для Ross 128b — все они оказались меньше 1,7 земных, чтобы позволяет считать планету каменистой. Небесные тела, чей радиус выходит за пределы порогового значения, относятся к классу так называемых газовых карликов с каменистым ядром и газовой оболочкой из водорода, гелия и других элементов.

Опираясь на эти результаты, а также на измерения температуры звезды, исследователи попытались определить, какой климат господствует на планете. Если альбедо Ross 128b, характеризующее отражательную способность небесного тела, схоже с альбедо Земли, то равновесная температура на экзопланете составляет 294±10 кельвинов (20 градусов Цельсия). Если же Ross 128b больше похожа на Марс или Венеру, то равновесная температура на ней составит 299±11 или 223 кельвина соответственно (25 или -50 градусов Цельсия).

Стоит заметить, что в работе астрономов довольно много допущений, поэтому об однозначных выводах и пригодности Ross 128b говорить нельзя. Кроме того, красный карлик Ross 128 относится к классу вспыхивающих звезд, которые за короткий период способны повысить свою светимость в несколько раз, поэтому ученые обычно не включают системы данного типа в область поиска внеземных цивилизаций.

Рентгеновское излучение, возникающее в результате вспышек на звездах, способно «сдуть» озоновый слой гипотетических землеподобных планет и уничтожить на них все живое. Их мощность порой в 10 тысяч раз превышает мощность самых сильных вспышек на Солнце.

Кристина Уласович
https://nplus1.ru/ne...7/11/Ross-128-b







Ученые нашли следы взрыва сверхновой звезды рядом с Солнечной системой

Изображение
Сверхновая в спектрах протонов космических лучей, антипротонов и позитронов
© Michael Kachelrieß, Norwegian University of Science and Technology (NTNU)

МОСКВА, 12 июл — РИА Новости. Международный коллектив астрофизиков при участии Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) предложил теорию, объясняющую аномальное содержание антивещества в космических лучах результатом взрыва сверхновой звезды рядом с Солнечной системой, сообщили РИА Новости в пресс-службе вуза.

В последние годы ряд экспериментов выявил аномалии в спектрах космических лучей. В частности, был обнаружен высокий поток антивещества (позитронов и анти-протонов), изменение отношения потока протонов и гелия в зависимости от их энергии, чего при едином источнике лучей не должно быть. Кроме того, ученые выявили аномалии в анизотропии (неравномерности свойств среды) космических лучей.

Ученые предложили большое количество моделей, которые объясняют некоторые из этих аномалий по отдельности. Международный коллектив астрофизиков из России, Франции и Швейцарии выдвинул теорию, объясняющую все выявленные аномалии космических лучей.

Согласно новой теории, в разработке которой, помимо НИЯУ МИФИ, приняли участие Институт физики в Трондхейме (Норвегия), Департамент астрономии Женевского университета, Университет Дидро (Париж, Франция) и Обсерватория Сорбонны (Париж, Франция) — одной из главных причин наблюдаемых аномалий назван взвыв сверхновой звезды по соседству с Солнечной системой. Результаты исследований опубликованы в журнале "Physical Review".

"Взрыв сверхновой звезды произошел примерно 2-3 млн лет назад на расстоянии порядка 220-450 световых лет от Солнечной системы. Это в 50-100 раз больше расстояния до ближайшей к Солнцу звезды Проксимы Центавра", — рассказал РИА Новости один из авторов теории, профессор НИЯУ МИФИ Дмитрий Семикоз.

По словам ученого, это подтверждают недавние исследования земной коры на дне океанов и лунного грунта. Индикатором времени взрыва сверхновой стало содержание изотопа железа Fe60, который образуется только в звездах этого типа. "Если описанное событие повторится, Землю ждут глобальные изменения климата и значительное повышение уровня радиации. Если же сверхновая взорвется в 10 раз ближе, то последствия для жизни на нашей планете будут катастрофическими. В зависимости от расстояния до сверхновой, на Земле частично или даже полностью погибнет всё живое", – заявил Дмитрий Семикоз.

К счастью, такие события происходят крайне редко. Сверхновые на расстоянии в сотни парсек от Земли взрываются раз в несколько миллионов лет. А действительно опасные для жизни взрывы сверхновых на расстоянии десяти парсек происходят раз в несколько миллиардов лет.

Ранее Дмитрий Семикоз совместно с американскими и европейскими коллегами показал, что "обстрел" Земли космическими лучами в результате взрыва сверхновых звезд на расстоянии 300-600 световых лет, примерно 3,2 и 8,7 млн лет назад, должен был сбить "биочасы" животным и ускорить биологическую эволюцию на планете из-за резкого роста числа мутаций, вызванных повышением уровня радиации.
https://ria.ru/scien...1524377791.html







Симбиотическая звезда R Водолея

Изображение
Авторы и права: Космический телескоп им.Хаббла, НАСА, ЕКА; Обработка и авторские права: Джуди Шмидт
Перевод: Д.Ю.Цветков

Пояснение: Если наблюдать эту звезду с помощью бинокля в течение года, то можно увидеть, как она изменяет яркость. Переменная звезда R Водолея – это взаимодействующая двойная звездная система – две близкие звезды, между которыми возникли симбиотические отношения. Система, удаленная на 710 световых лет, состоит из холодного красного гиганта и горячего, плотного белого карлика, обращающихся вокруг общего центра масс. В видимое излучение двойной системы основной вклад вносит красный гигант, который является долгопериодической переменной типа Миры. Однако вещество из протяженной оболочки гигантской холодной звезды под действием гравитации падает на маленький плотный белый карлик, вызывая термоядерный взрыв, выбрасывающий вещество в космическое пространство. Это изображение, полученное Космическим телескопом им.Хаббла, показывает продолжающее расширяться кольцо из вещества, выброшенного во время вспышки, которую можно было увидеть в начале 1770-х годов, его размер – меньше светового года. За эволюцией менее понятных мощных явлений, порождающих высокоэнергичное излучение системы R Водолея, с 2000 года следит рентгеновская обсерватория Чандра.
http://www.astronet.ru/db/msg/1421767








На Большом адронном коллайдере увидели главный канал распада бозона Хиггса

Изображение
Основные каналы рождения бозона Хиггса
PDG

Физикам из коллаборации ATLAS Большого адронного коллайдера впервые удалось надежно зафиксировать распад бозона Хиггса на прелестный кварк и прелестный антикварк. Это последний из основных каналов распада частицы, предсказанных Стандартной моделью и подтвержденный экспериментально. Одновременно с этим ученые проанализировали последний из основных каналов рождения бозона Хиггса в коллайдере, тем самым завершив в общих чертах картину рождения и распада частицы. По словам представителей ATLAS, теперь физика бозона Хиггса переходит в новую эру — точных измерений. Результаты были представлены на конференции ICHEP2018, кратко о них сообщает официальный сайт коллаборации ATLAS.

Изображение
Распады бозона Хиггса на прелестные кварк и антикварк (красные) и фоновые события (серые)
ATLAS / CERN

Важнейшей задачей, стоявшей перед Большим адронным коллайдером в первые годы работы, был поиск бозона Хиггса. Эта частица была предсказана Стандартной моделью, чтобы объяснить, откуда берется масса у частиц-переносчиков слабого взаимодействия (W и Z-бозонов), а также, через взаимодействие Юкавы, у заряженных лептонов (электронов, мюонов и тау-частиц) и кварков. Общая идея механизма Хиггса состоит в том, что существует специальное дополнительное поле, с которым все перечисленные частицы взаимодействуют. Именно это взаимодействие и проявляется как масса частиц — без него (и поля Хиггса) все элементарные частицы были бы безмассовыми. Бозон Хиггса — элементарное возбуждение этого поля.

Однако Стандартная модель предсказывала не только существование новой частицы, но и ее свойства. В зависимости от массы бозона физическая теория позволяла оценить, как именно он будет рождаться и распадаться. У массивного бозона Хиггса несколько каналов (способов) распада и каждый реализуется со своей вероятностью, точно предсказываемой Стандартной моделью.

После открытия самого факта существования бозона Хиггса в 2012 году, эксперименты ATLAS и CMS перешли к измерениям тех самых свойств открытого бозона. Если вероятность любого из путей рождения или распада частицы окажется меньше или больше предсказанной, то это укажет на какой-то неизвестный процесс, не учитываемый Стандартной Моделью. Особенности этого процесса помогут физикам в поисках Новой физики за пределами Стандартной модели — более совершенной физической теории, способной объяснить избыток материи во Вселенной по сравнению с антиматерией и происхождение темной материи.

Изображение
Основные каналы распада бозона Хиггса
PDG

Бозон Хиггса был открыт благодаря двум каналам распада — на два фотона и на четыре лептона (точнее, сначала на два Z-бозона, а затем на два лептона). Стандартная модель предсказывает, что вероятность этих распадов составляет 0,2 и 2,6 процента соответственно. Казалось бы более частые и, соответственно, более легкие для наблюдения распады на пару W-бозонов и тау-лептонов (21,5 и 8,6 процента распадов Хиггса), удалось выделить среди экспериментальных данных уже позднее. И лишь сейчас, на объединенной статистике Run 1 и Run 2, физики могут окончательно утверждать о наблюдении самого главного канала распада бозона Хиггса — на прелестную кварк-антикварковую пару (58 процентов всех распадов).

Главная сложность наблюдения этого канала распада — большое количество шумов. Чтобы заметить распады бозона физики изучают образующиеся осколки. Пара короткоживущих прелестных кварков, рождающихся в искомом процессе, превращается в две струи (b-jet) из частиц — продуктов распада кварков. Но проблема в том, что прелестные кварки и сами по себе рождаются в столкновениях протонов очень часто — отличить их струи от распадов бозона Хиггса невозможно.

Поэтому физики эксперимента ATLAS искали более редкую ситуацию, включающую в себя одновременное рождение бозона Хиггса вместе с одним из векторных бозонов слабого взаимодействия и распад всей системы в целом. Осколки от такого процесса будут формировать более характерную картину — одновременно со струями будут возникать лептоны (мюоны или электроны). Конечно, и такой набор осколков не уникален — он может возникнуть в результате распада пары короткоживущих топ-кварков. Чтобы отличить осколки от распада бозона Хиггса от остальных физики очень аккуратно смоделировали фоновые распады и отобрали только те события детекторов, которые соответствуют очень строгим критериям.

Данные Run 2 с энергией столкновений протонов в 13 тераэлектронвольт позволили «увидеть» сигнал от распадов бозона Хиггса на прелестные кварк и антикварк со статистической значимостью в 4,9 стандартных отклонений. Это немного меньше, чем требуется для заявления об наблюдении эффекта. Чтобы перешагнуть отметку в «пять сигма» (шанс того, что наблюдаемый эффект это случайная флуктуация, меньше одного на три миллиона) физики объединили статистику последних трех лет работы коллайдера со статистикой Run 1 (7 и 8 тераэлектронвольт), достигнув значимости в 5,4 сигма.

Изображение
Основные каналы рождения бозона Хиггса и их соответствие с предсказанием Стандартной модели (красная линия)
ATLAS / CERN

Помимо нового экспериментального подтверждения канала распада, физики заодно достоверно увидели последний из основных предсказанных каналов рождения бозона Хиггса совместно с векторным бозоном. Оба новых наблюдения хорошо согласуются со Стандартной моделью. Будущие планы экспериментаторов связаны уже с более точным определением параметров новых процессов.

Помимо этого, шансы на поиски следов Новой физики остаются в исследованиях чрезвычайно редких процессов, подробнее о которых можно прочесть в наших материалах «Раритеты микромира» и «Раритеты микромира: Возвращение неуловимых».

Владимир Королёв
https://nplus1.ru/ne...iggs-main-decay








ICHEP 2018: тяжелых двухбозонных резонансов не видно и в данных 2017 года

Изображение
Рис. 1. Событие рождения двух W-бозонов с рекордной инвариантной массой 5 ТэВ в детекторе ATLAS. Изображение с сайта atlas.web.cern.ch

Читатели «Элементов», следящие за результатами Большого адронного коллайдера по крайней мере несколько лет, наверняка помнят то воодушевление, которое царило в физике частиц в 2014–2015 годах. Тогда по итогам сеанса Run 1 обнаружилось сразу с десяток подозрительных отклонений от Стандартной модели, за которыми мы начали следить на странице загадок коллайдера. Среди них был и намек на новую тяжелую частицу с массой около 2 ТэВ, которая распадалась на WZ-пару. Теоретики этот намек восприняли на ура, поскольку именно так мог проявляться тяжелый заряженный бозон Хиггса или частица-переносчик нового взаимодействия. Однако тот факт, что в анализе впервые использовалась новая методика, опирающаяся на внутреннюю структуру адронных струй, да и само расположение всплеска на краю распределения оставляли щемящее ощущение, что это может оказаться артефактом анализа. И действительно, новый сеанс работы, LHC Run 2, это отклонение не подтвердил, и в середине 2016 года, на статистике 15 fb–1, аномалия при 2 ТэВ была окончательно закрыта.

Совсем недавно коллаборация ATLAS обновила результаты поиска двухбозонных резонансов, распадающихся на адроны, с учетом статистики 2017 года (интегральная светимость 80 fb–1), см. предварительную публикацию ATLAS-CONF-2018-016. Методика распознания таких событий по внутренней структуре струй уже хорошо отлажена, и рис. 1 поможет ее визуализировать.

Здесь показано событие рождения двух W-бозонов, каждый из которых распадается на адроны. Примечательно оно тем, что WW-пара обладает тут рекордно большой инвариантной массой — 5 ТэВ. Расходящиеся звездочкой траектории в центре детектора — следы заряженных частиц в трековом детекторе, причем чем больше импульс частицы, тем более светлым оттенком показана траектория. Гистограммы по краям показывают энерговыделение в электромагнитном и адронном калориметрах детектора ATLAS. На вынесенном рисунке в левом верхнем углу событие максимально «очищено»: тут остались только треки и показания электромагнитного калориметра. И именно здесь, благодаря высокому угловому разрешению калориметра, видны два четких пика внутри каждой струи. Это следы двух потоков адронов, возникших при адронном распаде W-бозона, но слившихся в единую широкую струю из-за того, что вылетевший W-бозон — ультрарелятивистский. Именно для идентификации таких событий применяется методика изучения внутренней структуры струй.

С новой статистикой, которая более чем в пять раз превышает результат 2016 года, коллаборация ATLAS построила распределение отобранных событий по инвариантной массе струй (рис. 2). Несмотря на одиночные статистические флуктуации, данные в целом следуют предсказанному фону Стандартной модели. Обратите внимание, что никакого статистически значимого всплеска не видно ни при 2 ТэВ, ни где-либо еще. Есть локальное превышение в районе 3,4 ТэВ, однако оно очень слабое и при учете множественности выборки сойдет на нет.

Изображение
Рис. 2. Распределение событий с рождением WW- или WZ-пар, распадающихся на адроны, по инвариантной массе пары. Точки — экспериментальные данные с погрешностями, красная линия с серой областью — ожидаемый фон Стандартной модели, пунктирные линии — то, как могли бы идти данные, если бы существовала новая тяжелая частица, распадающаяся на WW- или WZ-пару. Внизу: отличие данных от фона, выраженные в стандартных отклонениях. Изображение с сайта atlas.web.cern.ch

Таким образом, по мере обработки данных Run 2 этот и другие подобные поиски тяжелых резонансов уверенно вторгаются в область нескольких ТэВ и физики не видят там никаких бросающихся в глаза аномалий. При дальнейшем накоплении статистики эти распределения станут более плавными. Может быть, в них обнаружатся какие-то необычные закономерности, но своего энергетического потолка они уже практически достигли. Рывок к еще большим массам сможет дать только адронный коллайдер, рассчитанный на существенно более высокие энергии.
http://elementy.ru/L...nnykh_2017_goda

#1202 alexandrion12

    Активный участник

  • Пользователи
  • PipPipPipPipPip
  • 8 625 сообщений

Отправлено 13 Июль 2018 - 09:07

Астрономы уточняют константу Хаббла при помощи миссии Gaia

Изображение

Используя мощности двух космических телескопов, астрономы провели самое точное на сегодняшний день измерение скорости расширения нашей Вселенной.

Эти результаты еще сильнее обостряют уже замеченное ранее расхождение между измерениями скорости расширения близлежащей части Вселенной и далекой, первичной Вселенной – существовавшей в то время, когда звезды и галактики еще не сформировались.

Объединив данные измерений, проведенных при помощи космического телескопа Hubble («Хаббл») ЕКА/НАСА и спутника ЕКА Gaia («Гея»), астрономы смогли дополнительно уточнить значение постоянной Хаббла, характеризующей скорость расширения Вселенной после Большого взрыва, который произошел 13,8 миллиарда лет назад.

Однако повышение точности измерений в этой работе показало еще большее расхождение с измерениями этой константы, выполненными при помощи другой космической обсерватории – спутника ЕКА Planck («Планк»), наблюдающей послесвечение Вселенной после Большого взрыва – так называемое реликтовое излучение.

Полученное в этой новой работе значение постоянной Хаббла составляет 73,5 километра в секунду на один мегапарсек. Это значит, что с каждым дополнительным мегапарсеком расстояния до галактики скорость ее удаления от нас возрастает на 73,5 километра в секунду. В то же время измерение аналогичной величины при помощи спутника Planck дает значение лишь в 67,0 километра, отмечают ученые. Это противоречие ставит вопросы о корректности Стандартной модели Вселенной и может позволить углубить наше текущее понимание космической физики, отмечают авторы.

Исследование опубликовано в журнале Astrophysical Journal.
http://www.astronews...news&news=11064







Снимок: Живописный небесный «ландшафт»

Изображение

Новые наблюдения, проведенные при помощи Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории, показывают скопление звезд RCW 38 во всем его великолепии. Этот снимок был сделан при тестировании камеры HAWK-I, оснащенной системой адаптивной оптики GRAAL. Он демонстрирует скопление RCW 38 и окружающие его облака ярко горящего газа в мельчайших подробностях, так что можно хорошо рассмотреть темные «щупальца» пыли, пронизывающие ярко пылающее ядро скопления звезд.

Этот снимок демонстрирует скопление звезд RCW 38, запечатленное при помощи инфракрасного устройства получения изображений HAWK-I, установленного на Очень большом телескопе, расположенном в Чили. Наблюдения в ИК-диапазоне позволяют вглядываться в богатые пылью скопления звезд, такие как RCW 38 и в беспрецедентных подробностях рассматривать формирование звезд в этих скоплениях. Это скопление содержит сотни молодых, горячих, массивных звезд и лежит на расстоянии примерно 5500 световых лет от нас в направлении созвездия Паруса.

Центральная область скопления RCW 38 наблюдается на этом снимке как яркая голубоватая структура, зона, богатая очень молодыми звездами и протозвездами, которые до сих пор находятся в процессе формирования. Их мощное излучение заставляет окружающий их газ ярко светиться. Это свечение контрастирует с облаками более холодной космической пыли, которые светятся мягкими оранжевыми и красными оттенками. Этот контраст превращает полученный снимок в настоящее произведение небесного искусства.
http://www.astronews...news&news=11065







Физики уточнили вклад межзвездной пыли в поляризацию реликтового излучения

Изображение
A. Kritsuk et al. / Phys. Rev. Lett.

Физики из США и России численно смоделировали эволюцию межзвездной пыли под действием магнитных полей и рассчитали поляризацию излучаемых ей электромагнитных волн. Как и ожидалось, найденный спектр и отношение амплитуд E-мод и B-мод совпадают с наблюдениями обсерватории «Планк», измерявшей в 2009–2013 годах спектр реликтового излучения. Тем не менее, благодаря проработанности модели ученым удалось заметить новые эффекты — например, увидеть, что отношение амплитуд мод зависит от угла между средним магнитным полем пыли и направлением наблюдений. Статья опубликована в Physical Review Letters, кратко о ней сообщает Physics, препринт работы выложен на сайте arXiv.org.

Реликтовое микроволновое излучение — это самая далекая наблюдаемая с Земли структура, а потому оно является хорошим источником информации о ранних этапах жизни Вселенной. Это излучение возникло примерно через 400 тысяч лет после Большого взрыва, когда заполнявшие объем Вселенной электроны, протоны и альфа-частицы стали соединяться в атомы водорода и гелия (этот процесс называется рекомбинацией), а фотоны практически перестали поглощаться средой и смогли свободно «путешествовать» по пространству. Из-за неоднородности Вселенной реликтовое излучение получилось неравномерным — фотоны, приходящие из более горячих областей, в среднем имеют чуть большую энергию, чем фотоны из холодных областей. Правда, разница эта сравнительно невелика — порядка 0,02 кельвина при средней температуре излучения около 2,7 кельвинов. В рамках теории инфляции, которая в настоящее время принята большинством космологов, неоднородность Вселенной объясняется «раздутием» квантовых флуктуаций во время ее расширения. Подробнее про этот процесс можно прочитать в нашем материале «Инфляция космических масштабов».

Изображение
Колебания температуры реликтового излучения, измеренные спутником WMAP
NASA / WMAP Science Team

Кроме того, из-за комптоновского рассеяния фотонов на атомах движущейся среды реликтовое излучение оказалось поляризовано — колебания векторов электрического и магнитного поля приобрели выделенные направления, которые меняются от точки к точке. Получившееся в итоге векторное поле можно схематически представить, отмечая стрелкой направление и величину вектора поляризации в каждой точке неба или рисуя силовые линии — кривые, которые касаются направлений в каждой своей точке.

Наряду с неоднородностями вещества, теория инфляции предсказывает, что в молодой Вселенной должны возникать реликтовые гравитационные волны. Когда эти волны распространяются в среде, они ускоряют и замедляют ее атомы — а в результате комптоновского рассеяния фотоны реликтового излучения «чувствуют» это движение, и поляризационная картина изменяется. Когда гравитационных волн нет, поле поляризации напоминает электрическое — другими словами, его можно представить как результат статического распределения зарядов. Такой тип поля называют E-модой. В противном случае на картину накладываются B-моды — векторные поля, совпадающие с магнитным полем некоторой системы постоянных токов. Сравнивая величину B-мод и E-мод, наблюдаемых в реликтовом излучении, можно проверить этот эффект и подтвердить теорию инфляции. Подробнее про измерение амплитуды B-мод можно прочитать в статье «Реликтовые гравитационные волны: последний штрих в картине происхождения Вселенной?».

Тем не менее, такие измерения надо проводить очень осторожно, поскольку на реликтовое излучение может накладываться излучение, которое рождается в совершенно других процессах и напоминает искомые B-моды. Дополнительно осложняет ситуацию тот факт, что амплитуда B-мод очень мала, и зарегистрировать их сложно. Впервые о регистрации B-мод заявила в 2014 году группа BICEP2 — однако последовавшие наблюдения спутника «Планк», имеющие более высокую точность и выполненные в другом диапазоне частот, показали, что сигнал можно практически полностью списать на излучение межзвездной пыли, которое имеет такую же поляризацию. Несмотря на то, что астрономы выбрали сравнительно «чистый» участок неба, даже небольшого количества хватило для «засветки» данных. Чтобы убрать эту «засветку», надо, во-первых, более точно измерить спектр микроволнового излучения, а во-вторых, разработать теоретическую модель, которая будет давать правильные предсказания для сигнала пыли. И хотя в ближайшее десятилетие чувствительность экспериментов должна вырасти примерно в сто раз, существующие модели не позволяют точно оценить вклад пыли в B-моды.

В новой статье физики Алексей Крицук (Alexei Kritsuk), Рафаэль Флогер (Raphael Flauger), и Сергей Устюгов (Sergey Ustyugov) представили результаты численного моделирования, которые согласуются с результатами наблюдений BICEP2 и «Планк» и позволяют подробно проследить, как спектр излучения пыли меняется со временем. В отличие от предыдущих работ, ученые не использовали феноменологические модели и не делали приближений, касающихся состояния пыли, но работали напрямую с уравнениями магнитной гидродинамики (magnetohydrodynamics, MHD), допускающими существование горячей нестабильной плазмы (на которую приходится более 90 процентов объема) наряду с холодным и молекулярным газом (составляющими около половины массы пыли).

Разработанная физиками программа имитировала состояние межзвездной среды в окрестностях солнечной системы и уже использовалась авторами ранее для исследования межзвездных турбулентностей. На этот раз исследователи смоделировали эволюцию пыли, помещенной в куб со стороной 200 парсек, в течение 30 миллиардов лет, и рассчитали зависимости для плотности, скорости, давления и вектора магнитной индукции. Затем ученые связали найденные параметры с интенсивностью электромагнитных волн, излучаемых пылью, а также рассчитали для них параметры Стокса. Наконец, зная эти параметры, исследователи нашли направление и величину вектора поляризации в каждой точке рассматриваемого объема, построили карту поляризации и вычислили спектр возникающих E-мод и B-мод.

Изображение
Пример поляризационной картины в плоскости, параллельной средней напряженности магнитного поля
A. Kritsuk et al. / Phys. Rev. Lett.


Изображение
Пример поляризационной картины в плоскости, перпендикулярной средней напряженности магнитного поля
A. Kritsuk et al. / Phys. Rev. Lett.

В результате ученые обнаружили, что рассчитанный и измеренный обсерваторией «Планк» спектр, а также отношение амплитуд мод совпадают в широком диапазоне частот. В то же время, моделирование выявило некоторые тонкие детали, которые нельзя было заметить напрямую. Например, оказалось, что видимое отношение амплитуд E/B зависит от того, с какой стороны наблюдатель смотрит на газ: в плоскости, перпендикулярной оси среднего магнитного поля E/B ≈ 1,7, а в параллельной плоскости E/B ≈ 1,9. При уменьшении напряженности поля эта разница сглаживается. Измерения спутника «Планк» дают значение E/B ≈ 1,92. Правда, пока еще нельзя с уверенностью сказать, как направлено поле в исследованной области — для надежности нужно собрать данные в более широком диапазоне частот, чтобы заметить, как отношение уменьшается на более широких частотах, и подтвердить, что статистически значимое отклонение действительно есть.

Изображение
Частотная зависимость амплитуды B-мод (сверху) и отношения E/B (снизу). Случай более сильного магнитного поля. Данные спутника «Планк» отмечены пунктирной линией
A. Kritsuk et al. / Phys. Rev. Lett.


Изображение
Частотная зависимость амплитуды B-мод (сверху) и отношения E/B (снизу). Случай более слабого магнитного поля. Данные спутника «Планк» отмечены пунктирной линией
A. Kritsuk et al. / Phys. Rev. Lett.

Авторы статьи надеются, что результаты их трехмерного моделирования помогут в будущем построить более точную теоретическую модель, выделяя наиболее важные вклады в поляризацию излучения межзвездной пыли. Кроме того, эта работа показывает, как информацию о состоянии межзвездной пыли, которая практически невидима для телескопов, можно получить с помощью измерений микроволнового фона.

Как и все взаимодействия, теоретически гравитацию можно проквантовать, и тогда распространение гравитационных волн и притяжение тел будет описываться с помощью гравитонов — гипотетических частиц со спином, равном двойке (то есть это тензорные частицы). Число этих частиц, родившихся во время Большого взрыва и заполняющих наблюдаемую Вселенную, можно оценить по величине тензорных возмущений (B-мод) в реликтовом излучении — например, по расчетам физика-теоретика Дона Пейджа в видимой Вселенной может находиться до 10112 гравитонов, что на двадцать порядков больше числа «обычных» частиц. Правда, в своих расчетах физик использовал результаты спутника «Планк», ограничивающие отношение амплитуд тензорных и скалярных возмущений во время инфляции величиной r < 0,1. Эта величина вычисляется по флуктуациям спектра реликтового излучения, а не по его поляризации; тем не менее, результаты новой статьи независимо показывают, что эта оценка, а вместе с ней и число гравитонов, могут быть завышены. Кроме того, нужно помнить, что теорию квантовой гравитации до сих пор так и не построили, а экспериментальное подтверждение существования гравитонов ученые пока не нашли.

Дмитрий Трунин
https://nplus1.ru/ne.../12/ISM-B-modes







Астрономы впервые нашли источник нейтрино сверхвысоких энергий. Это был блазар

Изображение
IceCube Collaboration

Астрономы впервые смогли идентифицировать источник космических нейтрино высоких энергий, зафиксированных обсерваторией IceCube несколько лет назад. Параллельные наблюдения в гамма-диапазоне и анализ архивных данных позволил ученым сделать вывод, что частицы с энергиями в сотни раз, больше, чем у протонов в Большом адронном коллайдере, породил блазар — активное ядро галактики, свет от которой шел до Земли несколько миллиардов лет. Этот результат означает новый этап развития многоканальной астрономии и подтверждает идею, что блазары — источники космических лучей высоких энергий. Статьи (1, 2) опубликованы в Science.

Космические лучи привлекают внимание ученых уже по меньшей мере 100 лет. Они представляют собой ядра атомов и элементарные частицы, которые движутся в космическом пространстве и обладают самыми высокими энергиями, наблюдаемыми в природе. Энергия некоторых частиц намного превышает ту, которой можно добиться с помощью современных ускорителей — она варьируется от 109 до 1020 электронвольт. Состав и распределение частиц по энергиям могут дать бесценную информацию об устройстве Вселенной. Ранее уже появлялись сообщения о том, что космические лучи сверхвысоких энергий имеют внегалактическую природу, однако точные источники установить не удавалось. Предполагалось, что ими могут быть взрывы сверхновых, источники гамма-всплесков или активные галактические ядра, содержащие сверхмассивные черные дыры.

Одна из интереснейших задач в деле изучения космических лучей — регистрация астрофизических нейтрино высоких энергий. Предполагается, что эти частицы рождаются в результате распада мезонов, образующихся в космических «ускорителях» или вблизи них, когда космические лучи взаимодействуют с атомными ядрами и фотонами. Благодаря тому, что нейтрино очень легкие, не имеют заряда и взаимодействуют с веществом только на очень малых, субатомных расстояниях, ученые получают возможность по энергетическому спектру зарегистрированных частиц и по направлению их прилета определить, какие процессы происходят в том или ином далеком астрофизическом объекте.

Ранее астрономы знали о существовании двух точно идентифицированных источников астрофизических нейтрино: Солнце и сверхновая 1987А, вспыхнувшая в соседней с нами галактике Большое Магелланово Облако. Однако зарегистрированные от них нейтрино обладают энергиями в миллионы раз ниже, чем наблюдаемый диффузный поток нейтрино высоких энергий, поэтому природа механизмов генерации космических нейтрино высоких энергий и поиска их источников по-прежнему остается открытым. Поиск осложняет малое сечение взаимодействия нейтрино с веществом, из-за чего возникает необходимость создания крупных детекторов, и небольшой объем набранной на текущий момент статистики по данным.

Один из существующих и результативных детекторов нейтрино — обсерватория IceCube, расположенная в Антарктиде. Система имеет объем в один кубический километр (отсюда и название) и состоит из 5000 оптических датчиков, расположенных на 86 вертикальных «нитях» на расстоянии 125 метров друг от друга и залегающих на глубинах от 1450 до 2450 метров в толще льда. В результате взаимодействия нейтрино со льдом и слоем грунта образуются мюоны, при движении которых возникает черенковское излучение, которое регистрируют датчики, что позволяет оценить энергию нейтрино и направление движения частиц. Ранее обсерватория сообщала об уверенной регистрации потока астрофизических нейтрино, а в прошлом году смогла впервые «поймать» сразу три нейтрино.

22 сентября 2017 года в 20-54 по Гринвичу автоматическая система детектора зарегистрировала событие IceCube-170922A, которое представляло собой мюонную «дорожку», образовавшуюся в ходе взаимодействия нейтрино высоких энергий со льдом. Сообщение о регистрации было разослано другим наблюдателям, в том числе нейтринному телескопу ANTARES (Astronomy with a Neutrino Telescope and Abyss environmental RESearch), который, правда, ничего не обнаружил в течение ± одного дня от момента регистрации события. 28 сентября 2017 года команда космической гамма-обсерватории «Ферми» сообщила, что определенное направление прилета зарегистрированных нейтрино со средней энергией 290 ТэВ соответствовало известному источнику гамма-лучей в состоянии повышенной активности.

Изображение
Ход регистрации всплеска нейтрино 170922A по данным обсерватории IceCube.
IceCube Collaboration et al./Science (12 Jul 2018)

Это блазар TXS 0506 + 056, являющийся активной галактикой и расположенной недалеко от левого плеча созвездия Ориона. Свет от источника добирался до Земли четыре миллиарда лет. В дальнейшем вспышку гамма-излучения из этого источника подтвердили наземные черенковские телескопы, в том числе MAGIC (Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov Telescope) и система H.E.S.S.(High-Energy Stereoscopic System), а к наблюдениям подключились наземные оптические телескопы VLT, «Субару», система радиотелескопов VLA, космические рентгеновские и гамма-обсерватории Swift, INTEGRAL и NuSTAR, и другие наземные обсерватории которые подтвердили повышенную активность источника на всех длинах волн. В совокупности эти наблюдения обеспечивают достаточно полную и одновременную картину регистрации частиц и излучения от блазара в диапазоне энергий от 0,3 килоэлектронвольт до 400 гигаэлектронвольт. Анализ архивных данных детектора IceCube позволил обнаружить более десятка событий регистрации астрофизических нейтрино с начала ноября 2014 года от этого же источника с достоверностью три сигма.

Изображение
Мультиволновые наблюдения блазара TXS 0506 + 056 до и после события IceCube-170922A.
IceCube Collaboration et al./Science (12 Jul 2018)


Изображение
Данные наблюдений телескопов «Ферми» и MAGIC за блазаром-источником всплеска нейтрино.
IceCube Collaboration et al./Science (12 Jul 2018)

Блазары часто предлагались в качестве потенциальных источников нейтрино высоких энергий. В ядрах этих активных галактик центральная сверхмассивная черная дыра преобразует гравитационную энергию аккрецирующего вещества и/или вращательную энергию черной дыры в мощные релятивистские струи (джеты), в которых частицы могут быть ускорены до очень высоких энергий, что, при взаимодействии с окружающим веществом или излучением, может привести к возникновению потока высокоэнергетических пионов, которые, в конечном итоге, распадаются на фотоны и нейтрино. Благодаря определенному точному направлению IceCube170922A, в сочетании с обширными многоволновыми наблюдениями, вероятность корреляции между зарегистрированным потоком нейтрино высоких энергий и блазаром TXS 0506 + 056, как их источником, может считаться высокой (на уровне 3,5 сигма) и такие объекты могут являться источниками для, по меньшей мере, части наблюдаемых астрофизических нейтрино с энергиями выше 10 тераэлектронвольт.

Blazar to Earth
https://youtu.be/A0tslLY92qk

Это примечательное достижение для многоканальной астрономии (Multi-Messenger Astronomy, MMA) — области науки, зародившейся еще при наблюдениях вспышки сверхновой 1987А и получившей новый виток развития в прошлом году при одновременной регистрации гравитационных волн и вспышки килоновой от слияния нейтронных звезд. Подобные наблюдения за астрофизическими объектами и процессами проводимые одновременно на разных телескопах позволяют получить более полную картину происходящего и проверить многие существующие теории. В России в настоящий момент создается нейтринный телескоп, находящийся на дне озера Байкал, который, после завершения строительства в 2020 году, станет сравним по объему с обсерваторией IceCube.

Изображение
Схема образования потока нейтрино и гамма-квантов от блазара, регистрируемого земным наблюдателем.
NSF

Ранее мы рассказывали о первых результатах обсерватории DAMPE — новейшего орбитального детектора космических лучей и о том, что нового ученые узнали, проанализировав их.

Александр Войтюк
https://nplus1.ru/ne...nergy-neutrinos







В пятницу 13-го произойдет солнечное затмение суперлуной

Изображение
Солнечное затмение. Архивное фото
© AP Photo / Keith Ladzinski

МОСКВА, 11 июл — РИА Новости. Частное затмение Солнца, которое можно будет наблюдать в Австралии и Антарктиде, произойдет в пятницу, 13 июля, сообщила пресс-служба Московского планетария.

Уточняется, что на территории России, а также во всем Северном полушарии планеты феномен разглядеть будет невозможно.

Кроме того, в сообщении говорится, что "событие начнется в 04.48 мск на восходе Солнца в юго-западной части Индийского океана, а закончится в 07.14 мск между Новой Зеландией и Антарктидой".

На суше частное затмение с очень малой фазой можно будет наблюдать только в Австралии в окрестностях города Мельбурн и на острове Тасмания. Наибольшая фаза затмения составит всего 0,34 (Луна закроет чуть больше одной третьей части диска Солнца).

Затмение произойдет в момент так называемого суперлуния — астрономического явления, которое происходит при совпадении полнолуния или новолуния с нахождением Луны в перигее, то есть на минимальном удалении от Земли.

Это второе частное затмение Солнца в 2018 году. Помимо этого, ожидается еще одно, которое произойдет 11 августа. Все солнечные затмения этого года — частные. Заметными феномены будут только в приполярных областях Южного (15.02 и 13.07) и Северного (11.08) полушарий Земли.

Солнечные затмения происходят только тогда, когда Луна находится между Землей и Солнцем (фаза новолуния).За один год происходят от двух до пяти подобных явлений. Частным называется затмение солнца, при котором поверхность планеты пересекает только полутень Луны, в отличие от конуса тени и его продолжения. В пятницу ось лунной тени проходит на расстоянии 2259 километров от поверхности Земли.
https://ria.ru/scien...1524496808.html








Благодаря тройной системе PSR J0337+1715 сильный принцип эквивалентности выдержал новую проверку*

Изображение
В тройной звездной системе PSR J0337+1715 миллисекундный радиопульсар и белый карлик вращаются вокруг общего центра масс с периодом 1,6 земных суток. На большом расстоянии вокруг них, с орбитальный периодом 327 суток, обращается белый карлик покрупнее. Эта «звездная триада» подтвердила свою исключительную перспективность для проверки сильного принципа эквивалентности. Изображение с сайта blogs.discovermagazine.com

Группа голландских и американских ученых в течение шести лет наблюдала за тройной системой PSR J0337+1715, центральная часть которой образована парой из миллисекундного радиопульсара и белого карлика, вокруг которых на большом расстоянии обращается белый карлик покрупнее, причем все три звезды движутся почти в одной плоскости по практически круговым орбитам. Наблюдения велись на трех радиотелескопах: Грин-Бэнк в США, Вестерборкском радиотелескопе в Нидерландах и гигантском телескопе радиообсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико. Анализ накопленных за шесть лет данных показал, что ускорения пульсара и его партнера из внутренней пары на 95-процентном уровне значимости совпадают с относительной точностью 2,6×10–6. Это означает, что сильный принцип эквивалентности теперь проверен гораздо надежней, чем это позволяли сделать и наблюдения пульсара с единственным белым карликом, и эксперименты по лазерной локации Луны.

22 июня журнал Nature сообщил о новом успешном эксперименте по проверке эйнштейновской теории гравитации (общей теории относительности, ОТО). Эта проверка впервые была проведена на расстояниях, сравнимых с размерами карликовых галактик. Точнее, в эксперименте была подтверждена пространственно-временная метрика расширяющейся Вселенной, которая выводится из полной системы уравнений ОТО в приближении слабого поля тяготения (см. Астрофизика во время футбола: проверка ОТО на галактических масштабах и недостающее барионное вещество, «Элементы», 02.07.2018). А уже двумя неделями позже Nature опубликовал письмо астрономов из Нидерландов, Австралии, США и Канады, которые подтвердили один из ключевых выводов ОТО для максимально сильных гравитационных полей, существующих в наблюдаемой Вселенной. Сотрудник Института астрономии имени Антона Паннекука при Амстердамском университете и Нидерландского института радиоастрономии АСТРОН Энн Арчибальд (Anne M. Archibald) и ее коллеги показали, что движение в таких полях с очень высокой точностью подчиняется сильному принципу эквивалентности. Поскольку ОТО, в отличие от альтернативных теорий гравитации, требует абсолютного выполнения этого принципа, новые результаты стали дополнительным аргументом в ее поддержку.

У принципа эквивалентности долгая и почтенная история, да и формулировок у него немало. Исторически он восходит к строгому равенству двух разновидностей массы, положенному Исааком Ньютоном в основу механики. Второй закон Ньютона утверждает, что ускорение любого тела пропорционально геометрической сумме сил, под действием которых оно находится. Фигурирующий в этом законе коэффициент пропорциональности характеризует способность тела сопротивляться силовому воздействию: чем он больше, тем при прочих равных условиях меньше ускорение. Иными словами, этот коэффициент определяет степень инерционности тела, и поэтому его называют инертной массой. Такое определение массы неразрывно связано с движением и получает смысл лишь в динамическом контексте. Напротив, массы, которые фигурируют в ньютоновском законе всемирного тяготения, определяют исключительно величину силы, с которой тела притягиваются друг к другу. Здесь мы имеем дело с иной концепцией массы, которая не требует привлечения динамических законов и, в частности, не имеет отношения к инерции. Эту массу называют тяжелой, или гравитационной.

Равенство различных ипостасей массы, вообще-то говоря, ниоткуда не следует, и во времена Ньютона его воспринимали просто как эмпирическую данность. Образно говоря, тяжелая масса равна инертной просто потому, что так устроен мир — или потому, что таким его сотворил Создатель, как, несомненно, считал Ньютон (кстати, он прекрасно понимал, что сей факт имеет очень глубокий физический смысл, который, конечно, сам он не мог объяснить). Из равенства масс следует, что ускорение в поле тяготения не зависит от массы тела и полностью определяется самим полем (то есть в одном и том же общем поле все тела движутся с одинаковым ускорением). Более того, поскольку в законе всемирного тяготения из всех физических свойств фигурируют только массы, это ускорение не зависит и от любого из этих прочих свойств — структуры, цвета, электрического заряда, степени намагниченности и т. д. Следует отметить, что тяготение в этом смысле уникально. К примеру, движение заряженного тела в электрическом поле непосредственно зависит от величины заряда.

Возможно, здесь следует немного углубиться в историю. Экспериментальное открытие равенства ускорения любых тел в поле тяжести Земли часто приписывают Галилею, что вообще-то неверно. Когда он впервые занялся физикой, получив в 1589 году кафедру в Пизанском университете, в европейской науке всё еще господствовали взгляды Аристотеля, утверждавшего, что свободно падающее тело набирает скорость пропорционально его весу. Правда, у этого положения были противники даже в античную эпоху — впрочем, немногочисленные. Во второй половине XVI века итальянец Джузеппе Молетти (Giuseppe Moletti) и фламандец Симон Стевин опровергли его опытным путем (Cтевин даже заключил, что в пустоте все тела падают с одинаковым ускорением), однако их выводы мало кого заинтересовали. Усомнился в гипотезе Аристотеля и Галилей, о чем и написал в трактате «О движении», законченном не позднее 1590 года. Однако его собственные взгляды на сей предмет были довольно расплывчатыми, а сам трактат оставался неопубликованным вплоть до конца XVII века.

Есть легенда, что Галилей при свидетелях опроверг Аристотеля, сбрасывая шары разного веса с колокольни пизанского Собора Санта-Мария Ассунта, более известной как Пизанская башня. Однако подтверждения этому нет ни в документах того времени, ни в трудах Галилея. Эта история известна со слов итальянского математика и физика Винченцо Вивиани, который в 17 лет стал учеником и помощником Галилея и в 1654 году опубликовал его биографию. Скорее всего это миф, который из-за постоянного повторения обрел ореол правды. Любопытно, что в 1612 году профессор Пизанского университета Джорджо Корезио (Giorgio Coresio), убежденный аристотелианец, действительно бросал с Пизанской башни легкие и тяжелые предметы и утверждал, что падают они в соответствии с предписаниями античного философа.

Однако в конце жизни Галилей действительно пришел к твердому убеждению, что тяготение одинаково воздействует на любые движущиеся тела. В 1637 году он завершил последний великий труд «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых наук» (см. Two New Sciences, а также перевод книги на английский), где изложил в виде серии теорем свои результаты в области кинематики равномерных и равноускоренных движений. Именно там Галилей впервые четко сформулировал утверждение, которое позднее получило название закона универсальности свободного падения. В полной мере применив свою безупречную логику к результатам собственных наблюдений движения тел по наклонной плоскости и мысленных экспериментов, Галилей пришел к заключению, что в отсутствие внешнего сопротивления «все тела падали бы с одинаковой скоростью» (на самом деле он имел в виду, что все тела набирали бы одну и ту же скорость за равное время падения, так что фактически речь идет о равенстве ускорений). Именно из этого принципа Ньютон вывел положение о равенстве гравитационной и инертной масс.

Изображение
Разворот книги Галилео Галилея «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых наук» (1638)

Альберт Эйнштейн в 1907 году глубоко переосмыслил физическую тождественность тяжелой и инертной масс и сделал ее одним из краеугольных камней будущей теории тяготения. Об этом он писал еще в своей первой работе, где затрагивалась проблема гравитации: «Relativitätsprinzip und die aus demselben gezogenen Folgerungen» — «О принципе относительности и его следствиях» // Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik, 4, 411–462). Этой теме посвящен ее последний, пятый раздел «Принцип относительности и гравитация».

Эйнштейн, как известно, очень любил мысленные эксперименты и часто ими пользовался — в том числе в этой работе. Он сравнил две системы отсчета, первая из которых пребывает в прямолинейном равномерно-ускоренном движении, а вторая — в неподвижности в однородном постоянном поле тяготения. Эйнштейн пришел к заключению, что если сила тяготения в точности равна силе, необходимой для движения именно с этим ускорением, то никакой реально осуществимый физический эксперимент, произведенный в рамках этих систем, не позволяет решить, какая из них движется, а какая покоится. Согласно Эйнштейну, из этого следует «полная физическая равноценность гравитационного поля и соответствующего ему ускорения системы отсчета. Такое допущение распространяет принцип относительности на случай равномерно ускоренного прямолинейного движения системы отсчета. Его эвристическая ценность состоит в том, что оно позволяет заменить однородное поле тяжести равномерно ускоренной системой отсчета, которая в определенной мере допускает теоретическое рассмотрение» Так Эйнштейн впервые сформулировал частный случай фундаментального положения, которое спустя пять лет назвал принципом эквивалентности. Позднее он распространил его на движения с любыми ускорениями — не обязательно прямолинейными и постоянными. На основании принципа эквивалентности Эйнштейн пришел к заключению, что гравитационные поля обязаны своим возникновением изменениям метрики пространственно-временного континуума — или, как нередко говорят, искривлению пространства-времени.

Здесь необходимы два уточнения. Принцип эквивалентности утверждает, что в достаточно малой области пространства-времени никакой физический эксперимент не может ответить на вопрос, находится ли наблюдатель в гравитационном поле или в ускоряющейся системе отсчета. Именно так выглядит его современная формулировка, которую можно найти во многих учебниках. Отсюда следует, что этот принцип имеет только локальный, но не глобальный смысл. Это значит, что он выполняется лишь в таких пространственно-временных масштабах, в которых поле тяготения можно считать постоянным в пространстве и неизменным во времени. Выход за эти рамки заставляет учитывать приливные силы, которые по-разному влияют на движения различных тел. Прослеживая эти эффекты, можно выяснить и местонахождение наблюдателя. Например, если точно фиксировать направления движения двух тел, брошенных вертикально вниз с разных географических точек над земной поверхностью, то можно заметить, что они постепенно приближаются друг к другу, двигаясь к центру Земли вдоль двух различных радиусов (на самом деле, там еще будут эффекты, связанные с вращением нашей планеты, но их для простоты можно не учитывать). Такие эксперименты позволяют выяснить, что тела не разгоняются одной и той же ускоряющей силой, а движутся в радиальном поле земного тяготения. Есть еще одна причина локальности принципа эквивалентности, связанная с поведением гравитационных полей на бесконечности, но в эти дебри сейчас залезать не стоит.

Второе уточнение несколько из другой оперы. Из приведенной формулировки принципа эквивалентности немедленно следует, что в гравитационных полях все тела при одинаковых начальных условиях движутся совершенно одинаковым образом — по одним и тем же пространственно-временным траекториям. Это утверждение называют законом универсальности свободного падения или слабым принципом эквивалентности. Его эмпирическим основанием как раз и служит равенство инертной и тяжелой масс.

Здесь возникает некая тонкость. Каждый помнит, что специальная теория относительности с ее знаменитой формулой E = mc2 фактически отождествляет массу и энергию. Поскольку СТО имеет дело только с инерциальными системами в плоском пространстве-времени Минковского, она, так сказать, ничего не знает о тяготении. Следовательно, в эйнштейновской формуле E = mc2 по законам логики фигурирует инертная масса, почему ее (не совсем корректно) называют массой покоя. Однако любое материальное тело от протона до звезды стягивается своим собственным тяготением. Поскольку потенциал тяготения всегда отрицателен, собственная гравитация уменьшает энергию тела, а следовательно, и его массу покоя. Поэтому возникает естественный вопрос: сохраняется ли закон универсальности свободного падения при учете собственной гравитации? Общая теория относительности предсказывает, что этот закон действительно не знает исключений. Это и есть сильный принцип эквивалентности, и именно о нем шла речь в начале статьи. Напротив, большинство конкурирующих теорий опровергают этот принцип.

Универсальность свободного падения (или, что то же самое, равенство инертной и тяжелой масс) неоднократно проверяли в прецизионных экспериментах, причем со всё большей и большей точностью. История этих исследований длинна и богата, однако ее изложение заведет нас слишком далеко, так что ограничимся основными этапами. Пионером в этом деле был замечательный венгерский физик-экспериментатор барон Лоранд фон Этвёш. После многолетних измерений, выполненных с помощью крутильных весов в последнем десятилетии XIX-го и первом десятилетии XX века, Этвёш пришел к выводу, что инертная и тяжелая массы совпадают с точностью до одной двадцатимиллионной. Чуть позднее его коллеги Дезидериус Пекар (Dezső Pekár) и Эйген Фекете (Jenő Fekete) уменьшили этот показатель до одной стомиллионной (см. Eotvos experiment). В 1964 году американские физики П. Ролл, Роберт Кротков и Роберт Дикке подтвердили равенство масс с точностью 10–10 (P. G. Roll, R. Krotkov, R. H. Dicke, 1964. The equivalence of inertial and passive gravitational mass), а через восемь лет профессор МГУ Владимир Борисович Брагинский и его сотрудники довели ее до 10–12. В 2008 году профессор физики Вашингтонского университета в Сиэттле Эрик Адельбергер (Eric G. Adelberger) и его коллеги удостоверили универсальность свободного падения с погрешностью, не превышающей 2×10–13 (S. Schlamminger et al., 2008. Test of the Equivalence Principle Using a Rotating Torsion Balance). В декабре прошлого года были опубликованы предварительные результаты проверки принципа эквивалентности с помощью акселерометров французского спутника MICROSCOPE, запущенного в апреле 2016 года. Эти приборы следят за четырьмя пробными телами цилиндрической формы, изготовленными из различных сплавов. Пока что удалось снизить погрешность до 10–14, однако Пьер Тубуль (Pierre Toubul) и его коллеги надеются улучшить и этот результат. И наконец, в последние годы были предложены проекты экспериментов, которые обещают довести точность сравнения инертной и тяжелой масс до 10–15 и даже до 10–18.

Однако все эти прошлые, настоящие и будущие эксперименты могут ответить лишь на вопрос о справедливости слабого принципа эквивалентности. Для проверки сильного принципа эквивалентности требуются «пробные тела» космического масштаба. Здесь хороших результатов удалось добиться посредством сравнения ускорений Земли и Луны, обусловленных притяжением Солнца. Их удалось очень точно измерить с помощью отражения отправленных с Земли лазерных лучей зеркалами, доставленными на лунную поверхность советскими автоматическими станциями и американскими астронавтами. Результаты экспериментов по лазерной локации Луны показали, что ускорения совпадают с точностью до 10–13. Однако всё дело в том, что достоверность проверки сильного принципа эквивалентности равна отношению этой величины к отрицательной поправке к массе покоя Земли, обусловленной ее гравитацией. Поскольку самопритяжение земного вещества (на физическом языке, его гравитационная энергия связи) уменьшает массу покоя Земли приблизительно на 4×10–10, универсальность ускорений в этом случае была подтверждена с точностью 10–13/4×10–10, что составляет 2,5×10–4, или двадцать пять тысячных долей процента (Kip S. Thorne and Roger D. Blandford. Modern Classical Physics // Princeton University Press, Princeton and Oxford, 2017, p. 1301). На первый взгляд, эти цифры выглядят внушительно, но не идут ни в какое сравнение с достоверностью верификации слабой версии.

Однако во Вселенной имеются сверхплотные небесные тела, самой природой предназначенные для проверки сильного принципа эквивалентности, — нейтронные звезды. Их массы преимущественно составляют 1,3–1,5 солнечной, а типичные радиусы — 10–20 км. Гравитационная энергия связи нейтронной звезды равна примерно 10% от ее массы покоя (эту величину можно вычислить по простой формуле 3GM/5Rc2). В центрах нейтронных звезд пространство очень искривлено, что необходимо учитывать при проверке сильного принципа эквивалентности. Наконец, многие нейтронные звезды генерируют сверхмощное электромагнитное излучение различных диапазонов — от радиоволн до гамма-квантов. Из-за вращения нейтронной звезды оно приходит на Землю в виде периодических импульсов, и поэтому такие источники назвали пульсарами. Большинство пульсаров излучают в радиодиапазоне и, естественно, именуются радиопульсарами. Некоторые из них совершают сотни оборотов в секунду, так что частота их радиоимпульсов составляет тысячные доли секунды — это миллисекундные радиопульсары. Практически все они входят в двойные системы и имеют звездных партнеров. Благодаря высокой частоте радиоимпульсов орбитальные свойства таких систем можно с высокой точностью определить с помощью радиотелескопов.

Сильный принцип эквивалентности уже не раз подвергали проверке на двойных системах, состоящих из радиопульсара и белого карлика. Белые карлики, естественно, тоже получают гравитационный «вычет» из массы покоя; он составляет тысячные и десятитысячные доли процента, но, конечно, много меньше аналогичного показателя пульсара. Радиотелескопы уже отслеживали характеристики орбит таких пар в галактическом поле тяготения. Так, в этом году появилось сообщение о движении двойной системы «пульсар — белый карлик» J1713+0747. Вероятное отличие отношения тяжелой и инертной масс пульсара от единицы, вычисленное на основании этих данных, оказалось довольно большим — около 2×10–3. Столь невысокая точность обусловлена тем, что роль возмущающей гравитации исполняло весьма слабое поле нашей Галактики.

Но везение — великое дело. В 2011 году в ходе планового поиска пульсаров с помощью американского радиотелескопа Green Bank было найдено чудо чудное и диво дивное — первый миллисекундный радиопульсар, входящий не в двойную, а в тройную звездную систему (похожая система была открыта в шаровом скоплении М4 еще в конце прошлого века, но она образована радиопульсаром, белым карликом и объектом с массой планетарного масштаба, не превышающей сотой доли солнечной). Тремя годами позже Скотт Рэнсом (Scott Ransom) и его коллеги (среди них и Энн Арчибальд) опубликовали детальную информацию об этой тройной системе, получившей каталожный индекс PSR J0337+1715. Ее центральная часть образована парой, состоящей из радиопульсара массой 1,44 солнечной и белого карлика, который в пять раз легче Солнца. Пульсар совершает 366 оборотов в секунду и потому относится к миллисекундным радиопульсарам. Пульсар и карлик-компаньон обращаются вокруг общего центра масс с периодом около 39 часов. Вокруг этой пары на большом расстоянии обращается белый карлик покрупнее. Его масса равна 0,41 солнечной, а орбитальный период равен 327 земным суткам. Особенно интересно, что все три звезды движутся почти в одной плоскости по практически круговым орбитам. Эксцентриситет внутренней звездной пары равен всего 0,7%, а эксцентриситет орбиты внешнего карлика не превышает 3,5%.

Изображение
Графическое изображение эксперимента по проверке сильного принципа эквивалентности от Энн Арчибальд. Изображение с сайта blogs.discovermagazine.com

Первооткрыватели звездной триады PSR J0337+1715 в первом же сообщении указали на ее исключительную перспективность для проверки сильного принципа эквивалентности. Дело в том, что гравитационное поле внешнего карлика, действующее на внутреннюю звездную пару, на 6–7 порядков сильнее поля галактического тяготения. Именно поэтому определение величины ускорений пульсара и внутреннего карлика в этом поле позволило проверить их совпадение (или несовпадение) с ранее недостижимой точностью.

Изображение
Схема тройной звездной системы PSR J0337+1715. Тот факт, что не было обнаружено деформации внутренней орбиты (что должно было бы произойти в случае разницы ускорений пульсара и белого карлика), подтверждает эйнштейновскую теорию гравитации (общую теорию относительности). Изображение из обсуждаемой статьи Anne M. Archibald et al., 2018. Universality of free fall from the orbital motion of a pulsar in a stellar triple system // Nature. 2018. V. 559. P. 73–76

Соответствующие наблюдения начались практически без задержки на трех радиотелескопах: Грин-Бэнк в США, Вестерборкском радиотелескопе в Нидерландах (Westerbork Synthesis Radio Telescope) и гигантском телескопе радиообсерватории Аресибо (Arecibo) в Пуэрто-Рико, который носит имя ее основателя Уильяма Гордона (William E. Gordon). Результаты не обманули ожиданий. Анализ накопленных за 6 лет данных показал, что ускорения пульсара и его партнера из внутренней пары на 95-процентном уровне значимости совпадают с относительной точностью 2,6×10–6. Это означает, что сильный принцип эквивалентности теперь проверен гораздо надежней, нежели это позволяли сделать и наблюдения пульсара с единственным белым карликом, и эксперименты по лазерной локации Луны. Так что получен очень сильный результат, который вполне оправдывает усилия исследователей.

Источники:
1) S. M. Ransom, I. H. Stairs, A. M. Archibald, J. W. T. Hessels, D. L. Kaplan, M. H. van Kerkwijk, J. Boyles, A. T. Deller, S. Chatterjee, A. Schechtman-Rook, A. Berndsen, R. S. Lynch, D. R. Lorimer, C. Karako-Argaman, V. M. Kaspi, V. I. Kondratiev, M. A. McLaughlin, J. van Leeuwen, R. Rosen, M. S. E. Roberts & K. Stovall. A millisecond pulsar in a stellar triple system // Nature. 2014. V. 505. P. 520–524.
2) Anne M. Archibald, Nina V. Gusinskaia, Jason W. T. Hessels, Adam T. Deller, David L. Kaplan, Duncan R. Lorimer, Ryan S. Lynch, Scott M. Ransom & Ingrid H. Stairs. Universality of free fall from the orbital motion of a pulsar in a stellar triple system // Nature. 2018. V. 559. P. 73–76.

Алексей Левин
http://elementy.ru/n...novuyu_proverku







Эксперименты не нашли распады нейтрона на фотон и темную материю*

Изображение
Z. Tang et al. / Phys. Rev. Lett.

Американские физики экспериментально проверили предположение, что часть распадов нейтрона происходит с образованием частицы темной материи и фотона, и показали, что с достоверностью около 97 процентов такие распады не наблюдаются. Таким образом, проблема времени жизни нейтрона остается открытой. Статья опубликована в Physical Review Letters, препринт работы выложен на сайте arXiv.org.

Свободный протон стабилен с высокой степенью достоверности: в Стандартной модели время его жизни неограниченно, а альтернативные теории предсказывают время, много большее возраста Вселенной. Например, в наиболее простых теориях суперсимметрии (сокращенно SUSY) время распада протона составляет примерно 1030÷1036 лет, а экспериментально измеренное детектором Super-Kamiokande ограничение снизу достигает 1034 лет. Это на 25 порядков превышает возраст Вселенной, примерно равный 109 лет. Время жизни квантовой системы τ — это время, в течение которого вероятность остаться в исходном состоянии уменьшается в e раз; это время примерно в полтора раза больше периода полураспада T½ = τ∙ln2. С другой стороны, нейтрон, масса которого на 1,3 мегаэлектронвольт больше массы протона, легко распадается на протон, электрон и электронное антинейтрино (бета-распад). Из-за этого нейтроны могут жить неограниченно долго только внутри атомного ядра, а время жизни свободных частиц не превышает τ ≈ 15 минут.

Изображение
Фейнмановская диаграмма бета-распада нейтрона
Wikimedia Commons

Тем не менее, ученые до сих пор не могут точно сказать, чему равно время τ. С одной стороны, теоретические оценки зависят от величины константы связи аксиального вектора с обычным (axial-vector to vector coupling ratio), которая измерена с относительной погрешностью около 0,2 процента; при времени τ ~ 900 секунд это дает абсолютную погрешность Δτ ~ 2 секунд. С другой стороны, эксперименты по прямому измерению времени жизни частицы расходятся еще сильнее. Например, эксперименты с нейтронами, помещенными в ловушку с бутылочным потенциалом, приводят к значению τ = 879,6±0,6 секунд, а оценка времени по содержанию протонов, образовавшихся в пучке нейтронов в результате бета-распада, дает величину τ = 888±2 секунды.

Чтобы объяснить это расхождение, в начале этого года физики-теоретики Бартош Форнал (Bartosz Fornal) и Бенджамин Гринштейн (Benjamín Grinstein) предположили, что в части распадов нейтрона рождается не протон, а частица темной материи. Чтобы зарегистрировать такие частицы, нужно строить специальные сверхчувствительные установки, а через стандартные детекторы, которые ученые используют в экспериментах по определению времени жизни, темная материя проходит практически незаметно. В результате число распадов, происходящих в пучке, оказывается недооценено, а кажущееся время жизни нейтрона растет. Одно из предсказаний модели Форнала и Гринштейна — существование «наполовину видимых» каналов распада, в которых образуется как частица темной материи X, так и фотон, которые можно увидеть на практике. Более того, энергия фотона должна лежать в диапазоне от 782 до 1664 килоэлектронвольт: сверху она ограничивается требованием стабильности изотопа 9Be, а снизу — стабильностью частицы X. Подробнее про работу физиков можно прочитать в новости «Распады нейтрона указали на существование темной материи».

В новой статье группа физиков под руководством Чжицзин Тана (Zhijing Tang) экспериментально проверила, существует ли в действительности такой канал распада. Для этого они поместили частицы, полученные на Лос-Аламосской установке по производству ультрахолодных нейтронов (Los Alamos UCN facility), в бутылку из нержавеющей стали, покрытую слоем никеля и фосфора. Предполагаемые фотоны ученые регистрировали с помощью детектора, состоящего из высокочистого германия (high-purity germanium, HPGe) и помещенного внутрь кольцевого детектора из германита висмута (bismuth germinate, BGO). Такая конструкция позволила исследователям сопоставить сигналы детекторов, исключить фоновые события и повысить точность измерений. Перед началом эксперимента физики откалибровали детекторы по известным линиям захвата нейтронов изотопами 58Ni, 56Fe и 35Cl, моделируя эксперименты с помощью GEANT4 и нормируя сигналы каждой из наблюдаемых линий.

Изображение
Схема экспериментальной установки
Z. Tang et al. / Phys. Rev. Lett.


Изображение
Фотография экспериментальной установки
Z. Tang et al. / Phys. Rev. Lett.

Число нейтронов внутри бутылки, необходимое для оценки скорости распада и ожидаемой интенсивности сигнала фотонов, ученые измеряли методом активации ванадия. В этом методе внутри бутылки, ближе к детектору, помещается небольшой цилиндр (диаметром около сантиметра), состоящий из фольги ванадия-51. Когда нейтроны детектора врезаются в фольгу, с вероятностью 84 процента они поглощаются ядрами ванадия и образуют радиоактивный изотоп ванадия-52, который распадается в течение четырех минут и излучает фотоны с характерной энергией 1434 килоэлектронвольт. Измеряя интенсивность этого сигнала и учитывая, что часть нейтронов отражается от фольги, можно оценить число частиц внутри бутылки. В частности, в данном эксперименте концентрация ультрахолодных нейтронов составляла примерно 9,5±1,3 частицы на кубический сантиметр.

В результате ученые обнаружили, что в ожидаемом диапазоне от 782 до 1664 килоэлектронвольт не наблюдаются пики интенсивности, совпадающие с предсказанным уровнем сигнала — измеренная на практике интенсивность постоянна в указанном диапазоне и примерно в десять раз ниже теоретического значения. Таким образом, с достоверностью около 97 процентов эксперимент исключает сигнал от распада нейтрона по каналу n → X + γ. Наибольший вклад наблюдается при энергии около 1130 килоэлектронвольт, однако вероятность того, что он не является случайной флуктуацией, составляет всего 1,6 процента. Кроме того, физики зафиксировали пики с искомой интенсивностью при энергиях около 720 и 1780 килоэлектронвольт, однако они не входят в ожидаемый диапазон и, скорее всего, связаны с распадами изотопов 10C и 28Al, которые накапливаются в установке, а не с превращениями нейтронов в частицы темной материи. Разумеется, все еще остается возможным «полностью невидимый» канал распада, все продукты которого являются «темными», однако проверить это в прямом эксперименте при текущем уровне развития детекторов не удастся.

Изображение
Сравнение предсказаний теории (сплошная линия) и эксперимента (черные точки). Предсказанный моделью диапазон энергий находится между заштрихованными областями
Z. Tang et al. / Phys. Rev. Lett.

Интересно, что статья Бартоша и Форнала, посвященная времени жизни нейтрона, вышла в Physical Review Letters только в середине мая этого года, хотя препринт работы был выложен на сайте arXiv.org еще в начале января. Из-за этого к моменту выхода статьи ученые уже успели проверить предложенную модель и обнаружить, что «наполовину видимый» канал распада не наблюдается. Например, препринт статьи группы Чжицзин Тана появился еще в феврале, и в скорректированной версии своей работы Бартош и Форнал уже ссылаются на него.

Дмитрий Трунин
https://nplus1.ru/ne...no-dark-neutron







Прецессия спина электрона поможет найти аксионы

Изображение
freshheadfilms / flickr.com

Физики-теоретики из Университета Брауна предложили новый способ поиска аксионов, который основан на прецессии спина электронов — ученые показали, что в присутствии аксионов сильное электрическое поле ведет себя аналогично магнитному и заставляет спины частиц поворачиваться. В экспериментах такого типа флуктуации внешних магнитных полей не будут существенно сказываться на результатах, однако ученым придется как можно сильнее уменьшить роль тепловых колебаний. Статья опубликована в Physical Review D и находится в свободном доступе.

Впервые аксионы появились в 1977 году в статье Роберто Печчеи (Roberto Peccei) и Хелен Квинн (Helen Quinn) и должны были решить проблему сохранения CP-инвариантности в сильных взаимодействиях (квантовой хромодинамике). CP-инвариантность КХД означает, что ее законы не изменяются при одновременной замене всех частиц на античастицы и зеркальном отражении системы. Несмотря на то, что этот закон подтверждается множеством независимых экспериментов — например, отсутствием электрического дипольного момента нейтрона, — при определенном выборе параметров в лагранжиане КХД CP-инвариантность может нарушаться. Модель Печчеи—Квинн объясняет, почему параметры приняли «правильные» значения, и «очищает» КХД от проблемы CP-инвариантности. Собственно, именно поэтому физик-теоретик Франк Вильчек, адаптировавший и включивший аксионы в Стандартную модель, назвал их в честь марки стирального порошка. Подробнее про теорию аксионов и историю их поиска можно прочитать в статье «Ищут давно, но не могут найти...».

Кроме того, аксионы оказались хорошим кандидатом на роль темной материи — они практически не взаимодействуют с частицами Стандартной модели и имеют массу, хотя и очень маленькую. Правда, наряду с аксионами могут существовать и другие легкие частицы с похожими свойствами, которые не имеют отношения к сохранению CP-инвариантности, но естественным образом возникают в теории струн. Поэтому физики активно ищут сверхлегкие частицы. В основном поиски полагаются на тот факт, что включение аксионов в Стандартную модель модифицирует уравнения Максвелла и добавляет к ним новое взаимодействие, пропорциональное произведению напряженностей электрического и магнитного поля. Это позволяет экспериментаторам построить «радио для темной материи», в котором вероятность распада аксиона увеличивается за счет настройки резонансной частоты магнитной полости, или использовать другие магнитные эффекты.

В новой статье физики-теоретики Стефон Александр (Stephon Alexander) и Роберт Симс (Robert Sims) предложили принципиально новый способ детектирования аксионов, основанный на их непосредственном взаимодействии с электронами. Для простоты ученые рассмотрели простейшую модель связи между электромагнитным и аксионным полем, включающую в себя один дополнительный бозон Хиггса (extra Higgs singlet). Поскольку аксион — это псведоскалярная частица, в этом случае к стандартному лагранжиану Дирака добавляется взаимодействие юкавского типа. Подробнее о том, что такое лагранжиан и почему физики работают именно с ним, можно прочитать в материале «На пути к теории всего». Правда, в отличие от стандартного юкавского члена, пропорционального величине псевдоскалярного поля (δLps = λϕψγ0ψ, где λ — это константа взаимодействия, ϕ и ψ — аксионное и фермионное поле соответственно), в модели с аксионами взаимодействие пропорционально синусу поля (δLa = λ∙f∙sin(ϕ/f)∙ψγ0ψ, где f — характерный масштаб массы). Из-за этого в теории происходит спонтанное нарушение симметрии, при котором аксионное поле «высаживается» в одну из ямок синуса и благодаря которому оно приобретает массу. Для простоты физики рассматривали случай минимума ϕ = 0 и раскладывались вокруг него, считая, что отношение ϕ/f ≪ 1. В этом случае размерный параметр f уходит из теории, а лагранжиан упрощается до стандартного: δLa = δLps.

Варьируя получившееся действие, физики вывели уравнение движения, а затем рассмотрели его нерелятивисткий предел и нашли поправки к энергии электрона во внешнем аксионном поле. Оказалось, что в этом случае градиент аксионного поля действует как эффективное магнитое поле: Beff = λ/g∙∇ϕ, где g — заряд электрона. Кроме того, аналогичным образом действует электрическое поле: B’eff = λϕ/m∙E, где m — масса электрона. При достаточно больших значениях электрического поля первый вклад много меньше второго, и им можно пренебречь. Например, при стандартном значении плотности темной материи и массе аксиона около одного микроэлектронвольта критическое поле составляет примерно тысячу вольт на метр.

В результате во внешнем электрическом поле (при условии ϕ ≠ 0) спин электрона будет поворачиваться с частотой, обратно пропорциональной константе связи λ — подобно тому, как он поворачивается в магнитном поле при обычных условиях (ларморовская прецессия). Измерить прецессию ученые предлагают с помощью следующего простого эксперимента. Предположим, что мы выстроили спины N электронов вдоль оси x̂, поместили их внутрь проволочного кольца, нормаль к которому совпадает с осью ŷ, и направили электрическое поле вдоль оси ẑ. Кроме того, будем считать, что константа связи мала, а период колебаний велик. В этом случае магнитный поток через кольцо будет медленно изменяться со временем (обратно пропорционально корню константы связи) и наводить в нем слабый электрический ток. Например, при плотности электронов 1021 частиц на сантиметр, суммарном сечении порядка одного метра и напряженности электрического поля порядка 105 вольт на метр, ЭДС индукции составит примерно 10−18 вольт. Конечно, это очень маленькая величина, однако сверхточные СКВИДы теоретически могут ее почувствовать.

К преимуществам предложенного метода можно отнести тот факт, что прецессия электронов регулируется в нем величиной электрического поля, а не магнитного — а следовательно, колебания внешних магнитных полей, которые обычно мешают измерить тонкие эффекты на СКВИДах, будут меньше сказываться на результатах. Авторы предполагают, что эти поля даже не придется подавлять, чтобы увидеть прецессию. Тем не менее, ученые отмечают, что тепловые флуктуации также будут поворачивать спины электронов в случайных направлениях и мешать измерить прецессию, а потому предполагаемую экспериментальную установку надо будет охлаждать до очень низкой температуры.

На протяжении последних двадцати лет внимание физиков было сосредоточено на тяжелых частицах темной материи (вимпах, WIMP), имеющих массу более десяти гигаэлектронвольт. Тем не менее, все эксперименты по поиску вимпов закончились отрицательно — например, последние данные эксперимента XENON1T практически полностью исключили частицы с массами от 6 до 200 гигаэлектронвольт. Поэтому в настоящее время физики постепенно переключаются на поиски других видов темной материи. Например, в ноябре прошлого года ученые из Университета Брауна предложили схему детектора, основанного на квантовом испарении жидкого гелия и способного увидеть частицы темной материи с массой менее одного мегаэлектронвольта. А в апреле этого года детектор ADMX впервые проверил область масс от 2,66 до 2,81 микроэлектронвольт и показал, что аксионов, предсказанных теорией Кима-Шифмана-Вайнштейна-Захарова, в этом диапазоне нет.

Дмитрий Трунин
https://nplus1.ru/ne...ions-precession

#1203 alexandrion12

    Активный участник

  • Пользователи
  • PipPipPipPipPip
  • 8 625 сообщений

Отправлено 14 Июль 2018 - 09:06

Астрономы НАСА получили снимки опасного околоземного астероида

Изображение
Астероид 2017 YE5 оказался уникальным двойным равновесным астероидом
© NASA / JPL-Caltech

МОСКВА, 13 июл – РИА Новости. Опасный околоземный астероид 2017 YE5, открытый в прошлом декабре, оказался уникальным "двойным" объектом, каждая из половинок которого имеет разное происхождение и состав. Об этом узнали ученые НАСА, получившие первые его фотографии.

Это небесное тело было открыто в конце декабря прошлого года марокканской обсерваторией Оукаймеден, и в то время его считали опасным, но вполне заурядным околоземным астероидом.

Он входит в каталог PHA (Potentially hazardous asteroids) — перечень объектов, потенциально опасных для жизни на Земле. Чтобы попасть в этот список, небесное тело должно приближаться к нашей планете на расстояние не менее восьми миллионов километров, быть достаточно большим, чтобы не разрушиться в атмосфере и вызвать катастрофу не менее чем регионального масштаба.

В июне этого года 2017 YE5 еще раз сблизился с Землей, подойдя к нашей планете на расстояние в шесть миллионов километров. В следующий раз столь тесное "рандеву" этого небесного тела и нашей планеты произойдет лишь через 170 лет, что дало ученым уникальный шанс изучить его структуру и форму.

Для этого астрономы НАСА использовали мощный радар в Голдстоуне и 305-метровую тарелку радиотелескопа "Аресибо" в Пуэрто-Рико. Они "обстреляли" 2017 YE5 пучками радиоволн, что позволило им узнать точную форму астероида и раскрыть некоторые детали его устройства.

Изображение
© Arecibo/GBO/NSF/NASA/JPL-Caltech
Радарные снимки "половинок" астероида 2017 YE5

Эти наблюдения, как отмечают представители НАСА, принесли массу сюрпризов. Во-первых, выяснилось, что 2017 YE5 намного больше, чем предполагали ученые, и при этом он состоит из двух половинок примерно равных размеров. Их диаметр составляет около 900 метров, и они совершают один оборот друг вокруг друга примерно за 20-24 часа.

Подобные свойства 2017 YE5, как отмечает НАСА, переводят его в число самых редких и уникальных малых планет Солнечной системы – "равновесных" двойных астероидов, чьи половинки примерно равны друг другу. В общей сложности, ученые открыли лишь четыре подобных объекта за всю историю существования человечества.

Уникальность 2017 YE5 усиливается тем, что его половинки, судя по характеру отражения радиоволн от их поверхности, состоят из разных пород. Это радикально отличает его от всех остальных двойных астероидов, возникших, как правило, в результате "раскрутки" их прародителя теплом и лучами солнечного света и его распада на части под действием центробежных сил.

Как сформировалось это небесное тело, планетологи пока не знают. Дальнейшие наблюдения за 2017 YE5 могут раскрыть эту тайну, если астрономам удастся измерить его плотность, узнать химический состав и другие важнейшие свойства.
https://ria.ru/scien...1524506301.html








Ученые рассказали о падении солнечной активности

Изображение
Закат. Архивное фото
© РИА Новости / Мария Ващук

МОСКВА, 13 июл — РИА Новости. Солнечная активность летом 2018 года упала до нуля, и даже большие группы пятен, появляющиеся на солнечном диске, уже не способны на производство вспышек, констатируют российские ученые.

Такие выводы подтверждают текущие наблюдения одной из наиболее крупных активных областей этого года, появление которой по видимой стороне солнечного диска пока не привело даже к незначительному повышения потоков солнечной радиации.

"Состояние Солнца сейчас соответствует ожидаемому и меняется в полном соответствии с моделями 11-летнего цикла. В частности, все магнитные солнечные поля в настоящий момент концентрируются вблизи экватора. Здесь же, вблизи нулевой солнечной широты, располагаются и все появляющиеся время от времени активные области. В момент выхода Солнца из спячки новые магнитные поля должны начать формироваться на значительно больших широтах, около 30-40 градусов, что будет легко обнаружить. Пока никаких признаков такой эволюции не наблюдается", — отмечают специалисты лаборатории рентгеновской астрономии Солнца Физического института имени Лебедева РАН (ФИАН).

Несмотря на крупный размер и впечатляющий внешний вид, проходящая сейчас по диску Солнца область, похоже, не оправдает своего названия, считают эксперты.

"Причина в чрезвычайно простой структуре магнитного поля, которая просто не содержит возможностей для вспышечного энерговыделения. Вторым фактором является относительно слабая величина магнитного поля, энергия которого не достаточна для заметных вспышек. Если ничто из этого не изменится, то очередная попытка нашей звезды хоть как-то пробудиться и попугать ближайшее планетное окружение угрозой крупных вспышек, снова закончится неудачей", — поясняют ученые.

По мнению специалистов, никаких вспышечных ресурсов у Солнца, проходящего сейчас через 11-летний минимум, совершенно не осталось и текущим летом наша звезда представляет собой идеальный объект, дарящий исключительно тепло и свет без каких-либо угроз.
https://ria.ru/scien...1524572326.html







Ледяное нейтрино*

Как вспышка света в Антарктиде рассказала о джетах далекого блазара

В четверг, 12 июля, сразу несколько международных коллективов физиков и астрономов рассказали об очень редкой находке — источнике нейтрино высоких энергий. Им оказался блазар с номерным названием TXS 0506+056. В сентябре 2017 года физикам удалось зафиксировать рост гамма-активности этого блазара и прилет на Землю нейтрино с энергией порядка 300 тераэлектронвольт примерно из той же области неба. Изучив архивные данные, ученые пришли к выводу, что нейтрино от этого источника фиксировались наземной обсерваторией IceCube и раньше — а значит, в далекой галактике уже долгое время происходят какие-то впечатляющие по масштабу энергий процессы. Что особенно важно, новая находка подтверждает старую гипотезу о том, откуда вообще берутся внегалактические нейтрино высоких энергий. Но обо всем по порядку.


Что такое нейтрино высоких энергий?

Нейтрино — очень легкие незаряженные элементарные частицы, лептоны. Их главная особенность в том, что они практически не взаимодействуют с веществом — к примеру, каждую секунду через наши руки пролетают сотни миллиардов солнечных нейтрино (они рождаются на Солнце при слиянии протонов). Тем не менее, изредка нейтрино все-таки взаимодействует с материей, попадая в ядро атома и вызывая ядерные реакции. Происходит это настолько редко, что для надежного наблюдения потока нейтрино от Солнца приходится строить огромных объемов детекторы и надеяться, что одна из частиц столкнется хотя бы с одним ядром из 1030 имеющихся в тысячах тоннах материала детектора.

Долгое время нейтрино считали безмассовыми, как фотоны, кванты света. Но в 1990-х годах эксперименты в нейтринных обсерваториях Super-Kamiokande и SNO показали, что у нейтрино есть масса, отличная от нуля. Если быть точнее, то наблюдения показали, что нейтрино способны осциллировать, превращаться из одного сорта в другой — и уже это явно указало на наличие у них массы. Подробнее об том можно прочитать в нашем материале «Н значит Нейтрино», посвященном вручению Нобелевской премии за это открытие.

То, что нейтрино крайне неохотно вступают во взаимодействия, делает их очень привлекательными для астрономов. Сейчас почти все обсерватории изучают дальние уголки Вселенной с помощью электромагнитного излучения — фотонов от радио- до рентгеновского и гамма-диапазона. Но электромагнитное излучение сильно рассеивается и поглощается материей. Это серьезное препятствие для исследований, когда речь идет об очень удаленных объектах. В случае нейтрино межгалактическая среда и материя в целом гораздо меньше искажают исходный сигнал. Изучив энергетический спектр нейтрино от далекого источника, можно составить представление о физических процессах, которые в нем происходят.

Но чтобы приступить к таким наблюдениям, избавившись от рассеяния, надо, вообще говоря, доказать, что до Земли долетают хоть какие-то из внесолнечных нейтрино. Проблема, например, в том, что зафиксировать нейтрино малых энергий очень сложно, а определить их источник — скорее всего и вовсе невозможно. Впервые надежно «засечь» внегалактические нейтрино удалось в 1987 году, при взрыве сверхновой SN 1987A в Большом Магеллановом Облаке (галактика — спутник Млечного Пути). Незадолго до прихода на Землю оптического свечения сразу несколько нейтринных обсерваторий зафиксировали всплеск нейтрино. Количество событий, зафиксированных в ходе всплеска от довольно близкой сверхновой, очень хорошо иллюстрирует, насколько сложно наблюдать нейтрино: 3000-тонный Kamiokande II увидел всего лишь 12 нейтрино.

Надежно доказать, что Землю достигают внегалактические нейтрино, удалось лишь в 2014 году благодаря эксперименту IceCube. Это огромный нейтринный телескоп, расположенный на Южном полюсе на глубине примерно двух-трех километров. Он состоит из пяти тысяч светочувствительных сенсоров, объединенных в длинные гирлянды, которые опустили в ледяные скважины. Задача сенсоров — фиксировать вспышки черенковского излучения, ассоциированного с нейтрино.

Физика этого процесса примерно такова. Высокоэнергетические нейтрино сталкиваются с ядрами атомов во льду, порождая вторичные частицы — в основном, мюоны. Обладая большой кинетической энергией, мюоны будут двигаться во льду со скоростью, превышающей скорость света во льду (но, конечно, не выше скорости света в вакууме). Это будет приводить к возникновению характерного конуса синего свечения — черенковского излучения. По интенсивности свечения физики могут точно определить энергию мюонов, испустивших его, а затем и энергию исходного нейтрино. Объем, с которого детекторы собирают свечение, достигает одного кубического километра — отсюда и название обсерватории IceCube.

За первые три года работы детектор зафиксировал 37 нейтрино с энергией свыше 30 тераэлектронвольт (что, кстати, почти в пять раз превышает энергию одного протона в Большом адронном коллайдере). Это гораздо больше, чем можно объяснить атмосферными источниками и Солнцем.


Откуда берутся такие нейтрино?

Окончательно доказав, что внегалактические нейтрино можно наблюдать, физики попытались ответить на вопрос: а откуда вообще могут браться частицы с такой большой энергией? К примеру, одно из самых высокоэнергетических событий, обнаруженных IceCube, соответствовало энергии нейтрино порядка 2000 тераэлектронвольт (или в 300 раз больше, чем у протона в БАК).

Изображение
Механизм рождения высокоэнергетичных нейтрино в блазарах
IceCube

Основная гипотеза сейчас связана с тем, что такие нейтрино рождаются в активных ядрах галактик (AGN) — квазарах и блазарах. Вблизи сверхмассивных черных дыр в этих небесных телах возникают джеты — потоки материи, выброшенной из квазара и ускоренной до околосветовых скоростей. Посмотрим на один протон в таком джете — он интенсивно взаимодействует с окружающей материей и электромагнитным излучением. Эти взаимодействия очень похожи на столкновения протонов в Большом адронном коллайдере. В результате рождается огромное количество новых частиц, также несущих большую энергию. Среди них есть заряженные пионы, или пи-мезоны, — короткоживущие частицы, распадающиеся на нейтрино и мюон или электрон. Именно эти нейтрино и фиксируют наземные нейтринные обсерватории. Зная их энергию, физики могут установить, насколько быстро движутся протоны в исходных джетах, и построить более точную модель квазаров.

Особое внимание физики уделяют блазарам — компактным квазарам, отличающимся большой переменчивостью свечения. Один из джетов блазаров направлен к Земле, что делает их особенно яркими, а значит — и поток нейтрино от них должен быть больше, чем от других квазаров.

Конечно, есть и другие гипотезы, например, связанные с распадами частиц темной материи.


Чем так интересно нейтрино, «пойманное» 22 сентября 2017 года?

Автоматика обсерватории IceCube зафиксировало новое событие 22 сентября 2017 года в 23:54 по московскому времени. Мюон, рожденный в результате столкновения нейтрино со льдом, обладал энергией около 23 тераэлектронвольт. Это соответствует энергии исходного нейтрино, равной 290 тераэлектронвольтам. По траектории мюона были определены примерные координаты точки на небе, где располагался гипотетический источник свечения. Заработала система оповещения обсерваторий, начались наблюдения во всех спектральных диапазонах — от радио до гамма, а позже и анализ архивных данных.

Изображение
Сигнал от нейтрино IceCube-170922A, цветом показано время фиксации черенковского излучения соответствующим фоточувствительным модулем
IceCube

Важную роль сыграл космический гамма-телескоп «Ферми». В области неба, из которой прилетело то самое нейтрино, находился давно известный блазар TXS 0506+056 — «Ферми» наблюдал за ним уже около десяти лет. Оказалось, что накануне события IceCube-170922A, активность блазара была наибольшей за всю историю наблюдений. Это стало главной уликой, указывающей на то, что именно TXS 0506+056 был источником нейтрино.

К наблюдениям в гамма-диапазоне присоединились и наземные черенковские телескопы: MAGIC (Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov Telescope) и система H.E.S.S.(High-Energy Stereoscopic System). В первые часы после события гамма-обсерватории не зарегистрировали ничего необычного, но позднее, 28 сентября, MAGIC показал значительное повышение интенсивности гамма-излучения (6,2 сигма над фоновым сигналом).

Также наблюдения вели оптические телескопы VLT, «Субару», системы радиотелескопов VLA, космические рентгеновские и гамма-обсерватории Swift, INTEGRAL и NuSTAR. Сопоставив архивные данные с собранными в период активности блазара физики отметили, что у последнего значительно выросла интенсивность свечения в высокоэнергетичной части спектра.


Цитата

Блазар TXS 0506+056
Галактика с активным ядром, расположенная на небе недалеко от левого плеча созвездия Ориона.
Координаты: RA 77.36° Dec +5.69°
Свет блазара летит до Земли четыре миллиарда лет.

Ученые отмечают, что есть вероятность случайного совпадения роста активности блазара и фиксации высокоэнергетичного нейтрино. Такое совпадение возможно примерно в одном случае из 740. В физике высоких энергий для уверенного доказательства гипотез требуется исключить совпадение вплоть до одного шанса на 3,5 миллиона событий («пять сигма»).


А откуда уверенность, что нейтрино родилось именно в джете TXS 0506+056?

Кроме совпадения момента повышенной гамма-активности и фиксации нейтрино у физиков есть еще одна «улика». Специалисты обсерватории IceCube изучили архив нейтринных событий, указывающих на примерно ту же область неба. Оказалось, что с конца 2014 по начало 2015 года детекторы IceCube зафиксировали на 13 высокоэнергетических нейтрино больше, чем ожидалось. Конечно, вероятность случайного совпадения здесь тоже не так мала, как хотелось бы, но это делает гипотезу об нейтринной активности блазаров еще более убедительной.


И что мы теперь знаем о блазаре?

Если предположить, что блазар TXS 0506+056 и в самом деле был источником нейтрино, то можно оценить энергию того самого протона из джета, благодаря которому родился пион, распавшийся с образованием нейтрино, которое долетело до Антарктиды и, ударившись о ядро в молекуле воды, родило мюон, чье свечение увидел IceCube. Оказывается, она должна достигать по меньшей мере нескольких петаэлектронвольт, в тысячу раз больше, чем у протона в БАК.

«Одной из загадок является то, что сам по себе этот источник в гамма-диапазоне — не самый яркий на небе, он входит в двадцатку, тридцатку, но есть много и более ярких источников. А нейтрино пронаблюдали именно от него. Сейчас ученые будут придумывать модели, которые могут объяснить, почему от более ярких блазаров, находящихся ближе к нам, нет нейтрино, а от этого есть. Но это будет некий шаг в понимании того, как все это устроено. А если сигнал повторяющийся, то это может означать, что у блазара есть нестабильность в аккреционном диске. Есть и другой вариант, что к черной дыре в нем время от времени подлетает звезда, ее разрывает, и ускоряются остатки от этой звезды», — рассказал N + 1 Дмитрий Семикоз, профессор МИФИ и сотрудник парижкого Университет Дидро, который также занимался анализом данных о нейтрино высоких энергий, полученных обсерваторией IceCube.


Почему это важно?

То, что всплески гамма-активности блазаров могут быть связаны с усилением нейтринного потока, делает сами блазары более удобным инструментом для первых шагов в нейтринной астрономии. Особенно если всплески нейтринной активности окажутся более или менее периодичными. Лучше поняв, как устроены нейтринные потоки от разных источников, мы сможем воспользоваться тем самым нежеланием нейтрино взаимодействовать с материей и начать наблюдения гораздо более дальних объектов.

К примеру, сейчас мы не можем увидеть галактики, находящиеся от нас настолько далеко, что свет от них идет больше 13 миллиардов лет. Это связано с тем, что через 500 миллионов лет после Большого взрыва во Вселенной началась эпоха реионизации, пространство было заполнено нейтральными атомами водорода. Они слишком хорошо поглощают видимое излучение, но для нейтрино такая среда окажется почти прозрачной.

Изображение
Мультиспектральные наблюдения за блазаром после нейтринного события (цветные точки) и архивные данные наблюдений (серые точки)
IceCube et al. / Science, 2018

Само по себе наблюдение нейтринной активности блазара сразу большим количеством очень разных телескопов — важное достижение многоканальной астрономии. Такое всестороннее изучение быстрых процессов позволяет очень качественно строить их физические модели. Его даже можно сравнить с недавним открытием гравитационных волн от слияния двух нейтронных звезд, которое одновременно наблюдалось и гравитационными обсерваториями LIGO, и гамма-телескопами «Ферми» и «Интеграл», и оптическими обсерваториями, включая космический телескоп «Хаббл».


А что делать дальше?

IceCube, как телескоп, все еще далек от совершенства. Точность, с которой он определяет направление прилета нейтрино, невысока, порядка одного градуса. Для сравнения угловой диаметр Луны — полградуса. Среди планов IсeCube — расширить в несколько раз объем, с которого собирается черенковское свечение. Этому очень хорошо способствует высокая прозрачность льда под станцией Амундсена-Скотта, — он гораздо прозрачнее, чем предполагалось. Поэтому физики надеются обойтись небольшим количеством дополнительных фотодетекторов.

Одновременно с этим нужны новые нейтринные телескопы — для одновременного независимого наблюдения таких событий. Несравненно более яркую вспышку сверхновой SN1987A наблюдали сразу три нейтринных обсерватории — Kamiokande II (Япония), IMB (США) и Баксанская обсерватория РАН. Помимо IceCube астрономические наблюдения ведет средиземноморская нейтринная обсерватория ANTARES, однако ее чувствительность примерно в десять раз меньше, чем у антарктической. В России сейчас идет строительство обсерватории Baikal-GVD (на озере Байкал), построенной по тому же принципу, что и IceCube. Первую очередь установки планируется ввести в строй к 2020 году — общий объем детектора будет достигать 0,5 кубического километра. Затем его объем планируется расширить в три раза, до 1,5 кубического километра.

Владимир Королёв
https://nplus1.ru/ma...7/13/ice-blazar

#1204 alexandrion12

    Активный участник

  • Пользователи
  • PipPipPipPipPip
  • 8 625 сообщений

Отправлено 16 Июль 2018 - 09:07

Миссия «Юнона» открывает то, что может оказать новым вулканом на поверхности Ио

Изображение

Данные, собранные при помощи инструмента Jovian InfraRed Auroral Mapper (JIRAM) космического аппарата НАСА Juno («Юнона»), указывают на новый источник тепла, расположенный близко к южному полюсу спутника Юпитера Ио. Этот источник тепла с большой вероятностью может оказаться новым вулканом на поверхности небольшого спутника Юпитера. Эти данные в инфракрасном диапазоне были собраны 16 декабря 2017 г., когда аппарат Juno находился на расстоянии примерно 470000 километров от Ио.

«Это новое горячее пятно находится на расстоянии примерно 300 километров от ближайшего к нему горячего пятна, открытого ранее, - сказал Алессандро Мура, один из ученых миссии Juno из Национального астрофизического института, Италия. – Мы не исключаем полностью возможности перемещения или модификации одного из прежде обнаруженных пятен, однако это представляется нам маловероятным, поскольку расстояние слишком большое».

Команда миссии Juno будет анализировать данные, собранные при помощи научной станции, которая будет продолжать совершать сближения со спутником гигантской планеты, подходя на еще более близкое расстояние к нему. Предыдущие наблюдения и исследования выявили на поверхности Ио примерно 150 активных вулканов, и, по оценкам ученых, неоткрытыми на поверхности этого спутника Юпитера с экстремальной геологической активностью остаются еще примерно 250 активных вулканов.
http://www.astronews...news&news=11068







NASA показало фотографию "марсианских пауков"

Изображение
Снимок орбитального аппарата NASA с орбиты Марса с изображением Южного полюса Марса
© NASA

МОСКВА, 15 июл — РИА Новости. NASA опубликовало фотографию необычного явления на поверхности Марса, напоминающего "пауков". Снимок был сделан с помощью автоматической многофункциональной межпланетной станции Mars Reconnaissance Orbiter.

Отмечается, что с приходом весны углекислый газ "прорывает" слой льда на южном полюсе планеты. После этого газ попадает в атмосферу, а вокруг образовавшихся отверстий садится темная пыль.

В результате поверхность планеты оказывается испещрена подобными образованиями, которые исследователи сравнивают с черными пауками, сидящими на своей ледяной "паутине".
https://ria.ru/scien...1524609985.html








Центавр A

Изображение
Авторы и права: Центральноевропейская конференция по фотографированию небесных объектов, Chilescope, Обработка: Бернхард Хабл
Перевод: Д.Ю.Цветков

Пояснение: Центавр A – ближайшая к Земле активная галактика, удаленная от нас всего на 11 миллионов световых лет. Эта пекулярная эллиптическая галактика, протянувшаяся более чем на 60 тысяч световых лет и также известная как NGC 5128, запечатлена на этом четком телескопическом изображении. Центавр A, по-видимому, является результатом столкновения двух обычных галактик, которое сформировало фантастическую смесь звездных скоплений и пылевых волокон. Вблизи центра этой галактики располагается черная дыра с массой в миллиарды масс Солнца, которая непрерывно поглощает оставшееся от космической катастрофы вещество. Как и в других активных галактиках, в Центавре A этот процесс сопровождается излучением радиоволн, рентгеновских и гамма-лучей.
http://www.astronet.ru/db/msg/1422051








Кольца вокруг туманности Кольцо

Изображение
Авторы и права: Роберт Гендлер
Перевод: Д.Ю.Цветков

Пояснение: Хорошо знакомая туманность Кольцо (M57) на самом деле гораздо больше того, что можно увидеть в маленький телескоп. Диаметр легко различимого центрального кольца – около одного светового года, но на этом чрезвычайно глубоком снимке, составленном из данных с трех больших телескопов, становятся видны петли из волокон светящегося газа, тянущиеся гораздо дальше от центральной звезды туманности. Это замечательное составное изображение включает в себя снимки в видимом свете, в инфракрасном диапазоне и в узкополосном фильтре, выделяющем линию водорода. Конечно, в этой хорошо изученной планетарной туманности светящееся вещество произошло вовсе не из планет. Газовые оболочки – это внешние слои, сброшенные умирающей звездой типа Солнца. Туманность Кольцо находится примерно в 2 тысячах световых лет от нас в направлении на музыкальное созвездие Лиры.
http://www.astronet.ru/db/msg/1422879

#1205 alexandrion12

    Активный участник

  • Пользователи
  • PipPipPipPipPip
  • 8 625 сообщений

Отправлено 17 Июль 2018 - 08:56

Детектор PandaX-II наложил самые строгие ограничения на самодействующую темную материю

Изображение
Фотография детектора PandaX-II
PandaX-II Collaboration

Группа PandaX-II рассмотрела модель самодействующей темной материи (SIDM) и установила ограничения на массу переносчика взаимодействия и массу вимпов, используя данные детектора PandaX-II, который не зарегистрировал ни одного кандидата на частицу темной материи за 155 дней наблюдений. Это первая экспериментальная проверка модели SIDM с помощью непосредственного эксперимента. Статья опубликована в Physical Review Letters и находится в свободном доступе.

Большинство современных физиков не сомневаются в существовании темной материи — с ее помощью сравнительно просто увязать данные телескопов и гравитационного линзирования, а также объяснить кривые вращения галактик и флуктуации реликтового излучения, измеренные спутником «Планк». Конечно, все эти явления можно объяснить и с помощью более сложных теорий (например, MOND), однако в модели темной материи они возникают наиболее естественным образом. К сожалению, напрямую частицы темной материи никто не видел — они так слабо взаимодействуют с частицами Стандартной модели, что практически беспрепятственно проходят сквозь Землю. Кроме того, считается, что частицы темной не могут излучать фотоны — собственно, именно поэтому ее и называют «темной». Основным кандидатом на роль темной материи считаются вимпы (WIMP) — частицы с массой более десяти масс протона, которые участвуют только в слабых взаимодействиях.

Чтобы поймать частицы темной материи, физики строят огромные детекторы, масса которых доходит до нескольких тонн. Когда влетающий в детектор вимп наталкивается на частицу рабочего вещества, она ускоряется и излучает фотоны; в свою очередь, чувствительные датчики отслеживают выделение тепла или вспышки света и сообщают о кандидатах на процессы с участием частицы темной материи. Пока еще такие процессы достоверно не наблюдались. Как правило, считается, что взаимодействие происходит точечно, поскольку переданный частице импульс много меньше характерных масштабов слабых взаимодействий (масса W- и Z-бозонов равна по порядку ста гигаэлектронвольтам). Тем не менее, некоторые теории, например, модель самодействующей темной материи (self-interacting dark matter, SIDM), предполагают, что темная материя участвует в еще одном виде взаимодействия, переносчики которого имеют гораздо меньшую массу. В пользу этой теории выступают наблюдения за движением звезд в карликовых галактиках, которые нельзя объяснить в рамках модели темной материи без взаимодействия. В этом случае сечение рассеяния будет зависеть от переданного импульса, падая обратно его четвертой степени по сравнению со случаем точечного взаимодействия.

Группа PandaX-II проверила эту возможность, теоретически рассматривая теорию самодействующей темной материи и проверяя ее предсказания с помощью детектора PandaX-II. Рабочий объем детектора содержит около 570 килограмм жидкого ксенона, которые прослеживаются массивами фотолюминесцентных трубок, расположенных на дне и потолке детектора. Для снижения фона космических частиц детектор помещен в Китайскую подземную лабораторию Цзиньпин (China Jinping Underground Laboratory), которая находится на глубине около 2,4 километров. Ученые проанализировали данные, собранные детектором в течение 80 дней в 2016 году и 77 дней в 2017 году (ни одного кандидата на процесс с темной материей), и вычислили на их основании сечение рассеяния частицы на нуклонах.

Затем физики проверили, при каких массах вимпа M и переносчика гипотетического нового взаимодействия m модель SIDM воспроизводит наблюдаемые данные, то есть измеренную частоту событий, в которых рождается различное число фотоэлектронов. Из-за того, что сечение быстро падает с ростом импульса, при равной полной интенсивности сигнала (то есть одинаковом числе фотоэлектронов, зарегистрированных за весь период наблюдения) в модели SIDM чаще происходят события, в которых рождается мало фотоэлектронов. К сожалению, чувствительность детектора быстро падает с уменьшением числа фотоэлектронов — в результате накладываемые на параметры модели ограничения оказываются менее строгими, если масса m сравнима с импульсом отдачи атома ксенона.

Изображение
Ожидаемый спектр событий в модели SDIM (красная линия) и модели без самодействия (синяя линия). Розовым отмечена чувствительность детектора
PandaX-II Collaboration / Phys. Rev. Lett.

Рассматривая разные модели «темного взаимодействия» и разные значения константы связи, а затем сравнивая предсказанное сечение рассеяния с измеренным, ученые определили область допустимых значений масс m и M. Таким образом, исследователи установили ограничения снизу на массу переносчика взаимодействия в зависимости от массы вимпа. Наконец, ученые сопоставили эти результаты с предсказанными значениями параметров, рассчитанными на основании наблюдений за карликовыми галактиками. Оказалось, что новые данные практически исключают массы вимпов M > 7 гигаэлектронвольт. С одной стороны, чем массивнее вимп, тем легче должен быть переносчик взаимодействия, чтобы поддерживать сечение взаимодействия частиц темной материи на уровне, предположительно наблюдаемом в карликовых галактиках. С другой стороны, данные PandaX-II показывают, что даже для вимпов с большой массой масса переносчика не может быть меньше определенного значения.

Изображение
Допустимая область параметров асимметричной модели SIDM c γ смешиванием и различными значениями связи между «темным фотоном» и нейтроном — красные линии. Синими линиями отмечены аналогичные ограничения, рассчитанные на основании данных детектора LUX. Серая область отвечает области, рассчитанной на основании наблюдений карликовых галактик
PandaX-II Collaboration / Phys. Rev. Lett.


Изображение
Допустимая область параметров симметричной модели SIDM c γ смешиванием и различными значениями связи между «темным фотоном» и нейтроном — красные линии. Синими линиями отмечены аналогичные ограничения, рассчитанные на основании данных детектора LUX. Серая область отвечает области, рассчитанной на основании наблюдений карликовых галактик
PandaX-II Collaboration / Phys. Rev. Lett.


Изображение
Допустимая область параметров симметричной модели SIDM c Z смешиванием и различными значениями связи между «темным фотоном» и нейтроном — красные линии. Синими линиями отмечены аналогичные ограничения, рассчитанные на основании данных детектора LUX. Серая область отвечает области, рассчитанной на основании наблюдений карликовых галактик
PandaX-II Collaboration / Phys. Rev. Lett.


Изображение
Допустимая область параметров симметричной модели SIDM c H смешиванием и различными значениями связи между «темным фотоном» и нейтроном — красные линии. Синими линиями отмечены аналогичные ограничения, рассчитанные на основании данных детектора LUX. Серая область отвечает области, рассчитанной на основании наблюдений карликовых галактик
PandaX-II Collaboration / Phys. Rev. Lett.

В конце мая этого года группа XENON сообщила о результатах работы детектора XENON1T, содержащего около 3,5 тонн жидкого ксенона — несмотря на то, что детектор работал более девяти месяцев, он так и не зарегистрировал ни одного события, отвечающего рассеянию частицы темной материи. А в начале мая этого года группа CDMS начала строить новый детектор темной материи, чувствительность которого более чем в 50 раз превысит чувствительность предыдущей версии установки.

Параллельно с поисками экспериментаторов физики-теоретики пытаются объяснить неудачи при регистрации темной материи некоторыми неучтенными факторами, которые не дают детекторам работать на полную мощность. Например, в ноябре прошлого года физик из Брукхейвенской национальной лаборатории Хуман Давудиазл предположил, что частицы темной материи отталкиваются от частиц Стандартной модели под действием неизвестной силы с эффективным радиусом, сравнимым с радиусом Земли — получается, будто темная материя «обтекает» тела, но практически не чувствует новую силу на галактических масштабах. А в начале этого месяца датские ученые показали, что подземные детекторы не могут зарегистрировать частицы сильно взаимодействующей темной материи, которые имеют массу от 0,1 до 20 гигаэлектронвольт и сечение взаимодействия от 10−25 до 10−47 квадратных сантиметров. В этом случае частицы темной материи по-прежнему очень слабо взаимодействуют с частицами Стандартной модели, однако рассеиваются в земной коре и не успевают дойти до детекторов.

Дмитрий Трунин
https://nplus1.ru/ne...7/16/Panda-SIDM








Обнаружена необычная планетная система с «недозвездой»

Изображение
Фото: NASA / Globallookpress.com

Международная группа астрономов обнаружила необычную планетную систему CoRoT-20, в которой находится коричневый карлик и газовый гигант, имеющие вытянутые орбиты. Коричневые карлики напоминают звезды, однако термоядерные реакции в их недрах незначительны и относительно быстро прекращаются. Об этом сообщается в пресс-релизе на Phys.org.

Звезда CoRoT-20, удаленная от Земли на четыре тысячи световых лет, относится к спектральному классу G2V, то есть, как и Солнце, является желтым карликом. В 2011 году астрономы нашли планету, которая вращается вокруг родительской звезды по вытянутой короткопериодической орбите. CoRoT-20b является газовым-гигантом и относится к «горячим юпитерам», располагаясь на расстоянии от светила, равном 0,09 астрономической единицы (одна а.е. равна расстоянию от Солнца до Земли). Для сравнения: Меркурий удален от Солнца на 0,3-0,46 а.е. Год на CoRoT-20b длится 9,24 дня.

Астрономы обнаружили, что, кроме газового гиганта, вокруг звезды вращается еще один объект — коричневый карлик CoRoT-20c, занимающий промежуточное положение между газовыми гигантами и звездами. Его масса сравнима с массой 17 Юпитеров, а расстояние до родительской звезды составляет 2,9 а.е. Период обращения CoRoT-20c равен 4,59 земного года.

По словам исследователей, CoRoT-20 является первой системой, в которой вокруг звезды обращается как горячий юпитер, так и коричневый карлик. Ученые считают, что оба объекта взаимодействуют друг с другом и вытянутая орбита газового гиганта, вероятно, обусловлена присутствием CoRoT-20c.
https://lenta.ru/new...8/07/16/object/







Получен самый четкий снимок центра Млечного Пути

Радиотелескоп MeerKAT, находящийся в Северо-Капской провинции Южно-Африканской Республики (ЮАР), был официально открыт 13 июля. Уже сейчас он с невероятной детальностью заснял центральную область Галактики, находящуюся от нас примерно в 25 000 световых лет.

Изображение
SARAO

MeerKAT начал работать еще летом 2016 года, однако тогда были построены и введены в эксплуатацию лишь 16 антенн. Позже были введены в строй еще 48 антенн, а 13 июля состоялось официальное открытие телескопа. MeerKAT является самым большим и чувствительным радиотелескопом в Южном полушарии. Он управляется Южноафриканской радиоастрономической обсерваторией (SARAO) и является первой частью проекта Square Kilometre Array.

Ведущий специалист SARAO Фернандо Камило (Fernando Camilo) продемонстрировал снимок, сделанный новым телескопом: на изображении центральный регион Млечного Пути. Хотя центр Галактики с Земли разглядеть трудно — из-за плотных облаков пыли и газа, радиотелескопы на это способны. MeerKAT смог заснять центральную область Млечного Пути с рекордной детальностью.

Панорамный снимок демонстрирует область примерно 1 000 на 500 световых лет. Цвета же показывают силу полученных радиосигналов: начиная от красного — для слабого излучения — и закачивая желтым и белым для более интенсивных сигналов.

Самая яркая часть изображения — область, окружающая сверхмассивную черную дыру в центре Млечного Пути. Другие яркие точки показывают остатки сверхновых, а также области звездообразования, некоторые из которых ранее не удавалось заснять. Кроме того, на снимке показано излучение филаментов, которые были открыты в 1980-х годах и до сих пор остаются загадкой для ученых (филаменты наблюдаются недалеко от центральной черной дыры, но более нигде в Млечном Пути).
https://www.popmech....mlechnogo-puti/

#1206 alexandrion12

    Активный участник

  • Пользователи
  • PipPipPipPipPip
  • 8 625 сообщений

Отправлено 18 Июль 2018 - 09:30

В системе CoRoT-20 обнаружен коричневый карлик

Изображение

Международная группа астрономов открыла новый субзвездный объект в планетной системе CoRoT-20. Этот вновь идентифицированный объект был отнесен к классу коричневых карликов ввиду большой массы, которая превышает массу самых крупных гигантских планет, известных науке.

Расположенная на расстоянии примерно 4000 световых лет от Земли, звезда CoRoT-20 является звездой спектрального класса G2V и близка по размерам и массе нашему Солнцу. В 2011 г. астрономы обнаружили планету, движущуюся вокруг этой звезды по эксцентричной орбите с небольшим орбитальным периодом. Эта экзопланета, получившая обозначение CoRoT-20 b, близка по размерам Юпитеру, но имеет массу примерно в 4 раза больше массы крупнейшей планеты нашей планетной системы. Эта экзопланета, отнесенная к классу «горячих юпитеров», обращается вокруг родительской звезды с периодом 9,24 суток, находясь на расстоянии примерно 0,09 астрономической единицы (1 а.е. равна расстоянию от Земли до Солнца) от нее.

В новой научной работе команда исследователей под руководством Хавьеры Рэй (Javiera Ray) из Женевской обсерватории, Швейцария, обнаружила в системе CoRoT-20 субзвездный объект, также лежащий на эксцентричной орбите, однако период орбиты этого объекта оказался намного больше, чем период орбиты планеты CoRoT-20 b. Это открытие было сделано в результате дополнительных наблюдений системы CoRoT-20, проведенных между ноябрем 2011 г. и ноябрем 2017 г. при помощи спектрографов HARPS и SOPHIE.

Этот новый объект, получивший обозначение CoRoT-20 c, имеет массу не менее 17 масс Юпитера. Из-за относительно большой массы объект CoRoT-20 c был классифицирован как коричневый карлик. Согласно исследованию, период орбиты объекта CoRoT-20 вокруг родительской звезды составляет 4,59 года, а расстояние до родительской звезды – в среднем 2,9 а.е.

Исследование появилось на сервере предварительных научных публикаций arxiv.org.
http://www.astronews...news&news=11071







Обнаружено одно из самых плотных скоплений галактик во Вселенной

Изображение

Полученные астрономами наблюдательные данные ставят новые вопросы о справедливости современных моделей формирования крупномасштабных структур Вселенной.

Вселенная представляет собой гигантскую «паутину», нити и узлы которой содержат видимую материю, то есть галактики и скопления галактик. Скопления галактик являются крупнейшими структурами Вселенной, связанными гравитационно.

В новой научной работе команда под руководством Мауро Серено (Mauro Sereno) из Болонского университета, Италия, обнаружила одно из самых плотных скоплений галактик во Вселенной. В этом исследовании впервые проведен анализ внешних областей скопления галактик PSZ2 G099.86+58.45 вплоть до расстояния 90 миллионов световых лет от центра. Ранее ученым было неизвестно распределение материи в этой зоне, а также невыясненным оставалось, принадлежит ли материя в этой зоне скоплению, или же она не связана с ним гравитационно.

Наблюдения команды Серено, в ходе которых был использован эффект гравитационного линзирования, которым характеризуется массивное скопление галактик PSZ2 G099.86+58.45, позволили выяснить, что плотность этого скопления примерно в 6 раз выше, чем ожидалось – что делает его одним из самых плотных скоплений галактик, известных ученым. Неожиданно большое количество материи, по сравнению с количеством, предсказываемым согласно современным моделям, было обнаружено во внешних областях этого скопления, объяснили авторы. Это обусловливает необходимость некоторой корректировки моделей формирования крупномасштабных структур Вселенной, добавляют они.

Исследование увидело свет в журнале Nature Astronomy.
http://www.astronews...news&news=11072








Астрономы открыли 12 новых спутников Юпитера. Теперь их 79

Изображение
Снимки спутника Валетудо, полученные на Магеллановом телескопе в мае 2018 года. Юпитер находится вне поля зрения в левом верхнем углу.
Carnegie Institution for Science

Астрономы открыли 12 новых спутников Юпитера в рамках поисков девятой планеты Солнечной системы. Теперь общее количество известных небесных тел в гравитационном «плену» газового гиганта возросло до 79 штук. Все новооткрытые тела имеют малые размеры, сообщается на сайте Института Карнеги.

Юпитер является рекордсменом по количеству известных спутников среди всех тел Солнечной системы. Второе место занимает Сатурн c 62 известными спутниками, затем ледяные гиганты Уран (27), Нептун (14), а также карликовая планета Плутон (5). Помимо этого двумя спутниками обладают около десятка астероидов и Марс, а наличием одного спутника могут похвастаться более сотни тел Солнечной Системы.

Около 40 спутников Юпитера было открыто группой астрономов во главе со Скоттом Шеппардом в 2001-2004 годах. В 2016-2017 годах ученые исследовали область неба, в которой теоретически могла находиться «Планета Х» с помощью одного из 6,5-метровых Магеллановых телескопов и ряда других астрономических инструментов. По совпадению, Юпитер оказался вблизи области обзора и им удалось открыть два его ранее неизвестных спутника. В новой работе астрономы сообщают о 12 новых объектах, открытых весной 2017 года при помощи 4-метрового телескопа имени Виктора Бланко в Чили. Чтобы подтвердить открытие проводились наблюдения на нескольких наземных телескопах, например 8-метровых «Джемини» и «Субару», что позволило просчитать их орбиты.

Изображение
Орбиты и направления движения различных групп юпитерианских спутников, в том числе новооткрытых.
By Roberto Molar-Candanosa, courtesy of Carnegie Institution for Science

Девять новых спутников являются частью удаленного от планеты внешнего роя, который движется в ретроградном направлении (т.е. направление движения по орбите не совпадает с направлением вращения Юпитера). Этот рой включает в себя по меньшей мере три различные группировки спутников, которые считаются остатками трех более крупных тел, разрушенных в ходе столкновений с астероидами, кометами или другими спутниками, и совершают один оборот вокруг планеты за примерно два года.

Два других спутника являются частью более близкой, внутренней группировки, которые движутся в проградном направлении, совершая один оборот вокруг Юпитера за менее чем один год, и также могут являться фрагментами более крупного тела. Один из спутников получил имя «Валетудо» и может считаться самым малым (диаметр менее одного километра) среди известных на сегодняшний день спутников Юпитера. Он движется во встречном направлении относительно внешней ретроградной группы спутников, пересекая их орбиты.

SheppardJupiterMoonsMovie
https://youtu.be/8sOFuNbdeWM

Ранее мы рассказывали о том, как данные зонда «Галилео» подтвердили существование водяных гейзеров на Европе, как зонд «Юнона» нашла еще один возможный вулкан на Ио и о возможном подземном океане на Ганимеде.

Александр Войтюк
https://nplus1.ru/ne...iter-discovered









Астрономы показали астероид Рюгу в объеме

Изображение
Стереоскопическая анимация вращения астероида Рюгу
JAXA, University of Aizu, University of Tokyo, Kochi University, Rikkyo University, Nagoya University, Chiba Institute of Technology, Meiji University and AIST.

Астрономы создали трехмерные модели поверхности астероида Рюгу на основе изображений, полученных космическим аппаратом «Хаябуса-2» в ходе подлета к астероиду и успешному выходу на орбиту вокруг него. Это необходимо для построения плана дальнейших действий в рамках 1,5-летнего периода изучения Рюгу и выбора места забора грунта с его поверхности. Кроме того, ученые показали новые снимки астероида, сделанные с расстояния 20 километров, сообщается в пресс-релизах (1,2,3,4) на сайте миссии.

Автоматическая межпланетная станция «Хаябуса-2» была запущена в космос 3 декабря 2014 года и предназначена для доставки образцов грунта с астероида 162173 Ryugu, который принадлежит к астероидам класса С и может нести в себе информацию о составе протосолнечной туманности. Аппарат успешно прибыл к астероиду 27 июня и вышел на стабильную 20-километровую орбиту вокруг него. В ближайшие полтора года аппарат будет исследовать Рюгу с орбиты, спустит на его поверхность модуль MASCOT (Mobile Asteroid Surface Scout), на котором установлены спектрометр, магнитометр, радиометр и камера. Предполагается, что при подлете к Рюгу аппарат выстрелит по поверхности устройством SCI (Small Carry-on Impactor), состоящим из медного снаряда и заряда взрывчатки, тем самым исследователи получат возможность изучить состав верхнего слоя грунта астероида. После взятия пробы грунта с поверхности Рюгу станция отправится обратно к Земле и сбросит капсулу с веществом астероида в декабре 2020 года. Подробнее о миссии, ее задачах и инструментах можно прочитать в нашем материале «Собрать прошлое по крупицам».

В первую неделю научной кампании аппарат занимался коррекцией своей орбиты, проверкой научных инструментов и съемкой астероида, а также начал пересылку данных на Землю через Сеть дальней космической связи и опробовал свой лидар для определения точного расстояния до поверхности Рюгу. На новых снимках, сделанных бортовой камерой ONC-Т 30 июня 2018 года, с расстояния 20 километров, стала полностью видна крупная скала на северном полюсе астероида, крупные кратеры (самый большой имеет диаметр около 200 метров) и впадины, группы валунов на поверхности и экваториальный горный хребет.

Изображение
JAXA, University of Tokyo, Kochi University, Rikkyo University, Nagoya University, Chiba Institute of Technology, Meiji University, University of Aizu and AIST.


Изображение
JAXA, University of Tokyo, Kochi University, Rikkyo University, Nagoya University, Chiba Institute of Technology, Meiji University, University of Aizu and AIST.

На основе пришедших на Землю снимков ученые из команды миссии построили две трехмерные модели вращения астероида. Первая модель была создана при помощи метода, известного как «стереофотоклинометрия», который также использовался для моделирования формы астероида Итокава — цели миссии «Хаябуса-1». При построении второй модели использовался стереоскопический метод, обозначаемый «Structure-from-Motion», который используется для построения рельефа поверхности на основе аэрофотоснимков. Если в дальнейшем аппарат получит более детальные изображения поверхности Рюгу, то модели будут доработаны. Помимо этого ученые создали анаглифную анимацию вращения астероида, позволяющую всем желающим увидеть Рюгу в объеме при наличии специальных очков.

Изображение
Kobe University, University of Aizu (shape model creation), Auburn University (video creation), JAXA


Изображение
University of Aizu, Kobe University (shape model creation), Auburn University (video creation), JAXA.

«Хаябуса-2» — не единственная станция, которая занимается исследованием малых тел Солнечной системы. Сегодня космический аппарат New Horizons движется в сторону пояса Койпера к своей главной цели — транснептуновому объекту 2014 MU69 и не так давно поставила новый рекорд, получив снимки небесных тел с максимального расстояния до Земли на сегодняшний день.

Александр Войтюк
https://nplus1.ru/ne.../07/17/3d-Ryugu







Многоканальные наблюдения установили источник высокоэнергетичного нейтрино, зарегистрированного IceCube*

Изображение
Рис. 1. Вид на надземную часть нейтринной обсерватории IceCube, к которому художник добавил нарисованные нити с фотоумножителями, при помощи которых регистрируется черенковское излучение (на самом деле эти детекторы располагаются глубоко во льду). Изображение с сайта icecube.wisc.edu

22 сентября 2017 года нейтринная обсерватория IceCube, расположенная на антарктической станции Амундсен — Скотт рядом с Южным полюсом, зафиксировала след от нейтрино очень высокой энергии. Начавшаяся почти сразу после этого слаженная работа многих групп ученых на разных телескопах позволила с большой вероятностью установить источник этого нейтрино. Им оказался блазар TXS 0506+056, удаленный от нас на 3,8 млрд световых лет. Так что вполне возможно, что это первое нейтрино, про которое известно, что оно прилетело из далекого космоса.

В науке нередко происходят события, которые становятся отправной точкой для ее дальнейшего развития на годы и даже десятилетия вперед. Иногда их даже можно датировать с высокой точностью. В астрономии и астрофизике последнее из таких событий имело место 22 сентября 2017 года в 20 часов 54 минуты 30,43 секунды по Всемирному координированному времени. В этот момент (или миг) продолжительностью в 3 микросекунды оптические сенсоры нейтринной обсерватории IceCube, расположенной на Южном полюcе, зарегистрировали черенковское излучение, вызванное заряженным мюоном, пролетевшим с околосветовой скоростью сквозь кубический километр сверхчистого реликтового льда, образующий активную зону детектора. Обсерватория IceCube предназначена для регистрации космических нейтрино с очень высокими энергиями, способных породить вторичные релятивистские частицы (подробнее об этой обсерватории и ее работе см. новость IceCube окончательно доказал реальность астрофизических нейтрино, «Элементы», 27.05.2014). То, что в данном случае этой частицей оказался мюон, свидетельствует, что внутри детектора закончило жизнь пришедшее из космоса мюонное нейтрино.

Это было всего лишь началом. Компьютерный анализ выявил, что во время пролета выделилась огромная энергия — (23,7 ± 2,8) тераэлектронвольта (ТэВ, один тераэлектронвольт — это 1012 эВ). В соответствии с действующим с 2016 года протоколом уже через 43 секунды обсерватории всего мира получили автоматическое оповещение об этом событии. Среди адресатов была и созданная НАСА система Gamma-ray Coordinates Network (GSN), которая распространяет информацию об открытых и потенциальных источниках космического гамма-излучения. Тогда же, и тоже автоматически, запустились программы реконструкции деталей этого события, и, в частности, уточнения направления вектора скорости первичного нейтрино. Четыре часа спустя была сделана коррекция в 0,14 градуса, которая позволила с большей достоверностью выделить участок небесной сферы в созвездии Ориона, откуда прилетела эта частица. Эта информация была также направлена GSN и прочим адресатам. Зарегистрированное событие получило обозначение IceCube-170922A. Позже участники исследовательской группы IceCube Collaboration пришли к заключению, что наиболее вероятная энергия первичного нейтрино составляла 290 ТэВ, а нижний предел этой энергии на уровне значимости 90% равнялся 183 ТэВ. Так что, при любой оценке, это была одиночная частица гигантской энергии.

Изображение
Рис. 2. Положение блазара TXS 0506+056 (показан голубой меткой) в созвездии Ориона. Изображение с сайта icecube.wisc.edu

После этого к делу приступили научные команды, целью которых был поиск высокоэнергетических частиц космического происхождения. Первая удача досталась ученым, работавшим на обзорном телескопе (Large Area Telescope), установленном на американском Космическом гамма-телескопе имени Ферми (Fermi Gamma-ray Space Telescope). Этот прибор регистрирует гамма-кванты с энергиями в диапазоне от 20 МэВ до 300 ГэВ и выше. 28 сентября коллаборация Fermi-LAT сообщила, что реконструированная космическая траектория нейтрино IceCube-170922A почти точно (с отклонением всего в одну десятую градуса) указывает на известный источник гамма-излучения, внесенный в каталоги как TXS 0506+056. Позднее это подтвердили и другие коллективы, работавшие на радиотелескопах, оптических телескопах и установках для регистрации рентгеновских лучей и гамма-квантов.

Все эти коллаборации пришли к общему заключению, что корреляция регистрации нейтрино с регистрацией повышенной активности источника TXS 0506+056 в разных диапазонах электромагнитного излучения статистически значима на уровне три сигмы (это означает, что вероятность случайного совпадения событий не превышает трех сотых долей процента). Однако в физике элементарных частиц, равно как и в релятивистской астрофизике, кандидатом в реальное открытие признают результат со статистической значимостью не менее пяти сигм (в этом случае такая вероятность не превышает 1/3500000). Поэтому TXS 0506+056 пока еще рано считать официальной родиной нейтрино IceCube-170922A. Тем не менее, члены коллаборации (включающей около тысячи участников!) сочли необходимым опубликовать полученные результаты в статье, которая появилась в журнале Science 13 июля 2018 года. На этом описание события IceCube-170922A можно закончить и приступить к интерпретации и обсуждению его последствий. Имеет смысл рассмотреть эти вещи как в собственно научном, так и в социальном планах.

Изображение
Рис. 3. Схема регистрации события IceCube-170922A детекторами IceCube. Красная стрелка указывает наиболее вероятный трек мюона, появившегося в результате взаимодействия высокоэнегричного нейтрино с ядром какого-то из атомов льда и вызвавшего черенковское излучение во льду, которое и было зарегистрировано фотоумножителями. Шариками показаны сами фотоумножители. Их размер соответствует логарифму от количества уловленного света, а цветом показано время от начала события до попадания света на детектор. Все событие длилось около 3000 нс. На врезке показана та же схема сверху. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

Начнем с науки, вернее, с астрофизики. Пока не доказано обратное, посчитаем, что обнаруженная 22 сентября частица действительно была порождена в физических процессах, связанных с активностью TXS 0506+056 (естественно, с учетом всех положенных предупреждений о недостаточной статистической значимости такого допущения). Отсюда сразу следует важнейший вывод: эта частица оказалась первым космическим нейтрино, происхождение которого выяснили в течение последних тридцати лет.

Здесь требуется уточнение. Бомбардирующие Землю космические лучи в основном состоят из протонов и ядер гелия. Самые энергичные из этих частиц запускают в земной атмосфере цепочки ядерных реакций, некоторые из которых приводят к рождению нейтрино (см. статью Космические дожди). Также существует диффузный фон истинно космических нейтрино, приходящих из разных точек небесной сферы, происхождение которых не установлено. Некоторые из них даже превосходят по энергии IceCube-170922A. Так, в 2013 году IceCube отловила два нейтрино с энергиями не менее, а скорее всего и более петаэлектронвольта (1015 эВ).

До сих пор в космическом пространстве были идентифицированы всего два нейтринных источника. Во-первых, это Солнце, а точнее — его ядро, где нейтрино рождаются в реакциях термоядерного синтеза. Впервые их детектировали в 1968 году на установке, размещенной в золотодобывающей шахте в штате Южная Дакота на глубине полутора километров (этими экспериментами руководили американские физики Рэймонд Дэвис (Raymond Davis Jr.) и Джон Бакалл (John Bahcall)). По большей части они имели энергию 400 КэВ, хотя энергия некоторых частиц достигала 16 МэВ.

Вторым удостоверенным источником стала удаленная от Солнца на 168 тысяч световых лет сверхновая SN 1987A, вспыхнувшая в Большом Магеллановом облаке. Ее предком был голубой сверхгигант с массой в 15 солнечных. После его коллапса образовалось нейтронное ядро, о чем ясно свидетельствует дошедший до Земли нейтринный сигнал. Первые фотоны, порожденные этим взрывом, достигли нашей планеты 23 февраля 1987 года. Уже на следующий день ученые разных стран приступили к поиску релевантных нейтринных событий. Согласно теоретическим моделям, в ходе взрыва в течение нескольких секунд в пространство ушло 1058 электронных нейтрино, вернее, антинейтрино. Они родились в процессах слияния протонов и электронов, приводящих к образованию нейтронов. Три нейтринные обсерватории, в том числе и Баксанская в СССР, зарегистрировали в общей сложности 25 частиц с энергиями от 7,5 до 35 МэВ. Энергия отловленной 22 сентября частицы составляла сотни ТэВ, и к тому же это было не электронное, а мюонное нейтрино. Это позволяет предположить, что оно родилось под воздействием иного механизма.

Кто же предполагаемый родитель этого мюонного нейтрино? Космический объект TXS 0506+056 обнаружили и внесли в каталоги за несколько лет до детектирования этой частицы, однако поначалу он не привлекал особого внимания. После того, как появились подозрения, что он может оказаться источником этой частицы, астрономы измерили его красное смещение (S. Paiano et al., 2018. The redshift of the BL Lac object TXS 0506+056). Оно оказалось довольно большим — 0,3365. Это означает, что TXS 0506+056 находится в 3,8 миллиардах световых лет от нашей Галактики.

Природа TXS 0506+056 уже выяснена — это гигантская эллиптическая галактика, в ядре которой находится сверхмассивная вращающаяся черная дыра, которая окружена очень горячим плазменным диском. Плазма крутится вокруг дыры и по спиралям стягивается к ее горизонту (этот процесс называется аккрецией). Вследствие магнитогидродинамических эффектов в аккрецирующем веществе из обеих полярных областей дыры вырываются мощные плазменные струи, которые движутся почти со скоростью света — релятивистскими джетами. Черная дыра работает как космический генератор, превращающий гравитационную энергию аккрецирующей плазмы и энергию собственного вращения в кинетическую энергию джетов.

Таким образом, TXS 0506+056 — квазар, но квазар особенный. Один из его джетов почти точно направлен на нашу Галактику (а второй, естественно, — в противоположную сторону). Активные галактические ядра с такими джетами называют блазарами. То есть блазар — это квазар, чье излучение направлено приблизительно вдоль прямой, соединяющей его с Млечным Путем. Из-за усиления светимости (см. Relativistic beaming), вызванного релятивистским эффектом Допплера, блазары выглядят много ярче квазаров такой же мощности, джеты которых направлены не к нашей области космоса. Типичные блазары порождают электромагнитное излучение очень широкого диапазона частот — от радиоволн до гамма-квантов. Его интенсивность постоянно меняется на временных масштабах от минут до лет.

Но при чем здесь свежеобнаруженное нейтрино? Дело в том, что джеты обычно состоят из ядер водорода (протонов) и ядер более массивных элементов, которые вблизи дыры рассеиваются на фотонах и прочих частицах. Такие столкновения приводят к ядерным реакциям, в результате которых возникают как заряженные, так и нейтральные пионы. Нейтральные пионы дают начало парам гамма-квантов. Каждый заряженный пион, в свою очередь, распадается на мюон такого же знака и мюонное нейтрино или антинейтрино (есть и иные каналы распада, но их вероятность совсем невелика). Мюоны тоже распадаются, причем практически всегда на электрон или позитрон (в зависимости от знака) и пару нейтрино, мюонное и электронное. В сумме эти процессы порождают нейтрино, причем двух разных типов (или, как говорят физики, поколений) — электронные и мюонные.

Таков предполагаемый механизм рождения нейтрино в окрестностях блазаров. В теории он давно известен, однако первое эмпирическое подтверждение он получил лишь в прошлом сентябре благодаря событию IceCube-170922A. Хотя детектирование одного единственного нейтрино не позволяет доказать и детализировать существующие модели рождения нейтрино в релятивистских джетах, кое-какие уточнения оно допускает. Измеренная энергия нейтрино дает основания считать, что джеты блазаров содержат протоны и другие ядра с энергиями от нескольких петаэлектронвольт (ПэВ) до нескольких десятков ПэВ. Если это подтвердится, то такие джеты придется признать источниками самых быстрых заряженных частиц, путешествующих по нынешней Вселенной.

Вопрос об источниках таких частиц открыт до сих пор. Энергия космических протонов, долетающих до нашей планеты, варьирует от 108 до 1020 эВ. Считается, что почти все они (за исключением весьма редких частиц у верхней границы этого интервала) разгоняются ударными волнами, сопутствующими взрывам сверхновых в нашей Галактике. Такой взрыв выбрасывает в пространство вещество внешней оболочки гибнущей звезды со скоростью порядка десяти процентов от световой. Поскольку эта скорость много больше скорости звука в межзвездной среде, возникают ударные волны и, как следствие, хаотические магнитные поля. Протоны вынуждены совершать можество скачков между фронтами ударных волн и еще не сжатым веществом межзвездной среды. При каждом скачке протон увеличивает свою кинетическую энергию — естественно, за счет энергии ударной волны. Тем же манером ускоряется упругий шарик, прыгающий между сближающимися стенками.

Протоны, которые совершили максимальное число переходов, набирают наибольшую энергию, но остаются в численном меньшинстве. Поэтому взрыв сверхновой в изобилии выбрасывает в космос ядра водорода с энергией до 1012 эВ, но генерирует много меньше частиц с более высокими энергиями.

Этим механизмом хорошо объясняется ускорение протонов и составных ядер до энергии порядка 1016 эВ (то есть, десяти ПэВ). Не исключено, что взрывы наиболее массивных коллапсирующих звезд способны разогнать протоны вплоть до 1018 эВ, но никак не больше. В пределах Млечного Пути пока не найдены возможные источники протонов с более высокими энергиями, которые почти наверняка приходят из других галактик.

Взрывы сверхновых также порождают сверхбыстрые электроны и позитроны, но эти частицы легко тормозятся и рассеиваются в межзвездной среде и в большинстве своем не достигают Земли (а позитроны еще и аннигилируют). Поэтому их доля в первичных космических лучах мала, да и энергии не слишком велики.

Полвека назад американские физики зарегистрировали в атмосфере космический ливень, порожденный частицей с энергией 100 ЭэВ (эксаэлектронвольт, 1018 эВ). С тех пор удалось наблюдать лишь десятки событий подобного масштаба. Последний рекорд был установлен 15 октября 1991 года, когда детектор Fly's Eye в штате Юта обнаружил потомков исчезнувшей в атмосфере частицы с энергией 320 ЭэВ, или 51 джоуль (см. Глаз мухи и космические лучи). Теннисный мяч с такой кинетической энергией летит со скоростью в 160 км/час.

Источники частиц с такими запредельными энергиями пока не известны; даже нет полной уверенности, что все они являются протонами или иными барионами. По самой распространенной версии, они возникают в активных ядрах галактик и, в частности, в релятивистских джетах блазаров. Регистрация нейтрино IceCube-170922A хорошо работает на эту модель. Однако, справедливости ради, следует отметить, что есть и другие объяснения, связывающие такие частицы с гамма-всплесками, с аккреционными процессами около сильно намагниченных нейтронных звезд, со слиянием черных дыр и даже с распадом гипотетических массивных частиц темной материи и дезинтеграцией еще более гипотетических топологических дефектов пространства, унаследованных от эпохи Большого Взрыва.

В решении этой задачи может помочь нейтринная астрономия. Дело в том, что независимо от пути возникновения протонов с энергиями в сотни ЭэВ, их источники не особенно далеки от нашей Галактики. Во время путешествия через космос эти ультрарелятивистские частицы взаимодействуют с квантами микроволнового реликтового излучения, плотность которых составляет около 400 фотонов на кубический сантиметр. В результате возникают цепочки ядерных реакций, которые порождают протоны значительно меньших энергий. Из-за этого на дистанциях свыше 50 мегаперсек (160 миллионов световых лет) от источника уже не остается протонов с энергией выше 50 ЭэВ. В 1966 году этот эффект предсказали профессор Корнеллского университета Кеннет Грайзен (Kenneth Greisen) и сотрудники ФИАНа Георгий Зацепин и Вадим Кузьмин. На космологических дистанциях потери сверхэнергичных частиц практически абсолютны. Нейтрино, напротив, не несут электрических зарядов и потому не рассеиваются фотонами; кроме того, они очень слабо взаимодействуют с межгалактическим барионным веществом. Поэтому нейтрино могут преодолевать дистанции в миллиарды световых лет, что, скорее всего, и произошло с частицей, которую в прошлом году засек детектор IceCube. Так что сверхбыстрые нейтрино переносят на огромные расстояния не только энергию, но и (конечно, косвенно) информацию о деталях своего рождения.

Напоследок несколько слов о социальных аспектах открытия. В последнее десятилетие в литературе по астрономии и астрофизике нередко появляется словосочетание “multimessenger astronomy” — «многоканальная астрономия». Мне удалось отловить (возможно) первое его появление в статье десятилетней давности (K. Murase et al., 2008. High-energy cosmic-ray nuclei from high- and low-luminosity gamma-ray bursts and implications for multimessenger astronomy), хотя не исключено, что оно содержалось и в более ранних публикациях.

Что означает этот неологизм? В нем зафиксирован переход астрономии (и, естественно, астрофизики) к комплексной (и практически одновременной) аппаратной и теоретической обработке сигналов о космических событиях, порожденных приходящими по множеству каналов различными физическими процессами. Такие каналы — радиоволны, микроволновое излучение, инфракрасные и световые фотоны, потоки рентгеновских квантов, импульсы гравитационных волн и даже одиночные нейтрино высоких энергий, принято называть мессенджерами.

Становление (буквально на наших глазах!) многоканальной астрономии уже привело к изменениям социальной структуры науки о Космосе. Оно стимулировало формирование новых крупных исследовательских коллабораций и облегчило оперативное сотрудничество между самыми разными научными центрами. У новой астрономии есть собственная организационная структура в лице AMON (Astrophysical Multimessenger Observatory Network), которая работает под эгидой Пенсильванского университета с 2012 года. AMON ставит своей целью обеспечение быстрым оперативным обменом информацией, полученной через различные каналы. Почти мгновенный запуск кооперативных исследований в глобальном масштабе сразу после появления сведений о частице IceCube-170922A как раз и осуществили с помощью этой сети. В общем, лед тронулся, господа присяжные заседатели!

Источники:
1) The IceCube Collaboration, Fermi-LAT, MAGIC, AGILE, ASAS-SN, HAWC, H.E.S.S., INTEGRAL, Kanata, Kiso, Kapteyn, Liverpool Telescope, Subaru, Swift/NuSTAR, VERITAS, VLA/17B-403 teams. Multimessenger observations of a flaring blazar coincident with high-energy neutrino IceCube-170922A // Science. 2018. DOI: 10.1126/science.aat1378.
2) Daniel Clery. Ice reveals a messenger from a blazing galaxy // Science. 2018. DOI: 10.1126/science.361.6398.115.

Алексей Левин
http://elementy.ru/n...vannogo_IceCube

#1207 alexandrion12

    Активный участник

  • Пользователи
  • PipPipPipPipPip
  • 8 625 сообщений

Отправлено Вчера, 09:42

Астрономы находят «двойника» известной экзопланеты

Изображение

Астрономы получили изображение внесолнечной планеты, которая выглядит почти в точности как одна хорошо изученная планета класса газовых гигантов. Однако этот «доппельгангер» отличается в одном важном аспекте – происхождении.

«Мы обнаружили газовый гигант, который является почти «близнецом» прежде известной планеты, однако, вероятно, эти два объекта формировались по различным механизмам», - сказал Трент Дюпюи (Trent Dupuy), астроном из обсерватории Джемини, Гавайи, и главный автор нового исследования.

В этом исследовании Дюпюи и его команда впервые нашли настоящего планетного «двойника». Первая из пары этих «одинаковых» планет известна ученым уже давно – она носит название Бета Живописца b, представляет собой газовый гигант массой примерно 13 масс Юпитера и была открыта методом прямых наблюдений в 2009 г. Новый же «объект-близнец» получил название 2MASS 0249 c, он имеет такие же массу, яркость и спектр, что и Бета Живописца b.

После открытия этого нового объекта при помощи телескопа Канада-Франция-Гавайи Дюпюи и его коллеги определили, что планеты 2MASS 0249 c и Бета Живописца b сформировались в одной и той же «звездной колыбели». Однако после формирования эти планеты продолжили свой «жизненный путь» в резко различающиеся условиях: в то время как родительская звезда планеты Бета Живописца b примерно в 10 раз ярче Солнца, планета 2MASS 0249 c обращается вокруг пары очень тусклых коричневых карликов, причем находится от них на очень большом расстоянии (2000 а.е.). Более того, Дюпюи и его команда считают, что даже механизмы формирования двух планет существенно различаются – в то время как планета Бета Живописца b формировалась из материала диска родительской звезды, так же как и большинство других газовых гигантов, планета 2MASS 0249 c, вероятно, формировалась непосредственно из газового облака, как звезда, и, скорее всего, представляет собой коричневый карлик очень небольшой массы – и это в очередной раз демонстрирует условность границы между субзвездными и планетными объектами, отмечают авторы.

Исследование принято к публикации в журнале Astronomical Journal.
http://www.astronews...news&news=11074







Наземный телескоп впервые получил сверхчеткие фотографии Нептуна

Изображение
Сверхчеткая фотография Нептуна, полученная телескопом VLT
© Фото : ESO/P. Weilbacher (AIP)

МОСКВА, 18 июл – РИА Новости. Обсерватория VLT получила сверхчеткие фотографии Нептуна, не уступающие по качеству снимкам с "Хаббла", используя искусственные "лазерные" звезды. Эти изображения и научные данные были опубликованы на сайте Европейской южной обсерватории.

"Хаббл" и многие другие орбитальные телескопы имеют достаточно скромные размеры по меркам наземных обсерваторий, однако они могут получать намного более четкие изображения далеких планет, галактик и звезд.

Причина этого очень простая – даже самый чистый и разреженный воздух гор, где построены крупнейшие оптические телескопы мира, содержит в себе массу пыли, микробов и других частиц, рассеивающих свет.

Долгое время ученые считали, что эти помехи невозможно уничтожить, из-за чего постройка больших телескопов с зеркалом, чей диаметр составляет несколько десятков метров, считалась абсолютно пустой тратой денег.

На рубеже веков физики обнаружили, что эту проблему можно решить, наблюдая не за настоящими, а фиктивными звездами на ночном небе, которые "рисуются" на нем при помощи лучей лазера с четко заданной длиной волны и другими свойствами.

Такие лазеры, как объясняет научная команда телескопа VLT, взаимодействуют с определенными атомами в верхних слоях атмосферы Земли и заставляют их светиться что делает их похожими на звезды. Наблюдая за ними при помощи тех же телескопов, можно записать "чистый шум", порождаемый атмосферой, и удалить его из данных реальных наблюдений.

Первые приборы такого рода начали использоваться на практике значительно позже, в середине прошлого десятилетия. Только два года назад VLT получил подобную лазерную "пушку", и сейчас ученые завершили ее полноценную настройку и корректировку на последнем из четырех модулей телескопа.

Ее работу астрономы проверили, получив новые сверхчеткие фотографии Нептуна – планеты, удаленной от нас на 4,3 миллиарда километров. Ее облик оставался загадкой для ученых до того, как с ней сблизился зонд "Вояджер-2" в 1989 году, и до запуска "Хаббла" в 1992 году, которому удалось открыть почти невидимые кольца Нептуна.

Эти фотографии, как признают исследователи, вряд ли раскроют какие-то новые тайны восьмой планеты Солнечной системы. С другой стороны, они говорят о том, что лазерные "звезды" справляются с возложенной на них задачей, и что теперь VLT можно использовать для детальных наблюдений за химическим составом и другими свойствами ближайших к нам экзопланет.
https://ria.ru/scien...1524878889.html







Зафиксировано приливное разрушение звезды черной дырой и последующее образование джета

Изображение
Рис. 1. Сливающиеся галактики Arp 299 в оптическом диапазоне (фото сделано космическим телескопом «Хаббл»). Справа — ядро А, слева — ядро В. Изображение с сайта en.wikipedia.org

За почти 12 лет наблюдений за сливающимися галактиками, находящимися в 146 миллионах световых лет от нас, международная команда астрофизиков смогла в деталях изучить процесс разрушения обычной звезды приливными силами сверхмассивной черной дыры. При этом удалось впервые напрямую наблюдать формирование релятивистского джета. Полное количество выделившейся энергии было гигантским — за время наблюдений система потеряла в виде электромагнитного излучения больше, чем Солнце за всю его жизнь.

Arp 299 — это пара неправильных галактик на расстоянии в 146 млн световых лет (45 мегапарсек) от нас, которые на протяжении вот уже около 750 миллионов лет переживают процесс слияния или, если угодно, столкновения. Две галактики этой системы принято обозначать Arp 299-A и Arp 299-B (рис. 1), причем во второй выделяют два ядра: B1 и B2 (см. рис. 5).

Слияние двух галактик не только приносит в каждую из них дополнительные объемы свободного межзвездного газа, но и приводит к возникновению ударных волн в этом газе. А они, в свою очередь, стимулируют образование новых звезд. Таким образом, суммарный темп звездообразования в сливающихся галактиках существенно возрастает и для системы Arp 299 он оценивается в 100–150 новых звезд в год (в 100 раз больше, чем в Млечном Пути). При этом чаще всего звезды в таких системах образуются в их центральных (а значит — более плотных) областях.

Ядра Arp 299, по-видимому, содержат сверхмассивные черные дыры (СМЧД) — как и положено центральным областям галактик вообще. В области B1 такая черная дыра уж точно есть, так как там уже давно было обнаружено наличие так называемого активного галактического ядра (АЯГ или AGN — Active Galactic Nucleus) — компактной области, в которой межзвездное вещество, образуя плотный аккреционный диск, обильно падает на сверхмассивную черную дыру, вызывая вспышки излучения, выбросы, образование джетов и другие яркие события. И еще мы знаем, что активное ядро в области B1 скрыто от нас за довольно толстым слоем пыли, которая прозрачна только в жестком рентгеновском диапазоне, поглощая все остальное излучение.

Изображение
Рис. 2. Художественное изображение приливного разрушения звезды сверхмассивной черной дырой. Изображение с сайта nasa.gov

Именно в этой области 30 января 2005 года в наблюдениях на 4-метровом телескопе имени В. Гершеля (William Herschel Telescope), расположенном на Канарских островах, был обнаружен транзиентный (то есть быстро вспыхнувший, см. Transient astronomical event) источник инфракрасного излучения. Впоследствии, в течение более 5 лет, его яркость постепенно нарастала, а затем начала спадать (рис. 3). Через 10 лет после события источник был еще виден. За столь долгое время наблюдатели смогли его внимательно изучить в разных диапазонах — от радио- до рентгеновского, используя десяток телескопов, включая данные космических обсерваторий «Хаббл» и «Спитцер».

Изображение
Рис. 3. Развитие инфракрасной светимости транзиента Arp 299-B AT1 за 11 лет наблюдений. По горизонтальной оси отложено время в сутках от момента обнаружения объекта. По левой вертикальной оси — светимость в единицах 1043 эрг/сек (для сравнения, светимость Солнца составляет 4,8×1033 эрг/сек) и соответствующий график показан синим цветом. По правой вертикальной оси — полная излученная энергия, график нарастания которой показан красным. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

То, что мы смогли наблюдать этот транзиент в таком широком диапазоне длин волн уже говорит о том, что его источник находится не в самом центре активного галактического ядра (скрытого от нас толстым пылевым диском), а несколько отдален от него. Но какова природа этого источника? В чем физическая причина вспышки?

Версии могут быть такие: либо сверхмассивная черная дыра в Arp 299-B1 тут ни при чем и тогда вспышка, скорее всего, является взрывом сверхновой, либо это событие связано с СМЧД и тогда опять возникают две возможности: вспышка — это проявление активности галактического ядра (например, поток частиц, выброшенный черной дырой в виде джета, подсветил материю над плоскостью пылевого диска), либо это результат приливного разрушения обычной звезды, пролетевшей слишком близко от СМЧД (см. Tidal disruption event).

Для последнего сценария неважно, активно ли ядро или нет — достаточно просто сверхмассивной черной дыры. Интересен этот вариант не только тем, что позволяет «прощупать» сильное гравитационное поле черной дыры, но и тем, что появляется возможность изучить процесс аккреции вещества на релятивистский объект «с самого начала», поскольку существенная часть вещества звезды благополучно падает в СМЧД. Такие события довольно редки (их зарегистрировано не более сотни), а указание на образование джета удавалось обнаружить лишь в единичных случаях.

Наблюдая за Arp 200-B AT1 (такое обозначение получил обсуждаемый транзиент) в радиодиапазоне, исследователи со временем исключили гипотезы о том, что это вспышка сверхновой или проявление АЯГ: наблюдаемый источник показывал расширение со слишком большой скоростью, излучил слишком много энергии (примерно 1052 эрг, для чего Солнцу потребовалось бы 80 миллиардов лет) и с ним оказалась связана структура, очень похожая на джет и наблюдаемая в радиодиапазоне.

Джеты — узкие, релятивистские выбросы вещества, взаимодействующего с черной дырой и окружающим ее магнитным полем, — образуются в ходе аккреции вещества на этот компактный объект. Активные галактические ядра образуют джеты, которые направлены перпендикулярно плоскости аккреционного диска. В случае активного ядра в Arp 299-B1 мы видим этот диск (точнее — окружающий его пылевой тор) почти с ребра. Значит, джет, связанный с АЯГ, должен быть направлен перпендикулярно этому тору.

Но в реальных наблюдениях оказалось, что выброс от Arp 299-B AT1 отклонен от этой прямой на угол 25–35 градусов и, значит, вызван другим механизмом. И наши теоретические знания не оставляют других вариантов кроме как сказать, что это было приливное разрушение звезды. Хотя здесь стоит отметить, что направление джета при аккреции на СМЧД определяется в основном самой черной дырой, а именно — «осью ее вращения». Кавычки из-за того, что корректнее говорить о направлении углового момента черной дыры — величины, которую необходимо привлекать для полного и корректного описания орбит пробных тел вблизи ее горизонта событий. Так вот, такое направление в рассматриваемой системе единственное. А отклонение джета, связанного с приливным разрушением, вероятно, было вызвано его взаимодействием с окружающей межзвездной средой (рис. 4) и/или большим удельным угловым моментом разрушенной звезды.

Изображение
Рис. 4. Схема приливного разрушения звезды в центре Arp 299-B и излучения от него. Обозначения: BH — сверхмассивная черная дыра; POLAR DUST — пылевое вещество над полюсами СМЧД; TORUS — пылевой тор, загораживающий АЯГ от наблюдателя на Земле; JET — отклоненный джет; SHOCK — ударная волна, излучающая в радиодиапазоне и движение которой в пространстве мы можем наблюдать (см. рис. 5); RADIO — радиоизлучение; IR — инфракрасное излучение; VLBI — радиоинтерферометр со сверхдлинной базой; SPITZER — космическая инфракрасная обсерватория «Спитцер». Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

Из-за большой плотности звезд в Arp 299 B1 вероятность близкого пролета обычной звезды около горизонта событий СМЧД с последующим разрушением довольно велика. Вообще, разрушение меньшего (менее массивного) тела приливным взаимодействием большего — типичная для космоса ситуация. Кольца Сатурна, например, возникли как раз таким образом. (Хотя, если говорить более строго, рядом с Сатурном, скорее всего, ничего не разрушалось — там просто ничего крупного не смогло образоваться.) Самый простой способ понять приливное взаимодействие — вспомнить, что сила тяготения (классическая) убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от гравитирующего тела. Поэтому сила, действующая на ближайшую к массивному телу сторону его спутника, будет больше, чем сила, действующая на его дальнюю часть. Эта разница в силах, будучи достаточно большой, способна разорвать спутник.

Для каждой пары массивного тела и «падающего» на него спутника есть минимальное расстояние, на котором самогравитации на поверхности спутника (удерживающая его вещество как единое целое) все еще больше силы тяготения со стороны массивного тела. Это расстояние называется пределом Роша. Если спутник не просто падает на тело, а движется вокруг него по криволинейной траектории (а то и вращается сам), то суммарная сила тяготения для спутника может еще дополнительно компенсироваться центробежной силой.

В Arp 299 B1 звезда с массой от 2 до 6 масс Солнца вполне могла оказаться слишком близко к СМЧД и вызвать цепочку событий, которая и наблюдалась как Arp 299-B AT1. Часть материи звезды при этом поглотилось черной дырой, часть была выброшена в космос из-за эффекта пращи, а часть была выброшена в виде пары сравнительно узких, разреженных но очень быстрых (десятки процентов от скорости света) струй — джетов. Кстати, для наблюдений нам доступен только один из них (рис. 5), так как второй скрыт за плотным пылевым диском.

Изображение
Рис. 5. Изображение пары сливающихся галактик Arp 299 в оптическом диапазоне (данные телескопа «Хаббл»). Транзиент Arp 299-B AT1 вспыхнул в западной компоненте этой пары. B и С — инфракрасные изображения (на длине волны 2,2 микрона) центральной части компоненты B, видны два ярких ядра — B1 и B2. Изображение B было получено за 8 лет до транзиента (в 1997 году) и на нем видно, что яркость ядра B1 существенно ниже, чем в 2007 году (фото С) — через два года после начала вспышки. D — контуры радиоизображений самой центральной части Arp 299 B1, полученные в течение 10 лет (показаны последовательно красным, желтым, синим и зеленым) после вспышки. По осям отложено смещение положения радиоисточника на небе — по прямому восхождению (горизонтальная ось) и склонению (вертикальная ось), в миллисекундах дуги. Такая картина переменного радиоисточника соответствует развитию быстрого, узкого джета. Точнее — это и есть изображение джета, только в радиодиапазоне. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

Авторы обсуждаемой статьи проделали довольно большую работу по моделированию транзиента в рамках теории о приливном разрушении с учетом всей известной информации о той области, в которой это событие произошло. И им удалось воспроизвести это событие удалось в рамках довольно сложной модели. Это, пожалуй, главное достижение всей многолетней работы, ибо таких подробных и долгих наблюдений столь яркого во всех смыслах приливного взаимодействия раньше не было и проверять весь корпус моделей (от звездообразования в сливающихся галактиках до поглощения пылью рядом с СМЧД) в единой связке было не на чем. Во всяком случае, эта проверка стала одной из лучших.

Источник: S. Mattila et al. A dust-enshrouded tidal disruption event with a resolved radio jet in a galaxy merger // Science. 2018. DOI: 10.1126/science.aao4669.

Антон Бирюков
http://elementy.ru/n...azovanie_dzheta

#1208 alexandrion12

    Активный участник

  • Пользователи
  • PipPipPipPipPip
  • 8 625 сообщений

Отправлено Сегодня, 08:38

Рентгеновские данные указывают на поглощение экзопланеты звездой

Изображение

В течение примерно 100 лет ученые задаются вопросом о причинах переменности молодых звезд, наблюдаемых в направлении созвездия Тельца-Возничего, на расстоянии примерно 450 световых лет от Земли. Одна звезда привлекла особое внимание астрономов. Каждые несколько десятилетий яркость этой звезды заметно снижается, чтобы затем вновь вернуться к прежним значениям.

В новом исследовании группа астрономов под руководством Ганса Морица Гюнтера (Hans Moritz Guenther) из Института астрофизики и исследований космоса Кавли Массачусетского технологического института, США, наблюдала эту молодую звезду под названием RW Aur A при помощи рентгеновской космической обсерватории НАСА Chandra («Чандра»). В результате анализа полученных наблюдательных данных команда смогла установить, что в рентгеновском спектре звезды присутствуют линии, указывающие на значительные количества железа. Согласно команде, аномально высокое содержание железа может объясняться двумя возможными источниками: особыми «ловушками» в структуре околозвездного диска или столкновением двух планетных тел, в результате которого образуется облако осколков, падающих на звезду. Эти же осколки во второй версии объясняют снижения яркости звезды. Команда Гюнтера больше склоняется ко второму сценарию, однако отмечает, что для однозначного установления причин аномально высокого содержания железа в веществе звезды RW Aur A требуются дополнительные наблюдения. Ученые планируют провести дополнительные наблюдения системы RW Aur A примерно через один год, чтобы оценить по остаточному содержанию железа, насколько большой масштаб имело событие, приведшее к временному повышению этого содержания.

Исследование опубликовано в журнале Astronomical Journal.
http://www.astronews...news&news=11076







Марсианская атмосфера ведет себя как единое целое

Изображение

В новом исследовании, опирающемся на данные, собранные при помощи космического аппарата НАСА Mars Express («Марс Экспресс») в течение 10 последних лет, обнаружены явные признаки того, что сложная марсианская атмосфера ведет себя как единая, взаимосвязанная система – и это проявляется в том, что процессы, протекающие в атмосфере на низких и средних высотах, оказывают большое влияние на процессы, протекающие в более высоко расположенных слоях атмосферы.

Понимание механизмов работы марсианской атмосферы - как в настоящее время, так и в прошлом - является одной из ключевых целей, стоящих перед планетологией. Атмосфера Марса постоянно утекает в космос, и эта потеря атмосферы является важным фактором, определяющим возможную обитаемость планеты в прошлом, настоящем и будущем. В течение многих лет Красная планета потеряла большую часть своей некогда более плотной и влажной атмосферы и превратилась в ту безжизненную, холодную пустыню, какой мы ее видим сегодня.

В новой научной работе исследователи во главе с Беатрис Санчес-Кано (Beatriz Sánchez-Cano) из Университета Лестера, Соединенное Королевство, изучили данные по ионосфере Красной планеты, собранные при помощи зонда Mars Express, и обнаружили аномальное повышение количества заряженных частиц в верхних слоях атмосферы планеты в период весны в северном полушарии планеты. В этот период происходит интенсивная сублимация льдов северной полярной шапки Марса в нижние слои атмосферы планеты, поэтому изменения в верхних слоях атмосферы, очевидно, могут быть связаны с изменениями в нижних слоях, делают вывод ученые.

Исследование опубликовано в журнале Journal of Geophysical Research: Planets.
http://www.astronews...news&news=11077






Великолепие звездного скопления RCW 38

Новое изображение, опубликованное учеными из Европейской Южной обсерватории (ESO), показывает великолепие молодого звездного скопления RCW 38.

Изображение
Звездное скопление RCW 38. Фото ESO/K. Muzic

Представленное выше изображение было получено в результате тестирования инфракрасной камеры HAWK-I, установленной на четвертом телескопе «Очень Большого Телескопа» и новой системы адаптивной оптики GRAAL. Благодаря такому сочетанию звездное скопление RCW 38 предстаёт перед нами в мельчайших деталях – четкими темными волокнами пыли, вьющихся на фоне яркого ядра скопления молодых горячих звезд.

Zooming into RCW 38
https://youtu.be/Ocnv8hPm2vE

Отметим, что довольное плотное звездное скопление RCW 38 находится приблизительно в 5500 световых лет от Земли в созвездии Паруса (Vela). Как скопление Туманности Орион, RCW 38 является "вложенным скоплением”, в нем облако пыли и газа все еще окутывает звезды. Соответственно, вложенные кластеры предоставляют ученым настоящую лабораторию, чтобы исследовать механизмы звездообразного и планетарного формирования.
https://kosmos-x.net...2018-07-19-5373





Количество пользователей, читающих эту тему: 3

0 пользователей, 3 гостей, 0 анонимных