Почему сверхмассивные черные дыры растут так быстро?
Когда ученые выяснили, что в центре практически каждой крупной галактики находится сверхмассивная черная деры, они сразу же столкнулись с загадкой, которую долго не могли разрешить. Ученые узнали, что сверхмассивные черные дыры первых галактик Вселенной набирали массу почти сразу же, то есть будучи в десять раз моложе, чем сегодня, они уже "растолстели" до миллиардов, а порой и триллионов солнечных масс. Это не согласовывалось с наблюдениями.
Как и сейчас, так и в те времена основным "блюдом" черных дыр являлся "коктейль" из межзвездных газа и пыли, а звезды, планеты и крупные астероиды были для них не более, чем редким деликатесом. Газопылевые облака, притягиваемые гравитацией черной дыры, оказываются внутри не сразу: сначала они начинают вращаться вокруг, образуя пылающий диск и только потом постепенно попадают внутрь. Этот процесс не может обеспечить той скорости набора массы, которая была у первых супердыр.
Британские астрофизики из Университета Лейчестера утверждают, что разгадали эту головоломку.
"Нам нужен был более быстрый механизм набора массы, - говорит Крис Никсон, один из участников лейчестерской команды, - поэтому мы решили посмотреть, что произойдет, если газовые струи придут к черной дыре с различных направлений".
Компьютерное моделирование показало, что если к черной дыре одновременно подходят две струи, они образуют два разных диска, расположенных под углом друг к другу. Независимо друг от друга эти два диска будут существовать только короткое время, а потом столкнутся, после чего на черную дыру упадет сразу очень много материи.
Ученые сравнивают этот процесс с воображаемой трагедией в цирке на Стене смерти, по которой, как нам часто приходится видеть, нарезают круги сумасшедшие мотоциклисты. Если мотоциклисты столкнутся, они оба упадут. Точно так же два громадных плоских диска вокруг черной дыры, столкнувшись, теряют свою энергию вращения и падают. Благодаря этому эффекту скорость набора массы у черной дыры может возрасти до тысячи раз.
Начались первые работы по строительству самого большого телескопа Giant Magellan Telescope (GMT). В ближайшие месяцы вблизи обсерватории Лас-Кампанас, расположенной чилийских Андах, будут взорваны 85 тыс. куб. метров горной породы. Более 70 направленных взрывов расчистят площадку для гигантского телескопа GMT. На прошлой неделе в торжественной обстановке состоялся подрыв первого заряда.
Огромный оптический прибор сможет заглянуть во времена рождения первых звезд, галактик и черных дыр, а также изучить ближайшие к Солнечной системе звезды и экзопланеты.
GMT будет оснащен самым крупным на сегодняшний день зеркалом диаметром 24,5 м и дополнит два меньших 6,5-м телескопа обсерватории Лас-Кампанас. Составное зеркало GMT планируется собрать из семи 8,4-м сегментов весом около 20 тонн. Общий вес телескопа составит 126 тонн. Фокусное расстояние телескопа будет равно 18000 м, а площадь светособирающей поверхности – более 370 кв. метров.
«Зрение» GMT будет в 10 раз «острее», чем у космического телескопа Хаббл. После завершения строительства в 2020 году он станет самым крупным телескопом в истории астрономии и даст ученым непревзойденные возможности по изучению Вселенной. В частности, телескоп даст уникальные подробные сведения о свойствах черных дыр, образовании звезд, планет, а также позволит изучить ближайшие к нам экзопланеты на предмет возможной обитаемости. В нашей Солнечной системе GMT позволит тщательно исследовать пояс Койпера – группу объектов за орбитой Плутона, о которых сегодня известно совсем немного.
Рождение сверхновых: подозреваются два белых карлика?
Исследования сверхновых типа 1а, проведенные с помощью космических обсерваторий SWIFT и XRT, позволили ученым получить ответ на вопрос, при каких именно условиях происходят звездные взрывы.
Сверхновая типа 1а светит так ярко, что может на недели затмить собственную галактику, извергая потоки энергии в видимом световом диапазоне. Механизм взрыва, "рождающего" звезду, ученым понятен. Его инициатором становится "белый карлик", образующий пару с другой звездой. Белый карлик – это компактная звезда на исходе жизненного пути и уже исчерпавшая собственные источники термоядерной энергии, очень плотная. Вращаясь вокруг звезды-компаньона, он высасывает из нее вещество, и, набрав критическую массу, взрывается.
Неясным оставался лишь один вопрос – соседство с чем именно приводит к таком взрыву. Одни ученые предполагали, что соседом может стать любая обычная звезда. Другие уточняли, что это она должна быть как минимум как Солнце. Еще одна группа ученых считала, что партнером белого карлика должен быть только белый карлик - только в этом случае они не высасывают друг у друга материю, а сталкиваются, сближаясь по спирали.
Оказалось, что все эти варианты можно проверить. Большая звезда всегда притягивает к себе космические газ и пыль. Ударная волна от взрыва должна нагреть их и вызвать мощное гамма-излучение. Однако группа астрофизиков из Университета штата Мерилэнд, изучив записи гамма-телескопа XRT в отношении 53 сверхновых типа 1а, обнаружила, что никаких гамма-всплесков там не было. Таким образом, большинство крупных звезд в качестве компаньонов были и исключены. Но волна, ударив по звезде-компаньону, должна вызвать еще и всплеск ультрафиолета. Другая команда, из Университета штата Ута, проверила данные ультрафиолетового телескопа SWIFT, изучившего к тому времени около 12 сверхновых типа 1а, и не обнаружила ультрафиолетовых всплесков, что исключило из рассмотрения и красных гигантов, таких, в которых превращаются звезды типа нашего Солнца под конец жизни. После этого ученые получили результаты исследований, проведенных на основе наблюдений обсерватории SWIFT над самой близкой к нам сверхновой нужного типа с 1986-го года – SN2011ft. Они еще не опубликованы, но в них содержится еще более категоричное утверждение – компаньоном белого карлика может быть только белый карлик.
Согласно наиболее распространенной гипотезе, Луна произошла в результате столкновения протоЗемли с большим (размером с Марс) космическим телом. Но данные недавно проведенного изотопного анализа лунных пород противоречат этому предположению.
Если бы Луна действительно произошла от двух "родителей", то химически она была бы их смесью. Но, как оказалось, изотопный состав носит целиком земной характер.
Обсуждаемое исследование недавно было опубликовано в Nature Geoscience. Это, конечно, не первая попытка сравнить химию Земли и Луны. Тем более что образцы были доставлены миссиями Аполлон еще в 70-х годах прошлого века. Но данное исследование стало наиболее точным и тщательным. Также были проанализированы другие вещества, соотношение между двумя изотопами титана: титан-50 и титан-47.
Согласно результатам моделирования, после столкновения к Луне должно было отойти не меньше 40% Тейи (так называют гипотетического пришельца, с которым столкнулась наша планета). Причем, согласно нашим наблюдениям за метеоритами, отношение изотопов титана должно отличаться у Земли и других космических тел. Так что разница должна быть заметной. Но измерения никаких отличий изотопного состава Луны и Земли не нашли.
"Наше исследование не дает окончательного ответа на вопрос о происхождении Луны, - говорит Джунджун Жанг из университета Чикаго. - Наша основная идея, которую мы пытаемся донести, состоит в том, что изотопная гомогенность Луны и Земли - надежный факт, который должен включаться в любые теории эволюции системы Земля-Луна". Отметим, что есть еще, как минимум пять, хоть и менее популярных, но все же вполне "уважаемых" теорий происхождения нашего спутника.
Недавний шквал извержений на Солнце вылился в нечто большее, чем яркие полярные сияния. Исследования НАСА показывают, что солнечная буря 8-10 марта «накачала» верхние слои атмосферы Земли энергией, достаточной для снабжения Нью-Йорка в течение двух лет.
«Это была самая большая доза тепла с 2005 года, - говорит Мартин Млынчак из Исследовательского центра НАСА Лэнгли. - Это показывает, как солнечная активность может повлиять на нашу планету».
Мартин Млынчак участвует в исследованиях с помощью спутника НАСА TIMED. Инструмент SABER этого спутника следит за инфракрасным излучением верхних слоев земной атмосферы, в частности, углекислого газа (CO2) и оксида азота (NO). Эти два вещества играют ключевую роль в энергетическом балансе на высоте в сотни километров над поверхностью нашей планеты. Углекислый газ и оксид азота являются естественными термостатами Земли. Когда верхние слом атмосферы (термосфера) нагреваются, эти молекулы начинают излучать тепло в космос.
Во время солнечной бури 8-10 марта Земля светилась, как «новогодняя елка»
Именно это произошло 8 марта, когда выброс корональной массы (CME) двинулся в направлении Земли, а солнечная вспышка класса X5 нанесла мощный удар по магнитному полю Земли. Высокоэнергетические частицы обрушились на верхние слои атмосферы и нагрели ее. Инструмент SABER зафиксировал мощное инфракрасное излучение, которое, по словам ученых НАСА, осветило окрестности Земли, «как новогодняя елка».
В течение трех дней термосфера поглотила 26000000000 кВт/ч энергии. К счастью, инфракрасное излучение CO2 и NO отправило 95% этой энергии обратно в космос. Правда, в результате такого мощного нагрева термосфера «раздувается», что увеличивает сопротивление движению объектов на низких орбитах. С одной стороны, это хорошо, поскольку помогает очистить околоземное пространство от космического мусора. Но с другой стороны - уменьшается срок службы работающих спутников.
Хоть мартовская солнечная буря уже позади, ученые ждут новых гигантских корональных выбросов. Дело в том, что Солнце выходит из глубокого минимума солнечной активности. Солнечный цикл набирает силу, и пик солнечных бурь ожидается в 2013 году.
Обнаружена звезда и две планеты возрастом 12,8 млн лет
Немецкие астрономы обнаружили в созвездии Кита звезду с двумя планетами возрастом почти 13 миллионов лет. Изначально они искали не экзопланеты, а старые звезды с дефицитом "металлов". А находка оказалось такой.
Звезда – ей присвоили номер HIP 11952 – находится в 375 световых годах от Земли. О планетах вокруг нее пока известно очень мало – только то, что год у одной из них составляет 290, а у другой – 7 земных дней.
Металлами в астрономии называются все химические элементы тяжелее водорода и гелия. Сегодня считается, что вначале во Вселенной не было ничего, кроме этих двух газов, а более тяжелые элементы появились в недрах первых звезд в результате термоядерных реакций. Когда звезды умирали, превращаясь в сверхновые, эти элементы высвобождались, становясь строительным материалом для других звезд. До сих пор считалось также, что у первых звезд не должно быть планет. Поэтому планеты у звезды, в которой нет почти ничего, кроме водорода и гелия, оказались для них сюрпризом.
Планеты, вращающиеся вокруг звезд с дефицитом металлов, тем не менее, астрономам уже однажды попадались. В 2010-м году вокруг одной из таких звезд, HIP 13044, тоже нашли планету. Однако сама эта звезда оказалась настолько загадочной (ее считают гостьей из другой галактики), что факт наличия у нее планеты никого не удивил - астрономы посчитали это редким исключением из правила, имеющим какое-то простое объяснение. Теперь становится ясным, что звезды, лишенные металлов, тоже могут рождать планеты.
Возраст звезды, обнаруженной учеными сейчас, оценивается в 12,8 миллиардов лет. Это настоящая археологическая находка – звезда и ее планеты формировались еще в новорожденном Млечном Пути. Чтобы понять, каким образом в месте, где нет ничего, кроме водорода и гелия, может появиться планета, и что она собой представляет, ученые намерены заняться поисками других подобных планетных систем.
"Фанаты" связались с МКС с помощью лазера и фонаря
«Фанаты» Международной космической станции смогли связаться с ней с помощью мощного фонаря и лазерной указки. Это беспрецедентное по сложности мероприятие, поскольку МКС буквально пулей проносится по небу и попасть в нее лучом света очень непросто. После многих попыток это удалось, более того – член экипажа МКС Дон Петит смог заснять успех с помощью фотокамеры.
Хотя космическая станция находится на орбите уже более десяти лет, первый успешный опыт по связи с помощью простого луча света состоялся недавно - 3 марта 2012 года. Члены Астрономической ассоциации Сан-Антонио (штат Техас) совместно с Доном Петтитом провели большую работу и смогли отправить световой сигнал на станцию.
«Это звучит обманчиво легко, - рассказывает Петтит. - Но, на самом деле отправка и получение светового сигнала требуют тщательного планирования». Группа энтузиастов использовала для отслеживания станции 1-Вт лазерную указку с лучом синего цвета и мощный прожектор. Петтит по электронной почте связывался с членами ассоциации для проведения совместных сложных математических расчетов по точному наведению луча на МКС. Нужно было рассчитать диаметр и интенсивность светового пучка, его точное позиционирование на движущейся по небу станции, а также методику фотосъемки лазерной вспышки.
Яркая лазерная вспышка (в центре вверху) – первая удачная попытка «фанатов» МКС связаться с астронавтами с помощью светового луча
«С моей точки зрения, с борта МКС, я сижу на месте, а движется Земля, - рассказывает Петтит. - Я вишу над огромным шаром, который вращается с невероятной скоростью 8 километров в секунду».
Понятно, что сфотографировать лазерную вспышку в таких условиях непросто, поскольку даже при скорости затвора фотоаппарата в 1/1000 секунды, «поймать» лазерную вспышку невозможно. Для решения этой проблемы Дон Петтит удерживал объектив камеры на точке, откуда планировалось отправить сигнал. Аналогичная методика используется экипажем МКС для научной съемки поверхности Земли.
МКС каждые 90 минут делает оборот вокруг Земли, но Петтиту и команде в Сан-Антонио пришлось тщательно выбирать время выхода на связь. Для хорошего снимка требовалось, чтобы в районе Сан-Антонио была ночь, а МКС не была освещена Солнцем.
«По иронии судьбы, когда земляне могут видеть нас, мы не можем видеть их, - объясняет Дон Петтит. – Блики солнечного света превращают иллюминаторы МКС в зеркала, сквозь которые трудно разглядеть Землю. Поэтому все, кто пытается подать нам сигнал, ориентируясь на яркую точку станции в ночном небе, должны знать, что мы этот сигнал увидеть не можем».
После нескольких недель планирования, ранним утром Дон Петтит занял место у иллюминатора МКС и впервые смог заснять на цифровую фотокамеру яркую вспышку, посланную членами Астрономической ассоциации Сан-Антонио.
Немецкие астрономы из института внеземной физики Макса Планка в Гаршинге предложили новый и совершенной удивительный способ ориентироваться в космосе – с помощью пульсаров.
Эти мертвые, давно выжегшие свое горючее звезды, сжавшиеся до невероятных плотностей и вращающиеся очень быстро, посылают к нам свой гамма-луч с точностью на уровне атомных часов. Именно на этом обстоятельстве и основано предложение команды из Гаршинга.
Гамма-телескопы, расположенные на космическом корабле, ловят сигналы, идущие от пульсаров, а компьютер сравнивает время их прихода с расчетным временем, которое должно быть, если корабль находится в данной точке пространства. Пара-тройка пульсаров могут определить местоположение корабля с точностью до пяти километров. Принцип действия этого природного навигатора тот же, что и у системы GPS, только GPS работает на земной поверхности и над нею, а пульсары делают то же самое в любой точке Галактики. Авторы изобретения об этом не говорят, но моряки с помощью такой системы могут с пятикилометровой погрешностью определить, где находятся, и без GPS.
Пульсары могут стать частью автономной космической навигационной системы
Сегодня для того, чтобы определить месторасположение космического аппарата, за ним следят с Земли с помощью сразу нескольких разнесенных телескопов. Это весьма сложная и дорогостоящая процедура, которая, к тому же, определяет место космического корабля с тем большей ошибкой, чем дальше тот улетел. Например, определить с помощью таких телескопов расположение "Вояджеров", улетевших на самый край Солнечной системы, можно лишь с точностью в несколько сотен километров. И даже аппараты, направляемые к Марсу, при подлете к планете позволяют оценить их место с погрешностью в 10 км.
Система, предложенная командой из Гаршинга, настолько проста, что ее можно было бы использовать даже сейчас, если бы не одна проблема: сегодняшние гамма-телескопы слишком тяжелы и громоздки для установки на космических транспортных средствах. Чтобы стать частью навигационного космического прибора, они должны стать в 100 раз легче. Профессор Вернер Беккер, возглавляющий команду из Гаршинга, уверяет, что это не проблема и через 15-20 лет следующее поколение гамма-телескопов будет удовлетворять этому требованию.
Американские юристы начали борьбу за признание права на собственность на других планетах и спутниках.
Известно, что договор по космосу 1967 года и соглашение о Луне 1979 года запрещают владение собственностью в космосе, например земельным участком на Луне. Американские юристы утверждают, что договор по космосу исключает земельные претензии только со стороны суверенных государств, а не отдельных физических лиц или корпораций. Кроме того, США (как и Россия) не подписывали и тем более не ратифицировали соглашение о Луне и не обязаны его выполнять.
Юристы Adjunct Scholar Rand Simberg считают, что из-за текущей международной политики затягивается урегулирование вопроса о частной собственности в космосе. При этом огромные пустые пространства и ресурсы остаются неосвоенными. Юристы считают, что правительство США должно признать законным передачу участков поверхности других планет и спутников в частную собственность и принять соответствующий закон под названием Space Homesteading Act (по аналогии с законом о праве на землю в США).
Это предложение не случайно совпало с началом эпохи коммерческого освоения космоса. Десять или пятнадцать лет назад частные предприятия и не помышляли о космических полетах, а сертификаты на право владения участками на Луне были не более, чем шутка. Сегодня несколько частных компаний создают свои космические корабли и владеют потенциалом, необходимым для освоения Луны. По мнению юристов, чтобы спутник нашей планеты не превратился в очередной «Новый свет» с царящим беззаконием и «правом Кольта», необходимы соответствующие законы, которые привлекут инвестиции в эту совершенно новую отрасль.
Спутник Юпитера Европа считается одним из наиболее вероятных мест обитания внеземной жизни в Солнечной системе. Европа может скрывать жизнь в океане глубоко под ледяной корой спутника. Считается, что некоторые организмы даже могут пробиться на поверхность через трещины и разломы в коре.
Однако группа ученых из Калифорнийского технологического института полагает, что мощное излучение, вызванное магнитосферой Юпитера, постоянно стерилизует поверхность Европы. Это означает, что потенциальные микроорганизмы с помощью орбитального и спускаемого аппарата будет практически невозможно обнаружить.
Магнитосфера Юпитера бомбардирует Европу электронами высоких энергий в диапазоне мегаэлектронвольт (МэВ). Большая часть современных научных данных о воздействии такого излучения на живые организмы сосредоточена в медицинской области, т.е. до сих пор ученые изучали влияние излучения на человеческое тело.
Ученые из Калифорнийского технологического института впервые сфокусировали внимание на воде как основной составляющей живого организма. Исследователи разместили различные органические молекулы под слоями льда различной толщины, а затем обстреляли их из электронной пушки. В итоге удалось выяснить глубину проникновения электронов в лед.
Команда ученых использовала электроны с энергией, в 10 тысяч раз меньшей, чем у юпитерианских, а затем рассчитала глубину их проникновения в лед при энергии в 100 МэВ. Теперь известно, что электроны способны проникать в лед на глубину 60-80 см, и постоянное излучение такой силы уничтожает любые органические вещества.
В свете новых данных, видимо, придется пересмотреть планы будущей миссии на Европу. Орбитальный зонд, скорее всего, не сможет обнаружить жизнь, а спускаемый аппарат должен копать намного глубже, чем несколько десятков сантиметров.
