четверг, 30 октября 2014 г.

Про Вселенную и звезды-"металлисты"



Во Вселенной множество звезд, и все они заняты исключительно важным делом – термоядерным синтезом, они производят новые элементы – тяжелее водорода и гелия. Для обозначения этих элементов астрономы ввели условное понятие «металлы». Хотя для химика это кошмар, но в астрономии и углерод, и азот, и кислород и даже неон – все эти элементы тяжелее гелия, и, стало быть считаются металлами.

Первые доисторические звезды, родившиеся после Большого Взрыва, представляли собой огромные шары чистого водорода. Массивные и прожорливые, они быстро заканчивали свои жизни в исполинских взрывах, рассеивая недогоревший водород, гелий и немного синтезированных «металлов» по Вселенной. Их астрономы назвали звездами III населения. Иногда эти гиганты сжимались в черные дыры, но и черные дыры при помощи реактивных струй материала, обильно высевали первое поколение элементов тяжелее гелия в открытый космос. Звезды III населения – доисторические динозавры, за ними охотятся в галактиках на грани чувствительности современных телескопов, но пока обнаружить и опознать еще не удается.

Из посева звезд III населения образовались звезды II населения, которые уже были несколько более умеренными, и в течение жизни синтезировали еще больше металла, который снова засевал галактики. Солнце – звезда I населения. Она вобрала в себя не только водород и гелий, но и выброшенные вторым населением синтезированные им тяжелые элементы. То есть первое население начало совсем не с чистого листа и сейчас продолжает синтез все новых, более тяжелых элементов...

Таким образом, всего во Вселенной образовалось три населения звезд – третье, которое никто пока еще не видел - практически с нулевым уровнем металличности, второе, с низким уровнем металличности – это старые звезды, и первое – с высоким уровнем металличности, которое и правит сейчас основной звездный бал.

У металличности звезд есть определенные интересные закономерности. Внутри одного населения звезд в Галактики металличность максимальна ближе к ее центру и постепенно спадает к краям. Такое распределение – прямое следствие количества звезд на единицу объема. Также, большие галактики обладают большей металличностью, чем малые.

Звезды второго населения рассредоточены в гало Галактики и образуют собой сферическую подсистему. Шаровые скопления, которые, как известно, заполняют собой эту сферу с постепенной концентрацией к центру Галактики, практически целиком состоят из звезд-старичков с малой металличностью.

Звезды первого населения разбросаны в дисковой подсистеме Галактики, концентрируясь в ее рукавах и обращаясь вокруг ее центра по эллиптическим орбитам. 

Металличность звезд - важный фактор в разных дисциплинах астрономии. Так, например, определив металличность звезды, ученые могут высказывать предположения о том, могут ли у нее быть планеты земного типа - то есть, при формировании звезды из облака пыли и газа там уже было достаточно тяжелых элементов, чтобы "слепить" планету с твердой поверхностью.


И, конечно же, особый интерес сейчас вызывает поиск доисторических чудовищ - звезд III населения массой в сотни солнц! Дело в том, что если такие звезды найдутся, и на их поверхности вдруг обнаружится какой-то тяжелый элемент - например, литий - то этот элемент скорее всего был создан непосредственно при Большом Взрыве! Фигурально выражаясь, у астрономов впервые со времен открытия реликтового излучения появляется шанс подергать Бога Большой Взрыв за бороду....

Несмотря на все попытки, звезды III населения продолжают ускользать от исследователей, которые уже только к каким только ухищрениям не прибегали! Но космологи не отчаиваются и обещают, что их поиски только начинаются. Конечно, космический телескоп Джеймса Уэбба тут будет очень кстати.

И, наконец, немного цифр для "продвинутых пользователей", чтобы представить, о чем идет речь. 

Для Солнца количество водорода измеряется долей в 73%, гелия - 25% и всех остальных "металлов" - всего 2%. Немного, правда?

Для большинства астрономических объектов полную металличность измерить не представляется возможным, поэтому ученые оперируют каким-то одним или несколькими металлами, чье количество можно установить уверенно по линиям в спектре объекта. 

Например, железо. Индекс металличности звезды "по железу" определяется так - 


Где - NFe и NH количества железа и водорода на единицу объема. Из этой формулы следует, что если у звезды больше железа, чем у Солнца, то ее отношение Fe/H положительно, а если меньше - отрицательно.

Аналогично можно выражать соотношения других элементов. Например, нотация [O/Fe] показывает отношение количества кислорода к железу:



Смысл этой нотации в том, что если возрастает количество водорода, то отношение в первой формуле будет стремиться к нулю, а во второй - оставаться постоянным. И, наоборот, увеличение кислорода будет изменять вторую формулу, а отношение [Fe/H] останется постоянным. В общем случае, при установившемся процессе термоядерного синтеза меняется соотношение всего лишь небольшого количества изотопов, поэтому соотношение элемента X к Fe [X/Fe] может однозначно указать, на какой стадии находится синтез конкретно в этой звезде - то есть можно судить о ее реальном возрасте!

И, наконец, отношение Z и [Fe/H] можно записать как 


где А - некая константа между 0.9 и 1.0.

Это - универсальная формула для выражения металличности звезды через соотношения элементов [Z/X], приведенное к количеству железа.



среда, 29 октября 2014 г.

понедельник, 27 октября 2014 г.

вторник, 21 октября 2014 г.

Про Вселенную и про Зону Избегания



Млечный Путь - настоящая река света поперек неба - делит его на два темных берега, на которых космологи могут довольно комфортно искать и находить свои галактики, скопления галактик и разные прочие интересные для них грибочки и ягодки Большой Вселенной.

Но в плоскости Млечного Пути далекие галактики не видны. Их заслоняют пыль, газ и звезды нашей Галактики. Получается, что для галактик плоскость Млечного Пути – настоящая зона избегания. Не в моральном, в астрофизическом аспекте.

Термин «Зона Избегания» был введен в 1878 английским астрономом Ричардом Проктором, который тщательно изучил каталог Гершеля-старшего. И хотя в то время истинная природа этих туманных пятнышек была еще совершенно не ясна, термин прижился и используется профессиональными астрономами и до сих пор.

Ученые – упорные люди. Увидев проблему, они воспринимают ее как вызов и всеми способами стараются ее решить. Вот и на Зону Избегания нашелся свой метод. Пыль, как известно, не препятствует прохождению длинных инфракрасных и радиоволн. И вот исследования IRAS и 2MASS в инфракрасном диапазоне показали, что Зона Избегания – не больше, чем просто занавес, скрывающий от нас часть актеров Большой Космической Сцены.

Исследования в радиодиапазоне на длине волны атомного водорода НI 21 см под названием Dwingeloo дали более полную картину мира вокруг, показав новые галактики, которые не смогли обнаружить и в инфракрасной области спектра.

И все равно, даже несмотря на эти методы, звезд в плоскости Млечного Пути так много, что на участке примерно в 10% всего неба далекие галактики все еще остаются недоступными.

Кто знает, какие секреты они могут скрывать?

Зона Избегания
                   нам несет послание -
Тусклые галактики светят там, во тьме,
Прячут все секретики.
                   Никакой конкретики
Не видать ученому
                      в данных на Земле!

Зона Избегания -
                грустное признание
Коллектива авторов небольшой статьи
- Никакой возможности,
                 только шум и сложности,
Не видны галактики
                 в золотой пыли!

В Зоне Избегания
               прячет Мироздание
Дальние галактики вовсе неспроста:
Если вы посмотрите
               в инфракрасной области,
Будут у вас данные -
               не шум, а красота!

Зона Избегания
             умножает знания
Многие ученые поняли игру
И теперь их данные -
              спектры многогранные
Закрывают в графиках
              черную дыру.

[1] - http://en.wikipedia.org/wiki/Zone_of_Avoidance
[2] - http://arxiv.org/pdf/astro-ph/0005501v1.pdf

понедельник, 20 октября 2014 г.

NASA | Планетология | MAVEN - изучение атмосферы Марса


суббота, 18 октября 2014 г.

Про Вселенную и про окно Бааде

Credit: NASA, ESA, Z. Levay (STScI) and A. Fujii

Все любители астрономии знают, что в направлении на созвездие Стрельца находится центр нашей Галактики, обернутый в плотные скопления пыли. Эта пыль совершенно забивает мощный свет, исходящий из центра, и, наверное, это хорошо, потому как в противном случае на нашем небе было бы не два ярких источника света – Солнце, Луна, а целых три – когда ночью центр Галактики появлялся бы над горизонтом, все на Земле отбрасывало бы резкие тени – почти как днем.

Влюбленным это хорошо, а вот астрономам – не очень, в таком свете разглядеть во тьме далекие галактики –серьезная проблема.

С другой стороны, ученым, которые занимаются как раз центральным утолщением нашей Галактики, и, особенно сверхмассивной черной дырой в ее центре, эта пыль досаждает как никому другому.

Но в 40е годы XX века Уолтер Бааде при помощи знаменитого 100-дюймового телескопа Хукера обсерватории Маунт Вилсон вдруг обнаружил небольшой участок в ярком свете Млечного Пути в Стрельце, где не было столько пыли, и где можно было бы достаточно комфортно изучать звезды центрального утолщения. Этот относительно чистый участок неправильной формы расположен вокруг шарового скопления NGC 6522 и представляет собой настоящее окно в центр нашей Галактики!

Теперь окно Бааде и 5 других подобных, хотя и меньших, «форточек» помогают современным астрономам изучать внутреннюю структуру центрального утолщения.

А недавно у звезд центрального утолщения, в том числе, у некоторых, находящихся в окне Бааде даже были найдены свои экзопланеты!

Как вы думаете, можно сказать, что Уолтер Бааде прорубил окно в центр Галактики?

В Окне Бааде есть звезда одна,
Чей свет меняет яркость регулярно,
И рядом с ней планета не видна,
И спектр звезды той выглядит так странно

Сквозь пыль Галактики разверзлось вдруг окно,
Центр Дома Звездного нам поднеся на блюде.
И смотрят инопланетяне в нем кино
О том, как ищут звезды в окнах люди.

[1] - http://en.wikipedia.org/wiki/Baade%27s_Window
[2] - http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_Gravitational_Lensing_Experiment

Чтиво в тему (англ) - 
[3] - K. Z. Stanek (Princeton University Observatory) Extinction Map of Baade's Window

пятница, 17 октября 2014 г.

10 самых больших странностей Вселенной

6 января 2011 года

10

Credit: Penn State U. /NASA-MSFC

Антиматерия


Как у Супермена Биззаро, так у каждой частицы обнаружилась античастица! Например, двойник электрона – позитрон. Частицы материи и антиматерии могут аннигилировать, выделяя чистую энергию по формуле Эйнштейна E=mc2. Некоторые фантастические корабли будущего используют принцип аннигиляции, чтобы перемещаться с околосветовыми скоростями – (здесь нет ничего, что бы противоречило фундаментальной науке, при условии, что нам удастся решить некоторые конструкторские сложности. - прим.перев)

9

Credit: NASA-MSFC

 

Мини-черные дыры 

 

Если радикальная теория гравитации под названием «Теория Бран» верна, тогда по всей Солнечной системы должны быть рассеяны мини-черные дыры, каждая размером с субатомную частицу. В отличие от своих больших собратьев мини-дыры – реликты со времени Большого Взрыва, которые влияют на пространство-время несколько по-другому, задействуя некое «пятое измерение». (С вопросами и возражениями обращайтесь в Теорию Бран - прим. перев.)

8

Сredit: NASA/WMAP Science Team

 

Реликтовое излучение

 

Космическое микроволновое излучение фона – эхо самого Большого Взрыва было открыто в 60х как радиошум, который приходил со всех направлений. Микроволновое излучение фона до сих пор считается лучшим доказательством Теории Большого Взрыва. Недавние измерения спутником WMAP показали, что температура излучения около -270 градусов Цельсия.

7

Credit: Andrey Kravtsov

 

Темная Материя 

 

Ученые считают, что она составляет бОльшую часть нашей Вселенной. Невидимая, неощутимая, неизмеримая никакими прямыми методами. Темная Материя может состоять из чего угодно, но среди научных гипотез присутствуют легкие нейтрино, невидимые черные дыры и др. Некоторые ученые до сих пор оспаривают существование Темной Материи, говоря о том, что наша теория гравитации несовершенна и требует дополнительной проработки в больших масштабах.

6

Credit: ESO

 

Экзопланеты 

До 90х единственные планеты, о которых мы знали, были наши, из Солнечной Системы. Но с тех пор астрономы разработали такие изощренные методы, что они позволили открыть вот уже более тысячи планет и еще пара тысяч значится в кандидатах. Эти планеты размерами от газовых Гаргантюа размером на грани звезд-карликов до планет с твердой поверхностью на орбитах у маленьких звезд - красных карликов. Астрономы совершенно уверены, что дальнейшее совершенствование технологий позволит открыть множество планет, подобных Земле.

5

Credit: Henze/NASA

 

Гравитационные волны 

 

Грави-волны – искажения ткани пространства-времени – были предсказаны еще Альбертом Эйнштейном в его Общей Теории Относительности. Гравитационные волны перемещаются со скоростью света, но они настолько слабы, что ученые рассчитывают обнаружить их только во время самых грандиозных космических событий – например, при слиянии двух черных дыр. Для поиска грави-волн были разработаны такие детекторы, как LIGO и LISA. (Насколько я помню, проект LISA хоронили и воскрешали несколько раз – из-за отсутствия финансирования – прим .перев.)

4

Credit: F. Summers/C. Mihos/L. Hemquist

 

Галактический каннибализм 

 

Так же, как и живые организмы на Земле, галактики могут «пожирать» друг друга и расти со временем. В настоящий момент сосед Млечного Пути, Туманность Андромеды, занята как раз именно этим по отношению к нескольким галактикам карликам вокруг себя, а когда покончит с ними – примерно через 3 млрд лет – займется и нашей родной Галактикой.

3

Credit: Jeff Miller/NSF/U. of Wisconsin-Madison

 

Нейтрино 

 

Нейтрино – электрически-нейтральные частицы без массы, которые могут лететь через вещество годами и не взаимодействовать с ним. Пока вы читаете этот текст, вас пронзают нейтрино. Эти частицы создаются в ядрах звезд и во время взрывов сверхновых. Детекторы нейтрино прячут под землю, под море, и даже под лед (проект IceCube) в надежде засечь эти неуловимые частицы. (прим. перев. получается не очень – они ж почти не взаимодействуют с веществом детекторов – попробуй поймай)

2

Credit: NASA-MSFC

 

Квазары

 

Яркие маяки дальнего космоса светят нам с границ обозреваемого нами пространства, напоминая о дикой энергии которой обладала ранняя Вселенная. Квазары излучают больше энергии, чем сотни галактик вместе. По общему мнению квазары – сверхмассивные черные дыры в ядрах далеких галактик. На снимке 1979 года – квазар 3C 273.

1

Credit: NASA-JSC-ES&IA

 

Энергия вакуума 

 

Квантовая физика учит нас, что в противоречие своему названию вакуум не совсем пуст, он пузырится виртуальными субатомными частицами, которые постоянно создаются и разрушаются. Эти частицы наполняют каждый кубический сантиметр космоса некоей энергией, которая, согласно Общей Теории Относительности, создает антигравитационную силу, расширяющую пространство. Но пока никто еще не знает, что вызывает ускорение расширения Вселенной, которое мы сейчас наблюдаем.