« »

понедельник, 29 февраля 2016 г.

Путь на Терскол. Три астронома






Здесь нет никакой графики или анимаций, просто три достойных, заслуженных и уважаемых человека делятся воспоминаниями о том, чего это стоит - создать почти с нуля самую высокогорную обсерваторию в Европе да еще и оснастить ее 2х метровым телескопов с лучшим в мире (на тот момент) эшелле спектрографом!

Интервью записано в 2013 году в Главной Астрономической Обсерватории Национальной Академии Наук Украины (Голосеево) в рамках работы над фильмом "Путь на Терскол. Истории нашей обсерватории"

пятница, 26 февраля 2016 г.

вторник, 23 февраля 2016 г.

Можно ли с помощью LIGO проверить теорию квантовой гравитации?

Сабина Хоссенфельдер,
физик-теоретик, 
специализируется на квантовой гравитации и физике высоких энергий.
Starts with a Bang!
статья "Can LIGO test quantum gravity" в Forbes


Image Credit: SXS, the Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) project (http://www.black-holes.org).

Не похоже, но и не исключено.



Общая Теория Относительности Эйнштейна предсказывает, что ускоряющиеся массы излучают гравитационные волны. На прошлой неделе было объявлено об открытии гравитационных волн экспериментом LIGO. Но это только начало - мы ждем еще много открытий, которые смогут подвергнуть теорию Эйнштейна проверкам со все увеличивающейся точностью. Что это может означать для физиков, которые занимаются поисками теории квантовой гравитации - все еще отсутствующего звена между общей  теорией относительности и квантовой механикой?

Image Credit: T. Pyle/Caltech/MIT/LIGO Lab.

Общая Теория Относительности - неквантовая теория, гравитационные волны были предсказаны независимо от попыток создать последовательную, квантовую теорию гравитации. Поэтому существование гравитационных волн можно объяснить и без квантовой гравитации. Однако, в общем случае, ожидается, что квантовая гравитация порождает "гравитоны", которые представляют собой квантованные гравитационные волны. Гравитон - частица, которая относится к гравитационным волнам так же, как фотон - к электромагнитным, это крошечная часть энергии, пропорциональной частоте волны. Свойства самих волн в контексте общей теории относительности дают нам все, что нужно для квантовой версии частицы гравитона: у нее нет массы, ее спин равен 2 (для сравнения: у фотона спин равен 1, у электрона 1/2, а у бозона Хиггса 0), и перемещается эта частица со скоростью света.

Гравитационная волна состоит из огромного количества гравитонов, но измерения их отдельных свойств крайне затруднительны и лежат далеко за пределами наших экспериментов. LIGO не может разрешить волны на гравитоны по той же причине, по которой антенна не может разделить электромагнитную волну на отдельные фотоны - ее детектор просто засыпается частицами, и не способен отделить крошечные порции энергии друг от друга. Если гравитоны существуют, LIGO может их обнаружить, но он не может выделить гравитоны из неквантованной гравитационной волны.



И хотя это и может нам что-то сказать про квантовую гравитацию, нельзя быть уверенными на 100% - поскольку самой теории квантовой гравитации еще не существует. И ответ на этот вопрос пока еще зависит больше от того, верите ли вы в эту теорию или нет.

В чем согласны почти все - влияние квантовой гравитации становится особо сильным  в областях с исключительно сильным искривлением пространства-времени. Но в сообществе квантовой гравитации "исключительно сильное искривление" значит искривление к центру черной дыры, а не на ее горизонте событий - там искривление считается сравнительно слабым. 
Слияние черных дыр - наподобие того, которое видел эксперимент LIGO - не может сказать, что же творится внутри черной дыры, и поэтому не пригоден для проверки эффектов сильных квантовых гравитационных полей.


Image Credit: Caltech/MIT/LIGO Lab, of the first gravitational wave signal as seen by both LIGO detectors.

Теоретики много спорят о том, что проявления квантовой гравитации могут быть и не такими уж маленькими вблизи горизонта событий. Такие идеи, как "шерсть", "брандмауэр" или "волосы черной дыры" влияют на горизонт черной дыры. В таких сценариях флуктуации квантовой гравитации могут оставлять следы в эмиссионных спектрах, что можно попробовать разглядеть при помощи LIGO или других экспериментов гравитационных волн.

В своей короткой заметке, опубликованной на arXiv на прошлой неделе, Стив Гиддингз (Steve Giddings) из Университета Калифорнии в Санта-Барбаре предлагает некоторые размышления на эту тему. Он спорит с тем, что отклонения у горизонта событий от общей геометрии черных дыр должны вести к сигналам гравитационных волн меньшей регулярности, но большей энергии, чем предсказывает общая теория относительности. Я уверена, что вместе с потоком новых данных последуют более точные предсказания.

Более того, любые отклонения от обшей теории относительности может дать нам намеки на то, как можно квантовать гравитацию. А поскольку гравитационные волны приходят из тех областей, которые раньше были для нас недоступны, это ведет к открытию совершенно новых фактов, что приводит к новым знаниям.


Динамика слияния черных дыр и того, как перемещаются гравитационные волны очень зависит даже от небольших отклонений в общей теории относительности (ОТО) - например, таких, как нарушения принципа эквивалентности, или вероятность того, что гравитация не совсем нулевой массы. Двумерная гравитация, модификация ОТО более высокого порядка, дополнительные взаимодействия в крупных масштабах или гравитационный эфир - все эти модели теперь нуждаются в дополнительных проверках. Несомненно, среди них будут определены победители (среди которых, скорее всего, окажутся те, чьи предсказания не сильно отличаются от предсказаний ОТО, и эти различия будет легко ликвидировать). И, вполне возможно, какая-то из них сможет даже превзойти Эйнштейна.

Кроме слияний черных дыр, LIGO может также обнаружить сигналы от странных объектов, которые невозможно будет соотнести ни с одной из теорий - например, таких, как космические струны. Космические струны - стабильные макроскопические одномерные объекты с высокой плотностью энергии, которые сформировались в ранней Вселенной, и все еще могут оставаться в ней и сейчас.

Images credit: Andrey Kravtsov (cosmological simulation, L); B. Allen & E.P. Shellard (simulation in a cosmic string Universe, R), via http://www.ctc.cam.ac.uk/outreach/origins/cosmic_structures_four.php.


Эти космические струны могут создавать пересечения, что заставляет их буквально взрываться гравитационными волнами. Если они еще и существуют сейчас, то могли бы рассказать нам про условия ранней Вселенной, в которых они формировались, и с их помощью можно проверить режимы очень высоких энергий, когда большую роль играли квантовая гравитация или теория великого объединения. Поэтому космические струны могут содержать информацию о фундаментальных вопросах физики. LIGO уже пытался найти космические струны, но потерпел неудачу. Увеличение его чувствительности в прошлом году позволяет надеяться на улучшение поиска этих объектов.

Image Credit: NASA Goddard Space Flight Center.

В заключение нужно отметить, что интерферометр гравитационных волн LIGO измеряет волны только определенного диапазона длин, а другие длины содержат могут содержать совершенно иную информацию о структурах Вселенной. Особенно интересно изучение доисторических гравитационных волн, которые существовали в ранней Вселенной - в них должно быть совершенно отчетливо видно квантовое поведение, обнаружение их поможет осуществить большой скачок в исследованиях. Объявление BICEP2 с последовавшим опровержением наглядно показало, что работа с ними по-настоящему тяжела, но измерения гравитационных волн еще пока делают первые шаги, и, несомненно, мы будем прилагать максимум усилий к накоплению этих новых данных.

Нет большой уверенности в том, что влияние квантовой гравитации можно будет измерить в ближайшем будущем, однако, всегда есть вероятность, что новые методы наблюдений принесут сюрпризы.

Не нужно витать в облаках, но и слишком приземлять их не следует.

понедельник, 22 февраля 2016 г.

Ярче тысячи солнц*



Out of the darkness - brighter than a thousand suns**

Не вижу препятствий не попереводить какой-нибудь эксклюзивчик про LIGO и гравитационные волны...

Завтра у нас выйдет статья теорфизика Сабины Хоссенфельдер про LIGO и поиск квантовой гравитации, где просто и со вкусом рассказывается о том, какое значение для современной физики имеет открытие гравитационных волн, о теориях, с которыми сейчас конкурирует ОТО, и об удивительных новых областях "гравитационного спектра" (не путать с электромагнитным), которые ждут нас - неисследованные, одинокие, заброшенные :'-(

А пока предлагаем вашему вниманию модельку слияния черных дыр, созданную проектом SXS (Simulating eXtreme Spacetimes) Project (http://www.black-holes.org).

На экране имеются две черные дыры - в начале ролика, и одна - в его конце. Цветом обозначены области, где (внимание!) время течет по-разному - в зеленых, скажем, нормальное течение времени, в желтых - на 20-30% медленнее, чем в зеленых, в красных один час - 7 лет на Земле (шутка, время там, как пишут, "очень существенно" медленнее, чем в зеленых областях). Синие и фиолетовые полосы - собственно, сами гравитационные волны, которые создаются вращением черных дыр и излучаются в пространство.

В левом верхнем углу показано течение времени для наблюдателя далеко от горизонта событий черных дыр.

Нижняя часть показывает вид гравитационной волны.

Во момент слияния пространство-время сильно искажаются, а после происходит сильный всплеск волн -  с короткими, но очень большими колебаниями, которые затем успокаиваются.

Столкновение черных дыр создает одно из самых мощных искажений ткани пространства-времени во Вселенной. Другими словами, столкновение черных дыр размером с город на Земле, создаст один из самых мощных взрывов Вселенной, который когда-либо наблюдали астрономы - это как в оптическом диапазоне увидеть свет всех солнц Вселенной!!

----
* - была такая книга об испытаниях первой атомной бомбы в Аламогордо, США в 1940х. Если интересно - поищите, где-то в сети, думаю, можно найти на русском.

** - Английская цитата приведена из песни Iron Maiden 'Brighter than a thousand suns'

JPL | Как исследовать поверхность кометы или астероида?

пятница, 19 февраля 2016 г.

Эдвин Хаббл работает на 100-дюймовом телескопе Хукера


Это как если бы фанат музыки обнаружил редкое, доселе не публиковавшее видео со своим кумиром! Вот это да!!

Терскол. Экскурсия по двухметровому телескопу

среда, 17 февраля 2016 г.

Светопись. Фото 98. Туманность "Яйцо"

ШАПИТО



16 февраля 2016 года

В каждый городишко Среднего Запада рано или поздно наведывается цирк-шапито.

Мальчишки, вздымая сухую дорожную пыль своими легкими теннисными туфлями, летят стайками вслед за фургонами, крича и задыхаясь от восторга, а потом, когда убеждаются, что это- надолго, может быть, даже на целую вечность, которая лишь чуть-чуть короче предстоящего бесконечного лета - несутся обратно, домой, крича - Папа! Мама! Цирк приехал!!

И пыль, поднятая их легкими туфлями, даже не успевает осесть на дорогу. 

И тропинки золотятся под жаркими лучами солнца.

И старики, сидящие в тени раскидистых платанов, курящие трубки - такие старые и сморщенные, как они сами, улыбаются и провожают сорванцов добрыми усталыми глазами.

Цирк приехал.

В этом цирке обязательно найдется фокусник, который начнет выпускать в толпу бабочек - белых, красных, синих!

Эти бабочки - как следы первых вздохов звезд - да хотя бы таких, как туманность S106, в которой сияет юная звезда IRS4 100 тысяч лет от роду, в коричневом платье, разбросав в пространстве вокруг себя останки своего кокона массой в триллионы тонн материи.

Где-то внутри этого кокона прячутся коричневые карлики - не звезды и не планеты, недоразумение звездного мира, неспособные зажечь даже самих себя и обреченные скитаться долгие миллиарды лет в пустоте неприкаянными сиротами, отверженными бродягами блистающего звездного мира.

Ионизованный газ в "крыльях" этой космической бабочки светится голубым светом, выдающим присутствие кислорода...

Такими же мальчишками, когда-то очень давно, мы, задрав вверх патлатые головы и открыв рты, смотрели в ночь в черном бархатном балахоне со звездами из фольги, и она с каждым новым часом доставала из рукава все новые и новые чудеса-бабочки - звезды, планеты, туманности, галактики - красные, желтые, синие... 

И не было этой ночи конца и края.

А потом пришел день.

(подражание неподражаемому, великому Рэю Бредбери)

понедельник, 15 февраля 2016 г.

суббота, 13 февраля 2016 г.

Даже Эйнштейн сомневался в существовании гравитационных волн


статья Эрика Бетца (Eric Betz)
11 февраля 2016 года

Статья Альберта Эйнштейна, которая отвергала гравитационные волны, была отклонена редакцией журнала Physical Review Letters в 1936 году. Спустя много лет этот же журнал опубликовал доказательство их существования.

Еще до публикации результатов экспериментов LIGO, большинство современных ученых уже приняли гравитационные волны как еще одно доказательство Общей Теории Относительности при помощи наблюдений. Но так было не всегда.

Еще в начале 70х многие считали, что гравитационные волны слишком слабы, чтобы их можно было бы обнаружить. Некоторые теоретики полностью исключали их существование.

Интересно то, что даже сам Эйнштейн ставил их под сомнение. В 1936 году, 20 лет спустя ОТО, он снова вернулся к своим уравнениям и сделал парадоксальный вывод.

"Вместе с молодым сотрудником мы пришли к интересному результату, что гравитационные волны не существуют - несмотря на то, что они были следствием изначальной аппроксимации" - так он написал в письме своему другу Максу Борну.

Эйнштейн отправил статью под названием "Существуют ли гравитационные волны?" в Physical Review Letters.  Уже очень скоро проверяющий редактор нашел дыры в математических уравнениях, которые показали, что у системы координат, выбранной Эйнштейном, были проблемы с обработкой надоедливых сингулярностей.

Журнал отправил статью обратно автору с просьбой ее переделать, что возмутило знаменитого физика, которого никогда до этого никто не подвергал подобной проверке. Эйнштейн отписал Physical Review Letters, что не давал разрешения на разглашение статьи кому-либо. С тех пор он больше никогда не публиковался в этом журнале.

Вместо этого, он отправил доработанную статью в менее известный журнал Journal of Franklin Institute of Philadelphia. Когда статья, наконец, появилась, оказалось, что она содержит совершенно другие выводы. Как показало расследование, проведенное журналом Physics Today, тот самый редактор-аноним из Physical Review Letters - известный физик Ховард Перси Робертсон (Howard Percy Robertson) со временем подружился с молодым соавтором Эйнштейна Леопольдом Инфельдом (Leopold Infeld) и прошелся с ним по математическим ошибкам, замеченным в статье. Однако, Робертсон никогда не упоминал, что был проверяющим редактором этой статьи.

Эйнштейн, король относительности, просто не сообразил, что мог бы поменять систему координат, чтобы избежать нежелательных сингулярностей. Когда же ученик Эйнштейна принес ему переделанную и исправленную математику к статье, Альберт сообщил ему, что и сам нашел эти ошибки буквально предыдущей ночью. И скоро статья появилась с измененным названием - "О гравитационных волнах".

Несмотря на свое нежелание признавать неверно сделанные выводы, Эйнштейн все же не рассматривал свои работы как нечто безупречное. Инфельд позднее рассказывал, что говорил знаменитому физику, что старается быть исключительно точным в расчетах, чтобы не подставлять его, на что Эйнштейн ответил: "Не стоит так сильно думать об этом - под моим именем уже выходили и плохие статьи"

Но, как свидетельствует публикация группы LIGO в журнале Physical Review Letters, та статья 1936 года о гравитационных волнах, не была одной из них.

Iridium Flare

Фото Майка Тейлора

25 лет назад небо вам показалось бы совершенно пустым, теперь же в нем порой бывает довольно оживленное движение, которое создает впечатление, что смотришь на автостраду - вот идет еще пока довольно неплотный поток машин, они видны под разными углами, их фары иногда кажутся очень яркими, иногда совсем исчезают во тьме...

В центре снимка - не метеор, а вспышка спутника.

В англоязычном интернете такие вспышки называются Iridium Flare - по имени серии спутников Iridium, которые находятся на таких орбитах и обладают такой конструкцией, что во время полета над поверхностью Земли часто меняют яркость в очень больших пределах. Свет Солнца отражается от больших плоских боков спутников, а наблюдатель на Земле видит, как летящая точка постепенно, в течение секунд становится яркой-яркой, а потом снижает блеск с тем, чтобы совсем пропасть из виду.

Есть целая служба по наблюдению за этими спутниками. Возможно, ребята там даже строят какие-то графики, изучают какие-то особенности и уточняют параметры орбит...

Снова великолепное фото Майка Тейлора.

пятница, 12 февраля 2016 г.

понедельник, 8 февраля 2016 г.

пятница, 5 февраля 2016 г.

Снимок самого высокого разрешения в истории астрономии

Image: Dr. Jose L. Gomez

4 февраля 2016 года

Что получится, если взять 15 радиотелескопов на Земле и один в космосе? - снимок с самым высоким разрешением в истории астрономии!

Да, он выглядит как большой зеленый пузырь, но на самом деле - это огромный, высокоэнергетический джет (струя) материи, летящий прочь от черной дыры. А сама эта черная дыра находится на расстоянии в 900 млн световых лет от нас!

Как сообщает журнал Популярная Наука, для получения этого снимка использовалось 15 радиотелескопов на Земле и русский космический телескоп Спектр - R, при этом результирующий базис телескопа составил около 80 тыс км.

Объект на снимке - длиной всего около 300 млрд км, что сравнимо с размером облака Оорта.

Объект длиной 300 млрд км на расстоянии 900 млн световых лет.

Неплохо, неплохо...








четверг, 4 февраля 2016 г.

Итан Зигель: Газовое облако-монстр зажжет Млечный Путь!

Итан Зигель, 
28 января 2016 года

Illustration Credit: NASA, ESA, and A. Feild (STScI); science by A. Fox (STScI), ESA and NASA.


Когда мы думаем о нашей Галактике, большинство представляет себе ее как совокупность всех видимых нам невооруженным глазом на небе звезд, огромных спиральных рукавов, пылевого диска Млечного Пути, а также центрального утолщения. Все это вместе составляет наш звездный дом, наполненный более 400 млрд звезд, похожих на Солнце. А галактика «Млечный Путь», который мы видим каждую темную ночь – одна из сотен миллиардов похожих на нее галактик

Это - Млечный Путь из лагеря Конкордия в Пакистанской пустыне Каракорам. Справа - пик Митре, слева начинается хребет Широкий. Фото Анни Дирске, http://www.annedirkse.com, a c.c.-by-s.a.-4.0 license.


Но в ней есть нечто большее, чем просто все видимое невооруженному глазу. Наша Галактика окружена огромным массивным Гало, которое протянулось далеко за пределы пылевого диска и наполнено не только темной материей, но и различными реинкарнациями обычной – сотней шаровых звездных скоплений (собраний сотен тысяч звезд внутри сфер диаметром всего в несколько десятков световых лет), и – что очень важно – гигантскими облаками молекулярного газа, которые с большой скоростью движутся через внешние пределы нашей Галактики. Эти облака могут сжиматься и рождать новые звезды, они могут пересекать плоскость Галактики и приводить к новым взрывам звездных рождений. Они могут также взаимодействовать с другими массами, включающими в себя: 

- карликовые галактики или галактический мусор, оставшийся после их взаимодействия с нашей,
- шаровые скопления,
- другие молекулярные облака,
- движущиеся скопления обычной (или темной) материи.

Гравитационные взаимодействия особенно интересно наблюдать тогда, когда в них вовлечены три тела, два из которых часто после этого становятся тесно связанной парой, а одно бывает выброшено далеко-далеко в пространство. Примерно так мы используем планеты для ускорения наших космических аппаратов в Солнечной Системе, и по тому же принципу газовые облака могут быть выброшены из Галактики наружу. В одном особом случае облако может приобрести недостаточно высокую скорость, и начнет возвращаться обратно.

Image credit: B. Saxton and F. Lockman (NRAO/AUI/NSF), and A. Mellinger; Illustration Credit: NASA, ESA, and Z. Levay (STScI).

Есть сотни облаков, которые движутся на высокой скорости – в сотни км/с – через внешние пределы Галактики, находясь практически на стабильных орбитах. Обычно их форма неправильная, их поперечник – тысячи световых лет, а масса – сотни миллионов масс Солнца. Но есть одно сильно отличающееся от них облако, которое называют «облаком Смита». Оно находится значительно дальше всех остальных и движется к нам на огромной скорости – около 310 км/с. «Движется к нам» означает, что оно столкнется с диском Галактики через 30 млн лет – большой срок для человека, но для Галактики это совсем ничего. Для сравнения, период обращения Солнца по орбите вокруг центра Галактики – 200 млн лет.

Вот как мы его обнаружили.



«Чтобы сделать вывод о его галактическом происхождении, мы использовали измерения его металличности (количества тяжелых элементов) и вычисления орбит. Данные телескопа Хаббл показали, что уровень серы облака Смита соответствует уровням серы Галактики. Если бы это облако пришло из межгалактического пространства, уровень серы был бы значительно ниже.»

В дополнение к этому по данным Хаббла Фокс смог использовать орбитальную динамику облака, чтобы сделать вывод о том, что это облако было выброшено из нашей Галактики с такой скоростью, чтобы почти покинуть его, и теперь оно втягивается обратно по направлению к диску Млечного Пути!

Illustration Credit: NASA, ESA, and A. Feild (STScI); science by A. Fox (STScI), ESA and NASA.



«Орбита облака указывает на то, что 70 млн лет назад оно было внутри Млечного Пути.» - продолжает Фокс. Через 30 млн лет оно столкнется с плоскостью нашей Галактики, запустив в ней невероятно энергичное событие – рождение новых звезд, причем количество газа в облаке поперечником около 11 тыс световых лет, указывает на то, что будет рождено не менее 2 миллионов звезд! Почему?

Фокс не очень уверен в ответе на этот вопрос: «Но причина высокой скорости этого облака по-прежнему еще обсуждается. Возможно, это была темная материя, которая прошла через диск Галактики, аккумулировала на себе газ, и проследовала вместе с ним дальше.»

Неважно, что было причиной появления такого удивительного облака, главное, что это – одно из самых интересных космических открытий, которые мы когда-либо делали- облако не только находится на нашем заднем дворе, оно станет еще интереснее в довольно краткосрочной по космическим меркам перспективе.

среда, 3 февраля 2016 г.

понедельник, 1 февраля 2016 г.