« »

среда, 30 марта 2016 г.

IRAS 08544-4431: Поздние дети


Европейская Южная обсерватория,

M. Hillen, J. Kluska, J.-B. Le Bouquin, H. Van Winckel, J.-P. Berger, D. Kamath, and V. Bujarrabal
Astronomy & Astrophysics



Поздние дети - всегда неожиданность, сюрприз, подарок! В звездном мире до недавнего времени наличие протопланетного пылевого диска у стареньких звезд - небылица, миф, выдумка - ну, как верблюд с тремя горбами!

Однако же звезд несметное множество, нашлось и такое.

Соединенные воедино мощным интерферометром ближнего инфракрасного диапазона кванты света, пришедшие к нам от IRAS 08544-4431 - старенькой двойной звезды, показали ... наличие у нее газопылевого диска! Ситуация усложняется присутствием второго маленького компонента в центре, но и у него оказался свой пылевой диск!

В конце жизненного пути звезды небольшой массы распухают и сбрасывают в окружающее пространство свои оболочки. Здесь мы видим момент, когда оболочка сброшена, но часть ее вещества задержалась пылью, усилив диск, который, в принципе даже можно назвать протопланетным! Кто знает, может через какое-то время начнет сжиматься - вещества там достаточно для формирования планет...

NASA | Астрофизика | Ферми открыл первый гамма-пульсар в другой галактике

понедельник, 28 марта 2016 г.

воскресенье, 27 марта 2016 г.

Города под небесами, Млечный Путь на небесах

Ещё одна замечательная иллюстрация мощи цифровой астрофотографии.

Дело даже не в том, что автор умудрился снять города и Млечный Путь на небе одним кадром.

Посмотрите-ка, нет ли какого-то противоречия? Ах да, огни на земле растянуты слева-направо, а звезды - снизу вверх!

-Монтаж?
- Нет!

Если самолёт не трясёт, вполне можно сделать такой кадр. Ставим чувствительность на максимум, диафрагму открываем на полную, фокусируется на бесконечность - лучше со штатива, со струбцины, с чего угодно, но не с рук.

Выдержка, к примеру, пять секунд.

-Что произойдёт за эти пять секунд?

Правильно, самолёт сместится вперёд, а огни городов в иллюминаторе - слева-направо.

Звезды находятся так далеко, что любые поступательные перемещения самолёта им ни по чем.

- Но почему тогда они вытянуты снизу-вверх?

- Из-за суточного вращения неба! Пяти секунд вполне достаточно, чтобы при средних фокусных расстояниях (скажем, от 100 мм), они превратились в треки. Помните, что бывает, если неподвижный фотоаппарат поставить на время под Звездным небом? Все звёзды вытянутся в треки из-за суточного вращения.

Вот сколько интереса может представлять подобный кадр для астрофотографов! ;)

Если вдруг летите ночью
Вы на быстром самолете
Если кушать вам не в радость
Если спать невмоготу


Доставайте лучше фотик-
Можно Canon, можно Nikon,
Прикрепляйте на струбцину
Направляйте за окно


Если выставить повыше
В юнитах стандарта ISO
Всю чувствительность на кадре,
Апертуру в максимал,


Если сильно повезёт вам,
Можно снять одновременно
Города под небесами,
Млечный Путь на небесах.

четверг, 24 марта 2016 г.

9 звезд бария в Сетке

9 ярких звезд галактики Reticulum II, врезки показывают сильное присутствие бария для трех звезд из выборки. Снимок получен на 4-метровом телескопе Сьерро Тололо Международной Американской Обсерватории. 
Image credits: Dark Energy Survey/Fermilab; Alexander Ji, Anna Frebel, Anirudh Chiti, and Josh Simon.

по мотивам статьи из Astronomy Now
Carnegie Institution for Science press release
22 марта 2016 года


Большой Взрыв родил самые легкие элементы в этой Вселенной. Звезды в процессе термоядерного синтеза или мегавзрывов сверхновых родили более тяжелые элементы. Однако, уже 60 лет ученые не могут придти к единому мнению, как появились такие элементы, как золото и свинец. Новое исследование говорит о том, что такие элементы вполне могли образоваться при столкновении нейтронных звезд. Работа опубликована в журнале Nature.

Для этого астрономам пришлось по локти запустить свои руки в крошечную галактику Reticulum II в южном созвездии Сетка. Честно говоря, это, может, и не галактика вовсе, а просто поток звезд на расстоянии 98 тыс световых лет от Земли, оставшийся после небольшой галактики, которой Млечный Путь изволили как-то закусить. Команда астрономов под руководством Боба Джоша Симона занялась этой галактикой в поисках причин образования тяжелых и очень тяжелых элементов в космосе - как-то ведь эти элементы попали в кору Земли? 

Симон объясняет: "Галактика Reticulum II - содержит больше ярких звезд, для которых можно определить химсостав, чем любая другая карликовая галактика в окрестностях Млечного Пути".

Эти карлики - реликты доисторических эпох, когда во Вселенной рождались первые звезды. Они бегают по орбитам вокруг Млечного Пути, и простота их химсостава помогает астрономам понять, что творилось с элементами в те незапамятное время. 

Многие элементы рождаются при термоядерном синтезе - когда сливаются ядра хим элементов, высвобождая при этом энергию и образуя что-нибудь новенькое. Но элементы тяжелее цинка рождаются другим способом - при помощи захвата нейтронов и превращения их в протоны.


Illustration credit: Carnegie Institution for Science / Ade Ashford.

Нейтроны могут захватываться долго, а могут - в течение секунд, в катастрофических событиях. И каждый из этих вариантов приводит к образованию своих элементов.

К удивлению астрономов, в галактике Reticulum II оказалось 9 ярких звезд, в которых обнаружились элементы, созданные быстрыми захватами нейтронов - больше,  чем в других галактиках.

Раньше считалось, что такими катастрофическими событиями могут быть взрывы сверхновых и слияния нейтронных звезд, но наличие сразу 9 звезд в такой карликовой галактике говорит о том, что здесь имело место событие, гораздо более редкое, чем обычный взрыв сверхновой. Более того, количество этих элементов гораздо выше, чем могла бы произвести сверхновая.

"А вот слияние нейтронных звезд лучше объясняет этот феномен" - говорит Анна Фрибель (Anna Frebel), соавтор работы из MIT.

Старые звезды Млечного Пути содержат такие же паттерны элементов, что и старые звезды других галактик-карликов - то есть этот процесс должен быть общим для всей Вселенной, и, значит, вполне возможно, что все золотишко на планете Земля обязано своим существованием... слиянию нейтронных звезд где-то неподалеку!

Оригинал статьи: http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature17425.html

среда, 23 марта 2016 г.

NASA | Астрофизика | Сталкивающиеся нейтронные звезды

понедельник, 21 марта 2016 г.

Спроси Итана: Показывают ли гравитационные волны корпускулярно-волновой дуализм?

Итан Зигель
Forbes, 20 февраля 2016 года

Статья переведена и публикуется с любезного разрешения автора.


Image credit: NASA.

Теперь, с открытием LIGO первого сигнала гравитационных волн, подтверждена часть Общей Теории Относительности Эйнштейна, говорящая о том, что ткань пространства сама по себе может содержать волны и мелкую рябь. Все это вызывает разнообразные интересные вопросы - вроде такого, заданного нашим читателем (и спонсором Patreon!) Джо Лато (Joe Latone):

" ожидается ли, что гравитационные волны будут показывать корпускулярно-волновой дуализм, и, если да, могут ли ученые LIGO придумать эксперименты (вроде эксперимента с двумя щелями), чтобы это проверить? "

Корпускулярно-волновой дуализм - одно из самых странных открытых нами следствий квантовой механики.

Image credit: Wikimedia Commons пользователь Sakurambo, на основе работы Томаса Янга (Thomas Young), представленной Королевскому Сообществу в 1803.

Начиналось все довольно просто: материя образуется частицами - такими, как атомы и их составляющие, а излучение состоит из волн. Частицей можно назвать что-то, что может сталкиваться и отталкиваться от других частиц, слипаться, обмениваться энергией, связываться и т.п. А волной называлось что-то, что могло подвергаться дифракции и интерференции. Ньютон ошибочно думал, что свет состоит из частиц, но его современники - например, Гюйгенс, и также ученые начала XIX века - Юнг и Фреснель - однозначно показали, что у света есть такие свойства, которые можно объяснить только тем, что он представляет собой волны. Самые известные из их экспериментов - эксперименты с двумя щелями: при прохождении света через две щели на экране явно отображалась картина интерференции - где свет взаимодействовал как конструктивно (максимумы яркости), так и деструктивно (минимумы).

Image credit: пользователи Wikimedia Commons  Dr. Tonomura and Belsazar. Обратите внимание, как картина интерференции становится различимой только при наличии достаточного числа частиц, даже несмотря на то, что они пролетают через щели по одной.

Эта интерференция - продукт исключительно волновой, поэтому "доказывала", что свет состоит из волн. Но в начале XX века все смешал фотоэффект. Если направить свет на определенный материал, свет начнет выбивать "случайные" электроны. Если теперь свет сделать красным (то есть меньшей энергии), то, даже если усилить его интенсивность, он перестанет выбивать электроны. Но если сделать свет синим, более высокой энергии, то даже если уменьшить его интенсивность до нуля, он продолжает выбивать электроны. Немного времени спустя, мы открыли, что свет можно проквантовать на фотоны, и каждый отдельный фотон действует как частица, ионизующая электроны с подходящей энергией.
Image credit: пользователь Wikimedia Commons Klaus-Dieter Keller, создано при помощи Inkscape. Заметим, что для энергий ниже определенного порога, ионизация не проявляется, а выше - происходит, причем чем больше энергия фотона, тем больше скорость вылетающего электрона.

Далее, в XX веке, были обнаружены еще более странные вещи:
- отдельные фотоны, пропущенные через двойную щель, по прежнему интерферируют сами с собой, давая картину, которая соответствует волновой модели.
- Электроны, которые считались ранее частицами, также показывают аналогичную картину.
- Если пытаться установить, через какую щель пролетел фотон, картина интерференции исчезает. Если не пытаться - снова появляется.

Оказалось, что каждая частица может быть одновременно и волной. Более того, квантовая механика учит, что в подходящих условиях мы должны рассматривать частицы именно так, иначе мы не получим результатов, согласующихся с нашими экспериментами.

Image credit: B. P. Abbott et al. (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration), via PRL 116, 061102 (2016).


И теперь, мы переходим к гравитационным волнам. Они уникальны тем, что пока мы не видели их в виде частиц.  Но мы вправе ожидать, что они тоже как и обычные волны состоят из частиц - только эти частицы не молекулы воды, а гравитоны - частицы гравитационного взаимодействия,  возникающие вследствие того, что гравитация, по существу - квантовая сила.

Image credit: Dave Whyte of Bees & Bombs, via http://beesandbombs.tumblr.com/post/134366721074/ok-couldnt-resist-remaking-this-old-chestnut-in.


И, поскольку это волны, а волны, как предсказывает Общая Теория Относительности (ОТО), должны подчиняться определенным правилам:
- во время возбуждения,
- во время наложения, и
- во время затухания,
мы можем с хорошей степенью уверенности утверждать, что они будет вести себя также, как и другие волны, описанные ОТО. В деталях они слегка отличается от других волн, к которым мы привыкли - в частности, они не такие скалярные, как волны в воде, и не такие векторные, как свет, в котором синфазно колеблются электрическое и магнитное поля. Отличие в том, что это - т.н. тензорные волны, которые возникают, когда пространство сжимается и расширяется в направлениях, перпендикулярных их движению.



У этих волн те же свойства, что и у обычных волн - например, они могут распространяться с определенной скоростью через свою среду (со скоростью света через ткань самого пространства), они могут интерферировать с другими волнами - конструктивно и деструктивно, они могут кататься на искривлениях пространства-времени, а также для них существуют некоторые условия, в которых можно наблюдать их дифракцию - например, огибание сильного источника гравитации вроде черной дыры. В дополнение к этому, при расширении Вселенной эти волны будут делать ровно то же, что и другие - растягиваться.

Image credit: E. Siegel, из книги Beyond The Galaxy, продающейся на http://amzn.to/1UdcwZP.


Вопрос в том, как мы собираемся проверить их квантовую часть? Как увидеть "частичную" часть гравитационной волны? В теории, гравитационные волны похожи на ранние изображения волн, которые показывали видимую волну, как колебания множества движущихся частиц - эти частицы являются гравитонами, а общей видимой нам волной - гравитационная волна, обнаруженная LIGO. Это - единственная причина утверждать, что гравитоны уже у нас в руках, поскольку они:
- обладают спином 2,
- не имеют массы,
- распространяются со скоростью света,
- взаимодействуют только посредством гравитации.

Второе ограничение для LIGO исключительно хорошо: если у гравитона и есть масса, она меньше 1.6 x 10^-22 eV/c^2, или примерно в ~10^28 меньше массы электрона. Но пока мы не придумаем метод для проверки квантовой гравитации при помощи гравитационных волн, мы не узнаем, являются ли эти частицы гравитонами.


И,  хотя у нас есть некоторые шансы это установить, LIGO вряд ли нам поможет. Видите ли, эффекты квантовой гравитации наиболее сильны там, где есть сильнейшие гравитационные поля на очень маленьких расстояниях. Есть ли проверка лучше, чем слияние черных дыр?! Когда сливаются две сингулярности, эти квантовые эффекты - следствия ОТО - будут проявлять себя непосредственно во время слияния, перед слиянием (как возбуждение волн) и сразу после него (как их затухание). И хотя мы говорим о промежутках времени в пиросекунды, а не микро-миллисекунды (предел LIGO), обнаружить их все же можно. Мы разработали лазеры, которые могут работать в промежутки времени в фемто- или даже аттосекунды (от 10^-15 с до 10^-18 с). Поэтому вполне возможно было бы попробовать повысить чувствительность этих интерферометров до таких значений. Все это вызовет огромный скачок технологий, включая создание огромного количества интерферометров, методов подавления шума и увеличения порога чувствительности. С точки зрения технологии, это не невозможно, это всего лишь очень трудно!

Для астрономов LowBrow в Мичигане я только что сделал небольшой видеорассказ о гравитационных волнах, LIGO и том, чему мы научились - вот полная запись беседы (прошу прощения за помарки записи Google)



Возможно, вас заинтересует только один последний вопрос - о том, как именно мы можем проверить существование частицы гравитон, которая завершит формирование нами представления о корпускулярно-волновом дуализме этой Вселенной. Мы думаем, что это правда, но пока не знаем этого наверняка. Будем надеяться, что наше любопытство приведет нас к необходимости вложить еще больше усилий, что природа будет к нам благосклонна, и что мы сможем это выяснить!

25 лет Хаббла. Решение Тинкертой

суббота, 19 марта 2016 г.

NGC 891 - когда пыль сложнее, чем кажется

Credit: C. Howk & B. Savage (Wisconsin); N. Sharp (NOAO
Copyright: WIYN, Inc., 3.5-m WIYN Telescope 

18 марта 1998 года


Галактики - сложные организмы. Обычно их разделяют на плоскую дисковую и сферическую подсистемы. В плоскости галактик концентрируется основная масса газа и пыли, в то время как очень разреженный газ вместе с темной материей распределены внутри сферы - как правило, с центром внутри сверхмассивной черной дыры, прячущейся внутри ядра галактики.

Вот эта красавица, видимая нам с ребра, кажется совершенно обыкновенной. Однако пристальный взгляд открывает в ней необычно вытянутые темные волокна пыли, простирающиеся далеко за границы диска, вверх и вниз.

Почему?

Предполагается, что эти волокна были выброшены взрывами сверхновых совершенно недавно по галактическим меркам и еще не успели разрушиться или втянуться обратно под действием гравитации ядра галактики.

Так, навскидку, длина этих волокон может составлять десятки световых лет. И живет там, внутри этого волокна какая-нибудь цивилизация, совершенно уверенная в своей уникальности и богоизбранности, и даже не подозревает, что для нас она - просто крошечное темное волокно на светлом ядре галактики, видимой нам с ядра.

Ищите эту галактику в созвездии Андромеды, на расстоянии 30 млн световых лет от нас.

Разглядеть эти волокна получится только в серьезный аппарат, от двух метров в диаметре. Но с меньшими апертурами можно зато оценить одинокость и заброшенность этого куска света в темных объятиях неба в направлении на созвездие Андромеды.

Больше великолепных снимочков Хаббла прилагается в дополнение по ссылочке