Каньоны Титана

Скрытая Вселенная 30. Небо WISE

ESOCast 15. Обновление гигантского зеркала ОБТ

Каждую ночь круглый год, Очень Большой Телескоп Европейской Южной Обсерватории (или ОБТ) открывает свои 4 гигантских глаза, вглядываясь в прекрасное южное небо. Каждый глаз – это большое зеркало 8.2 метра в диаметре, которое собирает свет ночного неба и отражает его в оптические системы, которые формируют сверхчеткие изображения Вселенной. Но поддержание глаз ОБТ в чистоте требует периодического проведения тонких и сложных процедур – очистки и обновления покрытия.

Прекрасная Вселенная Чандры. Тур по ESO137

Галактика ESO 137 прорывается через скопление Абель, оставляя за собой хвосты материи, в которых рождаются новые звезды!

Прекрасная Вселенная Чандры. Тур по М31

Комментарий доктора Майкла: не совсем, если честно, понял, почему они говорят об эллиптических галактиках, если Туманность Андромеды - явно выраженная спираль. Может, речь идет о ее спутниках?

G54.1+0.3: прах к праху, пыль к пыли

Фото дня, Чандра
29 марта 2010 года

• Новый композитный снимок, составленный из данных Чандры и Спитцера показывает G54.1+0.3- пыльные останки сколлапсировавшей звезды.
  
• Рентгеновские данные Чандры обнаруживают ветер, состоящий из частиц высоких энергий от пульсара, находящегося в центре снимка.
  
• Данные Спитцера показывают инфракрасную оболочку около пульсара, которая состоит из газа и пыли, оставшихся после сверхновой.

Новый снимок Рентгеновской Обсерватории Чандра и Космического телескопа Спитцер показывает пыльные останки сколлапсировавшей звезды. Пыль летит мимо, поглощая целую семью звезд, оказавшуюся по соседству. Ученые считают, что звезды на снимке являются частью звездного скопления, в котором взорвалась сверхновая. Материал, выброшенный этим взрывом, проносится мимо этих звезд с высокой скоростью.

Композитное изображение G54.1+0.3 показывает рентгеновские данные Чандры синим, данным Спитцера зеленым (на коротких инфракрасных волнах) и желто-красным (на более длинных инфракрасных волнах. Белый источник недалеко от центра снимка - плотная, быстровращающаяся нейтронная звезда, или "пульсар", оставшийся после взрыва сверхновой. Пульсар создает ветер, состоящий из частиц высоких энергий - видных на снимке Чандры - который расширяется в окружающее пространство, подсвечивая материал, выброшенный взрывом.

Инфракрасная оболочка, окружающая пульсар, состоит из газа и пыли, оставшегося от сверхновой. По мере расширения холодной пыли в окружающее пространство, она нагревается и подсвечивается светом звезд скопления, становясь видимой в инфракрасном диапазоне. Пыль, которая ближе к звездам, горячее и видна в желтом цвете на этом снимке. Некоторая пыль также нагревается ветром от пульсара, который врезается в материал оболочки.

Уникальное окружение, в котором взорвалась эта сверхновая дает возможность астрономам наблюдать концентрированную пыль, оставшуюся после взрыва, которая обычно слишком холодна, чтобы излучать в инфракрасном диапазоне. Если бы не было скопления, мы бы не смогли видеть эту пыль, пока ее не достигнет ударная волна взрыва. Но само действие взрыва уничтожило бы большинство крошечных пылевых частичек. В G54.1+0.3 астрономы наблюдают эту пыль в первоначальном виде, до ее разрушения.

Величайшая из рассказанных историй - Часть 2

Этан Зигель,

Величайшая из рассказанных историй

- Часть 6

Есть теория, которая утверждает, что если находится кто-то, кто открывает, для чего и почему существует Вселенная, она тут же исчезает и заменяется чем-то более загадочным и непонятным.

И есть еще одна теория - что это уже произошло.

Дуглас Адамс (Douglas Adams)

Мы начали серию Величайшая из рассказанных историй с теории инфляции - когда Вселенная расширялась экспоненциально. Мы увидели достаточно доказательств инфляции, рассматривая геометрию Вселенной, выглядящей плоской,

рассмотрев также тот факт, что физические свойства Вселенной начинаются с одинаковых исходных условий (подразумевающих, что все они изначально находились во взаимодействии, несмотря на то, что затем миллиарды лет были разделены огромными расстояниями), и также спектр первичных флуктуаций, которые оказались точно такими, какими мы ожидали от инфляции.

И что дальше?

Если вы скажете - Большой Взрыв, вы на верном пути. Инфляция позаботилась о трех важных вещах и сделала Вселенную плоской, практически идеально однородной, где есть всего лишь небольшие отклонения от этой однородности. Но за этим мы должны уладить вопросы с тем, что Вселенная полна материи, антиматерии и энергии. Нам нужно, чтобы Вселенная была очень горячей, исключительно плотной и расширялась очень быстро - но не экспоненциально - со знанием того, что она будет охлаждаться.

И как это сделать? Как можно прийти от инфляционной Вселенной:

к той, которая содержит зерна современной нам Вселенной? Проблема с инфляционной Вселенной в том, мы берем малюсенькую область пространства со всем наполняющим ее материалом и растягиваем ее экспоненциально на миллиарды миллиардов световых лет. Не важно, сколько материи и энергии было в этой маленькой области, вы просто берете и растягиваете ее в масштаб больший, чем вся наблюдаемая Вселенная, уменьшая плотность до значения вроде один протон на одну Вселенную.

(Image credit: Ned Wright.)

Независимо от того, какой температурой обладала Вселенная в начале, она станет ужасно холодной по мере протекания инфляции. Холодной - значит, с температурой абсолютного нуля. И еще, мы хотим сделать большой взрыв, создав всю материю и энергию, которая есть сейчас во Вселенной. Как мы это сделаем?

Также, как работает гидроэлектростанция. У воды сверху есть потенциальная энергия, по мере ее падения ниже и ниже, потенциальная энергия переходит в кинетическую, или энергию движения. Но она также может крутить турбины и генерировать электричество. Этот удивительно простое и полезное явление перехода энергии из одного состояния в другое - основа большинства современных технологий.

Ну и вот, во время инфляции, что-то управляет экспоненциальным расширением Вселенной. Наилучшие теоретические работы говорят нам, что это что-то вроде невероятно огромной энергии вакуума, которая, в ином смысле, во время инфляции - сам космос, этот экспоненциально расширяющийся космос с невероятным количеством скрытой в нем потенциальной энергии.

Итак, этот вторичный нагрев - процесс, в котором вся эта потенциальная энергий преобразуется в другую форму энергии, называемой массой.

А как это возможно физически? В нашей гидроэлектростанции, сила тяжести обеспечивает потенциальную энергию, и по мере вашего продвижения к уровню с низкой энергией (с меньшей высотой), вода приобретает скорость и импульс, которые можно использовать для вращения турбин и генерирование энергии.

В инфляционной Вселенной, причина инфляции сама по себе содержит потенциальную энергию. А знаем ли мы точно, что вызывает эту инфляцию? Нет. Мы можем проэкстраполировать известную нам физику и изобрести новый класс частиц, вызывавших инфляцию - инфлатоны - но мы не знаем, насколько такая экстраполяция хороша. Если какая-то другая частица, или даже одна из них - такая, как кварк, электрон или фотон, взаимодействует с этой инфляцией, она вытягивает потенциальную энергию из поля так же, как потенциальная энергия катящегося вниз с горы мяча вытягивается и преобразуется в другие формы энергии.

Этот вопрос - как мы пришли от инфляционной Вселенной ко Вселенной, где доминирует материя и энергия, и в которой мы живем, - один из величайших открытых вопросов физики и астрономии. Это великое основание для теоретиков, потому, что у нас есть много идей и ограничений, следующих из наблюдений, оставляющих по-прежнему очень много места для воображения. Здесь персонально я сказал бы - я пока не знаю. Мы знаем, что произошла инфляция, но не знаем, что ее вызвало. Мы знаем, что она закончился в какой-то точке и породила Большой Взрыв, но пока еще не представляем себе, какой физический механизм вызвал этот взрыв.

Скажу еще раз. Пока - мы не знаем, какая физика стоит за инфляцией, что ее начало, что ее закончило и привело к Большому Взрыву, дав жизнь нашей Вселенной, наполненной материей и энергией. Это может быть также повторяющейся темой для очень ранней и очень поздней Вселенной - имея доказательство, что произошло некое явление, но не зная, какой механизм вызвал его. Увидимся снова в части 3, где мы наконец-то поговорим о Большом Взрыве!

Величайшая из рассказанных историй - Часть 1

Спасибо всем, кто высказал заинтересованность в переводе этого цикла от Этана Зигеля! Попробуем продолжить этот цикл, не знаю уж, как быстро смогу его переводить, наберитесь терпения.

Этан Зигель,

Величайшая из рассказанных историй

- Часть 6

Чем больше я изучаю Вселенную и детали ее устройства, тем больше я убеждаюсь,

что она в каком-то смысле должна была знать, что появимся мы.

- Фриман Дайсон (Freeman Dyson)

Когда мы смотрим на Вселенную, мы видим, что вся ее красота распределена относительно равномерно в пространстве, от галактик и скоплений галактик:

до космического реликтового излучения фона (иногда называемого последней рассеивающей поверхностью), одной температуры, распространяющегося по всем направлениям.

Мы также видим, что когда мы пытаемся определить форму Вселенной, могут существовать всего три варианта - она может быть плоской, положительной (сфера) или отрицательной (седло) кривизны.

Проведя измерения, мы понимаем:

1.) У Вселенной, в среднем, одинаковые свойства по всем направлениям - некоторая средняя плотность, средняя температура, среднее число галактик и т.д., несмотря на то, что эти области разделены миллиардами миллиардов световых лет.

2.) В больших масштабах Вселенная оказывается совершенно пространственно плоской, не обнаруживая никаких признаков общей кривизны - положительной или отрицательной.

Мы - любопытные создания, и всегда задаем вопрос - почему? Почему Вселенная одинаковая по всем направлениям, когда не существует никаких причин к тому, чтобы она не могла обладать разными свойствами в разных местах? Почему Вселенная пространственно плоская, когда даже небольшое изменение в общей плотности материи или коэффициенте расширения дало бы нам искривленную Вселенную? Физики называют эти проблемы проблемой горизонта и проблемой плоскости, и вообще говоря, это два главных аспекта, которые не может объяснить теория Большого Взрыва.

В 1979 году, молодой физик-теоретик Алан Гут (Alan Guth) (вверху, в центре) предложил теорию, которая могла бы объяснить обе проблемы, и которая объясняла, что происходило до Большого Взрыва! Его грандиозная идея была теорией инфляции, которая говорила примерно следующее. Представьте, что у Вселенной разные свойства в разных местах. Некоторые области могут расширяться, некоторые - сужаться, некоторые могут быть стационарны. У некоторых областей может быть положительная кривизна, у некоторых - отрицательная, некоторые могут быть плоскими. В некоторых областях может быть много материи, в некоторых - мало или совсем нет материи. Некоторые области очень, очень горячие, некоторые - температурой практически до абсолютного нуля.

Другими словами, неважно, какие были начальные условия во Вселенной. Важно, что в одной точке в пространстве, в одной из этих областей, существовали условия, нужные для начала инфляции, которая экспоненциально расширит эту область пространства.

В течение крошечной доли секунды инфляция может раздуть область размером с протон в миллиарды раз, до размера всей видимой Вселенной. Существуют три важных вывода из этой теории.

Во-первых, решается проблема горизонта. Если вы возьмете очень маленькую область с одинаковой температурой, плотностью и коэффициентом расширения, и расширите ее до размера Вселенной, внезапно окажется, что у вашей Вселенной та же температура, плотность и коэффициент расширения. Проблема номер 1 решена.

Во-вторых, неважно, какова форма Вселенной до начала инфляции - она придет и просто сделает Вселенную такой большой, что с нашими инструментами нам наша Вселенная покажется плоской.

В этом смысле, если бы на Земле вы видели только до расстояния 100 метров, вы бы не смогли установить, что она искривлена в виде сферы, и Земля казалась бы вам плоской. Вселенная кажется нам плоской именно по этой причине.

Но последняя (важная) вещь - инфляция никогда не наблюдалась до того момента, пока ее не обосновали теоретически. Квантовая механика говорит нам о том, что пустое пространство в действительности не совершенно пусто- оно полно частиц (материи) и античастиц (антиматерии), которые постоянно создаются, живут какое-то время, встречаются снова и аннигилируют. Все это происходит в очень короткое время, и обосновывает эффект Казимира (Casimir).

Когда происходит инфляция, пары частица-античастица внезапно разрываются по всей Вселенной во время экспоненциального расширения. И вместо действительно однородного космоса получаются легкие флуктуации - повышенной плотности в одних областях и пониженной плотности в других - которые являются следствием этих квантовых эффектов расширяющейся Вселенной. В 80х годах инфляция предсказывала, как должны выглядеть эти флуктуации, а в 2003 году, измерения микроволнового фона WMAP наконец-то дали требуемую точность.

И все это случилось до Большого Взрыва. Были ли это первые 10-35 секунд Вселенной? Возможно, но вполне может быть, что Вселенная существовала миллиарды лет до инфляции или не существовала вовсе. Также возможно, что время тогда не имело такого же значения, как потом. Независимо от того, как это случилось, инфляция мешает нам в одном - она совершенно стерла все, что было во Вселенной до ее начала!

Вот наша исходная точка в Величайшей из рассказанных историй. Инфляция - первое, о чем мы можем говорить более-или менее со знанием дела, и она устанавливает все нужные нам условия - включая плоскую, однородную Вселенную с правильными флуктуациями - чтобы начать ее с Большого Взрыва!