Hubblecast 68. Машина времени "Хаббл"

Космический паразит

Чандра, Фото дня,

23 сентября 2013 года

Два снимка обсерватории Чандра, разделенные 7 годами во времени показывают быстрое изменение яркости #нейтронной звезды. #astronomy

Двойная система J18245-2452 находится в шаровом скоплении М28. Пульсар в ней вращается с периодом 3.93 миллисекунды (254 оборота в секунду!).

Тут остановимся немного. Я вот очень давно знаю о том, что есть такие объекты в космосе, видел разные вычисления, из которых выводились такие цифры, но все равно решительно не могу понять, как эдакая громила (ну пусть всего 20 км в диаметре) может вращаться с частотой 254 оборота в секунду. Это ж не вал токарного станка... Ну не могу осознать и все тут. :( А в астрономии подобные числа встречаются сплошь и рядом - хоть в физике черных дыр, хоть в космологии. Пытаться их себе представить - иногда гиблое дело. Так и живем...

Продолжаем.

Широко признанная модель поведения нейтронной звезды в тесной двойной системе - это паразитизм. В буквальном смысле - нейтронная стягивает материю со своего компаньона, газ кружится вокруг нее в аккреционном диске и постепенно падает на нее, увеличивая скорость ее вращения. Такой объект называется рентгеновская двойная малой массы, поскольку слои газа в аккреционном диске при своем вращении трутся друг о друга и нагреваются до такой температуры, что начинают излучать в рентгеновских лучах. Постепенно падение материала замедляется, и остающийся материал начинает разбрызгиваться в стороны сильнейшим магнитным полем, когда нейтронная звезда становится миллисекундным пульсаром.

Эволюция рентгеновской двойной малой массы в миллисекундный пульсар происходит в течение нескольких млрд лет, но в течение этого периода система может быстро переключаться из одного состояния в другое. Наш источник J18245-2452 - первое документальное подтверждение этой модели. В период с июля 2го до мая 13го года он вел себя периодически как рентгеновская двойная малой массы, время от времени становясь радиопульсаром и начиная стрелять в космос короткими импульсами радиоизлучения.

Последние наблюдения рентгеновских и радиотелескопов показали, что переход из одного состояние в другое и обратно может осуществляться даже еще быстрее, чем думали - всего за несколько дней. Эти наблюдения наглядно показывают связь между миллисекундными радиопульсарами и рентгеновскими новыми малой массы.

Рентгеновские наблюдения выполнялись обсерваториями Чандра, ИНТЕГРАЛ и СВИФТ, а радио - Австралийским Компактным Массивом, телескопом Грин Бенк, телескопом Паркс (недавно у нас была его дивная фотография на фоне неба) и телескопом Вестербок Синтезиз (кто такой, почему не знаю?).

Светопись. Фото 34. RS Кормы и световое эхо

NASA | Астрофизика | Ферми 5 лет!

Синий туман похож на обман

"Синий туман похож на обман.

Похож на обман синий туман, синий туман."

(из эстрадной песни середины 80х)

по статье Фила Плейта,

с сокращениями

25 сентября 2013 года

Глубоко в сердце созвездия Скорпион зажигают космос области звездных рождений. Эти облака пыли и газа сжимаются, рождая звезды направо и налево. И их столько здесь потому, что мы смотрим на центральные области Млечного Пути, это как смотреть из высокой башни на центр города.

Одно из облаков на расстоянии 5000 световых лет от Земли называется Кошачья Лапа. При помощи "обычного" телескопа в визуальных лучах, видны несколько кусков светящегося газа, которые слегка напоминают подушечки лап усатых-полосатых хозяев наших квартир. Но если посмотреть на них в субмиллиметровом диапазоне - то, что не видно глазам - мы увидим, как пыль - непривлекательная непрозрачная темная пыль - оживает и становится похожей на огонь, бьющий через сеть каверн.

Этот вид туманности представлен Атакамским Поисковым Экспериментом (APEX), который находится в пустыне Атакама Чили.  На высоте в 5100 м слой воздуха над телескопом настолько тонок, что водяной пар практически не мешает полезному сигналу на субмиллиметровых длинах волн.

На АРЕХе только что установили новую камеру Artemis, и это один из первых ее снимков. Artemis - очень продвинутая, современная камера высокой чувствительности, которая вместе с мощностью АРЕХ способна создавать снимки удивительно большого поля зрения.

Этот снимок Кошачьей Лапы хорош еще и по такой причине. В общем случае, объекты во Вселенной излучают свет с длиной волны, которая зависит от их температуры. Горячий объект вроде звезды излучает на коротких волнах и будет при этом ярким. Холодные объекты (такие, как межзвездный газ в Кошачьей Лапе) - тусклее и будут излучать свет значительно большей длины волны. Пыль, которую видит тут Artemis - очень холодная - всего порядка 8 Кельвин - всего 8 градусов выше абсолютного нуля. Такая пыль обволакивает облака, в которых формируются звезды, и обычно видна нам как темные полосы и волокна, опоясывающие области звездных рождений. Но для Artemis она - это языки огня на холсте космоса.

Наблюдения Artemis наложены на звезды и газ, которые телескоп VISTA видит в инфракрасных лучах. Здесь видны всего лишь пара пузырей на месте подушек кошачьей лапы - там, где материю расталкивают яростные ветра новорожденных звезд. 

Светопись. Фото 33. Запаска

Ответы Этана. Номер 3. Еще одна дикая идея

 

Image credit: NASA.

Ответы на вопросы, часть 3я.

20 сентября 2013 года

Часть 2. Облако Оорта 

Часть 1. Снова в школу!

"Наблюдения показывают, что Вселенная расширяется со все увеличивающейся скоростью. она будет расширяться вечно, становясь все более пустой и темной"

Стивен Хоукинг

Сегодня к нам пришел вопрос пользователя MIUFish:

Я недавно прочитал об ученых, которые занимаются исследованием возможностей того, что масса тел во Вселенной уменьшается - как альтернативным объяснением - или, возможно, даже интерпретацией проблемы расширения Вселенной.

Есть ли в этом рациональное зерно?

Вот о чем говорит MIUFish.

Image credit: NASA, ESA, S. Beckwith (STScI) and the HUDF Team.

Свет каждой галактики, которую мы можем измерить, приходит к нам  смещенным. У галактик, которые движутся по направлению к нам, спектральные линии, которые создаются атомами, поглощающими или излучающими свет, смещены. Величина этого смещения прямо пропорциональна комбинации следующих факторов-

1. Скорости движения объекта по направлению к- (синее смещение) или от нас (красное смещение) - в дополнение к тому, что

2. ткань пространства-времени расширяется (красное смещение) или сжимается (синее смещение) за время, которое свет летел по направлению к нам.

Результирующая комбинация обоих факторов дает картину, которую мы наблюдаем во всех без исключения спектрах:

Image credit: © Copyright 2012, via Space Exploratorium.

Для очень далеких галактик первая часть - их скорость - пренебрежительно мала по сравнению с очень большим расширением пространства-времени. Этот свет летел к нам миллиарды лет. Измеряя красные смещения галактик на разных расстояниях от нас и сравнивая их между собой, можно судить о расширении самой Вселенной.

Image credit: NASA / ESA; Hubble Space Telescope.

По крайней мере это так работает, если вы принимаете Общую теорию относительности как основной закон, который правит этой Вселенной и согласны с тем, что по имеющимся доказательствам все началось с Большого Взрыва. 

Но это не единственное объяснение. Недавно, например, была предложена вот такая альтернатива - 

Image credit: R Nave of Georgia State, via http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hyde.html.

Видите, вместо растягивания длин волн расширяющейся Вселенной, мы можем подстраивать массу частиц со временем так, что свет, который частицы излучали раньше, будет смещен к красному концу спектра потому, что квантовые переходы между уровнями в то время были другими.

Это идея Кристофа Веттериха (которую можно прочитать вот здесь) - один из редких людей, у которых была спекулятивная идея, которая была настолько интригующей, что я даже писал об этом на своем блоге. Гипотеза может показаться совсем не интуитивной, но она действительно очень проста. Задумайтесь о ньютоновской гравитации.

Image credit: Wikimedia Commons user Jarry1250.

Представьте, что во всей Вселенной всего два тела, они удаляются друг от друга, и все, что вы можете измерить - это сила притяжения между ними. 

Итак, что мы увидим? По мере роста r сила уменьшается как r в квадрате.

Но можем ли мы быть уверены в том, что изменяется только расстояние, а не, скажем, G или обе массы? Нет, не можем, если все, что мы можем измерить - это расстояние.

А теперь то же с галактиками нашей Вселенной.

Image credit: ESA/Hubble, NASA and H. Ebeling.

О далеких галактиках мы знаем очень мало, а об остальном вынуждены догадываться. Наш опыт (и эксперименты тоже) с пространством-временем и с массой говорят о том, что масса-то не меняется, а вот пространство-время как раз расширяется, сжимается и искривляется. Мы предполагаем, что так же Вселенная работает и в масштабах, которые мы не можем проверить экспериментом.

Идея Веттериха могла бы тоже сработать. Только в статьях обычно не указывается, какой ценой.

Image credit: NASA, possibly also NSF, AURA and the LSST.

Видите ли, в расширяющейся Вселенной, которой управляет Общая Теория Относительности, можно предсказывать, как будет вести себя Вселенная в любое время при известном сочетании кривизны и плотности энергии. И все во Вселенной говорит нам в каждый момент времени, что она расширяется, и поэтому у всех объектов должно быть красное смещение.

Image credit: redshift vs. distance via Ned Wright, from http://www.astro.ucla.edu/~wright/cosmo_02.htm.

Поэтому в нашей Вселенной у галактик на разных расстояниях наблюдаются различные красные смещения, и это подчиняется определенному закону, что позволяет нам судить о том, из чего она состоит.

Затем мы можем понять, как же будет выглядеть Вселенная в любой момент времени, сделав прогнозы того, как она развивалась и как она будет развиваться дальше, и проверить их.

Image credit: Pearson Education.

Мы можем сравнить наши предсказания с данными Реликтового Излучения, Крупномасштабной структуры Вселенной и синтезом ядер во время Большого Взрыва. И когда мы посмотрим на все это, согласие будет просто поразительным.

Но если причина красного смещения - не расширение Вселенной, а изменение масс, вся предсказательная мощь теории исчезает.

Image credit: Planck Collaboration: P. A. R. Ade et al., 2013, A&A Preprint.

Флуктуации в микроволновом фоне произошли потому, что масса изменилась таким образом, чтобы они были именно такие, а не вследствие мощного пласта физики, лежащего за ними. Расширение Вселенной ускоряется не потому, что на нее влияет темная энергия, а потому, что масса так распорядилась, ну и т.д.

Но вы никогда не поймете этого, читая подобные новости.

Image credit: screenshot from Nature, via http://www.nature.com/.

Заголовок: космолог объясняет, что Вселенная, может быть, вообще не расширяется

Вот достаточно типичный вопрос из тех, которые я получаю.

Привет, я вижу, что эта идея получила такой резонанс и так широко освещается в новостях. Но правда ли это? Можете ли объяснить?

И каждый раз подобный вопрос приводит меня в ступор. Если об этом пишут, значит, предполагается, что в статье должен освещаться контекст, откуда пришло это открытие, а также должна быть проведена проверка излагаемых фактов. Знаете, хотя бы для того, чтобы гордиться тем, что ты делаешь. Бывают очень, очень хорошие научные статьи и научные журналисты, но есть еще и такое.

Image credit: screenshot from http://www.motherjones.com/.

Заголовок: возможно, пространство-время - всего лишь иллюзия

Даааа?? Пространство-время - всего лишь иллюзия?  Нет, это не так, и это скажет вам любой уважаемый ученый.

Что говорит это исследование - "эй, а что слышали вы о квантовой теории поля? Это такой способ вычисления того, как взаимодействуют поля и частицы во Вселенной, и как они производят измеримые результаты - такие, как сечения и амплитуды рассеяния. Но в то же время есть определенный предел того, что вы можете с этим делать."

"Хорошо, есть математический способ, при помощи которого можно вычислять те сечения или амплитуды, которые нельзя вычислить при помощи Квантовой Теории Поля - на основе геометрии и теперь это всего лишь математика (мы еще не можем делать эти вычисления для частиц и полей, из которых состоит наша Вселенная), но это очень интересно!"

Но бывает и хуже.

Image credit: screenshot from Huffington Post UK, via http://www.huffingtonpost.co.uk/.

Заголовок: Конец Большому Взрыву? Теория "4хмерной черной дыры может объяснить появление Вселенной"

Да, статью вот с таким заголовком опубликовали на этой неделе - про одну теоретическую работу, которая, якобы постулирует, что наша трехмерная Вселенная родилась из многомерной. Идея, которая родилась, на минуточку, в начале 80х!

Уверяю вас, из чего бы не появилась Вселенная, Большой Взрыв по-прежнему остается Большим Взрывом, и можно было бы ожидать, что пишущий о науке журналист должен бы знать об этом!

И, наконец,

Image credit: screenshot from the Telegraph, via http://www.telegraph.co.uk/.

Заголовок: ученый заявляет - в атмосфере Земли найдена чужая жизнь

Давайте вкратце - некое исключительно спекулятивное исследование, не прошедшее проверку коллег, было раскручено в псевдонаучном журнале, а потом еще в разнообразных СМИ, с бездоказательными претензиями на истину. 

Не понимаю, почему у этих людей так мало системы в том, чем они занимаются. Это чурнализм какой-то. Или они просто экономят силы за свою зарплату?

Меня всегда срашно расстраивают подобные истории. Эти люди должны наоборот способствовать росту знаний у публики, а вместо этого ведут себя как последние шарлатаны. Где проверка фактов? Где главный редактор, который должен вмешаться и сказать - это не стоит публиковать? Когда это стало возможным - не давать правильный контекст, но писать сенсационные заголовки, лишенные всякого смысла?

Image credit: the Irreverant Times.

Заголовок- мальчик вдохнул в легкие тубу.

Это же обычная желтая журналистика.

Ах, если бы ее не было - нигде. Если б все, кто пишет о науке, вели себя более этично! Если б значение придавалось правильной подаче фактов, образованию людей, тому, чтобы проверить сообщения, понять их, перед тем, как пытаться представить их сенсациями.

Эти последние три новости (не считая последней, сатирической) - все датированы этой неделей, и это была совершенно обычная неделя. Все эти игры с разоблачениями для меня могли бы стать постоянной работой, и совершенной потерей времени.

И поэтому, хотя иногда я могу реагировать на подобные новости, когда меня что-то действительно заденет, обычно я предпочитаю писать о том, что мы знаем, о том, что реально, и рассказывать вам о том, как мы к этому пришли. Со всеми деталями, фактами и доказательствами. Потому, что если кому-то это не важно, это не значит, что это не важно мне, и, бьюсь об заклад, вам тоже.

Ответы Этана. Номер 2. Знакомьтесь - Облако Оорта!

 Image credit: NASA / JPL-Caltech, Donald K. Yeoman.

Спроси Этана №2. 

12 сентября 2013 года

"Большое дерево астрономии упало. И нам так одиноко без его тени"

Субраманьян Чандрасекар на смерть Ян Оорта

В нашей новой почти регулярной серии приглашаются задавать вопросы читатели со всей Земли и даже с низкой околоземной орбиты. Сегодня вопрос такой (от Роберта Мигана):

Удалось ли обнаружить какие-либо объекта облака Оорта напрямую, а не в виде комет во внутренней Солнечной Системе? Я полагаю, что подобные открытия совершаются только косвенными методами - вроде микролинз или затмений звезд фона. Спасибо за отличный блог!

Хороший вопрос! Вы, наверное, помните, что до ближайшей звезды - четыре световых года, а размер Солнечной системы, которую мы традиционно представляем себе, всего лишь 50 астрономических единиц (а.е.), это около 0.08% светового года!

Image credit: NASA и - я верю – G. Bacon (STScI).

Объекты пояса Куйпера, которые находятся на этом расстоянии, время от времени выбрасываются гравитационными возмущениями внутрь Солнечной Системы, где они становятся кометами, если подходят к Солнцу на достаточно близкое расстояние. Но это не единственное место, откуда к нам приходят кометы!

Image credit: Wikimedia Commons user fir0002, from http://flagstaffotos.com.au/.

За поясом Куйпера, далеко за поясом Куйпера - на расстоянии 50 тысяч а.е. находится облако Оорта. Это почти световой год! Изредка в Солнечной Системе появляется долгопериодическая комета - с периодом не сто и даже не тысяча, а сто тысяч лет! Причиной таких комет (например, как Макнота вверху) вряд ли является гравитационное возмущение со стороны Нептуна. 

Image Credit: Oort Cloud image by Calvin J. Hamilton, inset image by NASA.

Они приходят из очень, очень далекого облака! В 1950 году Ян Оорт выдвинул гипотезу о существовании такого облака, которая теперь является общепринятой для объяснения долгопериодических комет. Из-за огромного удаления от нас, эти объекты почти не светятся в инфракрасных лучах, и практически не отражают света Солнца в визуальных! Они остаются практически невидимыми.

Но есть ли какой-то способ их обнаружить? В принципе, да.

Image credit: OGLE collaboration / Wikimedia Commons user Jan Skowron.

Гравитационная микролинза!

Момент, когда объект проходит перед яркой звездой, временно увеличивая ее видимый блеск. К сожалению, массы объектов облака Оорта настолько малы, в районе 10(в 15й степени) кг, или в районе одной миллиардной массы Земли, что увеличение блеска при этом составляет в 1000 раз меньшее значение, чем то, которое могут обнаружить современные технологии.

Поэтому пока в облаке Оорта не был обнаружен ни один объект - мы их можем увидеть в телескоп только тогда, когда они приходят во внутреннюю Солнечную Систему.

Image credit: NASA / Hubble’s ACS.

Но не каждый из обнаруженных объектов из облака Оорта является кометой. Есть одно очень важное исключение - малая планета Седна, на снимке Хаббла вверху. 

В отличие от большинства объектов облака Оорта у Седны большой размер - около тысячи км в диаметре, и масса 10(в 21й степени) кг. Единственная причина, по которой мы обнаружили Седну - поиск транснептуновых планет, это открытие было в 2003 году - дальше, чем все остальные!

Image credit: Wikimedia Commons users Szczureq/kheider, along with NASA.

Период обращения Седны - 11 тысяч лет, и, значит, она - из далеких пределов Солнечной системы, и все еще связана с Солнцем гравитационными узами. По своей орбите Седна никогда не может достичь Пояса Куйпера, это значит, что она никогда не взаимодействовала с Нептуном, а, значит, она из облака Оорта - единственное некометное тело!

Надеюсь, это также отвечает на вопрос Джо Стефано:

Если Седна - не самый удивительный объект в нашей Солнечной Системе, тогда я просто не знаю...Напишите о ней когда-нибудь.

Можно спорить, принадлежит ли Седна Солнечной системе или нет, но давайте оставим это дело гравитации. Она разберется.

Image credit: NASA, ESA, and A. Feild (STScI), modifications by Lexicon of Wikimedia Commons.

И даже если мы не можем наблюдать объекты облака Оорта напрямую, мы точно знаем о некоторых телах, которые пришли оттуда, даже не являясь кометой.

И это все на сегодня.