Мы уже нашли червоточины, но не узнали их?

Теория червоточин — их еще называют "звездные врата" — знакома большинству по научно-фантастическим сериалам. На самом деле, идея такого короткого пути через пространство (и время) основана на теории физики. Однако ни один из этих объектов до сих пор не обнаружен. Недавнее исследование болгарских астрономов позволяет предположить, что мы, возможно, уже нашли червоточины, но еще не узнали их, считая черными дырами.

Как сообщает команда Валентина Делийски из Софийского университета в Physical Review D., ученые предлагают первые способы, как распознать червоточины и отличить их от черных дыр. Для исследования этой концепции они создали упрощенную модель того, как входы в червоточину будут выглядеть с астрономической точки зрения при наблюдении с Земли, например, Телескопом Горизонта Событий.

Основываясь на этих симуляциях, физики пришли к выводу, что такие частицы будут генерировать сильные электромагнитные поля, которые будут вести себя предсказуемо и поляризовать любой свет, испускаемый такой нагретой материей, с четко различимой сигнатурой. Аналогичным образом свет от такой материи позволяет отображать горизонты событий известных нам черных дыр в галактиках Мессье 87, M87* и в Млечном Пути.

Однако сначала было трудно различить входы в червоточину и в черную дыру. Сравнение симуляций показало, что их отличие составляет всего 4 %. Только разница в диаметре, при прочих равных условиях, может указывать на то, что меньшая - это червоточина.

Исходя из этого, черная дыра "M87*" в центре Мессье 87 вполне может оказаться червоточиной

В то же время червоточины могут располагаться и вблизи черных дыр, из-за чего их будет еще труднее отличить друг от друга. Тем не менее, исследователи уверены, что это возможно. Некоторые особые свойства этих двух объектов, по-видимому, отличались бы, если бы для их наблюдения использовалась так называемая гравитационная линза, с помощью которой уже сделано не одно открытие космических объектов.

Кроме того, мы могли бы также распознать червоточину, если бы наблюдали ее под правильным углом - тогда свет пересекал бы вход точно по линии нашей видимости, обнаруживая описанную уникальную сигнатуру. Будущие анализы должны изучить и другие способы обнаружения червоточин.

Источник информации и фото: grenzwissenschaft-aktuell.de

Структура нейтронных звезд зависит от их массы

Нейтронная звезда образуется, когда в конце жизненного цикла массивной звезды происходит взрыв сверхновой. Остается звездное ядро, в котором масса одного или двух солнц сжата до диаметра всего 20-30 км.

Огромная гравитация превращает нейтронные звезды в самые совершенные космические сферы. Внутри них плотность и давление настолько высоки, что распадаются даже атомы и остаются одни нейтроны. Предполагается, что в ядре образуется экзотическое сверхтекучее состояние материи.

Однако природу недр нейтронных звезд пока можно реконструировать лишь теоретически, так как экстремальные условия внутри них в земных лабораториях воспроизвести невозможно Поэтому в настоящее время существует множество различных физических моделей, пытающихся описать строение нейтронных звезд при помощи уравнений состояния.

Важным параметром в этих уравнениях является скорость звука в плотном веществе, предоставляющая информацию о том, насколько жесткой и твердой является среда. В случае нейтронных звезд ее можно использовать для определения того, насколько хорошо плотная, сжатая материя может выдерживать огромное давление гравитации. Чем тверже и жестче экзотическая нейтронная смесь в ядре звездного остатка, тем быстрее в нем распространяется звук.

Команда Лучано Резоллы из франкфуртского Университета Гёте к настоящему времени составила более миллиона уравнений состояния недр нейтронных звезд и сравнила их с астрономическими наблюдениями и ядерно-физическими параметрами. Как и ожидалось, у поверхности нейтронных звезд скорость звуковых волн не максимальна, поскольку материя там менее плотная и их поведение во многом не зависит от массы.

Однако по мере углубления скорость звуковых волн увеличивается, пока не достигнет максимального значения. Это происходит со всеми нейтронными звездами выше определенной массы. Однако положение этого максимума очень сильно зависит от их массы. В легких звездных остатках массой до 1,7 солнечных звуковые волны быстрее всего распространяются в ядре — поэтому это самая твердая и жесткая часть нейтронной звезды.

Но с увеличением массы максимум звуковых волн нейтронных звезд смещается ближе к поверхности. У тяжелых объектов он находится даже во внешних слоях, поэтому эти звездные остатки снаружи тверже, чем внутри.

Следовательно, структура нейтронных звезд бывает очень разной и зависит от их массы, что можно сравнить с консистенцией различных видов шоколадных конфет.

«Легкие нейтронные звезды напоминают пралине с твердым орехом, покрытым мягким шоколадом. И наоборот, тяжелые звезды больше похожи на пралине с твердой шоколадной оболочкой и кремовой, мягкой начинкой. Это чрезвычайно интересный результат, потому что он проливает свет на то, насколько может сжиматься ядро ​​нейтронной звезды».
Лучано Резолла

Пока эти выводы основаны только на теоретических моделях, но может появиться шанс проверить их с помощью астрономических наблюдений, так как жесткость нейтронной звезды может проявиться в столкновениях таких звездных остатков. Это свойство связано со значением, которое можно измерить непосредственно в гравитационных волнах. Детекторы гравитационных волн, например: LIGO, Virgo, KAGRA - помогут разобраться во внутренней структуре различных нейтронных звезд и уточнить общие теоретические модели.

«Эти открытия сыграют особенно важную роль в составлении неизвестного в настоящее время уравнения состояния с использованием будущих гравитационно-волновых измерений столкновений нейтронных звезд».
Соавтор исследования Кристиан Экер, Тринити-колледж, Дублин

Источник информации и фото: scinexx.de

Астрономы раскрыли тайну звезды Гамма Колумба

Менее чем в тысяче световых лет от нас, в созвездии Голубя, находится Гамма Колумба - звезда с темным прошлым, которое теперь раскрыла международная исследовательская группа. Звезда когда-то составляла более массивную половину бинарной системы.

Они сближались все больше и больше, пока звезда, наконец, не проглотила своего меньшего партнера, потеряв при этом свою внешнюю оболочку. То, что можно наблюдать на Гамме Колумба сегодня, по сути, является сердцем первоначальной звезды, пишут в Nature Astronomy астрономы.

Расточительные гигантские звезды

Немногим менее ста лет назад стало известно, что звезды генерируют огромную энергию своего света путем ядерного синтеза: превращения глубоко внутри звезды водорода в гелий при температуре в многие миллионы градусов Цельсия. Этот синтез происходит в круговом процессе, в котором выступают как катализаторы углерод, азот, кислород. Это приводит к характерному обогащению азотом ядра звезды.

Поскольку очень массивные звезды расточительно расходуют свою ядерную энергию, они существуют всего несколько миллионов лет, прежде чем исчезнуть в результате гигантского взрыва - сверхновой. Эту ядерную эволюцию обычно нельзя наблюдать непосредственно, поскольку очень плотные звездные оболочки, поверхностный слой звезды, экранируют горячий центральный термоядерный реактор. Поэтому предсказания моделей звездной эволюции могут быть проверены только многочисленными наблюдениями звездных поверхностей.

Загадочная композиция

В течение многих лет Андреас Ирганг (Университет Эрлангена-Нюрнберга) и Норберт Пшибилла (Университет Инсбрука) наблюдали за массивными звездами, анализируя спектроскопические изображения многих звезд с помощью сложных моделей. Теперь они сделали уникальное открытие: звезда Гамма Колумба в южном созвездии Голубя на расстоянии 900 световых лет показала необычный химический состав своей поверхности.

Изображение показывает звезду, которая, вероятно, имеет ту же историю, что и Гамма Колумба

Она значительно отличается от того, что можно было бы ожидать от звезд аналогичной массы. Вместе с Жоржем Мейне, ведущим теоретиком звездной эволюции из Женевского университета, ученые нашли этому объяснение.

Космический стриптиз

Они пришли к выводу, что Гамма Колумба, которая, как подозревают исследователи, когда-то принадлежала к бинарной системе и вращалась вместе со звездой-партнером вокруг общего гравитационного центра, потеряла свою оболочку, когда поглотила свою двойную звезду. Это нормально для бинарных звезд - постоянно сближаться друг с другом и в результате терять энергию.

Если две звезды расположены близко друг к другу, гравитационные волны, вызывающие потерю энергии, будут сильными и окажут значительное воздействие - как, должно быть, и произошло в данном случае. В случае с Гамма Колумба, этот процесс обнажил звездное ядро, так сказать, сердце звезды. Это позволяет предположить, что Гамма Колумба может быть обнаженным ядром того, что изначально было гораздо большей звездой в бывшей бинарной системе.

Скоро взрыв

Исходя из найденного состава, можно предположить, что Гамма Колумба достигла примерно 90 процентов своего расчетного срока службы, который составляет добрых десять миллионов лет. Это означает, что до взрыва ей осталось жить менее двух миллионов лет. До тех пор она представляет собой удивительный объект исследования, который астрономы могут использовать для детального изучения прошлого и будущего бинарных звезд.

Источник информации и фото: derstandard.at

Как нейтронная звезда опровергла прежние теории

Во время гамма-всплеска была неожиданно обнаружена долго живущая нейтронная звезда, что стало возможным благодаря предшествующим измерениям гравитационных волн.

Это был необычный танец двух нейтронных звезд, со времени исполнения которого в созвездии Гидры минуло приблизительно 140 миллионов лет. Медленно сближаясь, они все быстрее вращались по орбите и излучали так много энергии (гравитационных волн), что в какой-то момент столкнулись и слились в новую нейтронную звезду, настолько огромную, что она коллапсировала в черную дыру, где за непрозрачной завесой горизонта событий два космических танцора нашли свой конец.

События, подобные этому, чрезвычайно редки - для этого нужна не просто бинарная система, в которой оба солнца стали сверхновой и были подходящего размера, чтобы в итоге превратиться в нейтронные звезды. Для этого нужен также идеальный момент в их миллиарднолетней жизни. Но поскольку звезд так много, подобные события происходят с большой регулярностью.

Первые наблюдения гравитационных волн световыми телескопами

Это конкретное событие необычно тем, что впервые на Земле его смогли наблюдать различные детекторы, включая три установки, впервые созданные для обнаружения гравитационных волн, зарегистрировавшие в 2017 году сигнатуру, которую можно интерпретировать только как слияние нейтронных звезд. В это же время несколько телескопов по всему миру смогли зарегистрировать сильную вспышку света в гамма-диапазоне.

Определение направления сигнала гравитационной волны, ставшее возможным благодаря одновременному успешному измерению всеми тремя детекторами, позволило показать, что короткая гамма-вспышка и гравитационные волны исходили от одного и того же источника. Последние, однако, в отличие от гамма-сигнала, позволяют определить природу эффекта как столкновение нейтронных звезд и даже определить их массу. Таким образом, впервые было выяснено происхождение гамма-всплесков. Это открытие стало сенсацией и первым большим успехом для молодой гравитационно-волновой астрономии.

Это нее "художественное", а реальное телескопическое изображение нейтронной звезды в Крабовидной туманности

Уже первые наблюдения гравитационных волн не только отмечались как демонстрация правильности теории относительности, но и подогревали надежды на создание нового канала для наблюдения космических событий. Именно поэтому совместное измерение слияния нейтронных звезд по широкому спектру каналов было столь значительным. Результат, о котором сейчас сообщают исследователи, основывается непосредственно на этом выводе и доказывает, что надежды на новое понимание были оправданы.

Моделирование слияния двух нейтронных звезд в черную дыру на основе данных гравитационно-волновых измерений Ligo и Virgo

Необъяснимое долголетие

Это наблюдение противоречит предыдущим моделям. Образовавшаяся при слиянии "танцующей пары" нейтронная звезда стала столь велика, что должна была коллапсировать в черную дыру в течение долей секунды. Но данные свидетельствуют о том, что она просуществовала около суток. Источником гамма-всплеска являются экстремальные процессы в аккреционном газовом диске, происходящие, как ранее предполагалось, с нейтронной звездой после ее коллапса в черную дыру. Но гамма-лучи показали типичные следы нейтронной звезды, выбрасывающей газ в космос газ почти со скоростью света.

Только благодаря снимкам гравитационных волн, полученным в 2017 году, можно стало понять, что это вообще было слияние нейтронных звезд. Однако неясно, почему гигантское небесное тело не разрушилось мгновенно, а еще довольно долго продолжало собирать газ из своего аккреционного диска. Это может быть связано с его сильным вращением, центробежные силы которого противодействуют сильному гравитационному притяжению.

Важным для наблюдений, в которых исследователи использовали несколько различных телескопов, было применение автоматической системы, активированной в ответ на сигнал гамма-излучения, обнаруженный космическим телескопом Swift компании Nasa Нила Герела. Затем Ливерпульский телескоп, стоящий на Канарских островах, смог автоматически настроиться на событие и запечатлеть его оптический отклик.

Новые возможности благодаря гравитации и нейтрино

Результат - это пример новой астрономии, использующей в качестве источника информации не только свет, но и другие технические возможности наблюдения. В дополнение к гравитационно-волновой астрономии, которая уже доказала свою полезность, детектор Ice-Cube недавно продемонстрировал свою способность наблюдать небо, обнаружив высокоэнергетические нейтрино из центра близлежащей скрытой за пылью галактики Messier 77, что указывает на гигантскую черную дыру внутри.

Источник информации и фото: derstandard.at

Могли ли в условиях Марса выжить бактерии?

Под поверхностью Марса все еще могут быть бактерии, такие как Deinococcus radiodurans, которая смогла бы выжить даже на враждебной планете.

Ученые во главе с Уильямом Хорном из Университета медицинских наук США (USUHS) в Мэриленде обнаружили, что  в  условиях Марса бактерии могут выживать дольше, чем считалось ранее. В эксперименте они смоделировали окружающую среду красной планеты: космическое излучение, высокоэнергетические частицы солнечного ветра, мороз, засуху.

Исследователи обнаружили, что на поверхности эти условия всего через несколько часов убивают даже бактерию Deinococcus radiodurans. Затем этот экстремофильный микроорганизм, ласково прозванный «бактерией Конана», был похоронен всего в десяти сантиметрах под поверхностью Марса, что увеличило срок его жизни до 1,5 миллионов лет, а на глубине десяти метров даже до 280 миллионов лет.

По словам коллеги Хорна Майкла Дейли, этого было бы недостаточно, чтобы пережить от 2 до 2,5 миллиардов лет после исчезновения на Марсе проточной воды.

«Подобная марсианская среда, однако, постоянно меняется и плавится под воздействием метеоритов. Мы предполагаем, что периодическое таяние может привести к временной повторной колонизации и расселению».
Майкл Дейли

Таким образом, если микроорганизм, подобный Конану, эволюционировал, когда на Марсе еще присутствовала вода, его живые останки могут все еще дремать глубоко под землей. А потому их смогут обнаружить будущие марсианские миссии.

Тем не менее, такие миссии также таят в себе риск, потому что полеты на Марс могут не только загрязнить планету земными бактериями и таким образом затруднить поиск внеземной жизни. Этот процесс будет двусторонним: образцы с Марса могут принести с собой внеземные бактерии и загрязнить нашу собственную планету.

«Наши модельные организмы представляют прямое загрязнение Марса и обратное загрязнение Земли, которых следует избегать».
Майкл Дейли

Источник информации и фото: wissenschaft.de