В лаборатории создана модель излучения черных дыр

Стивен Хокинг

Ничто не может ускользнуть от черной дыры! Неправда, утверждал физик Стивен Хокинг 40 лет назад. Он подсчитал, что черные дыры отдают тепловое излучение за счет квантовых эффектов. Тем не менее, сих пор никто не мог наблюдать это излучение Хокинга, так как оно слишком слабое, чтобы можно было доказать его существование астрофизическими средствами. Сейчас исследователи нашли способ усилить излучение Хокинга и, таким образом, сделать его измеримым - по крайней мере, в лабораторных условиях.

Черные дыры в космосе

Черные дыры занимают среди самых зловещих небесных тел, пожалуй, одно из первых мест: благодаря своей чрезвычайно большой массе они всасывают в себя всё, что оказывается слишком близко, и постоянно увеличиваются. Если исходить из теории, всё, что пересекает так называемый горизонт событий черной дыры, исчезает. Горизонтом событий считается точка, от которой нет пути назад. Ничто, согласно этому представлению, не может вырваться из черной дыры.

Это не так, гласит знаменитый тезис астрофизика Стивена Хокинга, который опирается на предположения квантовой теории поля. По его мнению, черные дыры всё же кое-что отдают, а именно слабое тепловое излучение.

Излучение Хокинга

Так называемое излучение Хокинга широко признано экспертами. Однако это явление нельзя было наблюдать в космическом пространстве, так как оно слишком слабое и поэтому не поддается измерению. Долгое время исследователи пытаются обнаружить излучение Хокинга - по крайней мере, в лаборатории - и создают для этого системы, напоминающие черную дыру. Это удалось Джеффу Штайнхауэру (Jeff Steinhauer) и его коллегам-физикам из Израильского технологического института в Хайфе. Они так усилили излучение, испускаемое их моделью черной дыры, что его можно было обнаружить. Таким образом, они экспериментально доказали, а также измерили постулированное излучение Хокинга, по крайней мере, в лабораторных условиях.

Квантовое колебание пространства

По предположению Хокинга, у горизонта событий - как в любом другом месте космического пространства - стихийно возникают пары из частиц и античастиц, которые позже в доли секунды снова аннигилируют. Физики называют это квантовым колебанием пространства. Согласно этой теории, казалось бы, в пустом пространстве постоянно возникают виртуальные частицы, вызванные колебаниями на квантовом уровне. Хокинг исходит из того, что одна частица из таких пар падает в черную дыру, а другая может избежать этого. По его утверждению, падающая частица высвобождает при этом потенциальную энергию, которая достаточна, чтобы катапультировать другую частицу из гравитационного поля черной дыры за ее пределы. Если эта теория верна, то и при моделировании черной дыры из неё что-то должно исходить.

Черная дыра Изображение: NASA

Команда Штайнхауэра применила для моделирования акустическую черную дыру, то есть систему, из которой входящий звук не может выйти. Для этого исследователи использовали так называемый конденсат Бозе-Эйнштейна, состоящий из ультрахолодных газов. Если позволить звуку переходить из дозвукового потока в сверхзвуковой, то в этом пункте возникает что-то вроде горизонта событий черной дыры, так как звук, который идет навстречу течению, не может покидать сверхзвуковой регион.

Лазер как усилитель

Выходящее из этой системы излучение Хокинга состоит из квантов звука, возникающих стихийно на горизонте событий. Чтобы усилить это излучение, команда создала из черной дыры ещё и лазер. Так же, как оптический лазер усиливает свет, этот лазер должен был усиливать выходящие волны звука. Для этого исследователи совместили горизонт событий черной дыры с ее противоположностью - горизонтом событий белой дыры, то есть точки, мимо которой звук не может пройти, а будет выталкиваться.

При этом они наблюдали следующее: в связи с взаимовлиянием излучения Хокинга и частиц, которые отбрасывает горизонт событий белой дыры, возникает конструктивная интерференция - то есть волны усиливают друг друга. "Между обоими горизонтами событий возникает при этом устойчивая волна, которая растет экспоненциально. Таким образом, мы наблюдаем самоусиливающееся излучение Хокинга", - пишут исследователи.

Их эксперимент впервые создал самоусиливающееся излучение Хокинга и сделал измеримым в лаборатории теоретический структурный компонент. Таким образом, Штайнхауэр и его коллеги представили интересный метод, который в будущем поможет исследовать таинственные черные дыры изнутри.

Источник:  wissenschaft.de

Комета "Сайдинг Спринг" несется к Марсу

Хвост кометы может проникнуть в атмосферу Марса - исследователи надеются получить подробные записи с космических зондов и планетоходов.

Геттинген - Марсу вновь предстоит встреча с гостем: 19 октября комета "C/2013 A1", получившая название "Сайдинг Спринг", промчится вблизи Красной планеты. Исследователи исключают возможность столкновения кометы с Марсом, но ее хвост, вероятно, войдет в атмосферу планеты, объявили астрономы Института исследований Солнечной системы им. Макса Планка.

Космические зонды и марсоходы, исследующие сейчас Марс, будут иметь уникальную возможность наблюдать вблизи редкое зрелище. Детектор частиц ASPERA-3, установленный на борту космического зонда ESA Mars Expres и изучающий атмосферу на планете, должен после прохождения кометы идентифицировать компоненты ее хвоста.

Сближение на 132000 км

Комета появилась в начале 2013 года в поле зрения телескопа австралийской обсерватории Сайдинг-Спринг, держа курс на Марс. Сначала казалось возможным её столкновение с Красной планетой. Однако наблюдения в последующие месяцы показали, что "Сайдинг Спринг" должна пройти приблизительно в 132000 км от Марса. Это соответствует примерно одной трети расстояния между Землей и Луной.

"Сайдинг Спринг" - снимок космического телескопа Хаббл Фото: NASA/ESA/ J-Y-Li

С научной точки зрения маршрут вряд ли мог бы быть более благоприятным. так как сейчас Марс исследуют с орбиты пять космических зондов, а по его поверхности движутся два марсохода. В момент прохождения кометы все эти инструменты направят взгляд на "Сайдинг Спринг" и будут записывать каждую деталь уникальной встречи.

Следы в атмосфере

"Мы ожидаем, что хвост кометы и марсианская атмосфера в некоторой степени смешаются", - говорит Маркус Френц (Markus Fränz) - Институт исследований Солнечной системы, Геттинген. Астрономы полагают, что комета будет вносить в атмосферу Марса около 100 кг инородного материала в секунду. Это соответствует количеству частиц, которые Марс непрерывно теряет в пространстве. "Невысокая плотность этих частиц может стать серьезной проблемой для измерений", - заметил Френц.

Комета "Сайдинг Спринг" на пути к Марсу Иллюстрация NASA

Тем не менее, исследователи надеются проследить за изменением состава атмосферы. Долгопериодические кометы, к которым относится и "Сайдинг-Спринг", происходят из так называемого Облака Оорта - региона на краю внешней области Солнечной системы. "У каждой кометы есть небольшие отличия, - говорит Френц .- Если их внимательно изучить, можно создать более полную картину  происхождения комет".

Источник: derstandard.at

У Земли обнаружена новая луна

Мадрид (Испания) - Если вы полагаете, существует только один естественный спутник, Земли - Луна, то вы ошибаетесь - по крайней мере, если подходить к этому вопросу со всей тщательностью. На самом деле, наряду со всем нам известным и официально признанным ночным светилом, нам было известно, по меньшей мере, 3 луны Земли. Теперь астрономы обнаружили у неё еще один естественный спутник.

Объект с астрономическим номером "2014 OL339" - это, вероятно, захваченный гравитацией нашей планеты астероид, орбита которого вокруг Земли, однако, настолько стабильна, что его можно рассматривать как естественный "квази-спутник" - то есть как недавно открытую луну.

Действительно, наша Земля регулярно отлавливает астероиды и заставляет их в течение определенного периода вращаться вокруг себя. Некоторые астрономы даже предполагают, что наша планета окружена значительно большим количеством подобных объектов, но они слишком малы, чтобы их можно было обнаружить.

Движение "2014 OL339" вокруг нашей Земли за 300 лет Источник: С. и Р. де ла Фуэнте Маркос

Кроме того, есть некоторые астероиды, которые вращаются вокруг Солнца вместе с Землёй в так называемой орбитальном резонансе так близко друг к другу, что их орбиты практически идентичны орбите нашей планеты и стабильны. К этой группе относится и найденный 29 июля 2014 года новый спутник Земли - "2014 OL339."

Как сообщают Карлос и Рауль де ла Фуэнте Маркос (Carlos и Raul de la Fuente Marcos) из Мадридского университета на "arXiv.org", диаметр обнаруженного астероида 100-200 метров. Он вращается вокруг Солнца по довольно неустойчивой орбите, но ещё 775 лет назад был захвачен Землей и будет постоянно сопровождать нашу планету, по меньшей мере, следующие 165 лет во время её движения по орбите вокруг центрального светила. На следующий временной период точно рассчитать поведение астероида слишком трудно.

Источник: grewi.de

Ад внутри умирающей супер-массивной звезды?

Нет, перед вами не мандала, представляющая собой сакральное изображение, которое используют в буддизме и индуизме, и не абстрактное произведение искусства. То, что вы здесь видите, является 3D-моделью турбулентности внутри умирающей супер-массивной звезды. На этой фотографии представлена такая ​​звезда на следующий день после ее взрыва сверхновой.

Первые звезды во Вселенной были крайне важны для ее дальнейшего развития. Ведь только в них из водорода путем ядерного синтеза появлялись более тяжелые элементы. Поскольку со взрывом сверхновой звезды заканчивалось ее существование, возникшие элементы высвобождались и становились строительным материалом для других небесных тел.

Что именно происходит с такой супер-массивной звездой при рождении сверхновой, исследовали с помощью компьютерного моделирования астрофизики, возглавляемые Ке-Янг Ченом (Ke-Jung Chen) - Университет Калифорнии, Санта-Крус. Они генерировали 3D-модель внутреннего состояния звезды, имеющей около 55000 солнечных масс.

Вид умирающей супер-массивной звезды изнутри
Фото: Калифорнийский университет, Санта-Крус/Кен Чен

Эта модель показала два очень важных момента:

1. Оказалось, что такие звезды могут, по-видимому, взрываться даже без обычного преобразования сколлапсировавшего ядра в черную дыру. Вместо этого они полностью распыляют свое вещество и буквально растворяются, превращаясь в ничто или в бесчисленные пылевые и газовые остатки.
2. Кроме того, был представлен моментальный снимок внутренней части подобной звезды на следующий день после взрыва сверхновой. Он показывает изнутри ядро гелия, в котором неустойчивость создает вихри турбулентности.

Всмотритесь в это изображение и дайте волю своей фантазии!

Источник:  scinexx.de

Маленькая черная дыра с волчьим аппетитом

Аппетит этого космического объекта переходит все границы астрономической "прожорливости”. Небольшая, но жадная черная дыра P13 поглощает газ примерно в десять раз быстрее, чем предполагали астрономы. До этого было принято считать, что потребность в "пище" таких областей ограничивают размеры. Но малютка P13 опровергла это правило, пишут астрономы в журнале "Nature".

Черные дыры во Вселенной - это обжоры, ненасытно всасывающие все, что попадает в сферу их влияния. Как и в какой форме энергии или веществу удается избежать поглощения или быть оттуда выброшенными, часто обсуждается, но пока до конца не выяснено. До сих пор астрономы предполагали, что именно величина черной дыры определяет, сколько массы она может поглотить в течение определенного времени. При этом считалось, что действует общее правило: чем прожорливей объект, тем больше его размер.

Небольшая, но прожорливая космическая черная дыра

Но теперь ученые, возглавляемые Роберто Сориа (Roberto Soria) - австралийский Curtin University, Перт - обнаружили в 12 млн. световых лет сенсационное исключение из этого правила: черную дыру P13, находящуюся на окраине галактики NGC7793. P13 привлекла внимание астрономов своим невероятным светом, сияющим ярче Солнца примерно в миллион раз. Это излучение исходит от поглощенного газа, который сильно нагревается при падении в черную дыру и светится в рентгеновском диапазоне.

Черная дыра P13 с питающим её спутником Фото: © Tom Russell (ICRAR)

Исследователи предположили, что P13 при ее вероятной жадности первоначально была очень большой и массивной. "Казалось правдоподобным, что P13 превышает обычные, менее яркие черные дыры, которые можно наблюдать в нашей собственной галактике", - поясняет Сориа. Но выяснилось, что она имеет менее 15 солнечных масс - довольно мало для черной дыры в космосе.

Астрономам удалось определить эту массу в результате взаимодействия черной дыры со звездой-компаньоном. P13 образует двойную систему с сверхгигантом, имеющим около 20 солнечных масс и питающим черную дыру газом. Свет этого спутника с одной стороны всегда был ярче, чем с другой, уточняет Сориа. Эту разницу создает черная дыра, чьё рентгеновское излучение ярко освещает одну сторону звезды. Исходя из этого, ученые смогли вычислить массы партнеров в системе и их период обращения, составляющий 64 дня.

Положение P13 в галактике NGC7793

Чемпионы по заглатыванию звездной пищи

Жадность черной дыры, имеющей столь малую массу, поразила исследователей: количество газа, засасываемого P13 в минуту, соответствует, по данным астрономов, 100 млрд. хот-догов - примерно в десять раз больше, чем считалось возможным. Сориа сравнил P13 с японским-едоком Такеру Кобаяси, который, вопреки его скорее худосочному телосложению, побил многочисленные мировые рекорды в количестве и скорости поглощения пищи, съедая 110 хот-догов за десять минут.

"Не существует действительно строго очерченной границы, как мы думали. Черные дыры могут на самом деле поглощать больше газа и производить больше света", - обобщает Сориа. Однако трапеза P13 продлится, по космическим масштабам, не долго: она относится к так называемым ультраярким рентгеновским источникам. Черные дыры Сориа называет такие черные дыры "Чемпионами Вселенной по пожиранию газа: они поглощают свои звезды в течение менее миллиона лет".

Источник: scinexx.de

Как на Луне возникло самое большое море

В ясные ночи полнолуния можно увидеть на "лице" нашего спутника кратеры и шрамы. Кроме того, там есть еще темные участки, так называемые моря - maria, сформировавшиеся из застывшей лавы во время огненной фазы возникновения Луны. На примере самого большого из этих "лунных морей" исследователи смогли подтвердить, что их возникновение связано не с попаданием астероида, как считалось раньше. Во всем виноваты геологические особенности: 3-4 миллиона лет назад Луна здесь представляла собой море магмы.

Теории возникновения лунных морей

Океан Бурь - с его площадью более четырех миллионов квадратных километров - самое большое из всех "лунных морей". Однако его происхождение было окутано тайной. Некоторые астрономы предполагали, что бассейн Океана Бурь сформировал когда-то сильный удар астероида, а уже потом его заполнила лава. Если рассматривать другие моря, то эта гипотеза кажется убедительной, но необычные структуры Океана Бурь подвергают ее сомнению. Его форма представляет собой не круг, как у других, а скорее похожа на подкову. Кроме того, вокруг нет гор, характерных для бассейна кратера.

Лунная поверхность в рентгеновских лучах

Исследователи во главе с Джеффри Эндрюс-Ханна (Jeffrey Andrews-Hanna) из Colorado School of Mines в Голдене изучили формации Океана Бурь. Они использовали данные миссии НАСА GRAIL. С 2012 года этот зонд находится на орбите Луны и создает подробные карты ее гравитации, что дает важную информацию о характеристиках коры под поверхностью спутника. "Это выглядит так, будто вы рассматриваете кору на рентгенограмме". - разъясняет соавтор статьи Джим Хэд (Jim Head) из Университета Брауна в Провиденсе. Здесь можно обнаружить следы древних структур.

Топография Океана Бурь и результата гравитационных измерений - вокруг морей видны трещины
Фото: © NASA/GSFC/JPL, Colorado School of Mines, MIT

В своих исследованиях ученые установили, что Океан Бурь характеризуют серии линейных аномалий, которые образуют гигантский прямоугольник. Эти структуры являются, по-видимому, остатками трещин лунной коры, считают исследователи. Они могли бы быть источником лавы, которая от трех до четырех миллиардов лет назад затопила этот ареал. Огненное море застыло, а затем там образовался темный базальт, который мы видим сегодня с Земли.

Трещины и потоки лавы

В образовании трещин виноват, по мнению исследователей, особый состав вещества в области Океана Бурь. Считается, что наш спутник некогда был полностью покрыт жидкой лавой, которая медленно застывала. Она-то и образует сегодняшнюю поверхность Луны. В районе Океана Бурь этот процесс мог замедляться. Здесь много радиоактивных элементов, выделяющих тепло, пишут исследователи. Следовательно, этот регион мог охладиться только после остальной части лунной поверхности, что привело к ее стягиванию и появлению по сторонам трещин. Из них потом снова потекла лава, которая и затопила ареал, предполагают исследователи.

Так выглядела северная часть Океана Бурь на активной Луне
Фото: © NASA/GSFC/JPL, Colorado School of Mines, MIT

"Мы считаем, что это убедительная альтернатива теории столкновения с астероидом, - говорит Хэд. - Все, что мы установили, указывает на внутренние силы при возникновении Океана Бурь. Кроме того, наши данные могут быть полезны для понимания истории развития других лун и планет".

Источник: wissenschaft.de

Новый снимок великолепного скопления Дикая Утка

Европейская Южная Обсерватория опубликовала новый снимок рассеянного скопления Messier 11, известного также как скопление Дикая Утка. Этот кластер с изобилием звезд можно наблюдать в созвездии Щита, до которого от Земли лететь приблизительно 6000 световых лет.

Несмотря на свое название, скопление Messier 11, носящее также каталожный номер NGC 6705 - его ещё именуют скоплением Диких Уток - было обнаружено вовсе не французским астрономом Шарлем Мессье, а Готфридом Кирхом, немецким астрономом из Берлинской обсерватории. В 1681 году оно выглядело в телескоп лишь как расплывчатое световое пятно.

Только в 1733 английский священнослужитель и и естествоиспытатель Уильям Дерам определил, что это скопление состоит из разных звезд. В 1764 Шарль Мессье включил объект в свой знаменитый каталог. При этом его интересовали вовсе не звездные скопления или туманности. Он искал кометы, на которые звездные скопления, галактики и туманности в телескопах тех лет были, на первый взгляд, очень похожи. Поэтому каталог должен был предупреждать ложные открытия.

Рассеянные скопления находятся, как правило, в областях звездообразования, а те - в рукавах спиральных галактик или в регионах с большой плотностью звезд нерегулярных галактик. Messier 11 является одним из самых компактных звездных кластеров: при диаметре всего около 20 световых лет он содержит почти 3000 звезд.

В отличие от шаровых скоплений, которые объединяют в небольшом пространстве намного больше звезд, рассеянные обычно относительно молоды. В шаровых скоплениях звезды сильно связаны с кластером взаимным притяжением и являются почти ровесниками нашего Млечного Пути. Открытые звездные скопления распадаются обычно не позже, чем через несколько сотен миллионов лет. Считается, что большинство звезд возникло именно а таком кластере, в том числе и Солнце.

Скопление Messier 11 Фото: ESO

Наблюдение открытых скоплений звезд предоставляет астрономам важную информацию об их формировании и эволюции солнц, которые там, вероятно, могли возникнуть из одного газопылевого облака. Поэтому они имеют одинаковый возраст и химический состав. Удаление от Земли у всех этих звезд, тоже равное, что позволяет, например, проводить сравнительные наблюдения эволюции объектов разной массы. Массивные звезды развиваются гораздо быстрее, чем солнца с малыми массами, и часто заканчивают свое существование, когда их меньшие "собратья" только начинают светиться.

Название Дикие Утки туманность получила еще в 19 веке. В простой телескоп самые яркие звезды в кластере кажутся открытым треугольником, очень похожим на полет диких уток, движущихся клином. Возраст Мессье 11 составляет минимум 250 миллионов лет. Поэтому вполне вероятно, что скопление скоро распадется и смешается с окрестными звездами.

Опубликованное ESO изображение основано на данных, полученных с Wide Fi eld Imager, установленном на 2.2-метровом телескопе MPG/ESO в чилийской обсерватории Ла Силла.

Источник: astronews.com