11-летний поиск гравитационных волн ничего не дал

Сто лет назад Эйнштейн предположил существование гравитационных волн как часть своей общей теории относительности. 11-летний поиск с помощью высокоточного CSIRO Parkes telescope не смог их обнаружить, что ставит под сомнение теорию галактик и черных дыр.

Считается, что гравитационные волны несут информацию, позволяющую ученым заглянуть в самые истоки Вселенной. Однако их еще никто не обнаружил, хотя есть косвенные доказательства существования этого явления.

Ученые ожидали обнаружить фон - "гул" волн, исходящий из объединяющихся галактик всей Вселенной.

"Но мы ничего не слышали. Даже стонов. Кажется, на космическом фронте тишина - по крайней мере, для вида волн, которые мы ищем".
Д-р Райан Шеннон (Ryan Shannon) из CSIRO и Международного центра радиоастрономических исследований

Галактики растут путем слияния, и считается, что в сердце каждой крупной есть сверхмассивная черная дыра. Когда две галактики объединяются, черные дыры сближаются и образуют вращающуюся друг вокруг друга пару, которая, по теории Эйнштейна, посылает в этот момент гравитационные волны сквозь пространство-время Вселенной.

Моделирование слияния черных дыр Фото: Michael Koppitz

Постулаты общей теории относительности Эйнштейна не были опровергнуты, но гравитационные волны так и остались его неподтвержденным предположением.

Для поиска волн команда доктора Шеннона использовала телескоп Parkes, контролируя "милисекундные пульсары". Эти маленькие звезды испускают очень регулярные радиоимпульсы и действовать, как космические часы. Ученые записали время появления из сигналов с точностью до десяти миллиардных долей секунды.

Гравитационная волна, проходя между Землей и "миллисекундным пульсаром", сжимает и растягивает пространство, изменяя расстояние между ними примерно на 10 метров - крошечную долю расстояния от пульсара до Земли. Это слегка изменяет время приходя сигналов пульсара на Землю.

Черные дыры, сливаясь создают гравитационные волны. Ученые, использовавшие для исследования телескоп CSIRO Parkes, искали влияние этих волн на пульсары
Видео: John Rowe Animations/CSIRO

Астрономы изучали эти пульсары в течение 11 лет - достаточно долго, чтобы выявить гравитационные волны. Так почему они ничего не нашли? Причин может быть несколько, но ученые предполагают, что черные дыры соединяются очень быстро и им мало времени для генерации гравитационных волн.

"Там может быть газ, окружающий черные дыры, который создает трение и потребляет энергию, позволяя им довольно быстро войти в клинч".
Д-р Пол Ласки (Paul Lasky), член команды, научный сотрудник Университета Монаш.

И если астрономы хотят обнаружить гравитационные волны по времени пульсаров, то им придется записывать их многие годы.

"Может быть также преимущество при переходе на более высокую частоту".
Д-р Линдли Лентати (Lindley Lentati) из Кембриджского университета, Великобритания, член исследовательской группы, который специализируется в области методов синхронизации пульсара.

Должен облегчить работу астрономов и высокочувствительный Square Kilometer Array-Teleskop, строительство которого начнется в 2018 году.

Отсутствие результатов поиска гравитационных волн путем фиксации времени пульсаров не мешает наземным детекторам гравитационных волн, таким как Advanced LIGO, который начался свои наблюдения за Вселенной на прошлой неделе.

"Наземные детекторы ищут высокочастотные гравитационные волны, генерируемые другими источниками, такими как слияния нейтронных звезд".
Д-р Викрам Рави (Vikram Ravi), член исследовательской группы из Университета Суинберна (ныне - Калифорнийского технологического института в Пасадене, штат Калифорния)

Работа доктора Райана Шеннона опубликована в "Science".

Как родились самые яркие галактики Вселенной

Как выяснилось, самые яркие галактики в нашей Вселенной питаются тем, что всасывает их гравитация, а вовсе не благодаря взрывам при слиянии звездных систем, как считалось ранее. Об этом в среду заявили ученые в Nature.

Каким может быть наиболее полное объяснение того, как появились эти огромные скопления звезд и пыли? Ученые обнаружили, что галактики втягивали газообразный водород, а затем использовали его, чтобы накачивать в год до 2000 солнечных масс. Для сравнения: в Млечном Пути звезды появляются со скоростью около одного "Солнца" в год.

Ярчайший свет, испускаемый этими субмиллиметровыми галактиками (SMG) — названными по части электромагнитного спектра, который они используют — почти невидим для невооруженного глаза.

"Крупная галактика растет с помощью [втягивания] газа из межгалактического пространства и формирует звезды с устойчивой, но большой скоростью в течение почти миллиарда лет".
Десика Нараянэн (Desika Narayanan), Хаверфорд-Колледж США, соавтор работы.

Эти галактики датируются первыми годами нашей Вселенной (примерно 14 миллиардов лет), но исследователи узнали о них лишь в последние десятилетия. Такая яркость, в 1000 раз превышающая светимость Млечного пути, возникает благодаря их плодовитому звездообразованию.

Распределение плотности газа в модели звездообразования галактики, диаметр которой около 650000 световых. Экстремальные формирование звезд в центральной галактике подпитывается значительным притоком газа, что делает ее очень яркой Фото: Десика Нараянан

Ученые не согласны с одной из излюбленных теорией рождения SMG: они вытекают из массивных галактик, соединяющихся и взрывающихся с интенсивным образованием звезд. Нараянан заявляет, что эта гипотеза не может объяснить всех свойств сверхярких галактик, особенно их относительно большие размеры, так как слияния, как правило, создают довольно компактные галактики.

Чтобы проверить свое объяснение, основанное на гравитации, Нараянан и его коллеги использовали суперкомпьютеры для моделирования создания SMG и обнаружили, что галактики выросли, втягивая газ, который затем использовался для формирования новых звезд, излучавших благодаря своей молодости исключительные количества света.

Распределение галактик в инфракрасной области света. Цвета обозначают плотность газа Фото: Роберт Томпсон (NCSA)

Исследование показало, что слияния не оказывали значительного влияния на звездообразование, даже если SMG включали группы галактик, увеличивающие их яркость.

"Галактики коллективно увеличивают локальную светимость и создают чрезвычайно яркую систему". Нараянан

Моделирование было настолько сложным, что только для части вычислений потребовалась сеть из тысяч компьютеров, работавших больше месяца. Команда создала также модели для отслеживания того, как свет будет двигаться через эти вновь созданных галактики, так как нужно было увидеть, будет ли результат имитации похож на реальность.

"Эти результаты представляют собой на сегодня одну из самых жизнеспособных моделей для одного из самых загадочных свойств (Пространства), о котором мы знаем".
Нараянан.

Исследователи были изумлены, обнаружив, что, по их расчетам, субмиллиметровые галактики остаются сверхяркими почти миллиард лет. Как правило, интенсивно светящиеся объекты во Вселенной сгорают относительно быстро - всего за десятки миллионов лет.

Фильм показывает в инфракрасном свете звездообразование в ранней Вселенной. Модель предполагает, что ярко светящиеся регионы, наблюдаемые в субмиллиметровые телескопы, часто состоят из групп галактик ранней Вселенной, которые в еще будут расти и создавать массивные скопления Видео: Роберта Томпсона (NCSA)

Источник: nature.com

Пылающая космическая роза диаметром 15 световых лет

Европейская южная обсерватория выложила сегодня новый снимок области звездообразования Messier 17 - одно из подробнейших изображений региона в созвездии Стрельца. Фотография целиком показывает туманность, у которой несколько имен: М 17 (NGC 6618) называют то Омегой, то Лебедем, то Подковой, то Лобстером. От Земли Messier 17 отделяют 5500 световых лет.

Официальное название туманности - Messier 17, означающее, что это 17-й объект, который в 1764 году был внесен Шарлем Мессье, французским астрономом, в его каталог.

Но первые данные о туманности, полученные еще в 1745 году, за 19 лет до Мессье, принадлежат астроному из Швейцарии Жан-Филиппу Луа де Шезо. Он составил также список туманностей и отправил в 1746 году в Париж, в Академию наук Франции. Однако посланию не придали большого значения. Поэтому Мессье обнаружил эту туманность вторично, независимо от первоткрывателя.

Туманность Messier 17 Фото: ESO

Как бы ни называли Messier 17, необыкновенная красота объекта диаметром 15 световых лет впечатляет. На фото видна не только сама туманность. Перед нами ее ближайшее окружение с бесчисленными звездами.

Типичны краски области звездообразования Messier 17: пласты, похожие на лепестки космической розы, светятся красным - признак газообразного водорода, сияющего под воздействием молодых горячих звезд. Их интенсивное ультрафиолетовое излучение ионизирует газ туманности. В результате у атомов отрываются электроны. Если атомы их потом опять ловят, высвобождается энергия в виде света. При этом каждый химический элемент испускает совершенно определенный цвет. А газообразный водород создает здесь типичное красноватое свечение.

В центре туманности цвета кажутся немного светлее. Это не оптический обман, а результат смеси света горячего газа с отраженным от пыли светом звезд.

Газ в Messier 17 более чем в 30000 раз превышает солнечную массу. Внутри туманности находится открытое звездное скопление с каталожным номером NGC 6618, состоящее из 35 звезд. Однако в самой туманности их значительно больше - астрономы насчитывают здесь примерно 800 ярчайших солнц. Бросаются в глаза и тянущиеся сквозь туманность темные полосы пыли.

Изображение выполнено на основе данных широкоугольной камеры Wide Field Imager, стоящей в Ла-Силла на 2.2-метровом телескопе, принадлежащем MPG/ESO. Наблюдения проводились в рамках программы Cosmic Gems, использующей время телескопа, не занятое научными исследованиями, для съемки интересных объектов, таких, как эта пылающая космическая роза.

Найден объект нового класса - "средних" черных дыр

Фото: ESO

Астрономы предполагали существование "средних" черных дыр, но никогда их не находили.

По мнению ученых, черные дыры бывают либо малых, либо больших размеров, но новое исследование приближает нас к подтверждению существования "средней" черной дыры.

Известно около полудюжины кандидатов в класс "средних" черных дыр, однако, их существование требовало конкретного подтверждения. Исследователи обнаружили доказательства новой, промежуточной массы черной дыры, превышающей массу Солнца приблизительно в 5000 раз. Ее величина находится между черными дырами, имеющими звездную массу в несколько десятков раз больше солнечной, и сверхмассивными черными дырами размером в несколько млрд. солнечных масс.

Изображение, полученное с Very Large Telescope Европейской южной обсерватории, показывает центральную область галактики NGC1313, где может находиться "средняя" черная дыра Фото: ESO

"Эта работа подтверждает аргумент в пользу существования третьего класса - черных дыр со "средней" массой".
Ведущий автор работы Дирадж Паша (Dheeraj Pasham)

Новый кандидат в класс черных дыр с промежуточной массой, получивший название NGC1313X-1 - ультраяркий рентгеновский источник. Он является одним из ярчайших видимых объектов дальней Вселенной. Наблюдая за ним, исследователи заметили две вспышки, повторяющиеся в постоянном темпе, которые могут быть вызваны воздействием на объект, находящийся рядом с черной дырой, ее сильной гравитацией. Одна вспышка мигала 27,6, а другая 17,4 раза в минуту. Это идеальное отношение 3:2, что позволяет рассчитать массу объекта.

" По аналогии с акустическими инструментами можно представить, что черные дыры малой звездной массы - это скрипка, а сверхмассивные - контрабас, тогда черные дыры с промежуточной массой - виолончель".
Соавтор работы Франческо Томбези (Francesco Tombesi)

Исследователи надеются, что выявление с помощью нового рентгеновского спутника NICER, запуск которого планируется НАСА на 2016 год, других ультраярких рентгеновских источников, мигающих с устойчивым интервалом 3: 2, приведет к пополнению списка кандидатов в класс черных дыр, имеющих промежуточную массу.

Источник: Astrophysical Journal Letters

Может ли у Солнца существовать далекая звезда-компаньон?

Планетарные системы далеких двойных звезд нестабильны: резонансы нарушают орбиты таких планет и могут даже привести к их выбросу в пространство.

Эксцентриситет орбиты - параметр ее формы, которая может быть представлена каким-либо коническим сечением (гиперболой, кругом, параболой, эллипсом) - и наклон орбиты экзопланеты, вращающейся вокруг далекой двойной звезды, чаще всего необычно велики. Причину этого астрономы видят в помехах, вызываемых гравитацией более удаленной звезды. Но точно неизвестно, как сила тяжести второй звезды влияет на строение планетной системы.

Исследования простой модели - отдельной планеты, вращающейся вокруг далекой двойной звезды - показывают, что достаточно большое наклонение орбиты звезды к плоскости орбиты планеты приводит к сильным колебаниям эксцентриситета и наклона орбиты. Однако этот резонанс Лидова-Козаи сам неустойчив: его может подавлять влияние других объектов, вызывающее прецессию орбиты планеты - когда ось вращающегося тела  медленно передвигается - например, гравитационное взаимодействие в системе с несколькими планетами.

Художественное изображение планетной системы далекой двойной звезды Фото: НАСА

Джихад Тоума (Jihad Touma) из Американского университета в Бейруте и Сешадри Шридхар Сешадри (Seshadri Sridhar) Raman Research Institute в Бангалоре провели компьютерные имитации разных конфигураций таких многопланетных систем далеких двойных звезд.

При этом они наткнулись на ранее незамеченное явление. В целом периоды орбитальных прецессий превышают периоды планет на несколько порядков, так что здесь никакие резонансы невозможны. В системе далекой двойной звезды ситуация может быть иной: орбитальный период второй звезды может быть такой же, что и периоды прецессий планет - и, следовательно, находиться с ними в резонансе. Больше того: даже если такого резонанса сначала нет, планета может, мигрируя в ранней фазе системы, войти в области резонанса.

Такие резонансы увеличивают затем эксцентриситет и наклон орбиты планеты и могут даже привести к выбросу планеты из системы. Исходя из наблюдений, можно ожидать, что далекие двойные звезды содержат меньше многопланетных систем, чем одиночные.

Тоума и Шридхар исследовали также, может ли Солнце иметь далекую звезду-компаньона. Моделирование показало в этом случае высокую вероятность резонанса с орбитой планеты Сатурн, а строение Солнечной системы не допускает существования такого спутника.

Источник: nature.com

Хаббл сделал новый снимок шарового скопления NGC 178

Опубликованный вчера новый снимок Европейского космического агентства показал шаровое скопление NGC 1783 - одно из крупнейших в Большом Магеллановом Облаке, спутниковой галактике Млечного Пути. Изображение получено с помощью усовершенствованной камеры для обзоров (ACS), установленной на борту космического телескопа Хаббл.

Наблюдать скопление, известное также как ESO 85-29 или HD 270921, можно в небе южного полушария. Кластер находится в созвездии Золотой Рыбы и удален от нас почти на 160000 световых лет.

Фото: ESA/Hubble &NASA /Джуди Шмидт

Скопление NGC 1783 было впервые замечено в 1835 году Джоном Гершелем. Масса его приблизительно в 170000 раз превышает солнечную.

Шаровые звездные скопления - это огромные звездные структуры, которые удерживаются вместе силой взаимного притяжения. Наблюдая цвет и яркость звезд кластера, астрономы могут вычислить его возраст. NGC 1783, видимо,меньше полутора миллиардов лет. Для шарового звездного скопления это юношеский возраст.

Астрономы полагают, что внешнее кольцо скопления, размеры которого составляют 26-84,5 световых года, немного моложе центра кластера. К тому же, в кластере было замечено не менее двух фаз звездообразования.

Изображении, сделанное Хабблом, отчетливо показывает симметричную форму кластера и нарастающую к его центру концентрацию звезд. Для шаровых скоплений такое строение очень характерно.

Версия этого изображения была представлена астрономом-любителем Джуди Шмидт (Judy Schmidt) на конкурс обработки изображений "Сокровища Хаббла".

Источник: spacetelescope.org

Найдена крупнейшая структура во Вселенной

Громадное кольцо, величина которого около пяти млрд световых лет, состоит из девяти гамма-всплесков - такая крупная структура противоречит сегодняшним представлениям космологии.

Астрономы обнаружили во Вселенной гигантское кольцо гамма-всплесков, в десять раз превышающе размерами все известные космические структуры. Диаметр его, охватывающий от 30 до 40 градусов неба, равен приблизительно пяти миллиардам световых лет. Самое удивительное, что объекта такой величины в Пространстве существовать не должно - это противоречит существующим космологическим моделям.

Сегодняшняя теория Вселенной

По современной теории, Вселенная в больших масштабах однородна и изотропна - материя и излучение распределены в Пространстве относительно равномерно. Это проявляется также в картах реликтового излучения и считается наряду с другими доказательством, что все началось с Большого взрыва. Поэтому ни одна структура во Вселенной не может быть больше более 1,2 млрд световых лет.

Гигантское кольцо гамма-всплесков

Но Лайошем Балашем (Lajos Balazs) из обсерватории Коколи в Будапеште и его коллегами обнаружено во Вселенной с помощью данных разных телескопов кольцо, значительно превышающее эти размеры. Оно состоит из девяти гамма-всплесков (GRB) и имеет диаметр примерно 5,6 млрд световых лет. Такие всплески считаются самыми яркими явлениями в космосе, они дают за несколько секунд больше энергии, чем Солнце за весь период его существования.

Кольцо из девяти гамма-всплесков имеет диаметр 5,6 млрд световых лет Фото: © Л. Балаш

Это кольцо гамма-всплесков простирается в небе с севера на юг дальше 43 °, а с востока на запад - 30 °, что в 70 раз больше диаметра полной Луны и в десять раз превосходит размерами все известные крупные космические структуры.

"Было огромным сюрпризом отыскать что-то настолько большое - это оказалось крупнейшей регулярной структурой в наблюдаемой Вселенной".
Лайош Балаш.

Яркие вспышки удалены от нас приблизительно на семь млрд световых лет. Вероятность того, что эти гамма-всплески расположены так чисто случайно, составляет 1:500000. Поэтому исследователи полагают, что структура должна быть действительно огромной.

"Но мы по-настоящему не понимаем, как она могла возникнуть".
Лайош Балаш.

Как объясняют астрономы, данные наблюдений показывают, что кольцо может быть лишь частью сферы, из которой мы видим только срез. Это подтверждается тем, что пузыри пустот, нити газа и галактики являются типичными проявлениями известных крупных структур. Однако размеры ранее известных форм такого типа не больше 500 млн световых лет.

Снимок Хаббла показывает свечение после далекой гамма-вспышки Фото: © NASA, ESA, N. Tanvir, A. Fruchter, A. Levan

Вопреки сегодняшней теории космологии

"Если наши наблюдения верны, то эта структура вступает в противоречие с текущей моделью Вселенной".
Лайош Балаш.

Астрономы теперь хотят больше узнать об этом таинственном кольце и исследовать, какие процессы привели к его возникновению, что может прояснить, действительно ли это открытие потребует пересмотра теории космологии, существующей сегодня.

Источник: mnras.oxfordjournals.org