Астрономия

Камеры Тони Тайсона раскрыли тёмное содержимое Вселенной. Теперь, с камерой обсерватории Рубин с разрешением 3,2 миллиарда пикселей, он готов изучать тёмную материю и тёмную энергию с беспрецедентной детализацией. 

23 июня 2025 года Тони Тайсон принял участие в презентации в Вашингтоне, округ Колумбия, чтобы представить изображение, создание которого заняло почти 30 лет: 10 миллионов галактик, парящих на чернильно-чёрном фоне. Чтобы рассмотреть каждую галактику в деталях, пришлось бы растянуть изображение на 400 телевизоров. Это первый портрет космоса из обсерватории Веры К. Рубин (1), нового астрономического комплекса, построенного Соединёнными Штатами на горе в Чили. И он охватывает всего 0,05% галактик, которые гигантская камера обсерватории запечатлеет в течение следующего десятилетия. 

Эта камера открывает новую эру невероятно ярких фотографий в астрономии; это также главное творение Тайсона. 

Тайсон, космолог из Калифорнийского университета в Дэвисе и главный научный сотрудник обсерватории Рубин, работал в Bell Labs в 1970-х годах, когда столкнулся с новым чипом для получения изображений. Он назывался прибором с зарядовой связью (CCD). И тогда Тайсон понял, что он может произвести революцию в изучении Вселенной. Преобразуя входящий свет в электрические сигналы, CCD-датчики прекрасно подходят для обнаружения слабых, далёких объектов в космосе. Тайсон использовал эту технологию для создания первой высокоточной карты тёмной материи — загадочной тяжёлой субстанции, которая связывает галактики, словно невидимый клей. 

Наступает календарная осень, а астрономическая осень стартует в день осеннего равноденствия — это тоже в сентябре. В небе доминируют созвездия осенней группы — Пегас, Рыбы, Андромеда, Персей, Кит — большинство из них связанны с древнегреческим мифом о Персее и Андромеде. Статистически сентябрь все еще благоприятен для наблюдений и количество ясных ночей в нем достаточно велико — от 30% до 50% — по статистике за последние годы (для Московского региона). Сентябрь 2025 года готовит нам по меньшей мере пару сюрпризов — полное лунное затмение и покрытие Венеры Луной. Но давайте обо всём по порядку.

Космология — это наука о Вселенной: от самых маленьких до самых больших масштабов. Если мы хотим понять Вселенную, в которой живём, у нас нет другого выбора, кроме как рассматривать всё в совокупности, от субатомных частиц, составляющих нашу реальность, до самых крупных структур, которые они образуют. Это требует понимания не только различных квантов, которые связывают и составляют все, что мы можем наблюдать и с чем мы можем взаимодействовать, но и той самой сцены, на которой они движутся: пространства-времени. Вселенная не просто существует, она эволюционирует вместе с пространством и временем по мере развития нашей космической истории.

Международный коллектив ученых, в который входят ученые из МФТИ, исследовал данные, полученные в результате измерения космических лучей, исходящих из остатков сверхновой звезды Кассиопея А. Они сделали вывод, что пока что данные не позволяют судить о том, являются ли эти остатки источниками космических лучей с энергиями порядка ПэВ. Однако через 5—10 лет, как ожидают ученые, данных будет достаточно, чтобы сделать однозначный вывод. Работа опубликована в журнале Astrophysical Journal Letters.

Один ПэВ — это тысяча ТэВ. Это огромная энергия, которая может освободиться, если одновременно аннигилируют около миллиона таких частиц, как протоны или нейтроны. Для сравнения, в Большом Адронном Коллайдере максимально достигнутая в экспериментах энергия ускоренных частиц в сотни раз меньше. Даже в космосе мало что может разогнать частицы до таких энергий. 

Диффузионное ускорение ударной волной, исходящей от сверхновых звезд, не позволяет ускорить протоны до энергий выше 100 ТэВ. Однако физик Белл ещё в 2004 году предложил решение — возможность усиления магнитных полей с помощью неустойчивостей, вызванных космическими лучами. В сочетании с интенсивной ударной волной и экстремальными условиями это действительно может привести к ускорению частиц до 1 ПэВ и выше.

Выпуск N443

В 2020 г. открыли интересное событие. Это т. н. «красная новая низкой светимости». Сразу же заподозрили, что это может быть поглощением звездой планеты.

Теперь представлены результата анализа наблюдений на телескопе имени Джеймса Вебба, проведенные через 2.5 года после события. Забегая вперед, то, что мы имеем дело с поглощением планеты звездой остается гипотезой. Авторам удалось более‑менее определить параметры звезды. Это маломассивная звезда массой 0.7-0.85 солнечных. Точнее определить сложно из‑за поглощения света. Тем не менее, оценка важна, потому что она означает, что поглощение произошло не из‑за расширения звезды (для этого надо уйти с Главной последовательности). Значит, планета «вспиралилась» из‑за приливного сокращения орбиты.

Если это было слияние, то планета была массивной (типа Юпитера или Нептуна). Скорее всего, планета не была разорвана приливами. Но, вообще говоря, неясностей много. К тому же, расчеты (не в этой статье) показывают, что такие события должны быть очень редкими.

Законы физики часто подкрепляются постулатами – принимаемыми без доказательств допущениями, которые помогают объяснить картину мира. Некоторые из этих постулатов со временем превращаются в догмы и их начинают путать с самими законами. Классическим примером служит постулат о случайной природе распада радиоизотопов. Несмотря на давно изучаемые фотоядерные реакции и многочисленные данные о непостоянстве радиоактивности, физики с традиционным образованием с подозрением относятся к экспериментам, демонстрирующим такое непостоянство. Под подозрение попал и Симон Эльевич Шноль (1930–2021) — выдающийся советский и российский биофизик. Он собрал множество доказательств влияния космофизических факторов на процессы, считающиеся случайными. Однако его данные, противоречащие общепринятым постулатам, в лучшем случае игнорировались научным сообществом, а в худшем – подвергались незаслуженной критике.

Одним из наиболее спорных направлений его исследований стало обнаружение вариаций скорости α-распада плутония-239. Для их поиска Шноль использовал визуальное сравнение поминутных гистограмм, построенных на основе ежесекундной регистрации α-частиц кремниевыми счётчиками. Более наглядные и объективные свидетельства вариабельности распада плутония можно получить простым просмотром графиков изменения радиоактивности по времени. Для выявления таких аномалий пришлось построить множество графиков и проанализировать около 2,4 Гб данных с записями результатов посекундной регистрации количества α-частиц, проводившейся С.Э.Шнолем и сотрудниками его лаборатории с 2000 по 2011 годы.

Международный коллектив ученых теоретически исследовал свойства кварк-глюонной плазмы. Оказалось, что за счет термического испарения глюонного конденсата момент инерции кварк-глюонной плазмы может быть отрицательным. Работа опубликована в журнале Physical Review D.

Целью исследования коллектива ученых из ОИЯИ и МФТИ  являлось изучение свойств быстро вращающейся кварк-глюонной плазмы. Самым простым параметром, характеризующим вращение, является момент инерции, который и исследовался в работе.

Вселенная полна загадок, и одна из самых интригующих — почему она состоит почти исключительно из материи? В момент Большого взрыва частицы и античастицы должны были появиться в равных пропорциях, но что-то склонило чашу весов в пользу первых.

Виноваты, возможно, нейтрино. Сейчас ученые по всему миру проверяют гипотезу, что они способны быть собственными античастицами (фермионы Майораны) и влиять на наблюдаемую асимметрию. Если эти предположения подтвердятся, мы приблизимся к разгадке, почему космос стал таким, каким мы его знаем.

В предыдущей серии

В прошлой части мы говорили о классических версиях мультивселенной, связанных с инфляцией, циклами и струнной теорией. Теперь посмотрим на более смелые идеи: от квантовых миров Эверетта до гипотезы симуляции и математической Вселенной Тегмарка.

Российский ученый предложил решение информационного парадокса черных дыр, показав, куда должна деваться исчезающая информация.  Работа была опубликована в журнале Modern Physics Letters A. В исследовании удалось показать теоретически, что информационный парадокс исчезает, если предположить, что при испарении черной дыры в нашей Вселенной ее внутренняя часть отделяется и создает новый Большой Взрыв, порождая другую вселенную. В этой модели возникает самосогласованное описание мультивселенной, в котором каждая черная дыра в родительской вселенной является в новой белой дырой или Большим Взрывом.

В исследовании Алексея Морозова из МФТИ не используется дополнительных предположений и проблема решается на том уровне, на котором она возникла.

Несколько лет назад благодаря таким ютуберам, как Nebula Photos, у меня появился интерес к астрофотографии. Вооружённый OM System OM-5 и объективом Olympus на 15-140 мм, я смог сделать со штатива достаточно приличные снимки туманности Ориона, сняв 300 кадров с двухсекундной экспозицией и затем объединив их в Siril.

Понимая, что могу получить более качественные результаты при помощи трекинга, я примерно за €200 купил трекер Move Shoot Move. Он позволил использовать более долгую экспозицию, но находить объекты для съёмки и обеспечивать правильную привязку к полюсам всё равно было довольно сложно. В итоге я потратил кучу времени на изучение подходящих монтировок телескопов с функциями GOTO (автоматического наведения) и трекинга, почти решившись на приобретение моделей в ценовом диапазоне от €1200 до €4000. Для хобби, в котором я пока был новичком, подобные вложения показались мне перебором.

Представьте себе: обычный клерк в патентном бюро перебирает бумаги и вдруг бросает вызов самой Вселенной. Без телескопов, без лабораторий — только ручка, бумага и дерзкая мысль. Так начинается история Альберта Эйнштейна, человека, который решил переписать законы природы. Вместо того чтобы считать гравитацию силой, он увидел её как изгиб пространства-времени. Массивные объекты гнут реальность вокруг себя, а всё остальное катится по этим кривым. Звучит как фантастика? Но именно это объяснило орбиту Меркурия, предсказало чёрные дыры и волны в самой ткани космоса.

Вскоре после того, как в 2013 году было подтверждено существование бозона Хиггса, Стандартная модель физики частиц некоторое время казалась завершённой. Однако поле Хиггса, квантом которого является эта частица, подкинуло множество странных и даже пугающих вопросов о природе массы и самого пространства-времени. Абстрагируемся на время от вопроса о том, сколько на самом деле может существовать бозонов Хиггса, и затронем в этой статье проблему истинного и ложного вакуума, которая связана с природой массы и энергии во Вселенной. Феномен «истинного вакуума» в противовес ложному впервые описал в статье 1977 года Сидни Коулман (1937 — 2007).

Именно поле Хиггса, квантом которого является открытый в 2012 году бозон, сообщает массу всем материальным объектам, а также задаёт минимальный уровень энергии пространства, который понимается как энергия вакуума. Однако, энергия того вакуума, в котором покоится наша Вселенная, может представлять собой лишь локальный, а не глобальный энергетический минимум. В таком случае «наш» вакуум является мнимым или ложным, и нельзя исключать, что в нём в результате квантовых флуктуаций может случайно образоваться более низкоэнергетический регион или даже спонтанно расширяющаяся область, заполненная истинным вакуумом.

Задайте разным людям вопрос о концепции Мультивселенной, и вы, скорее всего, получите самые разные ответы. Некоторые посмотрят на эту идею как на надежду на то, что где-то существует лучшая версия вас — человек, сделавший более смелый выбор, добившийся лучшего результата или избежавший критической ошибки на каком-то этапе жизненного пути. Может быть, где-то там, в Мультивселенной, есть версия вас с лучшей жизнью, более толстым кошельком, лучшей работой и карьерой, или версия, которая не страдала от больших потерь, болезней или неудач, с которыми вам пришлось столкнуться. С другой стороны, возможно, существуют версии вас, которые страдали гораздо сильнее, чем вы, включая версии, в которых вы не дожили до сегодняшнего дня. Мультивселенная, по крайней мере в том виде, в каком о ней думает большинство людей, полна наших надежд и страхов.

11.08.2025, Ави Леб, avi-loeb.medium.com

Фундаментальная неопределенность в отношении нового межзвездного объекта 3I/ATLAS связана с его размером. С типичным альбедо 5% для астероида, его диаметр должен быть 20 километров, чтобы объяснить его яркость. Но, как утверждается в моей первой статье, запас каменистого материала в межзвездном пространстве может доставлять [в Солнечную систему] 20-километровый астероид только один раз в 10 000 лет, даже в том маловероятном случае, что весь этот межзвездный материал упакован в 20 километров породы.

Альтернативная интерпретация яркости 3I/ATLAS заключается в том, что большая часть отраженного солнечного света происходит от плотного облака пыли, которое вышло из гораздо меньшего ядра. Это связало бы наблюдаемое покраснение отраженного солнечного света (как сообщается здесь, здесь и здесь) с небольшими частицами пыли, имеющими размер в полмикрона (половина миллионной части метра), характерный для имеющего красный цвет солнечного света с такой длиной волны.

Но эта связь поднимает новую проблему.

Сотрудники Института космических исследований РАН и МФТИ провели численное моделирование образования пылевых облаков в атмосфере Марса. Работа опубликована в Solar System Research. 

В конце 1990-х — начале 2000-х годов все больше внимания стали уделять исследованиям и описанию пылевой плазмы в ионосферах планет. Это связано, во-первых, с тем, что к этому времени было изобретено достаточное количество методов описания пылевой плазмы и стало возможным применить разработанный подход к изучению природных плазменно-пылевых систем. Во-вторых, результаты, полученные в области природной комплексной плазмы, могут быть полезны для исследований в физике атмосферы, экологии и геофизике. Наконец, в-третьих, изучение ионосферной плазмы, естественно, началось с Земли, и в случае Земли нельзя исключить наличия связи между плазменно-пылевыми процессами ионосферы с одной стороны и с различными видами изменения климата, например процессами глобального потепления, с другой. 

За последние два десятилетия также значительно возрос интерес к исследованию Марса. По результатам миссии Mars Express с использованием инфракрасного спектрометра SPICAM было доказано наличие на Марсе на высотах около 100 км пылевых облаков с характерным размером пылевых частиц порядка 100 нм. Эти облака, по-видимому, состоят из частиц сухого льда и образуются в результате конденсации пересыщенного углекислого газа в марсианской мезосфере. 

В 1964 году астрономы открыли первую чёрную дыру. Она называется Cygnus X-1, и доказательства её существования были обнаружены рентгеновскими детекторами на суборбитальной зондирующей ракете. Cygnus X-1 находится на расстоянии около 7 300 световых лет от нас и имеет массу около 21 солнечных. С тех пор астрономы открывали все более массивные чёрные дыры, в том числе сверхмассивные чёрные дыры (СМЧД) в центре крупных галактик, таких как наша.

Теперь астрономы обнаружили самую массивную чёрную дыру из когда-либо наблюдавшихся. Об этом открытии сообщается в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Исследование называется «Раскрытие чёрной дыры массой 36 миллиардов солнечных масс в центре гравитационной линзы Космической подковы», а его ведущим автором является кандидат наук Карлос Мело из Федерального университета Рио-Гранде-ду-Сул в Бразилии.

Белые карлики — это останки звёзд главной последовательности (наше Солнце тоже принадлежит к этой группе звёзд), у которых закончился водород. Их жизнь с термоядерным синтезом подошла к концу, но они будут излучать остаточное тепло ещё триллионы лет. А их продолжительность жизни превышает текущий возраст Вселенной.

Белые карлики — интереснейшие объекты по нескольким причинам. Около 97% звёзд становятся белыми карликами, поэтому они могут многое рассказать нам об эволюции звёзд. Поскольку они остывают с предсказуемой скоростью, и служат своеобразными «хранителями времени», помогая астрономам определять возраст звёздных скоплений, в которых они находятся. Кроме того, иногда они взрываются как сверхновые типа 1a, которые уже являются стандартными свечами на лестнице космических расстояний. И, наконец, это экстремальные объекты, позволяющие астрофизикам проверять такие вещи, как теория квантовой механики.

В 2024 году международная команда астрономов запустила программу CANDELS-Area Prism Epoch of Reionization Survey (CAPERS), использующую данные космического телескопа Джеймса Уэбба для идентификации галактик, появившихся во времена «космического рассвета». Этот космологический период наступил менее чем через миллиард лет после Большого взрыва, и именно тогда сформировались первые галактики во Вселенной. В недавнем исследовании команда CAPERS подтвердила существование чёрной дыры в центре галактики (обозначенной CAPERS-LRD-z9), удалённой от нас примерно на 13,3 миллиарда световых лет.

Астрофизики не знают, существуют ли чёрные дыры прямого коллапса. Их существование – это гипотеза, которую выдвинули, чтобы объяснить, откуда во Вселенной на таком раннем этапе могли появиться сверхмассивные чёрные дыры (СМЧД). Им не требуется ни звёздный прародитель, ни иерархическое слияние. Вместо этого они коллапсируют напрямую из нестабильного газового облака, прямо как звёзды.

Недавно астрономы, работающие с изображениями, полученными в ходе исследования COSMOS-Web — обзора «Уэбба», наблюдающего за более чем миллионом галактик в космическом времени, — обнаружили нечто странное. Они увидели двуядерную галактику, вероятно, образовавшуюся в результате столкновения двух галактик. Они прозвали её галактикой Бесконечность, потому что она напоминает символ бесконечности