Новости астрономии
Изначальная Вселенная. Тяжелые роды массивных звезд. Тепло от черных дыр. Окольцованная Рея
Показания аппаратуры американской космической обсерватории им. Уилкинсона подтвердили гипотезу, согласно которой состав Вселенной сильно изменился со времен ее младенчества. Эта обсерватория в 2001 году была выведена на стабильную околосолнечную траекторию, лежащую неподалеку от орбиты Земли. Она несет на борту детекторы фонового микроволнового радиоизлучения, которое возникло примерно через 380 тысяч лет после Большого Взрыва. Анализ тонких деталей спектра этого реликтового излучения позволяет извлечь ценнейшую информацию как о том, какой была Вселенная в те далекие времена, так и о ее нынешнем состоянии. Согласно современным космологическим моделям, в первые мгновения существования Вселенной в изобилии рождались чрезвычайно легкие незаряженные частицы нейтрино. Чуть позже, когда она несколько остыла, они перестали взаимодействовать с тяжелыми частицами и свободно разлетелись по космическому пространству. Сейчас их вклад в полную энергию Вселенной составляет примерно три-четыре десятых процента, однако теория утверждает, что на заре мироздания он был гораздо больше. Теперь эти выводы подтвердились. Как показывают накопленные за несколько лет данные, собранные приборами обсерватории им. Уилкинсона, в момент высвобождения реликтового излучения доля нейтрино в общем энергетическом балансе Вселенной равнялась 10%. Вклад самого излучения тогда составлял целых 15%. С тех пор оно остыло в тысячу раз, и к тому же рассеялось по возросшему объему Вселенной, так что теперь дает не более 0,005 процента всей энергии. Доля протонов и нейтронов с тех пор снизилась с 12 процентов до четырех с половиной. Если сложить вклады нейтрино, фотонов и тяжелой материи в энергетический баланс Вселенной через 380 тысяч лет после Большого Взрыва, получим 37%. Оставшиеся 63% приходились на темную материю, природа которой еще неизвестна. В наше время ее вклад куда скромнее – всего 23%. Львиная доля современного баланса – целых 72% – обеспечивается темной энергией, которая противодействует тяготению и ускоряет расширение пространства. Что это такое, пока тоже никто не знает. Физики спорят, откуда возникла темная энергия и почему она со временем стала главным компонентом энергии Вселенной. А вот когда это произошло, особых сомнений не вызывает. Темная энергия начала доминировать 6-7 миллиардов лет назад, когда Вселенная была вдвое моложе, чем в настоящее время. Вклады обычной и темной материи в энергетический баланс мироздания с тех пор упали без малого втрое именно потому, что большую часть этого баланса захватила темная энергия. Гигантские звезды могут рождаться только с помощью светил умеренной массы. Во всяком случае, так утверждает новая теория звездообразования, предложенная профессором астрономии и физики Калифорнийского университета в Беркли Кристофером Макки и принстонским астрофизиком Марком Крамхольцем. Они представили свои соображения в статье, которая появилась в журнале Nature. Звезды-исполины, масса которых в десять и более раз превышает массу Солнца, возникают куда реже звезд меньшего калибра и сгорают намного быстрее. Однако они играют совершенно исключительную роль в эволюции мироздания. Именно такие звезды производят тяжелые элементы таблицы Менделеева. Когда они до конца сжигают ядерное горючее и взрываются сверхновыми, синтезированные атомы рассеиваются по космическому пространству. Это означает, что в отсутствие массивных звезд не могли бы появиться планеты земного типа. Кроме того, взрывы массивных звезд дают начало таким экзотическим обитателям космоса, как нейтронные звезды и черные дыры. Звезды всех размеров образуются в облаках космического водорода, которые стягиваются под воздействием силы тяжести. Однако такие облака сами по себе неустойчивы и легко разбиваются на фрагменты, масса которых попросту недостаточна для возникновения звезд-гигантов. Из расчетов Макки и Крамхольца вытекает, что первичные облака своими силами способны порождать только звезды сравнительно небольшой массы, не слишком отличающейся от массы Солнца. Однако на этом дело не заканчивается. Оказывается, возникновение легких звезд повышает шансы появления звезд-гигантов. Дело в том, что газовые облака тем легче распадаются на отдельные сгущения, чем ниже их температура. Типичное первичное облако нагрето всего лишь до 10-20 градусов по абсолютной шкале. Когда в нем рождаются небольшие звезды, они повышают температуру остающегося газа и тем самым затрудняют его фрагментацию. А дальше все зависит от плотности газа. Если в одном кубическом сантиметре пространства содержится свыше миллиона молекул водорода, легкие звезды оказываются в состоянии довести температуру облака до нескольких сотен градусов. При таком нагреве огромные массы газа способны стянуться в компактную область и родить гигантскую звезду. Если же плотность космического молекулярного водорода не достигает этого значения, население облака так и ограничится звездами солнечного типа. Столкновения сверхмассивных черных дыр могут порождать вспышки инфракрасного излучения, которые по силам обнаружить приборам космических обсерваторий. Об свидетельствуют результаты вычислений, выполненных профессором балтиморского университета Джонса Гопкинса Джулианом Кроликом и его коллегой Джереми Шниттманом. Они рассмотрели последствия столкновения и слияния пары исполинских черных дыр, массы которых в миллионы или миллиарды раз превышают массу Солнца. По современным представлениям, дыры таких масштабов расположены в центральных зонах большинства крупных галактик. Из общей теории относительности вытекает, что объединение чернодырной пары должно оставить след в виде невероятно мощного всплеска гравитационных волн. Однако ученые из Балтимора приняли в расчет то обстоятельство, что типичные галактические черные дыры окружены свитой из газовых и пылевых частиц, образующих вращающиеся диски. При слиянии дыр эти частицы сталкиваются друг с другом и испускают электромагнитное излучение разных частот. Материя дисков поглощает все коротковолновые фотоны, однако выпускает на свободу тепловое излучение. В результате столкновение дыр оставляет после себя инфракрасное свечение, которое может не затухать на протяжении нескольких десятков тысяч лет. Шниттман и Кролик подсчитали, что в той области космоса, которая доступна современным астрономическим инструментам, может найтись до ста тысяч инфракрасных источников, оставшихся после чернодырных столкновений. По их мнению, такие источники вполне может зарегистрировать аппаратура американского орбитального телескопа «Спитцер». Американский космический корабль «Кассини» обнаружил скопление твердых частиц, окружающих Рею – второй по величине спутник Сатурна. «Кассини» работает в системе Сатурна с лета 2004 года и с тех пор успел сделать немало открытий. Однако их поток не прекращается. Седьмого марта члены одной из его научных команд сообщили в журнале Science, что при пролете вблизи Реи в ноябре 2005 года приборы корабля трижды регистрировали резкое снижение интенсивности потока быстрых электронов, плененных магнитным полем гигантской планеты. Ученые считают, что эти результаты имеют только одно разумное объяснение. По их мнению, Рея окружена дискообразным скоплением множества мелких спутников, имеющим в поперечнике несколько тысяч километров. В нем выделяется как минимум одно плоское кольцо, напоминающее кольца самого Сатурна. Обитатели скопления экранируют и рассеивают электронные струи, что и заметили приборы зонда. Размеры тел, обращающихся вокруг Реи, могут варьировать от миллиметров до метров. В принципе такие кольца – вещь довольно обычная. В Солнечной системе они есть не только у Сатурна, но и у всех прочих гигантских планет – Юпитера, Урана и Нептуна. Однако до сих астрономы находили подобную свиту только у самих планет, а не у их лун. Если открытие подтвердится, придется признать, что кольца существуют и у планетных спутников.