меню содержание news196 news197 news198
Глубокий рентгеновский обзор телескопа Chandra определил, пространственно-
-временную "анти-иерархию" галактик
|
Область обзора Chandra E-CDF-S
Астрономы предприняли очередную попытку понять природу загадочных черных дыр и провести их
"перепись" с помощью рентгеновской обсерватории Chandra (NASA) и космического телескопа Хаббла.
По оценкам ученых, полученные результаты могут перевернуть современные научные представления
о пространственно-временной иерархии космических объектов во Вселенной.
Группа астрономов под руководством д-ра Найла Брандта (Niel Brandt) из университета Пенна провела
ряд наблюдений за областью небосвода в районе Большой Медведицы и южной частью небесной сфе-
ры с помощью телескопа Chandra. Длительность наблюдений составила более 667 ч за двухлетний пе-
риод. Полученные изображения получили названия, соответственно, Hubble Deep Field-North ( HDF-N)
и Extended Chandra Deep Field-South ( E-CDF-S).
"Мы решили составить примерный перечень черных дыр, существующих во Вселенной, и постараться
понять, что собой представляют и как ведут себя эти объекты, - поясняет суть исследования доктор
Брандт. - Мы также хотели установить, как происходили развитие и рост черных дыр с момента обра-
зования Вселенной".
Область Hubble Deep Field-N
При сопоставлении изображений телескопа Chandra в рентгеновском диапазоне E-CDF-S, и сним-
ков телескопа Хаббла HDF-N той же части небесной сферы в видимом диапазоне, астрономы обнару-
жили более 1400 мощных источников рентгеновского излучения, чьи координаты совпадали с коорди-
натами 1400 галактик. По мнению ученых, этот результат означает, что в центре каждой галактики
имеется сверхмассивная черная дыра, являющаяся источником рентгеновского излучения. Экстраполи-
руя полученные результаты, астрономы делают вывод, что наша видимая Вселенная содержит не ме-
нее 300 млн. сверхмассивных черных дыр.
Но самым важным результатом, по мнению д-ра Брандта, является обнаруженное в ходе анализа изо-
бражений уменьшение рентгеновского излучения черных дыр со временем, что свидетельствует также
о постепенном снижении ее активности. Получается, что чем выше рентгеновская светимость сверх-
массивной черной дыры в центре галактики, тем дальше сама галактика находится от Млечного Пути
и тем она старше. Иными словами, самые яркие квазары и самые массивные черные дыры существуют
во Вселенной фактически с момента ее образования, а объекты с меньшей светимостью сформирова-
лись относительно недавно. Это явление участники исследования назвали пространственно-времен-
ной "анти-иерархией".
Каталог источников рентгеновского излучения, созданный на основе
обзора E-CDF-S
Новая теория произвела большой резонанс в научных кругах - "анти-иерархию" галактик и черных дыр
уже назвали важным открытием, призванным перевернуть существующую в космологии теорию эво-
люции Вселенной. Однако сам руководитель исследования более сдержан в своих оценках.
"Боюсь, что мы не учли многие галактики при проведении нашей "переписи" из-за их низкой светимос-
ти и большой удаленности от нашей. Необходимо их отыскать и построить более точную "демографи-
ческую" шкалу и оценить их популяцию", - считает ученый.
В ближайшее время д-р Брандт с коллегами планирует приступить к повторным исследованиям отда-
ленных галактик с помощью рентгеновской обсерватории Chandra – на этот раз исследования займут
около 100 дней чистого времени.
Пример объекта CXOHDFN J123651.7+621221 ( redshift = 2.75 )
с высокой рентгеновской светимостью
Ссылки:
cnews.ru/newtop/index.shtml?2006/02/21
spacedaily.com/reports/Giant_Black_Holes_Light_Up_Universe_With_X_Rays.html
universetoday.com/am/publish/glimpse_at_universe.html?2022006
scientific.ru/journal/news/n230301b.html
По теме:
Древних галактик оказалось значительно больше
Удаленная галактика оказалась слишком массивной для существующих теорий
Сверхмассивные черные дыры растут при слияниях галактик
Поиск обитаемых экзопланет откладывается
|
Президент Джордж Буш предложил NASA сосредоточиться на околоземном пространстве и разработке
нового космического корабля, который должен заменить шаттл и доставить астронавтов на Луну уже к
2018 году. Это заставило американское космическое агентство урезать бюджет, предназначенный для
поиска внеземной жизни. Хотя бюджет НАСА на 2007 год был повышен на 3%, до $ 16,8 млрд., это
не означает, что будет осуществляться дальнейшее финансирование проектов космических обсервато-
рий SIM ( Space Interferometry Mission) PlanetQuest и Terrestrial Planet Finder ( TPF).
Также под угрозой отмены или переноса на более поздний срок находятся и ряд других проектов, в
частности, исследовательная миссия к спутнику Юпитера - Европа, где должны быть значительные
запасы жидкой воды и даже есть шансы впервые обнаружить внеземную жизнь.
Не секрет, что нынешнему поколению людей, вероятно никогда не представится возможность совер-
шить путешествие даже к ближайшим звездам. Расстояние до ближайшей звезды ( не считая Солнца )
в ~ 8 тысяч раз больше расстояния до Плутона, куда недавно запущенному зонду "Новые Горизонты"
предстоит добираться 9 лет. Такие темпы освоения пространства едва ли устроили бы прагматичных
людей, составляющих бюджет космического ведомства. Тем не менее в NASA разрабатываются "звезд-
ные" миссии, в результате которых ученые отбирают приоритетные цели за пределами нашей планет-
ной системы для наших потомков - а именно, потенциально обитаемые планетные системы в окрест-
ностях десятков световых лет от Земли.
В 1995 году была открыта первая экзопланета - так называют планеты, обращающиеся вокруг других
звезд. Как сообщает сайт NASA, сейчас астрономы знают о существовании 160 "внесолнечных планет",
однако о каждой из них в частности - не известно практически ничего. Разглядеть какие то детали на
огромном расстоянии у объектов скрытых в ярких лучах своих звезд пока не представляется возмож-
ным, поэтому исследователи вынуждены ограничиваться крайне приблизительными данными о мас-
се, размерах и траектории невидимых планет. Выводы из этих данных пока неутешительны: большин-
ство обнаруженных экзопланет - газовые гиганты вроде Юпитера, Сатурна или Урана. Нам не извест-
ны формы жизни, которые могли бы существовать, в экстремальных условиях этих планет.
Чтобы возникла жизнь, необходима по крайней мере вода - причем обязательно жидкая. Водяной лед
и разреженный пар присутствуют даже в кольцах Сатурна, однако найти там хотя бы микробов никто
не рассчитывает. Поэтому температура на поверхности должна быть такой, чтобы лед плавился, а
жидкость не испарялась бы слишком быстро. Следовательно, радиус орбиты должен попадать в зара-
нее известный интервал, зависящий от особенностей звезды ( строго говоря, и от плотности атмосфе-
ры планеты, однако судить об этом параметре заранее довольно сложно ).
Перечисленного достаточно, чтобы вычеркнуть уже многие из открытых планетных систем. Так, если
бы в нашей системе по орбите Земли обращалась планета гигант, то едва ли у нашей звезды возникли
благоприятные условия для развития жизни. И всё же ученые считают, что вероятность существова-
ния землеподобной планеты с жидкой водой у другой звезды должна быть около 10%.
На розыски подобных планет в ближайшее время и было решено отправить три космических обсерва-
тории - Kepler, SIM и TPF. Теперь же эти миссии откладываются, не смотря на их большой научный
потенциал. Даже TPF ( самый дорогой из этих проектов ) стоил бы НАСА около 1 млрд. долларов.
Напомним, что в 2015 году также должна стартовать аналогичная европейская миссия Darwin.
Мэгги Тёрнбулл из Института Карнеги, который предложил изучить в рамках TPF пять самых много-
обещающих звезд, заявила: "Это ужасно, особенно для молодых людей, которые охвачены энтузиазмом
и готовы искать жизнь в других мирах. Из-за сложившейся неопределенности ученые уже начали ухо-
дить из этих проектов".
Kepler
Телескоп Kepler
В 2008 году ракета Delta II должна была вывести 95-сантиметровый телескоп-фотометр примерно на
ту же гелиоцентрическую орбиту, вдоль которой движется Земля. Там, постепенно отставая от плане-
ты, он следил бы за яркостью 100 тысяч звезд Млечного Пути, чтобы по ее спонтанным колебаниям
выявлять "звездные затмения" с участием планет. Таком способ (его называют "методом прохождения"
- затмение случается, когда темное тело проходит по звездному диску ) далеко не универсален: он поз-
воляет заметить только те тела, орбита которых наклонена на доли градуса по отношению к прямой,
соединяющей центр звезды с зондом. Расчеты показывают, что при разумных скоростях движения
планеты "затмение" длится не больше нескольких часов, а яркость изменяется на величину порядка од-
ной десятитысячной.
На Земле такое отклонение легко спутать с флуктуацией плотности атмосферы, и тем более по его ве-
личине нельзя судить о характеристиках экзопланеты. Впрочем, это и не нужно: первая миссия должна
была носить "оценочный" характер - то есть, во-первых, очертить участок пространства, где стоит вес-
ти поиски, и, во-вторых, сузить круг "подозреваемых" звезд. В-третьих, астрономы хотели бы узнать,
насколько часто встречаются планетарные системы у двойных звезд - а для статистических выкладок
нужна большая выборка. Дальнейшим экспериментам, согласно замыслу, полагалось быть более точ-
ными в ущерб количеству образцов.
SIM
Интерферометр SIM
Космический интерферометр SIM PlanetQuest задумывался как один из самых точных астрономичес-
ких приборов, хотя его характеристики, на первый взгляд, и напоминают параметры дорогого, но лю-
бительского инструмента. Интерферометр представляет собой 30-сантиметровый телескоп, куда пос-
тупает свет от пары зеркал, разделенных 10-метровым расстоянием. С точки зрения оптики, такое
устройство эквивалентно 10-метровому телескопу по качеству воспроизведения мелких деталей ( это
называют разрешающей способностью ), хотя "светосила" интерферометра и меньше во много раз.
Слабые источники света останутся для него невидимыми, зато яркие, но не слишком удаленные друг
от друга звезды будут выглядеть как два различных объекта, даже если их не "разделяет", например, те-
лескоп Hubble. Космический интерферометр оказывается "космической линейкой" для сверхточного
измерения расстояний, одно "деление" на которой соответствует 4 микросекундам дуги ( это значит,
например, что с Луны он мог бы различить головы орла на российской рублевой монете). В частнос-
ти, SIM способен зафиксировать неровности звездных траекторий, которые объясняются присутстви-
ем невидимых планет. Этот эффект срабатывает безотказно даже в тех случаях, когда Kepler не обнару-
жил бы ничего подозрительного. А "неровности" позволяют вычислить, сколько весит и как далеко от
звезды находится планета.
Запуск интерферометра SIM был намечен на 2011 год. Космическую обсерваторию снабдили бы коор-
динатами двух тысяч звезд из разных областей Млечного Пути, которые уже прошли предварительный
отбор. Интерферометр - в роли "промежуточного звена" между двумя другими миссиями - должен был
рассортировать планеты и подготовить список, к каждому пункту которого следовало отнестись уже
со всей серьезностью.
Terrestrial Planet Finder
TPF - I
Terrestrial Planet Finder обоснованно считают наиболее сложной из трех миссий. Обсерваторию решили
даже разделить на два независимых модуля - коронограф TPF-C и инфракрасный интерферометр TPF-I.
Если миссия все-таки состоится, модули запустят по отдельности. Приборы различной конструкции,
каждым из которых занимается своя исследовательская группа, преследуют общую цель - научиться
разделять собственный свет звезды и отраженный свет планеты. Как только это станет возможным,
астрономы смогут описывать экзопланеты более детально, чем сейчас описывают объекты пояса Кой-
пера. Инфракрасное излучение планеты содержит самую ценную информацию о химическом составе
атмосферы и грунта - в этом участке спектра поглощают свет колеблющиеся молекулы, в частности -
органические. Если среди них окажутся "биомаркеры" - вещества, однозначно связанные с жизнедея-
тельностью организмов - ученые смогут считать свою задачу выполненной.
TPF - C
После жизни
Знание о том, что где-либо живут и дышат "чужие", будет оставаться самым важным и самым беспо-
лезным результатом до тех пор, пока не представится возможность познакомиться с ними поближе.
При этом едва ли ученые рассчитывают, что в ближайшей окрестности Солнца есть планетарная сис-
тема, жители которой готовы самостоятельно рассказать о себе. "Биомаркеры" могут с равным успехом
быть продуктами метаболизма и бактерии, и гуманоида, однако вероятность второго варианта исчеза-
юще мала. Впрочем, проблемы "контакта" довольно давно выпали из предметного поля науки, так что
астрономов больше интересуют более прозаические задачи - как добраться туда, куда пока добраться
нельзя.
Первым "шагом к звездам" в NASA называют разработку "кораблей без горючего" - из простых расче-
тов следует, что на межзвездное путешествие не хватит никакого современного топлива. Простейшим
(и одновременно - самым популярным) среди таких проектов по праву считают "солнечный парус" -
и именно его намерены сделать основой экспедиции Interstellar. Вопреки названию, она тоже не будет
"межзвездной" и закончится в той области, где еще можно обнаружить отдельные транснептуновые
астероиды ( например, такие как Седна ).
Те, кто собирается запустить "парус", рассчитывают не только поставить новый рекорд скорости, но и
узнать с его помощью, как устроено пространство за пределами гелиосферы - области, где сосредото-
чен "солнечный ветер" и подавляющее большинство тел солнечной системы. Длина предполагаемого
маршрута - 60 миллиардов километров - в 600 раз меньше расстояния от Земли до ближайшей звезды,
но в 13 раз больше, чем до Плутона. Предполагается, что первую ее половину зонд Interstellar преодо-
леет за 15 лет.
Корабль с двигателем Буссарда
Возможности солнечного паруса ограничены тем обстоятельством, что разгоняться он может только
в окрестностях Солнца - для чего, в частности, на первом участке траектории он должен максимально
сблизиться с ним. Соответственно, по мере приближения к другой звезде "парус" будет замедляться
из-за ее светового давления. По этой причине в NASA изучают модели двигателей, которые могли бы
каким-либо образом разогнаться до околосветовых скоростей, не используя ни запасы топлива, ни
солнечный свет. Один из наиболее смелых проектов был предложен в 1960-х годах, однако не реали-
зован до сих пор. Инженер Буссард предложил считать термоядерным горючим разреженный меж-
звездный газ. При плотности порядка 10-1000 атомов на кубический сантиметр ( на Земле это счита-
ется недостижимым высоким вакуумом ), его должен накапливать, сжимать и разогревать до сотен
миллионов градусов особым образом сконструированный реактор. Внутри него газ ( который состоит
почти исключительно из водорода) превращается в гелий, сообщая кораблю необходимую энергию.
Существуют также проекты, где межзвездный корабль приобретает ускорение за счет серии направ-
ленных ядерных взрывов, и многие другие, но сами астрономы признают, что все это ближе к научно-
фантастическим выкладкам, чем к реальным планам. Возможно, как раз этим можно объяснить новую
стратегию NASA. Чтобы астронавты смогли вовремя вернуться на Луну, ученых, хотя и довольно гру-
бо, решили вернуть на Землю.
lenta.ru/articles/2006/02/24/interstellar/
