меню содержание news265 news266 news267
"Хаббл" нашел кольцо из темной материи
|
Скопление Cl 0024+17 (ZwCl 0024+1652) с кольцом из темной материи.
Hubble Space Telescope - ACS/WFC. Изображение NASA, ESA, M.J. Jee
and H. Ford ( Johns Hopkins University ) с сайта www.nasa.gov
C помощью Усовершенствованной камеры для обзоров (Advanced Camera for Surveys - ACS ) космичес-
кого телескопа "Хаббл" ( Hubble Space Telescope ), изучавшей фоновые галактики, американским, евро-
пейским и израильским астрономам удалось обнаружить призрачное кольцо, состоящее из темного ве-
щества, сформировавшееся в ходе давнего ( 1-2 миллиарда лет до наблюдаемого состояния ) чудовищ-
ного столкновения между двумя массивными галактическими скоплениями. Открытие этого "темного
кольца" ( о котором было объявлено во вторник ) можно считать одним из самых убедительных дока-
зательств существования темной материи ( соответствующая статья появится 1 июня в "Астрофизичес-
ком журнале" - Astrophysical Journal ).
"Впервые нам удалось обнаружить скопление темного вещества в виде уникальной структуры, которая
отличается от облаков газа и галактик в скоплении, - говорит астроном Мюнгкук Джеймс Джи ( Myung-
kook James Jee) из Университета Джонса Хопкинса ( Johns Hopkins University) в Балтиморе ( США, штат
Мэриленд), входивший в группу специалистов, обнаруживших кольцо из темной материи. - Когда я
впервые увидел это кольцо, то был весьма раздосадован, потому что счел его обыкновенным артефак-
том, вызванным какими-то недостатками в программе, обрабатывающей наши данные. Я долго не мог
поверить в реальность этого результата. Однако чем больше старался удалить это кольцо, тем явствен-
нее оно проступало. Потребовалось больше года на то, чтобы я смог убедиться, что это кольцо вполне
реально. Я просмотрел множество изображений скоплений и нигде не видел ничего подобного".
Само открытие было сделано в августе 2006 года во время нанесения на карты областей распределения
"темной материи" в скоплении галактик Cl 0024+17 (ZwC10024+1652). Сперва кольцо приняли за ошиб-
ку в методике обработки и представления данных.
Затем выяснилось, что образование появилось в результате столкновения двух звездных скоплений за
1-2 миллиарда лет до наблюдаемого ныне состояния. Согласно компьютерной симуляции темная ма-
терия после столкновения начала падать в центр скопления, а затем разошлась оттуда кругами, как
расходится вода от брошенного в нее камешка.
Впервые о существовании "темной материи" астрономы заговорили в 1933 году. Согласно наблюдени-
ям, на звезды приходится только один процент, а на всю обычную материю - не более 4% массы все-
ленной. Остальное приходится на "темную материю" и "темную энергию", причем по существующим
моделям на "темную энергию" приходится свыше 70 % массы вселенной.
Поперечник этого кольца составляет 2,6 миллиона световых лет, наличие его выявлено в скоплении
CL0024+17, находящемся в 5 миллиардах световых лет от Земли. Расположение невидимых облаков
темной материи помогают "визуализировать" искажения, вызванные эффектом гравитационного лин-
зирования (gravitational lensing), при котором деформируемое пространство (в согласии с Общей теорией
относительности Эйнштейна) словно в гигантской линзе усиливает свет от отдаленных фоновых галак-
тик.
Проблема темного вещества в астрофизике возникла тогда, когда выяснилось, что вращение галактик
( включая наш собственный Млечный путь ) невозможно корректно описать, если учитывать лишь со-
держащуюся в них обычную видимую материю (все они в таком случае должны были бы разлететься и
рассеяться). Необходимо еще присутствие таинственной формы невидимой материи, действие которой
проявляется исключительно при гравитационном взаимодействии с другой материей, ну а ее запасы во
Вселенной превосходят массу обычной материи раз в шесть. До сих пор неясно, какова природа этого
самого темного вещества, и поэтому некоторые ученые утверждали, что какая-нибудь модификация за-
конов гравитации могла бы объяснить все парадоксальные наблюдения - без всякой потребности в
сомнительной новой сущности. Как правило, в этих теориях сила гравитации, порождаемая обычной
материей (а другой там и нет) увеличивается с ростом космических масштабов по сравнению с той, что
предсказывают теории Ньютона и Эйнштейна. Однако открытия скоплений темной материи убедитель-
но показывают, что подобный подход бесперспективен.
В прошлом году NASA уже удалось выявить обособленные скопления темного вещества при изучении
объекта, получившего обозначение 1E0657-56. Это так называемое "Скопление Пули" ( "Bullet Cluster",
название оно получило по форме облака), которое представляет собой место столкновения двух скоп-
лений галактик, 100 миллионов лет назад "врезавшихся" друг в друга на скорости 4700 километров в
секунду. Наблюдения, проведенные с помощью рентгеновской космической обсерватории "Чандра"
(Chandra), "Хаббла" и наземных обсерваторий, показали, что два скопления, прошедших одно сквозь
другое, "спутались" своими видимыми облаками, состоящими из горячего газа, ну а темная материя, не
испытывающая никакого сопротивления, прошла беспрепятственно, тем самым вызвав к жизни эффект
естественного природного "сепаратора".
Это богатое скопление галактик, значащееся по каталогам как Cl 0024+17, позволяет астрономам
исследовать распределение темного вещества в космическом пространстве. Синие прожилки в
центре снимка – это размытые изображения отдаленных галактик, которые не входят в состав
скопления. Отдаленные галактики кажутся искаженными, так как свет от них преломляется и
усиливается мощной гравитационной силой скопления Cl 0024+17 – этот эффект был назван
гравитационным линзированием.
Астрономы не видят темную материю, тем не менее они могут сделать вывод о ее существовании
в скоплениях галактик, наблюдая за тем, как ее гравитационная сила преломляет свет, исходящий
от более удаленных фоновых галактик. Этот мощный эффект получил название гравитационного
линзирования. Голубые прожилки в центре другого снимка скопления, полученного посредством
телескопа Хаббла, – это искаженные формы более удаленных галактик, свет от которых прело-
мился и усилился вследствие мощной гравитационной силы скопления Cl 0024+17.
Астрономы обнаружили проведенное ранее исследование, в рамках которого было выдвинуто
предположение о том, что это скопление столкнулось с другим скоплением где-то от 1 до 2 милли-
ардов лет назад. Затем они создали компьютерную модель столкновения галактических скоплений.
Эта модель демонстрирует, что в то время как два скопления врезаются друг в друга, темная мате-
рия сбрасывается в центр объединенного скопления, а затем выплескивается обратно. По мере
того как темная материя движется наружу, она начинает замедляться под действием силы тяжести
и накапливаться.
ссылки:
grani.ru/Society/Science/p.122012.html
lenta.ru/news/2007/05/16/dark
astrogorizont.com/module.php?m=articles&op=131
nasa.gov/mission_pages/hubble/news/dark_matter_ring_feature.html
telegraph.co.uk/news/main.jhtml?xml=/news/2007/05/16/whubble16.xml
по теме:
Наблюдения "Хаббла" косвенно подтвердили существование темной материи
Часть черных дыр может оказаться кротовыми норами
|
Некоторая часть тех космических объектов, которые ранее считались черными дырами ( они предсказа-
ны в рамках теории Эйнштейна), на самом деле могла бы оказаться так называемыми "червоточинами"
(wormholes), или, иначе говоря, "кротовыми норами", ведущими к другим вселенным. Об этом свиде-
тельствует новое исследование профессора Тибо Дамура ( Thibault Damour) из французского Института
передовых научных исследований (Institut des Hautes Etudes Scientifiques - IHES) и доктора физико-мате-
матических наук Сергея Солодухина из московского Физического института РАН имени Лебедева
(ФИАН) и германского Бременского международного университета (International University Bremen). Со-
ответствующая статья опубликована на сайте arXiv.org. Возможно, новая работа поможет также разре-
шить и знаменитый "информационный парадокс" черных дыр, но критики этой теории обещают в свя-
зи с ней появление новых проблем, в частности, нет пока еще вразумительного ответа на вопрос, как
все эти "червоточины" могут образовываться.
Черные дыры обладают столь мощным гравитационным полем, что ни материальное тело, ни излуче-
ние не могут выбраться из их объятий - покинуть пределы так называемого горизонта событий ( где
время с точки зрения внешнего наблюдателя как бы "заморожено", отсюда другое ( старое) название
черных дыр - "замороженные звезды"). Общая теория относительности предсказывает рождение чер-
ной дыры в том случае, когда мы имеем дело с веществом, сжатым в достаточно компактной области
(в пределах сферы Шварцшильда, размеры которой в простейшем случае совпадают с радиусом гори-
зонта событий - решение было найдено Карлом Шварцшильдом ( Karl Schwarzschild) спустя всего нес-
колько месяцев после того, как Эйнштейн обнародовал свою теорию). Конечно, черные дыры невоз-
можно наблюдать непосредственным образом, однако астрономы уже отыскали множество объектов,
подходящих на эту роль. Идентификация черных дыр основывается на наблюдениях поглощаемого
ими вещества.
Еще более интересным объектом являются гипотетические "червоточины" - как бы отверстия, прогры-
зенные в "складках" пространственно-временного континуума, которые напрямую могут соединять
удаленные друг от друга места. Если представить нашу Вселенную в виде двумерного полотна, то
"червоточину" можно изобразить как разрыв и соединение этой двумерной Вселенной в местах скла-
док, требующие выхода в третье измерение. "Соседняя складка" в реальности может также оказаться и
иной, чуждой нам вселенной, населенной собственными звездами, галактиками и планетами.
Дамур и Солодухин постарались выяснить, на что может быть похожа в реальности такая "червоточи-
на", и с удивлением обнаружили, что внешне она практически ничем не будет отличаться от более
привычной черной дыры. Поглощаемая материя точно также ведет себя вблизи "кротовых нор", как и
у черной дыры, оба этих объекта сходным образом деформируют вокруг себя пространство-время.
Отличить эти два объекта в принципе можно было бы по наличию излучения Хокинга ( испусканию
виртуальных частиц на границе горизонта событий). Такая радиация, поступающая со стороны черных
дыр, имела бы характерный энергетический спектр. Однако излучение Хокинга столь малозаметно, что
на практике оно легко затеряется среди других источников излучения, включая микроволновый фон
( реликтовое излучение ) - то есть "послесвечение", оставшееся от событий, следовавших за Большим
взрывом. Более того, в новой работе утверждается, что "червоточины" в принципе даже могут имити-
ровать и спектр хокинговского излучения...
Другое отличие, которое могло бы сослужить службу при идентификации "червоточин", - это то, что
"червоточины" (в отличие от черных дыр) не демонстрируют присутствия какого-либо горизонта собы-
тий. Иными словами, материальное тело может попасть в "червоточину", а после этого благополучно
возвратиться обратно в наш мир. Фактически, это означает, что по "кротовым норам" можно путешест-
вовать не только из одной вселенной в другую, но и в пределах нашей Вселенной.
Однако это тоже, к сожалению, не дает нам безошибочной стратегии выявления "червоточин". И к то-
му же в зависимости от формы "червоточины" на путешествие через нее можно затратить либо милли-
арды лет, либо считанные секунды. Единственный способ узнать, с каким именно объектом мы имеем
дело, - бесстрашно погрузиться в него. Это более чем опасная азартная игра, поскольку если объект
окажется не "червоточиной", а черной дырой, то мощное гравитационное поле разорвет тело путешест-
венника на отдельные атомы. Впрочем, даже если объект и окажется "червоточиной", отправившийся
туда исследователь вовсе не застрахован от подобной участи. А если "червоточина" нас пропустит, то
оставшимся в прежней вселенной друзьям, может так статься, придется подождать миллиарды лет,
прежде чем путешественник сможет вернуться назад.
Червоточины" могли бы открыть двери в другие миры.
Изображение NASA / Les Bossinas с сайта New Scientist
Такая задержка обессмысливает какую-либо коммуникацию с иными мирами. Однако при благоприят-
ном стечении обстоятельств путь может оказаться совсем недолгим: если нам посчастливится набрести
на микроскопическую "червоточину" (не исключено также, что такую "дырку" когда-нибудь удастся соз-
дать искусственно). Проблема заключается в том, что микроскопические "червоточины" не могут су-
ществовать без стабилизирующего влияния со стороны некой экзотичной субстанции с антигравитаци-
онными свойствами, а возможность существования такой материи остается пока под большим вопро-
сом. Возможно, ситуация прояснится, когда будет наконец разработана теория, объединяющая кванто-
вую механику с какой-либо теорией гравитации.
Не исключено, что есть и другой способ подтвердить нынешние догадки. Некоторые физики считают,
что будущие эксперименты на ускорителях частиц при сверхвысоких энергиях могут порождать микро-
скопические черные дыры. Такие крошечные черные дыры испускали бы измеримые количества хо-
кинговской радиации, доказывая тем самым, что они действительно являются черными дырами, а не
"червоточинами". А вот если прав Солодухин, то взамен черных дыр в этих случаях формировались бы
микроскопические "червоточины", которые не излучали бы никакой такой радиации. "В этом случае
мы бы поняли, с чем имеем дело - с черной дырой или червоточиной", - говорит Солодухин.
Примечательно то, что "червоточины" не имеют проблем с "информационным парадоксом", который
привел в столкновение квантовую механику и теорию гравитации Эйнштейна. Ведь отсутствие гори-
зонта событий позволяет материальным телам и информации беспрепятственно курсировать меж ми-
рами. К тому же нет и излучения Хокинга, приводящего к "испарению" черных дыр ( с вероятным уни-
чтожением накопленной информации). Однако для того, чтобы от проблемы избавиться полностью,
нужно предположить, что в любых звездных процессах ( вроде коллапса взрывающейся в виде гипер-
новой звезды-гиганта ) всегда образуются не черные дыры, а "червоточины".
ссылки:
grani.ru/Society/Science/p.121350.html
grani.ru/Society/Science/m.89856.html
arxiv.org/abs/0704.2667
space.newscientist.com/dn11745-could-black-holes-be-portals-to-other-universes.html
zeenews.com/znnew/articles.asp?aid=368230&ssid=27&sid=ENV
