меню содержание news320 news321 news322
Астрономы уточнили постоянную Хаббла
|
Определение зависимости блеска от периода для цефеид в галактике NGC 4258
( расстояние 24 миллиона световых лет ).
фото: A.Riess /STScI /JHU /NASA /ESA
Наша Вселенная благодаря ученым "помолодела" на 600 миллионов лет. Космический телескоп имени
Хаббла позволил уточнить значение одноимённой постоянной, которая и определяет канонический
возраст нашего мира. Фундаментального пересмотра космологии, впрочем, не потребуется: новые дан-
ные лежат в пределах погрешностей прежних измерений. Постоянная Хабла позволяет получить неко-
торые более точные ограничения на загадочную темную энергию.
Когда говорят, что нашей Вселенной 13,7 миллиардов лет, обычно забывают указать неточность, с ко-
торой определена эта величина. А неопределённость эта складывается из множества составляющих и
в итоге достигает примерно 6–7%, если принимать стандартную на сегодняшний день космологичес-
кую модель, а то и всех 15%, если «отпустить» параметры. Так что астрономам на деле следовало бы
писать, что нашему Миру примерно 12 – 15 миллиардов лет, и не смешить метрологов выписыванием
трёх значащих цифр для этого плохо измеренного параметра.
Взрыв проломил вселенскую стену
Астрономам удалось пробить «стену» в нашей Вселенной, пройти сквозь которую не удавалось десятки
лет: они увидели, как всего через 600 миллионов лет после Большого взрыва погибла звезда. Раз она по-
гибла,...
Тем не менее, установить некоторый «канонический» возраст удобно. Дело в том, что эволюцию Все-
ленной в относительных величинах мы представляем себе очень неплохо. Например, можно без зазре-
ния совести утверждать, что гамма-всплеск GRB 090423, являющийся на данный момент самым далё-
ким видимым объектом во Вселенной, произошёл, когда возраст нашего мира составлял 4,6% от ны-
нешнего. А вот говорить, что он случился 13,1 миллиарда лет назад – некоторое лукавство. По-хороше-
му, в таких случаях всегда надо добавлять «принимая возраст Вселенной равным 13,7 миллиарда лет»,
а для полных педантов потребуется дополнение «и стандартную космологическую модель».
Задача определения абсолютного возраста мира упирается в измерение современного значения так на-
зываемой постоянной Хаббла, H0, определяющей истинную, метрически выраженную, скорость рас-
ширения нашего мира.
Эта величина показывает насколько галактики, которые расположены дальше от нас, быстрее от нас
убегают.
Например, если постоянная Хаббла равна 70 км/c на мегапарсек ( H0=70 км/c /Мпк ), то галактики, ко-
торые мы видим на расстоянии в 10 Мпк, убегают от нас со средней скоростью 700 км/c, а галактики,
которые мы видим на расстоянии в 11 Мпк - со скоростью 770 км/c. Там, где скорость расширения
достигает скорости света, находится «граница» нашего мира, за которой мы уже ничего не видим, и
чем больше значение H0, тем ближе этот горизонт, и тем моложе наша Вселенная.
Чтобы определить постоянную Хаббла надо, очевидно, измерить скорость галактик и расстояние до
них. С первым проблем нет: смещение линий в спектрах объектов из-за эффекта Доплера позволяет
легко и непринуждённо вычислить скорость убегания.
Космологическая загадка
Развитие космологии, как науки о Вселенной, в последнюю сотню лет во многом стимулировалось
парадоксами и задачами, казавшимися их авторам неразрешимыми....
А вот определение расстояний в астрономии – большая проблема. Дотянуть линейку невозможно ни
до одного небесного объекта, возможности радарного и лазерного зондирования ограничиваются пре-
делами Солнечной системы, а дальше приходится выстраивать целую «лестницу» космических рассто-
яний, в которой каждая новая ступенька опирается на предыдущую. И если вы ошибочно измерили
расстояние от Земли до Солнца, то эта ошибка будет присутствовать и в расстояниях до звёзд, и в
расстояниях до далёких галактик, и в возрасте нашего мира.
Учёные из США и Великобритании под руководством Адама Рисса из американского Университета
имени Джона Хопкинса провели самую точную на сегодняшний день такую оценку. Для этого они
воспользовались космическим телескопом имени Хаббла ( того же американского астронома, в честь
которого названа постоянная). Работа учёных ( PDF-файл ) вскоре будет опубликована в Astrophysical
Journal.
Как оказалось, «канонический» возраст Вселенной надо чуть сократить.
Примерно до 13,1 миллиарда лет: постоянная Хаббла H0 =74,2 км/c /Мпк – чуть больше, чем ранее
считалось. И точность определения этой величины теперь составляет около 5%, даже если не ограни-
чивать себя рамками стандартной космологической модели.
Ступени к постоянной Хаббла:
1. Определение зависимости блеска от периода для цефеид в галактике NGC 4258
(24 миллиона световых лет ). 2. Сверхновые типа Ia и цефеиды в шести других
галактиках ( до 100 миллионов световых лет ). 3. Сверхновые Ia в далёких ( до
миллиарда световых лет) галактиках, свет от которых приходит к нам покраснев-
шим за счёт космологического эффекта Доплера.
A.Field /STScI /NASA /ESA
Спирт за компанию к чёрной дыре
Уже очень скоро сверхмассивную чёрную дыру в центре нашей Галактики украсит красочный венец из
молодых и ярких звёзд. Следы метилового спирта в огромном газовом кольце вокруг неё означают, что
в нём уже...
галактика NGC 4258
cosmo.nyu.edu/hogg/rc3
«Лестница космических расстояний» Рисса и его коллег состоит из трёх основных ступенек. На первой
ступени находится галактика NGC 4258 (или M 106), расположенная в созвездии Гончих Псов. Вокруг
чёрной дыры, расположенной в её центре, крутится диск вещества, в состав которого входят молекулы
воды. Эти молекулы излучают очень тонкие, так называемые мазерные линии, по которым можно точ-
но измерить скорость вращения диска. Несложная геометрия этого движения и точные наблюдения с
помощью радиотелескопов позволили астрономам вычислить расстояние до галактики, которое состав-
ляет 7,2 Мпк ( примерно 23 миллиона световых лет ).
Это измерение, в свою очередь, позволило очень точно определить истинную светимость переменных
звёзд из класса цефеид. Для этих периодически пульсирующих звёзд известна чёткая зависимость: чем
больше период колебаний, тем больше истинный блеск. Период колебаний померить несложно: острое
зрение телескопа имени Хаббла позволяет построить кривые блеска для отдельных звёзд в этой не та-
кой уж близкой галактике. А по среднему наблюдаемому блеску и точно измеренному расстоянию учё-
ные восстановили и истинный блеск цефеид, который понадобился для калибровки следующей сту-
пеньки «лестницы».
На ней оказались 6 галактик на промежуточных расстояниях, в которых ещё видны отдельные цефеиды
и в которых за последние три десятилетия вспыхивали сверхновые типа Ia. Расстояния до этих галак-
тик определили по видимому среднему блеску переменных звёзд и их светимости, используя закон, от-
калиброванный на предыдущей ступеньке.
При этом ключевым является то обстоятельство, что цефеиды во всех 7 галактиках наблюдались одним
и тем же инструментом.
А значит, взаимные расстояния до 6 галактик – и сверхновых в них – прочно опираются на расстояние
до NGC 4258, определённое точным геометрическим методом.
Из этих измерений и наблюдаемого блеска сверхновых типа Ia Рисс и его коллеги вывели истинную
светимость последних. Эта величина практически постоянна, так как соответствует взрыву белого кар-
лика, который «перебрал» вещества со звезды-соседки и взорвался. Предел, за которым следует взрыв,
одинаков для всех звёзд, потому одинакова и светимость.
После этого оставалось лишь сравнить скорости удаления далёких галактик, в которых сверхновые ещё
видны, а цефеиды – уже нет, с наблюдаемым блеском сверхновых, что, благодаря чётко определённой
предыдущей ступеньке, тут же даёт расстояние. Поделив разницу в скорости на разницу в расстоянии,
учёные получили новое значение постоянной Хаббла H0.
Примечательно, что эта оценка прямая и не зависит от космологической модели. И следовательно,
сравнивая её с теми оценками, которые от модели зависят, можно протестировать сами модели.
Темная энергия отпружинила
Темная энергия остановила рост крупнейших структур космоса – гигантских галактических скоплений.
Независимое доказательство существования «вселенской пружины» подтверждает справедливость...
Именно это и сделали учёные на последнем этапе своей работы. Результаты показывают, что стандарт-
ная космологическая модель – так называемая Λ CDM -модель – пока держит удар. Она предполагает,
что наша Вселенная плоская, наполнена холодной тёмной материей, и содержит загадочную «космоло-
гическую постоянную» Λ, которая последние несколько миллиардов лет заставляет наш мир расширять-
ся с ускорением.
По данным Рисса и его коллег, Λ – величина действительно постоянная на протяжении большей части
жизни Вселенной. Если быть более точным, то новые данные показывают, что так называемое уравне-
ние состояния w+1, показывающее степень переменности Λ, равно нулю с точностью +/-12%. До сих
пор этот параметр был известен почти втрое хуже.
В настоящее время та же команда планирует улучшить точность определения космологических пара-
метров минимум в 5 раз. И в этом проекте они рассчитывают на помощь космического телескопа име-
ни Хаббла. В понедельник с последней ремонтной миссией к 18-летнему космическому аппарату от-
правится шаттл Atlantis. Астрономы скрещивают пальцы, чтобы всё прошло благополучно.
ссылки:
gazeta.ru/science/2009/05/08_a_2984033.shtml
lenta.ru/news/2009/05/08/hubble
universetoday.com/2009/05/07/astronomers-closing-in-on-dark-energy-with-refined-hubble-constant
hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2009/08/full/
Вспышка сверхновой угрожает Земле мощным гамма-лучом
|
Снимок звезды Вольфа-Райе WR 104 телескопом обсерватории Кека с 6-летней
"выдержкой". Изображение автора исследования.
Астроном из университета Сиднея Питер Татхилл ( Peter Tuthill ) обнаружил, что в двойной системе
WR 104 в сравнительно близком будущем может вспыхнуть сверхновая, что приведет к мощному
гамма-всплеску, направленному примерно к Земле, сообщает The Astrophysical Journal.
WR 104 расположена всего в 8000 световых лет от Земли в созвездии Стрельца ( к центру нашей
Галактики ). Одна из входящих в нее звезд относится к классу Вольфа-Райе ( в частности, имеет очень
высокую температуру и светимость ) и как показывают данные Татхилла, с большой вероятностью до-
живает свой век. В конце жизни такой звезды происходит вспышка сверхновой.
При вспышке сверхновой такого типа ядро звезды коллапсирует в черную дыру, а оболочка сбрасывает-
ся в пространство. Сложное взаимодействие полей и материи вокруг дыры часто приводит к возникно-
вению гамма-всплеска: выбросу в пространство направленных в противоположные стороны двух пуч-
ков очень высоких энергий. Такие всплески неоднократно наблюдались.
Оказаться прямо на пути пучка, порожденного на таком небольшом расстоянии, для жизни на Земле
опасно: гамма-лучи могут, например, разрушить защищающий нас озоновый слой, а субатомные части-
цы породят в атмосфере потенциально опасные каскады частиц. Расчеты Татхилла показывают, что
такая вероятность как раз существует. Насколько она велика, впрочем, непонятно, тем более что до
взрыва сверхновой еще, возможно, остались сотни тысяч лет.
Wolf-Rayet 104 на длине волны 2,27 микрон
Диаметр спирали WR 104 - около 160 астрономич. единиц
Юла под названием WR 104, была открыта в апреле 1998 г ( статья опубликована через год). Она обра-
щается по кругу «каждые 8 месяцев, с точностью космического хронометра», - говорит астроном Питер
Татхилл из Сиднейского университета.
В сердце этой огненной космической юлы - две звезды, обращающиеся друг вокруг друга. В таком вза-
имном вращении сполохи струящегося газа вырываются с поверхности звезд и сталкиваются в про-
межуточном пространстве, постепенно переплетаясь и закручиваясь орбитами звезд во вращающиеся
спирали.
Обе тяжелые звезды в WR 104 однажды взорвутся как сверхновая. Однако одна из двух звезд - крайне
нестабильная звезда типа Вольф-Райе, находящаяся в последней известной фазе жизни тяжелых звезд
перед превращением в сверхновую.
Короткое замыкание
«Астрономы считают звезды Вольф-Райе тикающими бомбами,- объясняет Татхилл.- «Предохранитель»
у этой звезды (с астрономической точки зрения) почти перегорел, и она может взорваться в любой мо-
мент в течение следующих нескольких сотен тысяч лет».
При вспышке сверхновой такого типа ядро звезды коллапсирует в черную дыру, а оболочка сбрасывает-
ся в пространство. Сложное взаимодействие полей и материи вокруг дыры часто приводит к возникно-
вению гамма-всплеска: выбросу в пространство направленных в противоположные стороны двух пуч-
ков очень высоких энергий.
Когда Вольф-Райе станет сверхновой, она «может выбросить в нашу сторону мощный поток гамма-
лучей, - говорит Татхилл. - И если произойдет такой гамма-взрыв, нам бы очень не хотелось, чтобы
Земля оказалась у него на пути».
Поскольку первоначальная взрывная волна будет двигаться примерно со скоростью света, предупредить
о ее приближении не сможет ничто.
Звезды Вольфа-Райе - очень горячие огромные звезды. Они примерно в 3 раза больше
и в 25 раз тяжелей чем наше Солнце, и должны быть в ~100000 раз более яркими
На линии огня
Выбросы гамма-лучей - самые мощные из всех взрывов, какие только известны нам во вселенной. За
время от нескольких секунд до 1-2 минут они могут высвободить столько же энергии, сколько наше
Солнце за все 10 миллиардов лет своего существования.
Выбросы гамма-лучей - самые мощные из всех взрывов...
Но самое жуткое в этой юле - это то, что мы видим ее как практически идеальную спираль, согласно
последним снимкам телескопа «Keck» на Гаваях. «Так мы можем видеть двойную систему только в том
случае, когда находимся практически на ее оси», - объясняет Татхилл.
К сожалению, выброс гамма-лучей происходит прямо по оси системы. По сути, если выброс гамма-
-лучей однажды произойдет, наша планета может оказаться прямо на линии огня.
«Это первый из известных нам объектов, который может выпустить в нас поток гамма-лучей,- говорит
астрофизик Адриан Мелот из Канзасского университета в Лауренсе, не принимавший участия в дан-
ном исследовании. - И расстояние до системы пугающе близкое».
Юла находится примерно в 8000 световых лет от Земли, примерно в четверти пути до центра галактики
Млечного Пути. Хотя расстояние это и кажется приличным, «более ранние исследования показали, что
выброс гамма-лучей может оказаться губительным для жизни на Земле и на такой дистанции»,- говорит
Татхилл.
Возможный сценарий
Хотя юла и не может разнести Землю на куски, она может привести к массовому уничтожению и даже
к полному исчезновению жизни на нашей планете.
Гамма-лучи не смогут проникнуть в атмосферу Земли достаточно глубоко, чтобы сжечь почву, но смо-
гут химически изменить стратосферу. По расчетам Мелота, если WR 104 выстрелит в нас выбросом
продолжительностью около 10 секунд, то гамма-лучи лишат нас 25 процентов озонового слоя, защища-
ющего нас от вредоносных ультрафиолетовых лучей. Для сравнения, вызванное человеческим фактором
уменьшение озонового слоя, создавшее «озоновые дыры» над полярными регионами, уменьшило озоно-
вую оболочку только на 3-4 процента.
По утверждению Мелота - " Возможен сценарий по которому начнется массовое вымирание. Пищевая
цепочка может разрушиться в океанах, может случиться сельскохозяйственный кризис и голод".
Выброс гамма-лучей может также привести к образованию тумана, затмевающего солнце, и кислотных
дождей. Однако расстояние в 8000 лет «слишком велико, чтобы затемнение было сколько-нибудь ощу-
тимым,- считает Мелот. - Я бы сказал, в целом солнечного света станет меньше на 1-2 процента. Кли-
мат может немного похолодать, но до катастрофического ледяного века дойти не должно».
Учёные предполагают, что именно вспышка сверхновой могла вызвать массовое исчезновение видов
на Земле 443 миллиона лет назад. Исследователи также подсчитали, что сверхновая в 6500 световых
годах от Земли способна вызвать исчезновение озонового слоя нашей планеты.
Опасность космических лучей
Что неизвестно о гамма-лучах, так это сколько частиц они извергают в виде космических лучей.
«Как правило, выплески гамма-лучей происходят настолько далеко от нас, что магнитные поля вселен-
ной оттягивают любые космические лучи, какие мы могли бы наблюдать, но если выплеск гамма-лучей
произошел сравнительно близко, все высокоэнергетические частицы промчатся сквозь магнитное поле
галактики и ударят по нам, - говорит Мелот.- Их энергия будет настолько высока, что прибудут они
почти одновременно со световым потоком».
«Та часть Земли, которая окажется обращенной к потоку гамма-лучей, переживет нечто подобное ядер-
ному взрыву; все организмы могут заболеть лучевой болезнью,- добавляет Мелот. - Более того, косми-
ческие лучи могут усугубить эффект воздействия гамма-лучей на атмосферу. Но мы попросту не знаем,
сколько космических лучей эманируют гамма-лучи, поэтому не можем оценить степень опасности».
Так же непонятно, насколько широким будет поток энергии, высвобожденной выплеском гамма-лучей.
Но, в любом случае, конус разрушения, исходящий от юлы, достигнет нескольких сотен квадратных
световых лет, пока подойдет к Земле, согласно расчетам Мелота. Татхилл же заявляет, что «ни у кого
не получится улететь достаточно далеко, чтобы не попасть в луч, если тот действительно выстрелит в
нашу сторону. Проще будет укрыться на Земле».
Тем не менее, Татхилл полагает, что юла может оказаться для нас вполне безопасной.
«Слишком много неопределенностей, - объясняет он .- Излучение может пройти в стороне, не причи-
нив нам никакого вреда, если мы находимся не в точности на оси, к тому же никто до конца не уверен,
что звезды, подобные WR 104, в состоянии вызвать столь мощный выплеск гамма-излучения».
Дальнейшие исследования должны сосредоточиться на том, действительно ли WR 104 нацелена на
Землю, и на изучении того, как рождение сверхновой приводит к выбросам гамма-излучения.
ссылки:
lenta.ru/news/2008/03/06/deathstar
ufolog.ru/articles/print.aspx?id=3292
physics.usyd.edu.au/~gekko/wr104.html
