10 загадок космоса, решенных совсем недавно

Открытия астрономов, как правило, приводят к появлению большого количества вопросов, на которые у нас пока нет ответов. Однако за последний год ученым удалось решить десять космических загадок, которые морочили нам голову многие годы.

Что это за странный объект в центре нашей галактики?

Долгое время астрономы пытались выяснить природу G2, необъяснимого тела в центре нашей галактики. Сначала они думали, что G2 — это облако водорода, которое движется по направлению к огромной черной дыре в центре нашего Млечного Пути. Но попав в гравитационное поле черной дыры, G2 повело себя не как облако водорода. Если бы это было облако, G2 взорвалось бы массивным фейерверком, который серьезно изменил бы черную дыру. Вместо этого, G2 осталось на орбите, практически не изменившись.

Команда астрономов из Калифорнийского университета, наконец, решила загадку с помощью современной обсерватории им. Кека на Гавайях. Благодаря адаптивной оптике, телескопы обсерватории смогли компенсировать искажения атмосферы Земли, сформировав четкое представление о пространстве в окрестностях черной дыры.

Астрономы выяснили, что G2 — это гигантская звезда, окруженная газом и пылью, которая, вероятнее всего, получилась в результате слияния пары бинарных звезд. К этому слиянию G2 привела гравитация черной дыры и, возможно, также сформировала целый ряд слившихся бинарных звезд звезд, похожих на G2, недалеко от черной дыры. В течение миллиона лет такие звезды будут расширяться, прежде чем успокоятся в конечном итоге.

Расширение G2 по-другому называется «спагеттификацией», удлинением, которое происходит, когда крупный объект оказывается близко к черной дыре.

Из чего состоят ближайшие карликовые галактики?

Млечный Путь — это крупнейшая галактика в группе галактик, объединенных гравитацией. Наши ближайшие соседние галактики известны как карликовые сфероидальные галактики. Астрономам было интересно, обладают ли эти ближайшие карликовые галактики условиями для формирования звезд, которые мы видим в карликовых неправильных галактиках в 1000 световых годах от края Млечного Пути (и которые не связаны с нашей галактикой гравитацией). Эти удаленные карликовые галактики содержат много нейтрального водорода, который питает образование звезд.

Используя чувствительные радиотелескопы, астрономы обнаружили, что карликовые галактики, которые вращаются в определенных границах вокруг Млечного Пути, вообще не обладают водородом для образования звезд. Виноват в этом Млечный Путь, а точнее ореол горячей плазмы водорода, окружающей нашу галактику. Когда ближайшие карликовые галактики вращаются вокруг Млечного Пути, давление скорости их орбит вычищает нейтральный газообразный водород. Поэтому эти галактики не могут образовывать звезды.

Сколько в действительности темной материи?

Согласно модели Лямбда-CDM (теория лямбда-холодной темной материи), описывающей образование галактик, мы должны видеть невооруженным глазом несколько крупных спутниковых галактик вокруг нашей галактики Млечный Путь. Но мы не видим.

Поэтому астрофизик Прайваль Кафле из Университета Западной Австралии решил выяснить, почему так, измерив количество темной материи в Млечном Пути. «Звезды, пыль, вы и я, все, что мы видим, составляет только 4% от всей Вселенной, — говорил он. — Примерно 25% приходится на темную материю, а остальное — темная энергия». Используя методику 1915 года (еще до того, как была открыта темная материя), Кафле измерил количество темной материи в нашей галактике, подробно изучив скорость звезд в Млечном Пути. Он даже посмотрел на краях нашей галактики.

Его новое измерение показало, что в нашей галактике на 50% меньше темной энергии, чем полагали астрономы. Используя новые измерения Кафле, теория Лямбда-CDM должна предсказывать, что мы должны наблюдать сразу три спутниковые галактики вокруг Млечного Пути. Это согласуется с тем, что видят астрономы: Малое Магелланово Облако, Большое Магелланово Облако и карликовую галактику Стрельца. Кафле разрешил загадку, над которой бились астрономы 15 лет.

Ученые также измерили скорость, необходимую для того, чтобы покинуть гравитационное поле нашей галактики — 550 километров в секунду. Это в 50 раз больше, чем необходимо ракете, чтобы покинуть поверхность Земли.

Что происходит внутри взрывающейся звезды?

Используя радиоинтерферометрию (сочетание данных с нескольких радиотелескопов для получения четкой картины), астрономы в декабре 2013 года смогли увидеть, как звезда становится новой — взрывающуюся звезду. Это позволило раскрыть тайну создания гамма-лучей, высокоэнергетических всплесков электромагнитного излучения. Как объясняет Тим О’Брайен из Манчестерского университета, «новая возникает, когда газ звезды-компаньона попадает на поверхность умирающего белого карлика в бинарной системе (системе из двух звезд, которые вращаются друг вокруг друга)».

Это вызывает термоядерный взрыв на поверхности звезды, который выплескивает газ в космос на скорости миллионов километров в час. «Иногда новая порождает новую звезду, но взрыв сложно предсказать. Выброшенный материал двигается наружу, вдоль орбитальной плоскости звезд. Спустя некоторое время еще более быстрый наружный поток частиц белого карлика сталкивается с медленно движущейся материей. Это приводит к скоростному шоку, который порождает гамма-лучи.

Почему на противоположной стороне Луны нет «лица»?

C 1959 года, когда советский космический аппарат «Луна-3» позволил нам впервые взглянуть на обратную сторону Луны, астрономы ломают голову над следующей проблемой. Никто не может объяснить, почему дальняя сторона так отличается от стороны, обращенной к Земле. Дальняя сторона представляет собой мешанину из кратеров и гор, но у нее почти нет морей (темных участков из плоских морей базальта), которые мы видим с нашей точки зрения.

Именно благодаря морям, нам кажется, что у Луны есть лицо. Астрофизики Penn State думают, что им удалось решить загадку. Нехватка морей на дальней стороне Луны свидетельствует о толстой коре с большими накоплениями алюминия и кальция. Одна из теорий предполагает, что объект размером с Марс однажды столкнулся с Землей. Вместе с внешними слоями Земли он был выброшен в космос и впоследствии образовал Луну.

Но приливная блокировка между Землей и Луной удерживает одну сторону Луны, всегда обращенной к Земле. На ранних этапах образования спутника, эта сторона оставалась горячей, в то время как дальняя сторона постепенно остывала. Это привело к образованию толстой коры. Астрофизики Penn State считают, что эта толстая кора препятствовала попаданию магматического базальта на поверхность. Считается также, что метеороиды пробили тонкую корку Луны, обращенную к Земле, и выпустили наружу базальтовую лаву, которая образовала моря.

Однако ученые MIT говорят, что новая информация, полученная в ходе миссии GRAIL, показывает, что лицо человека на Луне могло образоваться не вследствие падения астероидов, а вследствие накопления большого количества магмы внутри Луны. Но эта теория вряд ли подтвердится без прямого посещения Луны.

Что это светится в космосе?

Если вы посмотрите на ясное небо ночью, вы увидите множество звезд. С помощью небольшого телескопа вы также можете разглядеть планеты, туманности и галактики. Но если вы возьмете детектор рентгеновских лучей, вы увидите рентгеновское свечение в небе, которое известно как диффузный рентгеновский фон. Источник свечения оставался загадкой в течение порядка 50 лет. Есть три варианта. Он может быть за пределами нашей Солнечной системы, он может быть в «локальных горячих пузырях» газа или быть в нашей системе.

Рентгеновские лучи также излучаются изнутри нашей Солнечной системы, когда солнечный ветер, испускаемый в виде заряженных частиц Солнцем, сталкивается с нейтральным водородом и гелием. Астрономы не понимали, что это за свечение, пока Массимилиано Галлеаци из Университета Майями не подытожил: «Это как путешествовать ночью и видеть свет, не зная, рождается он в пределах 10 метров или 1000 километров». Теперь мы знаем, что это немного того и немного того.

Каково расстояние до «Семи сестер»?

Плеяды, известны также как «Семь сестер», — это известное звездное скопление в созвездии Тельца. Астрономы считают ее космической лабораторией из сотен юных звезд, которые образовались около 100 миллионов лет назад. Ученые использовали Плеяды, чтобы понять, как создаются звездные скопления. Также это полезный измерительный инструмент для определения расстояний до других звездных скоплений. Астрономы сошлись во мнении, что Плеяды находятся в пределах 430 световых лет от Земли.

Но затем Hipparcos, европейский спутник, который должен был более точно измерить расстояние до тысяч звезд, определил дистанцию до Плеяд в 390 световых лет. «Возможно, эта разница покажется не такой большой, но с учетом физических характеристик Плеяд, это ставит под вопрос наше общее понимание того, как формируются и развиваются звезды», — объясняет Карл Меллис из Калифорнийского университета.

Используя сеть радиотелескопов, астрономы измерили расстояние до Плеяд с использованием техники параллакса и взглянули на них с разных концов земной орбиты вокруг Солнца. Новое измерение показало 443 световых года, точность измерения в пределах 99%. Это значит, что «Гиппарх» ошибался, что поднимает новые вопросы о точности измерений дистанций до других 118 000 звезд.

Насколько велик наш галактический район?

Используя чувствительные телескопы для определения границ сверхскоплений галактик, астрономы выяснили, что галактика Млечный Путь принадлежит к недавно определенному гигантскому сверхскоплению под названием Laniakea («огромное небо» на гавайском).

Название было выбрано в честь полинезийских мореплавателей, которые плавали в Тихом океане, ориентируясь по звездам. Сверхкластер Ланиакея содержит 100 000 галактик, вытянут на 500 миллионов световых лет и обладает массой в 100 миллионов миллиардов солнц. Млечный Путь находится на окраине Ланиакеи. Астрономы также получили много информации о Великом аттракторе, координационном центре гравитации в нашем регионе межгалактического пространства, который стягивает галактики местной группы и влияет на движение других галактических скоплений.

«Мы окончательно установили контуры, которые определяют сверхскопление галактик, которое мы можем назвать домом, — говорит Брент Талли из Гавайского университета. — Это похоже на выяснение того, что ваш родной город на самом деле является частью гораздо большей страны, которая граничит с другими государствами».

Зловещая судьба Земли

Астрономы занимаются, в числе прочих вещей, небесной археологией: изучают руины планет после того, как их материнские звезды умирают. Это позволило узнать, какая зловещая судьба ждет Землю. Все началось с миссии: выяснить, как атмосфера белого карлика становится загрязненной. Атмосфера белого карлика, которая должна состоять из чистого водорода или чистого гелия, часто загрязнена тяжелыми элементами вроде углерода, железа и кремния.

Изначально ученые полагали, что элементы выталкиваются на поверхность невероятной радиацией внутри звезды. Однако с помощью мощного телескопа астрономам удалось увидеть отпечатки элементов вроде углерода, фосфора, кремния и серы в атмосфере белого карлика. Звезды с загрязненной атмосферой показали более высокое соотношение серы к углероду, чем обычно наблюдается у звезд. На самом деле такое же соотношение обнаруживается у каменистых планет.

«Загадку состава таких звезд мы пытались решить более 20 лет, — говорит профессор Мартин Барстов из Университета Лестера. — Потом мы узнали, что они поглощают остатки планетарных систем, возможно, как и наша собственная».

Вот такая зловещая судьба ждет Землю. Через миллиарды лет наша родная планета станет просто каменистым загрязнением умирающих остатков Солнца.

Какой конец ждет нашу галактику?

Решая загадку развития галактик, ученые также вырабатывают более глубокое понимание пути и нашей галактики Млечный Путь. Они узнали, что эволюция некоторых галактик зависит от сверхмассивных черных дыр в центре галактики, как в нашем Млечном Пути. Эти черные дыры выгоняют почти весь холодный газ из ближайших галактик. Без холодного газа эти галактики не могут образовывать новые звезды. Хотя отток молекулярного водорода в виде газа стал признанной частью теории эволюции галактик, ученые были озадачены тем, что этот отток газа ускоряется.

Используя передовые телескопы для изучения соседней галактики IC5063, ученые выяснили, что высокоэнергетические потоки электронов, испускаемые центральной черной дырой, ускоряют отток молекулярного газового водорода. Это также указывает на то, что наша галактика Млечный Путь, скорее всего, столкнется с галактикой Андромеда в ближайшие пять миллиардов лет. Когда две галактики сталкиваются, газ накапливается в центре системы и питает сверхмассивную черную дыру. Это приводит к образованию потоков электронов и полностью выносит весь газ в галактике. После этого галактика уже не может образовывать новые звезды.

Все это — иллюзия?

Мы думаем, что все больше и больше узнаем о нашей Вселенной. Но ученые из Национальной ускорительной лаборатории Ферми работают над проектом лазерного анализа Holometer, чтобы проверить, не живем ли мы, случайно, в голограмме. Это будет означать, что наш трехмерный мир просто иллюзия, а все закодировано в крошечных двухмерных пакетах. Примерно так же персонажи телевизионного шоу думают, что живут в трехмерном мире, но на деле пойманы в ловушку на двухмерном экране. Ученые считают, что информация о нашей Вселенной может быть упакована в пакеты точно так же, как пиксели на экране телевизора содержат точки данных.

Когда вы стоите близко к телевизору, вы можете различить отдельные пиксели. Но когда вы отходите дальше, все пиксели сливаются в цельную картинку. Возможно, наш мир устроен похожим образом, и один «пиксель» космоса будет равен площади в 10 триллионов триллионов раз меньшей атома.

«Мы хотим выяснить, не является ли пространство-время квантовой системой, подобно материи, — говорит Крейг Хоган из Лаборатории Ферми. — Если мы что-нибудь увидим, это полностью изменит наше представление о пространстве, которым мы руководствовались тысячи лет».