Команда астрономов сообщила о возможном обнаружении темной материи – невидимого вещества, которое, как считается, составляет более 85% всей материи во Вселенной. Заявление вызывает споры, и результаты, опубликованные в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, требуют подтверждения дальнейшими наблюдениями. Однако пока это одно из самых захватывающих событий в поисках этого вездесущего призрака космоса.
Автор исследования Томонори Тотани, астроном из Токийского университета.
Это может стать решающим прорывом в разгадке природы темной материи.
Обычная барионная материя не существует в достаточных количествах, чтобы объяснить формирование галактик – у них просто недостаточно массы для гравитационного притяжения, необходимого для удержания структуры. Темная материя, превосходящая обычную в соотношении пять к одному, стягивает звезды и планеты галактик своей гравитацией, но не взаимодействует с обычной материей никаким другим способом. Это делает доказательство её существования крайне сложным.
Одна из преобладающих теорий заключается в том, что темная материя состоит из WIMP – слабо взаимодействующих массивных частиц. При столкновении WIMP с их античастицами они должны аннигилировать друг друга, высвобождая энергию в форме гамма-лучей. Именно эти гамма-излучения ученые пытаются обнаружить десятилетиями.
Астрономы проанализировали данные за 15 лет, собранные космическим гамма-телескопом Fermi NASA в области вблизи центра Млечного Пути, и обнаружили гало гамма-лучей, которое нельзя объяснить окружением.
Мы обнаружили гамма-лучи с энергией фотонов 20 гигаэлектронвольт, распространяющиеся в структуре, похожей на гало.
Интенсивность излучения соответствует аннигиляции WIMP с массой примерно в 500 раз больше массы протона.
Некоторые коллеги Тотани настроены скептически. Кинва Ву, теоретический астрофизик из Университетского колледжа Лондона сказала:
Нам нужны экстраординарные доказательства для экстраординарного заявления. Этот анализ пока не достиг такого статуса.
Тотани осознаёт, что обнаружение пока не является однозначным. Один из способов подтвердить заявление – обнаружить ту же сигнатуру гамма-излучения в карликовых галактиках, вращающихся вокруг Млечного Пути. Это может быть достигнуто, когда накопится больше данных, и если так, это предоставит ещё более убедительные доказательства того, что гамма-лучи происходят от темной материи.
Тёмная материя – невидимый каркас, который, как считается, удерживает галактики вместе. За почти столетие исследований её так и не удалось напрямую обнаружить, но учёные научились наблюдать косвенные проявления, и теперь одна из команд использовала эти методы, чтобы создать самую детализированную на сегодня карту тёмной материи.
Исследователи опубликовали карту в понедельник в журнале Nature Astronomy. Для её создания они измеряли крошечные искажения форм сотен тысяч галактик, снятых телескопом Уэбба. Это позволило восстановить распределение массы – включая тёмную материю – и отобразить невидимую структуру Вселенной.
Астрономы полагают, что обычная материя – частицы, взаимодействующие со светом и потому наблюдаемые – составляет лишь шестую часть всей материи во Вселенной. Остальное приходится на тёмную материю, которая не испускает и не поглощает свет, взаимодействуя с окружающим миром только через гравитацию.
Согласно стандартной космологической модели, тёмная материя должна существовать, чтобы объяснить определённые гравитационные эффекты – например, неожиданно быстрое вращение галактик или то, что они держатся вместе прочнее, чем должны были бы. Лучший способ косвенно "увидеть" тёмную материю – измерить её гравитационные эффекты, чем и занялись ученые, используя слабое гравитационное линзирование – тонкое искажение света от далёких галактик, вызванное гравитацией промежуточной массы.
Снимки Уэбба высокого разрешения из обзора COSMOS-Web позволили команде измерить формы 129 галактик и построить карту материи с разрешением более чем в два раза выше, чем у предыдущих карт с телескопа Хаббла.
Самые яркие области карты отмечают места, где сконцентрированы большие массы – обычно там находятся массивные скопления галактик. Тусклые нитевидные структуры, соединяющие эти яркие пятна, прослеживают обширные филаменты, которые связывают галактики воедино, а более тёмные, гладкие области показывают, где материи относительно мало.
Проще говоря, карта – это картина каркаса Вселенной.
Разрешение новой карты не только даёт детальный вид структуры Вселенной, но и позволяет астрономам наблюдать эту структуру гораздо дальше в прошлом, чем предыдущие карты. Она прослеживает тёмную материю до эпохи, когда галактики формировались наиболее активно, и потому служит отправной точкой для проверки теорий о природе тёмной материи, а также моделей галактических окружений в период пикового звёздообразования – примерно 8–11 миллиардов лет назад.
Карта согласуется с нашей текущей космологической моделью, которая предсказывает, что тёмная материя формирует паутинообразную структуру, внутри которой растут галактики. С этим более чётким видом мы можем проверять эти предсказания точнее и искать небольшие расхождения, которые могут намекать на новую физику – например, альтернативные свойства тёмной материи или тонкие отклонения от стандартной гравитации.
Качество данных также открывает двери к изучению эволюции материи во времени. Это поможет следующему проекту – созданию трёхмерных карт массы Вселенной. Космические телескопы нового поколения вроде телескопа Нэнси Грейс Роман (NASA) и Евклид (ESA) поддержат эту работу, производя данные высокого разрешения, охватывающие гораздо большие участки неба.
Астрофизики подозревают, что «темное вещество» может состоять из особых сверхлегких частиц, и есть шанс их обнаружить во время наблюдений сверхмассивных черных дыр в центрах галактик.
Темная материя пока настолько непостижима, что среди ученых продолжаются ожесточенные дискуссии о том, материя это вообще или нет (гипотеза MOND). В основном физики все же исходят из того, что это должно быть некое вещество, поскольку одну вещь насчет него в космосе совершенно точно распознают по косвенным признакам: вещество имеет огромную массу и, соответственно, гравитацию.
Когда ученые оценили, какая сила нужна, чтобы собрать сотни миллиардов звезд в единую галактическую конструкцию и продолжать крепко держать ее долгие миллиарды лет, они поняли, что по большей части это какая-то неведомая сила. На одной взаимной гравитации всех видимых объектов практически ни одна галактика не продержалась бы. Доступные нашей оптике части галактик — маленькие жемчужины внутри огромных раковин скрытой массы.
В стремлении раскрыть одну из главных тайн современной науки ученые теоретически предполагают, чем эта темная материя может оказаться, и моделируют, как она проявит себя в том или ином случае.
Одна из интересных версий гласит, что при всей своей огромной общей массе это вещество состоит из частиц, которые как минимум в миллиарды раз легче электронов, — так называемых ультралегких (или сверхлегких) бозонов. По расчетам, эти частицы будут взаимодействовать с обычными крайне слабо (разумеется, если не считать гравитационного взаимодействия), так что на роль невидимых и неосязаемых вполне подходят.
Тем не менее вблизи какого-то особо массивного скопления понятного нам вещества такую сверхлегкую темную материю в теории заметить можно. К примеру, вблизи черной дыры, особенно если она не одна, а в тесном взаимодействии, скажем, с другой черной дырой либо со звездой. Их связь порождает явление под названием «гравитационные волны»: они расходятся по ткани пространства-времени, словно круги по воде.
Но если их окружает невидимое плотное облако сверхлегких бозонов, то его собственное притяжение будет вмешиваться в процесс и изменять характер распространения гравитационных волн. Так астрофизики и рассчитывают его обнаружить.
Как пишет в Physical Review Letters команда исследователей во главе с профессором Франциско Дьюком из Института гравитационной физики Макса Планка (Германия), их цель — сверхмассивные черные дыры в центрах галактик, причем такие, которые находятся в процессе поглощения звезды или черной дыры звездной массы и распространяют гравитационные волны.
Наблюдать, как они колышут ткань космоса и, возможно, выдают присутствие частиц темной материи, астрофизики надеются с помощью нового детектора LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Его планируют запустить в космос в 2034 году.
Моделирование космического листа, как он виден сбоку, с пустотами сверху и снизу. Яркая область в середине снимка — Местная группа галактик
Ученые из Гронингенского университета провели масштабный анализ движения Местной группы галактик в локальном объеме космоса. Исследователи создали детальную модель распределения массы, которая объясняет аномальный порядок вокруг Местной группы, включающей Млечный путь, галактику Андромеда и несколько десятков небольших галактик. Ученые показали, что вся Местная группа надежно защищена гигантской плоской структурой из темной материи.
Космическая паутина. Вселенная в больших масштабах напоминает не хаотичное облако, а гигантскую трехмерную паутину. Ее нити и узлы состоят из темной материи, которая не излучает света, но составляет около 85% всей массы вещества. Обычные галактики располагаются вдоль этих невидимых волокон. Описанный в исследовании «Местный лист» является частью этой глобальной сети. Он выполняет роль своеобразного фундамента, на котором выстроена архитектура нашего галактического дома.
Наше положение во Вселенной долгое время казалось астрономам странным из-за сочетания трех факторов: существования Местного листа, наличия пустой области (Местного войда) и необычайно спокойного расширения пространства вокруг нас («тихий» поток Хаббла).
Космическая паутина.
Новое исследование Эвуда Вемпе и его коллег, опубликованное в журнале Nature Astronomy, показывает, что Млечный Путь и Андромеда не просто дрейфуют в пустоте, а вмонтированы в массивную структуру из темной материи, напоминающую по форме тонкий блин.
Эта структура своей гравитацией буквально «прижимает» галактики к плоскости, создавая ту самую плоскую конфигурацию, которую мы наблюдаем. Для проверки этой гипотезы ученые проанализировали траектории 31 изолированной галактики, используя их как маркеры расширения пространства. Моделирование показало, что наблюдаемые скорости перемещения возможны только в том случае, если скрытая масса сконцентрирована в узком слое толщиной до 10 мегапарсек, над и под которым располагаются глубокие пустоты.
Местный лист и космический порядок
Различные проекции плотности ансамбля галактик при симуляциях, нормированных по космической средней плотности. Система координат центрирована на Млечном Пути, так что x лежит вдоль оси Млечный Путь–M31 (галактика Андромеды), y — в направлении возрастающего склонения, а z — в направлении возрастающего прямого восхождения в положении M31.
Такая геометрия распределения темной материи естественным образом объясняет отсутствие хаоса в движениях наших ближайших соседей. Гравитация листа вытягивает материю из прилегающих областей, формируя пустые пространства — войды, и одновременно стабилизирует расширение Вселенной внутри самого слоя.
Это делает поток Хаббла «тихим» и регулярным, несмотря на огромную массу Млечного Пути и Андромеды, которые в иных условиях должны были бы вносить заметные искажения в общую картину. Ученые отмечают, что построенная ими модель не требует привлечения новой экзотической физики и полностью согласуется с текущими представлениями об эволюции космоса.
Как отмечает ведущий автор работы Эвуд Вемпе: «Мы исследуем все возможные локальные конфигурации ранней Вселенной, которые в конечном итоге могли привести к образованию Местной группы. Замечательно, что теперь у нас есть модель, которая согласуется с современной космологической теорией, с одной стороны, и с динамикой нашей локальной среды — с другой». Наше место в космосе оказалось не случайным скоплением звезд, а частью строго упорядоченной крупномасштабной структуры, что очень хорошо для нас, поскольку практически исключает аномальные явления, которые могли бы угрожать Млечному пути и в конечном счете жизни на Земле.
Нужна ли темная материя для объяснения движения космических тел? Видимо, все же нужна. Астрофизики попробовали «помирить» альтернативную гипотезу с наблюдениями в окрестностях Солнечной системы и даже внутри нее — с орбитой Сатурна. Для фанатов MOND результаты оказались неутешительными.
Хорошая теория гравитации должна объяснять как можно больше гравитационных феноменов, используя минимум параметров. Общая теория относительности в общем-то хорошо работает в масштабах от микрометров до десятков гигапарсек. И все же есть феномены, которые она не может объяснить. Например, почему края галактических дисков вращаются быстрее расчетов и при этом не разлетаются. Так появилась популярная сегодня гипотеза о существовании темной материи. Конечно, есть и альтернативы. Одна из самых популярных альтернативных теорий гравитации — модифицированная ньютоновская динамика (MOND).
В основе MOND лежит идея, что ньютоновская сила тяготения не работает при малых ускорениях — менее 10-10 метров в секунду квадратную. Гипотезу предложил в 1983 году израильский физик Мордехай Милгром. Она как раз хорошо объясняет движение тел во внешних областях галактик. Впрочем, у темной материи тоже нет с этим проблем.
Чтобы проверить MOND, нужны другие исследования — конечно, основанные на больших и точных массивах данных наблюдений. Именно такие данные теперь есть у астрономов благодаря масштабным обзорам неба вроде проекта «Гайя». Именно поэтому в последние годы появляется все больше работ на эту тему.
Авторы новой статьи, опубликованной в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, попробовали «помирить» MOND сразу с несколькими наборами данных: измерениями зонда «Кассини» у Сатурна, движением двойных звезд со значительным периодом обращения вокруг общего центра в окрестностях Солнечной системы и так называемым соотношением центростремительного ускорения (radial acceleration relation, RAR).
Термином RAR обозначают обнаруженное около семи лет назад универсальное соотношение между центростремительным ускорением объектов в галактиках, которое выводят по наблюдениями, и тем, которое получают из оценки видимой материи в галактике. В ньютоновской теории эти значения должны совпадать. В реальности они расходятся. Главное — в дисковых галактиках это расхождение, по сути, и должно быть прямым следствием модели MOND.
Раз эффект MOND заметен в масштабе галактик, что подтверждается расчетами и исследованиями, то он должен работать и на меньших расстояниях, даже в пределах Солнечной системы. Конечно, при этом его должно быть труднее заметить. Именно поэтому авторы новой работы использовали данные зонда «Кассини» за 13 лет его полета вокруг Сатурна. Благодаря такому долгому периоду работы астрономы смогли невероятно точно измерить орбиту планеты по задержке передачи сигналов между зондом и Землей.
Идея проверки в том, что притяжение остальной Галактики должно чуть отклонять орбиту Сатурна. Из-за этого влияния расчеты орбиты по ОТО не должны совпадать с расчетами по MOND. Остается лишь сопоставить их с данными наблюдений. Ученые сделали это еще 10 лет назад. Тогда им не удалось найти аномалий в орбите «окольцованного» гиганта. В этот раз исследователи пошли дальше — попробовали «подкрутить» гипотезу MOND под данные «Кассини».
Несмотря на то что MOND хорошо объясняет движение тел в масштабе Галактики — и новые расчеты это подтвердили, — альтернативная гипотеза совсем не сочетается с данными по орбите Сатурна.
«Вероятность, что MOND совпадет с данными „Кассини”, равносильна выпадению решки 59 раз подряд при подбрасывании монетки», — пояснил один из авторов исследования. Для сравнения: отклонение в пять сигм, «золотой стандарт» для научного открытия, соответствует выпадению решки 21 раз подряд.
Кривая вращения галактики M33 (желтые и синие точки) в сравнении с ожидаемой кривой вращения, рассчитанной по видимой материи. Объяснить это расхождение можно влиянием темной материи. MOND объясняет его тем, что при достаточно малых ускорениях ньютоновская сила тяготения перестает работать
Единственное, что может «спасти» гипотезу MOND, — гораздо более резкий переход от ньютоновского тяготения к тяготению MOND. Вот только это уже не совпадает с расчетами по соотношению RAR, которое в последние годы доказало свою целесообразность.
Более того, MOND не работает и в масштабе двойных звезд со значительным периодом обращения вокруг общего центра. Ученые сравнили свои расчеты с результатами исследования таких объектов, опубликованного в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society в январе 2024 года. По MOND такие звезды должны вращаться друг вокруг друга на 20% быстрее, чем показывают расчеты по ОТО. Астрономы не видят подобного расхождения в данных. Чтобы гипотеза MOND работала на таких расстояниях, ее нужно сильно править. Хотя есть ученые, которые считают, что двойные звезды как раз доказывают MOND. Правда, в таких масштабах очень многое зависит от оценки погрешностей измерений.
В марте 2024-го на сайте препринтов arXiv вышла еще одна работа, посвященная MOND. Ее авторы проверили гипотезу на распределении и движении транснептуновых объектов. И снова альтернативная гипотеза «проиграла» ОТО. Если бы она была верна, «наклон» орбит этих объектов к плоскости Солнечной системы был бы гораздо больше.
В общем, по результатам нескольких новейших работ можно сделать вывод, что модифицированную ньютоновскую динамику (MOND) нужно либо еще сильнее модифицировать, либо отказаться от нее в пользу других гипотез.
Новое исследование предполагает, что Млечный Путь и вся Местная группа галактик расположены в обширном "листе" темной материи, окруженном космическими пустотами с обеих сторон. Открытие может объяснить загадочное движение близлежащих галактик, которое противоречит гравитационному влиянию соседних областей.
Работа, опубликованная в Nature Astronomy, связана с открытием американского астронома Эдвина Хаббла почти столетие назад о том, что вселенная расширяется. Хаббл заметил, что практически каждая наблюдаемая галактика удаляется от Земли со скоростью, пропорциональной расстоянию.
Однако существовало заметное исключение – Андромеда, ближайшая крупная галактика к нашей, которая движется в нашу сторону. Это озадачивало астрономов, так как Андромеда, Млечный Путь и десятки других близлежащих галактик гравитационно связаны друг с другом, формируя Местную группу. Огромная гравитация группы должна притягивать все составляющие её галактики друг к другу, а не только Андромеду.
Чтобы решить давнюю астрономическую загадку, исследователи создали "виртуального двойника" Местной группы и десятков других галактик за её пределами. Команда симулировала эволюцию с нуля на основе наблюдений космического микроволнового фона – остаточного света от Большого взрыва, что позволило определить начальные условия. Затем движения симулированных галактик сравнили с реальными аналогами и обнаружили совпадение.
Виртуальный двойник оказался точным. Исследователи выяснили, что симуляция имеет смысл только в том случае, если вся Местная группа находится в огромном "листе" темной материи миллионы световых лет в поперечнике. Темная материя – невидимое и всё ещё гипотетическое вещество, которое, как считается, составляет около 85% всей массы во вселенной.
Астрономы впервые выдвинули гипотезу о существовании темной материи, наблюдая, что вся видимая материя в галактиках недостаточна для удержания их вместе. Темная материя обеспечивает гравитационный каркас, необходимый для поддержания всего на месте, оставаясь невидимой и не взаимодействуя с обычной материей. Стандартная модель космологии утверждает, что целые галактики "подвешены" в огромных сгустках темной материи, называемых гало, с массой, возможно, в триллионы раз превышающей массу Солнца.
Традиционно считается, что эти гало представляют собой гигантские комковатые сферы, а не огромный "лист", как предполагают исследователи. Однако команда утверждает, что плоская геометрия даёт аккуратное объяснение поведению близлежащих галактик.
В листоподобной геометрии соотношение скорости и расстояния зависит не только от заключенной массы, как в сферическом случае, но также от массы на больших расстояниях.
Масса на дальних краях листа темной материи слегка тянет всё внутри наружу, тогда как за границами плоскости находится пустота без галактик.
Ведущий автор исследования Эвауд Вемпе из Института Каптейна в Гронингене, Нидерланды, называет работу первой оценкой распределения и скорости темной материи в Местной группе.
Мы исследуем все возможные локальные конфигурации ранней вселенной, которые в конечном итоге могли привести к Местной группе. Замечательно, что теперь у нас есть модель, согласующаяся с текущей космологической моделью с одной стороны и с динамикой нашего локального окружения с другой.
Открытие требует дальнейшего подтверждения независимыми наблюдениями других галактических групп. Исследователи планируют использовать данные космических телескопов для проверки листоподобной структуры темной материи за пределами Местной группы.
Новаторское новое исследование может, наконец, дать ответ на одну из самых сложных загадок астрофизики — без необходимости добавлять что-либо новое к нашим текущим моделям. Физики предполагают, что черные дыры могут содержать странную форму энергии, которая ускоряет расширение Вселенной.
Фото: NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman.
Астрономы знали с конца 1920-х годов, что Вселенная расширяется, и в течение десятилетий предполагалось, что скорость этого расширения со временем будет замедляться. В конце концов, гравитация сближает предметы, и считалось, что гравитационное притяжение всей материи во Вселенной притягивает все вокруг.
Но в 1990-х астрономы с помощью космического телескопа Хаббл сделали неожиданное открытие — происходило прямо противоположное. Чем дальше объект находился от нашей точки обзора, тем быстрее он удалялся от нас, что указывало на ускорение расширения Вселенной с течением времени. Без каких-либо объяснений в моделях того времени была сформулирована сила, получившая название «темная энергия», которая отталкивает все от всего остального с возрастающей скоростью.
С тех пор астрономы ищут признаки этой темной энергии, основываясь на ее свойствах. И в новом исследовании международная группа ученых утверждает, что нашла доказательства того, где может скрываться темная энергия — внутри черных дыр.
Вопреки тому, что мы могли бы подумать, вакуум не совсем пуст — случайные квантовые флуктуации производят то, что известно как энергия вакуума, оказывающая внешнее давление, которое может работать против гравитации и управлять расширением Вселенной. В некоторых моделях энергию вакуума можно найти в черных дырах, и в новом исследовании команда обнаружила первые наблюдательные доказательства этого.
Астрономы начали с изучения эволюции сверхмассивных черных дыр в центрах галактик за последние девять миллиардов лет. Эти черные дыры набирают массу в основном за счет поглощения пыли, газа, звезд и других черных дыр, но в некоторых галактиках, известных как гигантские эллиптические галактики, это сырье иссякает. Тогда следует ожидать, что сверхмассивные черные дыры в эллиптических галактиках перестанут расти.
Исследователи сравнили массы этих черных дыр в далеких эллиптических галактиках (которые видны такими, какими они были миллиарды лет назад) с теми, что ближе к нам в пространстве и времени. И действительно, сверхмассивные черные дыры в современных эллиптических галактиках в семь-двадцать раз массивнее, чем они были девять миллиардов лет назад.
Это указывает на то, что сверхмассивные черные дыры могут набирать массу и за счет какого-то другого механизма. И если они содержат энергию вакуума, они будут способствовать расширению Вселенной и также приобретать массу в результате явления, называемого космологической связью (космологическим взаимодействием).
Команда говорит, что это первое наблюдательное свидетельство того, что черные дыры содержат энергию вакуума, и когда они обработали цифры, они обнаружили, что это может объяснить количество темной энергии, измеренное во Вселенной сегодня.
Хотя недостатка в других предложенных источниках темной энергии не было, команда говорит, что эта новая модель может быть самой аккуратной. Это потому, что не требуется добавлять что-то новое к нашим существующим моделям — пробел может быть заполнен черными дырами, как и предсказывала общая теория относительности Эйнштейна.
В качестве дополнительного бонуса новая модель также объясняет еще одну космологическую загадку. В современных моделях предполагается, что черные дыры сжимают все, что попадает в них, в бесконечно плотную сингулярность, точку, в которой законы физики нарушаются. Они должны быть математически невозможны, поэтому физики либо находят для них обходные пути, либо принимают их за то, что наши модели неполны. Но если черные дыры содержат энергию вакуума, сингулярности больше не нужны, что может стать крупным прорывом в нашем понимании и дополнительным доказательством новой модели. Каким бы интригующим ни было исследование, для подтверждения модели потребуются дальнейшие исследования и наблюдения.
Исследование было опубликовано в двух статьях, в The Astrophysical Journal и Astrophysical Journal Letters. Команда описывает работу в видео ниже.
Группа астрономов под руководством Дэвида Ли из Университета Торонто подтвердила открытие десяти потенциальных "тёмных галактик" – объектов со столь слабым звёздным свечением, что традиционные обсерватории практически не способны их зафиксировать. Среди них особое место занимает Кандидат Тёмной Галактики-2 (CDG-2) – структура, которая предположительно на 99% состоит из тёмной материи и лишь на 1% из обычного вещества.
Открытие стало возможным благодаря объединению данных сразу трёх обсерваторий: космического телескопа Хаббла, космической обсерватории Euclid и наземного телескопа Subaru на Гавайях. Ключом к обнаружению галактики стали шаровые скопления – компактные сферические скопления звёзд, удерживаемых вместе гравитацией. Именно они сыграли роль своеобразных маяков в почти абсолютной темноте.
С помощью камер Хаббла исследователям удалось выявить четыре шаровых скопления в скоплении галактик Персей, расположенном в 300 миллионах световых лет от Земли. Дополнительные наблюдения с помощью Euclid и Subaru позволили зафиксировать слабое свечение вокруг этих скоплений – отблески галактики с едва различимыми следами звёздного света. Суммарная светимость CDG-2 эквивалентна излучению одного миллиона звёзд, подобных Солнцу, а сами четыре шаровых скопления составляют 16% от всего видимого содержимого объекта.
Расширенный статистический анализ показал, что 99% массы CDG-2 приходится на тёмную материю. Обычное вещество – в том числе водород, необходимый для звёздообразования, – по всей видимости, было "выметено" из галактики гравитационными взаимодействиями с соседними галактиками в скоплении Персей.
Авторы исследования характеризуют свидетельства галактической природы CDG-2 как "исключительно убедительные" – это первая галактика, обнаруженная исключительно по наличию соседних шаровых скоплений, и один из наиболее богатых тёмной материей объектов из когда-либо зафиксированных.
Шаровые скопления оказались надёжным инструментом поиска подобных объектов – их высокая плотность звёзд защищает их от гравитационного приливного разрушения, что позволяет им сохраняться даже в галактиках, практически лишённых обычного вещества.
Этот метод, по мнению учёных, может открыть путь к систематическому поиску других "галактик-призраков" во Вселенной – объектов, которые при стандартных подходах просто остаются невидимыми.
«Если рассматривать Punctum в контексте, он поразительно ярок».
NGC 4945 — спиральная галактика, видимая с ребра, всего в 11 миллионах световых лет от нас в созвездии Центавра(Изображение предоставлено ESO)
Необычайно мощный загадочный объект, обнаруженный в соседней галактике и видимый пока только в миллиметровом радиодиапазоне, может оказаться совершенно новым астрофизическим объектом, непохожим ни на что, виденное астрономами ранее.
Объект был назван «Punctum», производным от латинского pūnctum , означающего «точка» или«точка», группой астрономов под руководством Елены Шабловинской из Института астрофизических исследований Университета Диего Порталеса в Чили. Шабловинская обнаружила его с помощью ALMA , Большой миллиметровой/субмиллиметровой решетки Атакамы.
Астрономы пока не знают, что это такое — известно лишь, что это компактное тело, у него удивительно структурированное магнитное поле и, по сути, это объект, излучающий огромное количество энергии.
«Если рассматривать это в контексте, Punctum поразительно яркий — в 10 000–100 000 раз ярче типичных магнетаров, примерно в 100 раз ярче микроквазаров и в 10–100 раз ярче почти каждой известной сверхновой , и только Крабовидная туманность превосходит его среди связанных со звездами источников в нашей галактике », — сказала Шабловинская.
Пунктум находится в активной галактике NGC 4945, довольно близком соседе нашей галактики Млечный Путь , расположенной в 11 миллионах световых лет от нас. Это чуть за пределами Местной группы. Однако, несмотря на такую близость, его невозможно увидеть в оптическом или рентгеновском диапазоне, а только в миллиметровом радиодиапазоне. Это только усугубило загадку, хотя космическому телескопу имени Джеймса Уэбба (JWST) ещё предстоит изучить объект в ближнем и среднем инфракрасном диапазонах.
Изображение яркого ядра NGC 4945, полученное с помощью телескопа ALMA, и врезка: компактный загадочный объект под названием Пунктум.(Изображение предоставлено: Елена Шабловинская и др.)
Что может быть Punctum?
Его яркость оставалась неизменной в течение нескольких наблюдений, проведённых в 2023 году, что означает, что это не вспышка или какое-либо другое преходящее явление. Миллиметровое излучение обычно исходит от холодных объектов, таких как молодые протопланетные диски и межзвёздные молекулярные облака. Однако высокоэнергетические явления, такие как квазары и пульсары, также могут генерировать радиоволны посредством синхротронного излучения, при котором заряженные частицы, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света, описываются спиралью вокруг линий магнитного поля и излучают радиоволны.
Что мы знаем о Пунктуме, так это то, что, судя по силе поляризации его миллиметрового света, он должен обладать высокоструктурированным магнитным полем. Поэтому Шабловинская полагает, что наблюдаемое нами у Пунктума излучение — это синхротронное. Объекты с сильной поляризацией, как правило, компактны, поскольку более крупные объекты обладают хаотичными магнитными полями, которые нейтрализуют любую поляризацию.
Возможно, источником синхротронного излучения является магнетар , полагают учёные, который представляет собой пульсар с сильным магнитным полем . Однако, хотя упорядоченное магнитное поле магнетара отвечает всем требованиям, магнетары (и обычные пульсары, если уж на то пошло) гораздо слабее в миллиметровом диапазоне длин волн, чем Пунктум.
Остатки сверхновой , такие как Крабовидная туманность, представляющая собой беспорядочные внутренности звезды, выброшенные в космос в 1054 году нашей эры, ярко светят в миллиметровом диапазоне. Проблема в том, что остатки сверхновой довольно велики — сама Крабовидная туманность имеет диаметр около 11 световых лет, — тогда как Пунктум, очевидно, гораздо меньше и компактнее.
Крабовидная туманность, полученная космическим телескопом имени Джеймса Уэбба(Изображение предоставлено: NASA/JPL-Caltech)
«На данный момент Punctum действительно стоит особняком — он не вписывается ни в одну из известных категорий», — сказала Шабловинская. «И, честно говоря, ничего подобного не наблюдалось ни в одном из предыдущих миллиметровых обзоров, в основном потому, что до недавнего времени у нас не было ничего столь же чувствительного и высокоточного, как ALMA».
Существует оговорка, что Punctum может быть просто аномалией: экстремальной версией известного объекта, например, магнетара в необычной среде или остатка сверхновой, взаимодействующего с плотным веществом. Однако пока это лишь предположения, не подкреплённые доказательствами. Вполне возможно, что Punctum действительно является первым представителем нового типа астрофизических объектов, которые мы раньше не видели, просто потому, что их может обнаружить только телескоп ALMA.
В случае с Пунктумом, он в 100 раз слабее активного ядра NGC 4945, которое заряжается энергией от сверхмассивной чёрной дыры, питающейся падающим веществом. Пунктум, вероятно, вообще не был бы замечен в данных ALMA, если бы не его исключительно сильная поляризация.
Дальнейшие наблюдения с помощью ALMA, безусловно, помогут пролить свет на тип объекта Punctum. Наблюдения, которые открыли Punctum, были сосредоточены на ярком активном ядре NGC 4945; Punctum оказался в поле зрения лишь случайно. В будущих наблюдениях Punctum с помощью ALMA можно будет добиться гораздо более низкого уровня шума, не беспокоясь о пересвечении яркого ядра галактики, и его также можно будет наблюдать на разных частотах.
Наибольшую помощь потенциально может оказать JWST. Если он сможет увидеть инфракрасный аналог, то его более высокое разрешение может помочь определить, что такое Punctum.
«Высокое разрешение и широкий спектральный диапазон JWST могут помочь выяснить, является ли излучение Punctum чисто синхротронным или включает в себя пылевые или эмиссионные линии», — сказала Шабловинская.
На данный момент это сплошные «если» и «но», и все, что мы можем сказать наверняка, это то, что астрономы столкнулись с настоящей загадкой, которая до сих пор сбивает их с толку.
«В любом случае, — заключила Шабловинская, — Punctum показывает нам, что в миллиметровом небе ещё многое предстоит открыть».
Статья, описывающая открытие Punctum, была принята в журнал Astronomy & Astrophysics, а предварительная версия доступна на сайте astro.ph .
Давайте на минуту выключим скепсис и представим сценарий: где-то в Млечном Пути есть достаточно развитая, но при этом весьма агрессивная цивилизация, одержимая экспансией. Однажды ее астрономы находят нашу планету — крайне любопытный мир, расположенный в обитаемой зоне спокойной звезды. Кроме того, они довольно быстро смогут заподозрить, что на планете много воды, плотная атмосфера и, скорее всего, есть жизнь. Земля может показаться им "лакомым кусочком" — идеальным местом для колонизации.
Недолго думая, они запрыгивают в свои космолеты, замаскированные под кометы, и мчатся к нам на всех парах, совершая маневры то у одной, то у другой звезды. Как однажды предупреждал Стивен Хокинг, контакт с цивилизацией, которая намного выше нас по уровню развития, теоретически может стать для нас катастрофой...
Возможно ли предотвратить это?
30 марта 2016 года астрофизики Дэвид Киппинг и Алекс Тичи опубликовали исследование, в котором рассмотрели идею "сокрытия" Земли от тех, кто ищет планеты так же, как мы.
Логика простая: один из основных и самых доступных методов поиска экзопланет — транзитный. Когда планета проходит на фоне родительской звезды, для стороннего наблюдателя яркость звезды чуть-чуть падает. Именно по этой маленькой "просадке" можно понять, что у звезды есть планета, оценить ее размер, а по периоду транзитов — при известной массе звезды — прикинуть и расстояние до светила. Маленькая планета в обитаемой зоне вызывает особый интерес, поэтому при возможности на нее "нацеливают" телескопы, чтобы узнать больше.
И если инопланетные астрономы или их автоматизированные инструменты используют похожий метод (потому что он простой и эффективный), то во время наблюдений за Солнечной системой они однажды обнаружат Землю.
Киппинг и Тичи предлагают компенсировать эту просадку света лазерами. Идея следующая: в момент транзита направить лазерное излучение так, чтобы для внешнего наблюдателя спад яркости был сглажен — или вовсе исчез. Тогда гипотетические инопланетные астрономы могут не заметить "интересную" планету (по крайней мере, в рамках этого метода), а значит, и лететь к нам не будет смысла.
"Возможно, мы до сих пор не нашли других по той причине, что они раньше нас пришли к выводу: светиться лишний раз опасно — и предпочли спрятать свой мир", — рассуждал Киппинг.
Конечно, это не "щит от пришельцев" и не абсолютная невидимость. Такой трюк работает только против тех, кто:
Ищет экзопланеты транзитным методом;
Находится в нужной геометрии пространства (там, откуда транзит вообще виден).
Важно понимать, что это исследование — скорее мысленный эксперимент, чем инженерный план "на завтра". Такие работы полезны тем, что показывают: наши методы поиска можно не только эффективно применять, но и теоретически обходить. А значит, мы лучше понимаем их ограничения и можем придумывать новые подходы к поиску экзопланет и техносигнатур. И, конечно, это снова поднимает старый вопрос: стоит ли человечеству активно "афишировать" свое присутствие — или разумнее быть тише.
Геологи выявили ранее неизвестный материал, который спонтанно образовался во время первого испытания атомной бомбы в 1945 году.
Открытие проливает свет на то, как экстремальные условия ядерного взрыва способны порождать вещества, не встречающиеся ни в природе, ни в лабораториях.
Первое в истории испытание атомной бомбы состоялось 16 июля 1945 года в пустыне штата Нью-Мексико. Тест "Тринити", проведённый в рамках Манхэттенского проекта, представлял собой подрыв плутониевого заряда мощностью около 25 килотонн в тротиловом эквиваленте.
Геолог Лука Бинди из Флорентийского университета входит в группу, опубликовавшую исследование, согласно которому в результате взрыва спонтанно сформировался совершенно новый материал. Ранее это вещество никогда не наблюдалось ни в природных условиях, ни в ходе лабораторных экспериментов.
После взрыва на месте испытания осталась стеклообразная масса, состоящая из расплавленного песка и испарившихся проводов датчиков. Учёные того времени назвали её "тринититом" – в честь самого теста. Десятилетиями этот материал изучали, но его секреты оказались далеко не исчерпаны.
Недавно исследователи обнаружили внутри богатой медью металлической капли, вкраплённой в тринитит, совершенно новое вещество – так называемый "клатрат".
Клатраты отличаются характерной "клеточной" структурой из 12–14-гранных форм, способных захватывать внутри себя другие атомы и молекулы, включая кремний, кальций, медь и железо. Именно эта особенность придаёт клатратам уникальные свойства.
Как рассказал Бинди изданию Scientific American, находка не имеет аналогов:
Это совершенно новый тип клатратного кристалла. Нечто, никогда прежде не встречавшееся ни в природе, ни среди продуктов ядерного взрыва.
Авторы исследования также отметили более широкое значение открытия:
Эта работа показывает, как редкие высокоэнергетические события – ядерные взрывы, удары молний и гиперскоростные столкновения – выступают в роли природных лабораторий, производящих неожиданную кристаллическую материю.
По сути, экстремальные условия создают среду, в которой атомы выстраиваются в конфигурации, недостижимые при обычных температурах и давлениях.
Пока непонятно, имеет ли данный материал полезное применение.
Комментарии