Астрономия

«И для отрицания такой среды мы имеем авторитет тех древнейших и знаменитейших философов древней Греции и Финикии, которые сделали вакуум, атомы и тяготение атомов первыми принципами своей философии, молчаливо приписывая тяготение какой-то иной причине, чем плотная материя. Позднейшие философы отбрасывают рассмотрение такой причины… придумывая [вместо неё] гипотезы для механического объяснения всего сущего [Но] главное дело натурфилософии — без притворных гипотез доказывать явления, выводить причины из следствий, пока мы не придём к самой первой причине, которая, конечно, не механическая.»

«И не только для того, чтобы раскрыть механизм мира, но и главным образом для того, чтобы разрешить такие вопросы, как «Что находится в местах, пустых от материи?» и «Почему солнце и планеты тяготеют друг к другу без плотной материи между ними? Почему природа ничего не делает напрасно? И откуда берётся весь тот порядок и красота, которые мы видим в мире? Для чего существуют кометы? И почему планеты движутся все одним и тем же путём в концентрических орбитах, а кометы — разными путями в очень эксцентрических орбитах? И что мешает неподвижным звёздам падать друг на друга?»

В 1920-х годах произошли два события, которые проложили путь к нашему современному пониманию Вселенной. С теоретической стороны подоспел вывод о том, что если ваша Вселенная подчиняется законам Общей теории относительности и в среднем равномерно заполнена материей и энергией, то она не может быть статичной и стабильной, а должна либо расширяться, либо сжиматься. С наблюдательной стороны мы начали находить галактики за пределами Млечного Пути и быстро установили, что (в среднем) чем дальше от нас они находятся, тем быстрее удаляются.

Просто соединив теорию и наблюдения, мы получили представление о расширяющейся Вселенной, которое с тех пор остаётся с нами. Наша стандартная космологическая модель - включающая Большой взрыв, космическую инфляцию, формирование космической структуры, тёмную материю и тёмную энергию - построена на базовом фундаменте представления о расширяющейся Вселенной.

Но является ли расширяющаяся Вселенная абсолютной необходимостью, или есть способ обойти её? В новой интересной работе, которая недавно получила широкую огласку, физик-теоретик Лукас Ломбризер утверждает, что расширяющуюся Вселенную можно "убрать", манипулируя уравнениями общей теории относительности. По его сценарию, наблюдаемое космическое расширение окажется всего лишь миражом. Но соответствует ли это уже известным нам научным данным? Давайте разберёмся.

Мы интуитивно понимаем, что, когда в наше поле зрения попадает небольшой предмет, на самом деле существует множество вариантов. Это может быть изначально маленький объект, находящийся рядом, объект среднего размера, находящийся на среднем расстоянии, или очень большой объект, находящийся на большом расстоянии. Именно поэтому птица, самолёт и Луна могут казаться одинакового размера в нашем поле зрения, занимая один и тот же угол на небе — то, что астрономы называют угловым диаметром, — несмотря на то, что их внутренние размеры сильно отличаются. Это простая геометрия: объект, находящийся вдвое дальше, кажется вдвое меньше, а видимый размер объекта уменьшается с увеличением расстояния до него.

Но это при условии, что геометрия Вселенной фиксирована, похожа на прямоугольную сетку и является евклидовой. В нашей реальной, расширяющейся Вселенной всё не так просто, и поэтому наш читатель задаёт вопрос: как бы выглядела Андромеда или галактика размером с Андромеду, если бы мы рассматривали её в разные эпохи космической истории:

«Если бы у вас была галактика, которая была бы точно такого же размера, как галактика Андромеды, то находясь на расстоянии до сегодняшней Андромеды, она имела бы такой же угловой размер, как сегодня. Если поместить ту же галактику ещё дальше, она будет выглядеть меньше. Но если поместить её в самые отдалённые уголки Вселенной, то она окажется близко к Большому взрыву. При этом пространство между галактиками расширяется. Поэтому, если вернуться далеко в прошлое, галактики должны быть ближе друг к другу, и при этом закрывать все 360° неба. Так не начнёт ли галактика размером с Андромеду визуально “раздвигаться” и казаться очень большой?»

На habr ранее активно обсуждалась теория Вселенной, осциллирующей в черной дыре, которая развивается в ряде работ, в том числе моих с соавторами (но не только). Чего стоит дискуссия от 2018 года на 600 комментариев «Жизнь внутри черной дыры» (отмечу, что я не инициировал этот пост, просто меня спросили — не возражаю ли я, а я, конечно, вовсе нет). Там, конечно, много странных заявлений, но я не принимал прямое участие в этой дискуссии, потому что был слишком занят дальнейшим развитием теории. Но в этом году ситуация изменилась: работа над моделью циклической Вселенной с переменной гравитационной массой для меня практически завершена. Она подробно изложена в книге «Осциллирующая Вселенная», которая опубликована в бумажном и электронном варианте издательством Челябинского государственного университета в феврале 2023 года. Книгу (со свежими уточнениями на 25 сентября 2023 года) можно скачать на сайте Пущинской обсерватории.

• «Электрокалорический» тепловой насос может изменить систему кондиционирования воздуха

• Большие языковые модели представляют опасность для науки из-за ложных ответов

• Почему эмоции, вызванные музыкой, оставляют такие сильные воспоминания

• NASA ещё на один шаг приблизилось к обеспечению космических полётов топливом из плутония-238

• Уэбб заглянул в атмосферу пушистой планеты

• Дефекты распространяются в алмазе быстрее скорости звука

Астрофизики, работающие с космическим телескопом Уэбб, обнаружили удивительное количество металлов в галактике, образовавшейся всего через 350 миллионов лет после Большого взрыва. Как это согласуется с нашими представлениями о Вселенной?

Вопрос о происхождении первых металлов во Вселенной является одним из основополагающих в астрофизике. Вскоре после Большого взрыва Вселенная почти полностью состояла из водорода, самого простого элемента. Было немного гелия, ещё меньше лития и, возможно, бесконечно малое количество бериллия. Если посмотреть на периодическую таблицу элементов, то это первые четыре элемента.

В астрономии все элементы тяжелее водорода и гелия называют «металлами». Металлы образуются в звёздах и нигде больше (за исключением ничтожного количества, образовавшегося в результате самого Большого взрыва). Проследить образование металлов во Вселенной от Большого взрыва до наших дней — одна из фундаментальных задач астрофизики.

Недавно космический аппарат ЕКА «Евклид» представил первые сделанные им полноцветные изображения космоса. Никогда ранее телескоп не мог создавать столь чёткие астрономические изображения на таком большом участке неба и так далеко заглядывать во Вселенную. Эти пять снимков демонстрируют весь потенциал «Евклида» и показывают, что телескоп готов к созданию самой обширной 3D-карты Вселенной, чтобы раскрыть некоторые из её тайн.

Осенью 2023 года нам удалось поговорить с Алексеем Репяхом — практикующим астрономом, популяризатором науки и человеком, который увлечён своим делом. Как правильно снимать звёзды и легко ли «поймать» МКС в объектив фотоаппарата? Какие ограничения ставят человеческие глаза? Есть ли способ увидеть больше? Читатель узнает об этом из нашего интервью.

Что может рассказать о крупномасштабной структуре Вселенной и эволюции галактик слизевик? Эти вещи могут показаться несовместимыми, однако и то, и другое — часть природы, и при этом земные слизевые формы, похоже, всё же могут кое-что рассказать нам о самой Вселенной. Огромные нити газа, пронизывающие Вселенную, имеют много общего со слизевыми формами и их трубчатыми сетями.

Крупномасштабная структура Вселенной состоит из галактик в группах и скоплениях галактик. Они окружены огромными пустотами, и по этим пустотам проходят газовые нити, связывающие группы, скопления и суперкластеры между собой. Но как влияют эти нити на эволюцию галактик?

Группа исследователей разработала новый способ идентификации этих нитей и создания их каталога. Для идентификации филаментов они использовали симулятор Illustris TNG и симулятор слизистой формы. Получив более полное представление о том, где находятся филаменты, можно начать понимать, какую роль они играют в эволюции галактик.

Это видео наглядно показывает орбиту кометы Понса–Брукса и её возвращение к Солнцу в 2024 году. Также видео помогает определить, где искать эту комету на небе в период её наибольшей яркости.

Период обращения этой кометы вокруг Солнца составляет чуть более 70 лет. Большую часть этого периода она имеет настолько низкую яркость, что её невозможно обнаружить даже с помощью мощнейших инструментов. Перед каждым возвращением кометы её как бы открывают заново, тщательно изучая небо в том месте, где она должна находиться согласно расчётам.

Вытянутая эллиптическая орбита кометы Понса–Брукса почти перпендикулярна плоскости эклиптики. При максимальном удалении от Солнца она оказывается дальше Нептуна. Её орбита напоминает орбиту кометы Галлея.

Комета Понса–Брукса иногда подвергается мощным вспышкам активности, когда её яркость возрастает в сотни раз. Эти вспышки связаны с явлением криовулканизма, при котором с её ядра извергаются вода и некоторые газы. Извержения придают комете причудливый вид: кому-то она кажется “рогатой”, а кому-то напоминает “Тысячелетний Сокол” из “Звёздных войн”.

В 2024 году состоится четвёртое возвращение кометы Понса–Брукса к Солнцу с момента её открытия в 1812 году. Благодаря своей активности, её яркость резко возрастает во время сближений с Солнцем. И у неё появляется заметный хвост, направленный в сторону от Солнца и слегка изогнутый по ходу движения. 20 апреля 2024 года комета пройдёт на минимальном расстоянии от Солнца, которое составит около 116 млн км. К сожалению, Земля в этот момент будет находиться с другой стороны своей орбиты. Поэтому в этот раз условия для её наблюдения будут не самые благоприятные. Наиболее эффектным было её второе возвращение в 1883 году. 1 января 1884 года на протяжении нескольких часов её яркость была сопоставима с яркостью звезды Вега.

• ИИ нашёл молекулу для получения кислорода на Марсе, перебрав миллионы вариантов

• В США упала ожидаемая продолжительность жизни мужчин

• ИИ научился предсказывать риск сердечного приступа на 10 лет в будущее

• Сидячее положение признали худшим из времяпрепровождений

• 14-часовое голодание улучшает чувство голода, настроение и сон

• Космический взрыв рекордной мощности заставил колебаться атмосферу Земли

В комментариях к одной из моих июльских статей «О возможных составляющих тёмной материи» уважаемый Дмитрий Кобзев @Kodim выдвинул простой и гениальный тезис: «темная материя — это материя в черных дырах. В статье этот вариант не рассматривается?» В статье этот вопрос действительно не рассматривается, но сам комментарий вернул меня к мыслям о том, есть ли реальные способы извлекать информацию из чёрной дыры — хотя бы для того, чтобы узнать, что происходит на горизонте событий и за ним. Поиски ответов на этот вопрос увели меня далеко за рамки голографического принципа, и сегодня я расскажу, как сегодня предполагается устранить или хотя бы обойти информационный парадокс чёрных дыр. Отличная вводная статья об информационном парадоксе чёрных дыр (автор оригинала — Мэтт Страсслер) переведена на Хабре уважаемым @SLY_G.

 Authors: Oleg Ilin

Abstract: The inflationary stage of the early Universe is considered. An equation is introduced that combines inflation and the Friedman equation, which describes further evolution. Conclusions are drawn about the stage of star formation, the emergence of the large-scale structure of the Universe and voids.

One Sentence Summary: An idea linking together the inflationary stage of the Universe with Friedmann's cosmological model.

Title:  Inflationary processes in the early stages of the development of the Universe.

Современные теории инфляционной Вселенной (а их не так и мало) появились для объяснения ряда проблем возникающих в теории Большого Взрыва, а именно:

• проблема гомогенности, или почему Вселенная была настолько равномерной спустя всего секунду после Большого взрыва;

• проблема плоскостности;

• предсказанное перепроизводство магнитных монополей.

Теории достаточно далеко продвинуты, но в основе каждой лежит идея о очень быстром расширении Вселенной в начальной стадии ее возникновения. Этим расширением закрываются проблемы однородности и изотропности, наблюдаемые сейчас и не имеющие адекватного ответа в рамках теории Большого Взрыва. Однако сами теории имеют ряд недостатков и внутренних проблем. Кроме того, основания для первичных рассуждений и начальных постулатов кажутся несколько упрощенными.

Инфляционная модель  описывает начальную стадию развития Вселенной. Инфляционную модель можно получить достаточно просто из уравнения Фридмана, модифицируя его поправкой в виде  старшей производной с малым параметром и начальными условиями.  Решение уравнения даст экспоненциальный рост в пограничном слое, то есть в относительно небольшом начальном отрезке времени. В дальнейшем решение будет асимптотически стремиться к решению уравнения Фридмана. Расширенное уравнение  показывает внутреннюю связь начального условия, появление начального скачка и пограничного слоя, сопутствующего  инфляционной стадии Расширения Вселенной.

О космическом телескопе «Евклид» мы уже писали. Так, 1 июля ракета Илона Маска Falcon 9 отправила эту систему в космос. По словам учёных, этот инструмент должен помочь в изучении Вселенной, включая самую загадочную для нас её часть — тёмную материю и тёмную энергию. С телескопом всё хорошо, сейчас стали публиковаться первые результаты его работы. Кроме того, стало известно и больше подробностей о том, чем именно займётся команда «Евклида» в ближайшем обозримом будущем.

Расскажу о своём небольшом опыте работы в проекте, который был посвящён астрономии, и о математике, с которой пришлось повозиться. Я написал программу которая при помощи метода Монте-Карло моделирует рассеивание света звёздной пылью. Скажу сразу что я не математик и не астроном, просто написал пару программ которые относятся к этой области.

Juno, автоматическая межпланетная станция NASA для исследования Юпитера и его спутников, обнаружила гидратированные соли и органику на Ганимеде. Учёные предполагают, что они появились там из-за возможного наличия океана. Глубина его может достигать нескольких десятков километров. Сам он покрыт мощным слоем льда. Подробности изучения луны Юпитера и результаты исследований — под катом.

Когда Вселенная возникла в результате Большого взрыва, вся её материя была сжата в крошечную область. Космологи предполагают, что в некоторых регионах субатомная материя могла быть настолько плотно упакована, что она коллапсировала в первобытные чёрные дыры. Если такие первобытные чёрные дыры существуют, то они невелики и могут скрываться среди населения свободно плавающих планет.

Чёрные дыры — самые запутанные объекты природы. Теория относительности Эйнштейна предсказывала их существование, но он не верил в то, что чёрные дыры действительно могут появляться. Другие учёные, работая с уравнениями, в конце концов показали, что чёрные дыры могут существовать.

Теперь мы знаем, что они существуют, и знаем, что они настолько плотные, что искривляют пространство-время и притягивают все к себе — даже свет не может вырваться наружу.

• Телескопы НАСА рассмотрели рекордно далёкую чёрную дыру

• Инженеры смоделировали робота по образу 450-млн летнего ископаемого

• Бетельгейзе может быть результатом «тихого» слияния звёзд

• Выхлоп газовых плит связали с детской астмой

• Раскрыты секреты эволюции кошек

Она вспыхнула, когда уже никто не ждал

Эта комета была обнаружена 23 апреля 2023 года в ходе панорамного обзора неба, проводимого обсерваторией Маунт Леммон (штат Аризона, США). Давайте проследим движение кометы C/2023 H2 Lemmon в каждый из 10 предстоящих вечеров