Популярно об астрофизических исследованиях

19 04, 2013

Рентген Вселенной

2017-06-30T16:08:12+00:00 19 04 2013|Categories: Популярно, Проекты|Tags: , , |

В 2017 году на орбиту планируется вывести научный аппарат «Спектр Рентген-Гамма». Его главная миссия — создание карты Вселенной. На ней отметят все крупные скопления галактик. Широкомасштабные карты Вселенной — вроде путешествия во времени. Один из главных вопросов, на который должен ответить «Спектр-РГ» — как проходила эволюция скоплений галактик. Спутник строится в НПО им. Лавочкина, а научная программа разрабатывается в Институте космических исследований РАН.

5 05, 2012

ДОТЯНУТЬСЯ ДО НЕБА

2017-06-30T16:09:30+00:00 05 05 2012|Categories: Популярно|Tags: , , |

Об антивеществе в космосе, звездах сверхмалых размеров и других необычных вещах, которые, быть может, отыщутся во Вселенной, мы расспросили астрофизика Михаила Ревнивцева, одного из наиболее цитируемых молодых ученых России.

attachment

О каких объектах в нашей Галактике можно сказать, что они очень интересны?

– Первым делом на ум приходит сверхмассивная черная дыра в нашей Галактике. Ее практически никак не видно: оттуда приходят лишь радиоволны, по всей видимости, это излучение ближайших окрестностей черной дыры. А по инфракрасному и видимому излучению хорошо видно, что вокруг этого места Галактики летают звезды. И их движение указывает на то, что в этом месте «сидит» масса в 3 миллиона Солнц.

Еще можно упомянуть нейтронные звезды1: до сих пор неизвестно, из чего они внутри состоят: действительно из нейтронов или, может быть, вообще из кварковой материи2, которая обладает интереснейшими свойствами. У звезды из такой материи нет порога массы, ниже которого она теоретически не могла бы существовать. Иными словами, можно взять совсем небольшое количество вещества и создать из него микро-звезду. Но тут нужно оговориться сразу, что пока нет доказательств существования кварковой материи.

Если выяснить окончательно, что какие-то из них нейтронные, а какие-то из них кварковые, какое это имеет научное значение?

– Огромное. В природе все кварки входят в состав элементарных частиц – протонов, нейтронов и прочих. А если удастся создать именно отдельную кварковую материю, то у нее будут совершенно другие свойства. Если позволить себе буйство фантазии, то можно представить выращивание домашней кварковой звезды и создание из нее реактора. Те же нейтронные звезды извлекают из материи энергию на порядки эффективнее по сравнению, к примеру, с термоядерным реактором. Но кварковые теоретически можно сделать маленькими, для технологического использования. Нейтронные нельзя: если в Солнечную систему притащить еще одну массу Солнца, то ей будет нехорошо. А кварковая звезда может быть гораздо легче. В этом и преимущество.

За счет чего нейтронные звезды выделяют энергию?

– Фактически вытаскивают энергию из гравитационного поля. Частицы падают на них, приобретая огромную скорость. Эта скорость гасится при столкновении, и выделяется много энергии.

А вообще существуют ли уже какие-то переносы астрофизики в лабораторию? Иными словами, пытаются ли смоделировать то, что происходит в космосе, в лабораторных условиях (кроме ускорителей)?

– В принципе, такие исследования ведутся, но не очень массово. Делаются лабораторные макеты с высокотемпературной плазмой, с ударными волнами. Такие эксперименты очень сложны. В частности, плазма космического пространства, которую астрофизики изучают, настолько разрежена, что сделать ее в лаборатории крайне затруднительно. Более распространенный подход – смоделировать физический эксперимент в численном виде, на компьютере. В настоящее время можно делать достаточно точные численные эксперименты, которые иногда очень хорошо позволяют описать то, что мы видим в астрофизических объектах.

Если говорить о космических процессах, которые можно смоделировать в лаборатории, то это прежде всего аннигиляция антивещества. В центре Галактики находится большая область, в которой аннигилируют электроны с антиэлектронами (позитронами). Насколько эта область масштабна?

– Около 10 градусов вокруг галактического центра. Это значит, что где-то тысяча парсек в одну сторону, тысяча парсек в другую. Весьма большая область. Чтобы представить себе эти 10 градусов, сравните: Луна на небе – это полградуса. Так что, если смотреть с Земли, это будет, условно говоря, круг с диаметром в 20 раз большим диаметра Луны. Глазом он, конечно же, не виден, но приборами регистрируется.

Стоит также отметить, что аннигиляция происходит не просто по принципу: «электрон с позитроном столкнулись и аннигилировали». Сначала образуется позитроний, квазиатом. И только потом он аннигилирует.

С чем сейчас связывают это явление?

– Есть много гипотез, но нет устоявшейся, которую бы все приняли и сказали, что со всем согласны. В нашей группе было показано, что позитроны аннигилируют в остывающей среде. Последние, наиболее точные измерения этого излучения при помощи обсерватории ИНТЕГРАЛ, позволяют сделать именно такой вывод. Одна из наиболее распространенных гипотез – что эти позитроны возникают в результате взрывов сверхновых звезд в нашей Галактике.

Для того чтобы образовался позитроний, а не просто произошла аннигиляция, требуются какие-то дополнительные условия?

– Да, конечно. Позитрон должен остыть – в том смысле, что его энергия должна уменьшиться ниже какого-то предела. Только тогда электрон и позитрон успеют образовать атом. Иначе позитроны будут пролетать мимо электронов либо аннигилируют без образования позитрония.

Через несколько лет в космос полетит новая космическая обсерватория «Спектр-РГ», в создании которой Вы участвуете3. Что Вам самому было бы интересно открыть, исследовать с ее помощью?

– Несомненно, большой резонансной задачей для «Спектра-РГ» будет измерение свойств темной энергии – феномена, влияющего на эволюцию нашей Вселенной, лишь недавно открытого астрофизиками. В этой области у обсерватории будут очень большие перспективы. «Спектр-РГ» сможет найти все массивные скопления галактик во Вселенной, по росту которых и можно будет определять свойства темной энергии. Мы в этом направлении обязательно будем работать.

А вообще главная задача обсерватории «Спектр-РГ» – обзор неба. Это огромный начальный материал для множества задач. Можно сделать перепись интереснейших объектов, которые присутствуют в нашей Галактике: черные дыры, нейтронные звезды, белые карлики и т.д. А потом выбирать те, которые являются наилучшими «лабораториями» для вашего астрофизического «эксперимента». Ведь астрофизика – это наука, в которой лабораторные опыты ставятся не в помещениях, а в природных условиях. Именно так можно изучать явления и эффекты, недостижимые для современных земных технологий. А подобных физических эффектов во Вселенной много. Можно искать остывающие нейтронные звезды в нашей Галактике и пытаться определить их размер. Это тот самый вопрос, о котором мы уже говорили: из какой материи они состоят – нейтронной или кварковой? Если размер будет совсем небольшой, ниже некоторого предела, то это намек на существование кварковой материи. Чтобы сделать такие измерения, необходимо осмотреть Галактику и найти те объекты, которые являются, например, остывающими одиночными нейтронными звездами. Сейчас их известно всего около десятка. С помощью «Спектра-РГ» мы планируем найти гораздо больше. Но обзор – это миллионы объектов. И со всеми нужно работать, вырабатывать методику определения их природы, проводить наблюдения на наземных телескопах. Работы будет очень много. Последний обзор, который дал мощнейший толчок развитию астрофизики высоких энергий был сделан лет 20 назад. Именно по результатам обзоров неба подбираются объекты для дальнейших детальных исследований другими спутниками-обсерваториями.

Источник: Наука и технологии России — Дотянуться до неба

______________________________________________
1 Нейтронная звезда – космический объект, обладающий огромной плотностью, близкой к плотности атомных ядер и силой тяжести. Может иметь массу в несколько масс Солнца, но при этом диаметр всего несколько километров. Считается, что нейтронные звезды возникают в результате схлопывания вещества на последних стадиях эволюции некоторых звезд, сопровождающимся наблюдаемым «взрывом сверхновой звезды».

2 Нейтроны, протоны (адроны) состоят из кварков – еще более «мелких» частиц. Косвенные эксперименты подтверждают их существование, хотя в свободном виде они не наблюдаются.

3 «Спектр-РГ» – международная орбитальная астрофизическая обсерватория. Предназначена для изучения Вселенной в рентгеновском диапазоне энергий. Основная задача обсерватории – проведение обзора неба с рекордной чувствительностью. Запуск планируется на 2014 год.

Статья опубликована в майском номере журнала New Scientist

1 01, 2011

Магнитные сердца Вселенной

2017-06-30T16:10:29+00:00 01 01 2011|Categories: Популярно|Tags: , |

Рентгеновские пульсары глазами космических обсерваторий

(Журнал ПРИРОДА 01, 2011) Из тысячелетней истории визуальных наблюдений человечество знает об активности космического пространства, одно из проявлений которой — сияние огромного количества звезд на ночном небе. Известно также, что светила живут не вечно и рано или поздно умирают, становясь невидимыми для человеческого глаза. Судьба потухших звезд до недавнего времени оставалась загадкой для земных наблюдателей

Читать дальше

Цыганков, Лутовинов

17 12, 2009

Загадка рентгеновского «хребта» Галактики

2017-06-30T16:11:42+00:00 17 12 2009|Categories: Популярно|Tags: , |

Михаил Геннадьевич Ревнивцев

(Журнал ПРИРОДА 12, 2009) Основная масса вещества в галактиках (если не считать темной материи) содержится в звездах. Однако значительная его доля распылена и в межзвездной среде. Вообще можно сказать, что для астрофизики межзвездная среда — важнейший элемент, исследуя свойства которого, можно много узнать о различных физических процессах, происходящих в галактиках и их скоплениях.

Читать далее

17 12, 2009

«Интеграл» проводит перепись «населения» Галактики

2017-06-30T16:12:34+00:00 17 12 2009|Categories: Популярно|Tags: , |

Михаил Геннадьевич Ревнивцев

(Журнал Земля и Вселенная 12, 2009) Основное «население» нашей Галактики — звезды различных классов, включая «умершие» звезды (белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры). Общее число «умерших» звезд в нашей Галактике невелико, но интерес к нейтронным звездам и черным дырам огромен.

Читать далее

17 08, 2009

Рентгеновская инвентаризация Галактики и окрестностей

2017-06-30T16:13:50+00:00 17 08 2009|Categories: Популярно|Tags: , , |

Михаил Геннадьевич Ревнивцев

(Журнал ПРИРОДА 8, 2009) Астрофизика — уникальная наука. Большое несчастье астрофизики в том, что практически никакие ее объекты нельзя «потрогать руками» (что всегда предпочтительнее для более детального понимания явлений) из за огромных расстояний до них. Однако в этом же и громадное счастье — объекты астрофизики могут быть сколь угодно чудовищными в своих проявлениях, иметь температуры в миллионы и миллиарды градусов, огромные магнитные и гравитационные поля и т.д., но при этом остаются безопасными для исследователя. Фактически астрофизика предоставляет возможность изучать физические процессы в таких экстремальных условиях, которые невозможно создать в земных лабораториях.

Читать дальше

27 10, 2008

Рождение Звезды

2017-06-30T16:14:39+00:00 27 10 2008|Categories: Популярно|Tags: , |

Марат Равильевич Гильфанов и Павел Евгеньевич Штыковский

(Журнал В Мире Науки 2008) Теория звездной эволюции в общих чертах уже известна, и многие ее выводы подтверждаются наблюдениями. Но до сих пор в ней существуют нерешенные проблемы, в частности, касающиеся возникновения звезд. В этом смысле особый интерес представляет история звездообразования во Вселенной, то есть интенсивность, с которой рождались звезды в галактиках от момента появления первых светил до наших дней.

Читать дальше

17 09, 2006

Астрономия и космические исследования

2017-06-30T16:15:28+00:00 17 09 2006|Categories: Популярно|Tags: |

Михаил Геннадьевич Ревнивцев

Астрономия — одна из древнейших научных дисциплин человечества. За тысячи лет истории она испытала колоссальный прогресс, нередко становившийся толчком к развитию целых новых отраслей науки. В XX веке в астрономии произошел прорыв, связанный с началом космической эры, точнее, с появлением искусственных спутников Земли, позволяющих наблюдать небо вне атмосферы.

Читать дальше

17 08, 2006

Взгляд на галактику сквозь толщу пыли и газа

2017-06-30T16:16:15+00:00 17 08 2006|Categories: Популярно|Tags: , , , , , , |

С.Гребенев, Р.Кривонос, А.Лутовинов, М.Ревнивцев, Р.Сюняев, Е.Чуразов

(Журнал В Мире Науки 2006) Подобно тому, как врач с помощью рентгеновского снимка может видеть нашу грудную клетку насквозь, обсерватория «Интеграл» сквозь завесу пыли и газа, полностью поглощающую видимый свет, способна наблюдать самые удаленные области Галактики

Читать дальше

17 03, 2006

Сверхмассивные черные дыры в скоплениях галактик

2017-06-30T16:17:20+00:00 17 03 2006|Categories: Популярно|Tags: |

Евгений Михайлович Чуразов

(Журнал ПРИРОДА 3, 2006) По современным представлениям все наблюдаемые астрономические объекты возникли из ничтожно малых флуктуаций плотности материи, заложенных на самых ранних этапах образования Вселенной. Вещество стягивается к областям, где плотность материи изначально оказалась чуть выше, чем в среднем по Вселенной, все увеличивая и увеличивая контраст плотности. Пространственный масштаб этих флуктуаций плотности задает конечную массу объекта, который сформируется в данном месте. А амплитуда начальных флуктуаций разного масштаба определяет характерное время, необходимое для формирования объектов заданной массы. В нашей Вселенной формирование структуры идет иерархическим образом — от объектов малой массы ко все более и более массивным образованиям. Иными словами, первыми начали образовываться звезды, затем галактики, а затем и скопления галактик. В настоящую эпоху именно скопления галактик являются «самыми массивными сформировавшимися объектами во Вселенной».

Читать дальше