Астрономы нашли звездное скопление, разорванное нашей Галактикой
Ученые обнаружили звездный поток, состоящий из остатков древнего шарового скопления, разорванного гравитацией Млечного Пути два миллиарда лет назад. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Шаровые скопления — это сферы, состоящие из сотен тысяч и даже миллионов звезд, связанных гравитацией и вращающихся вокруг галактического ядра. В нашей Галактике находится около 150 шаровых скоплений. Но "сфера из звезд", которую недавно обнаружили астрономы международного консорциума S5, сильно отличается от привычных и хорошо изученных шаровых скоплений Млечного Пути.
Работая на Англо-австралийском телескопе (ААТ), расположенном в штате Новый Южный Уэльс в Австралии и измеряя скорости потока звезд в созвездии Феникса, они выявили остатки шарового скопления, звезды которого имеют гораздо меньшее количество тяжелых элементов, чем в других подобных образованиях.
"Как только мы выяснили, какие звезды принадлежат потоку, мы измерили количество их элементов, более тяжелых, чем водород и гелий — то, что астрономы называют металличностью, — приводятся в пресс-релизе обсерватории Лоуэлла слова первого автора исследования Чжэнь Ваня (Zhen Wan) из Сиднейского университета. — Мы были очень удивлены, обнаружив, что поток Феникса имеет очень низкую металличность. Это его заметно отличает от всех других шаровых скоплений в Галактике".
После Большого взрыва во Вселенной существовало лишь водород и гелий. Эти элементы сформировали первое поколение звезд. Именно в этих и последующих поколениях звезд были сформированы более тяжелые элементы.
Состав звезды отражает облако галактического газа, из которого она родилась. Чем больше предшествующих поколений звезд наполняло этот материал элементами тяжелее водорода и гелия, тем более "металличными" становятся звезды последующих популяций. Таким образом очень древняя, примитивная звезда почти не будет содержать тяжелых элементов.
Современные теории формирования звезд предполагают, что существует минимальное значение металличности, необходимое для образования шаровых скоплений. Но в потоке Феникса это значение оказалось ниже.
"Мы можем проследить происхождение звезд, измеряя различные типы химических элементов, которые мы обнаруживаем в них, так же, как мы можем проследить связь человека с его предками через их ДНК, — объясняет другой участник исследования, доктор Кайлер Куен из обсерватории Лоуэлла, один из основателей коллаборации S5. — Самое интересное в остатках этого скопления состоит в том, что его звезды имеют гораздо меньшее количество этих элементов, чем любые другие, которые мы видели. Это почти как найти человека с ДНК, не соответствующей ни одному человеку, живому или мертвому. Это вызывает вопросы об истории формирования кластера".
"Это как звездная археология, раскрывающая остатки чего-то древнего, случайно обнаруженного", — объясняет Александр Джи (Alexander Ji), еще один автор исследования из Обсерватории Университета Карнеги в Пасадене, США.
Авторы считают, что шаровое скопление, остатки которого составляют поток Феникса, было разрушено несколько миллиардов лет назад, но его звезды в своем химическом составе хранят память об образовании в очень ранней Вселенной.
"Возможно, поток Феникса представляет собой последний в своем роде остаток шарового скопления, которое возникло в условиях, радикально отличающихся от современных", — пишут в статье авторы.
Ученые планируют продолжить наблюдения, чтобы обнаружить больше подобных остатков шаровых скоплений и лучше понять их эволюцию.
Ученые подтвердили, что до нашей Вселенной существовало еще что-то
Американские ученые с помощью математических инструментов описали неоднородности реликтового космического излучения, возникшего непосредственно после зарождения Вселенной. Авторы считают, что их результаты подтверждают правильность гипотезы Большого отскока, согласно которой возникновение нашей Вселенной стало результатом распада некой "предыдущей" вселенной. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.
В то время как теория общей относительности Эйнштейна объясняет широкий спектр астрофизических и космологических явлений, некоторые свойства Вселенной остаются загадкой. В частности, она не может объяснить неравномерность распределения в пространстве галактик и темной материи.
Сотрудники Университета штата Пенсильвания начиная с 1980-х годов разрабатывают космологическую парадигму, основанную на представлении о петлевой квантовой гравитации. Эта парадигма, получившая название петлевой квантовой космологии, описывает все современные крупные структуры во Вселенной как квантовые флуктуации пространства-времени, имевшие место при рождении мира.
Согласно общепринятой теории Большого взрыва все началось с сингулярности — состояния, в котором вся материя и энергия были сжаты в одну точку. Затем, в первые доли секунды, в период, называемый инфляцией, космос раздулся до огромных размеров. Но теория Большого взрыва не объясняет, что было до сингулярности, поэтому это состояние невозможно описать с точки зрения законов физики и математики.
Ученые из Университета штата Пенсильвания придерживаются альтернативной гипотезы Большого отскока, согласно которой текущая расширяющаяся Вселенная возникла из сверхсжатой массы вселенной предыдущей фазы. Для описания этого состояния они используют универсальный математический аппарат, объединяющий квантовую механику и теорию относительности.
Происхождение структуры Вселенной авторы прослеживают до мельчайших неоднородностей, фиксируемых на фоне сверхвысокочастотного реликтового космического излучения, которое было испущено, когда Вселенной было всего 380 тысяч лет.
Но само это излучение обладает тремя загадочными аномалиями, которые трудно объяснить с помощью классической физики. Эти отклонения настолько серьезные, что многие физики начали говорить о кризисе в космологии.
В новом исследовании ученые доказывают, что с токи зрения петлевой квантовой космологии описание инфляции устраняет две основные аномалии в распределении реликтового излучения.
"Используя космологию квантовой петли, мы естественным образом разрешили две из этих аномалий, что позволяет избежать потенциального кризиса, — приводятся в пресс-релизе университета слова одного из авторов исследования Донхуи Чжона (Donghui Jeong), доцента кафедры астрономии и астрофизики. — Присутствие этих аномалий говорит о том, что мы живем в исключительной Вселенной".
Авторы считают, что неоднородности реликтового излучения являются результатом неизбежных квантовых флуктуаций в ранней Вселенной. Во время ускоренной фазы расширения — инфляции, эти изначально крошечные флуктуации растягивались под воздействием силы тяжести, отражаясь в наблюдаемых неоднородностях.
"Стандартная инфляционная парадигма, основанная на общей теории относительности, рассматривает пространство-время как гладкий континуум, — говорит первый автор работы, профессор Абхай Аштекар (Abhay Ashtekar), директор Институт гравитации и космоса штата Пенсильвания. — Ткань рубашки тоже выглядит как двумерная поверхность, но при ближайшем рассмотрении вы можете увидеть, что она соткана из плотно упакованных одномерных нитей. Так и в ткань пространства-времени вплетены квантовые нити. Учитывая эти нити, петлевая квантовая космология позволяет нам выйти за пределы континуума, описываемого общей теорией относительности".
Ученые надеются, что новые спутниковые миссии, такие как LiteBIRD и Cosmic Origins Explorer, нацеленные на обнаружение следов первичных гравитационных волн на фоне реликтового излучения, подтвердят их выводы.
ABC: Появились доказательства того, что вода состоит из двух жидкостей
Вода очень необычно реагирует на очень низкие температуры. Существующие гипотезы, объясняющие это, вызывают ожесточенную полемику в научных кругах. Одна из них, сформулированная почти 30 лет назад, заключалась в том, что существуют два вида воды. Итальянским ученым удалось доказать это в лаборатории, пишет испанская газета ABC.
Вода очень необычно реагирует на очень низкие температуры. При охлаждении, вопреки логике, вода не сжимается, а расширяется (именно поэтому лед имеет свойство плавучести). Холодная вода обладает меньшей сжимаемостью, чем горячая. Более того, при заморозке молекулы воды могут всячески менять свое расположение.
Всему этому сложно найти объяснения, причем существующие теории вызывают ожесточенную полемику в научных кругах. Одна из них была сформулирована почти три десятилетия назад и заключалась в том, что ледяная вода может существовать в двух разных жидких формах, одна из которых обладает менее плотной структурой. Другими словами, существует два вида воды, каждый из которых является отдельной жидкостью. Исследование было недавно опубликовано в журнале Science.
В своем исследовании ученые Пабло Дебенедетти и Гюль Х. Зерце из Принстонского университета и Франческо Шортико из Ла Сапиенца в Риме предполагают, что "вторая критическая точка воды" возникает при температурах от минус 83 до минус 100 градусов и при атмосферном давлении почти в 2 000 раз выше, чем давление над уровнем моря. Критическая точка — это единственное значение температуры и давления, при котором две фазы вещества становятся неразличимыми, и происходит это непосредственно перед тем, как вещество переходит из одной фазы в другую. Вода, например, имеет хорошо известную критическую точку при переходе от жидкости к пару.
"Только вообразите нашу радость, когда мы увидели, что критические колебания протекают именно так, как мы и предполагали", — отмечают ученые.
До сих пор эксперименты с использованием реальных молекул воды для проверки второй критической точки "суперохлаждения" воды не могли дать однозначных доказательств его существования. По словам Дебенедетти, это во многом связано с тем, что ледяная вода обычно превращается в лед.
По этой причине исследователи решили прибегнуть к использованию компьютерных моделей. Процесс по-настоящему трудоемкий. Несмотря на высокую мощность современных суперкомпьютеров, для создания моделей ученые 18 месяцев занимались необходимыми вычислениями.
В симуляциях, когда температура была еще далека от точки замерзания, плотность воды начала сильно колебаться. В итоге ученым удалось обнаружить критическую точку, которую они искали в двух разных компьютерных моделях воды. При этом для поиска критической точки воды в обеих моделях были применены разные вычислительные подходы.
Как и при переходе от жидкой фазы к газовой фазе, ледяная вода может переходить в две разные фазы, в зависимости от того, как перегруппировались ее молекулы. Таким образом, в жидкости низкой плотности четыре молекулы группируются вокруг центральной молекулы, образуя тетраэдр. Однако в жидкости с более высокой плотностью в игру вступает шестая молекула, что приводит к увеличению ее плотности.
В своей статье исследователи пишут, что "в пределах наших вычислительных возможностей было доказано существование метастабильной критической точки в стадии глубокого охлаждения молекул воды".
Естественно, теперь этот вывод должен быть подтвержден другими экспериментами, как говорят ученые, "использующими более точные и дорогие вычислительные средства".
|