10 Головних питань про всесвіт, відповіді на які вчені шукають прямо зараз - фактрум
Атакамскій Велика Міліметрова / субміліметрова Решітка (скорочено ALMA) - це найпотужніший у світі комплекс радіотелескопів, побудований на півночі Чилі. Плато Чахнантор, де розташований комплекс, знаходиться на висоті 5 000 м - це вище більшості об'єктів в тропосфері.
ALMA, що означає «душа», - це ще й машина часу. Вона заглядає в минуле, щоб перевірити існуючі наукові теорії про те, як 13 млрд років тому виник Всесвіт. Вона штовхає нас в майбутнє, тому що ми шукаємо нові світи і населяють їх інопланетне життя.
1. Молекули життя
У гігантському газовому хмарі Стрілець B2 недалеко від центру нашої галактики ALMA вперше виявила в міжзоряному просторі збагачені киснем і містять вуглець молекули, схожі на ті, які на Землі потрібні для виникнення життя. Відкриття означає, що в далекому минулому подібні міжзоряні молекули могли потрапити на Землю і вплинути на виникнення життя. Є й інше припущення: інопланетне життя на основі вуглецю може існувати ще десь у Всесвіті.
Молекулярні хмари начебто Стрільця В2 називають «зоряними яслами», тому що щільні скупчення газу і пилу прекрасно підходять для формування зірок. До сих пір всі знайдені в міжзоряному просторі органічні молекули складалися з однієї прямої ланцюга атомів вуглецю. Але в Стрільці В2 ALMA виявила нову молекулу - ізопропіловий ціанід з розгалуженою вуглецевої структурою, яка буває у амінокислот. Амінокислоти - це будівельні блоки білка, ключового компонента життя на Землі.
Відкриття дозволяє припустити, що необхідні для життя, який ми її знаємо, молекули створюються тоді ж, коли утворюються зірки - задовго до того, як з'являється планета на зразок Землі. В Стрільці В2 изопропилового ціаніду багато, так що і розгалужених молекул в міжзоряному просторі теж може виявитися багато. Астрономи сподіваються знайти амінокислоти і там.
2. Злиття галактик
Злиття галактик случают досить часто. Але насправді їх зірки і зоряні системи при цьому не стикаються - галактики проходять один крізь одного як примари, тому що зірки розташовані настільки далеко один від одного, що зіткнутися не можуть.
Злиття стимулює інтенсивне утворення нових зірок поряд з гравітаційним хаосом. Довгий час вважалося, що злиття знищує оригінальну структуру галактики, замінюючи її на одну масивну еліптичну галактику. Так нібито відбувається, навіть якщо обидві оригінальні галактики були дисковими (такий, наприклад, наш Чумацький Шлях), для яких характерна «сплюснута» форма і округлі області газу і пилу.
Помилкова думка виникла через проведеного в 1970-х роках комп'ютерного моделювання. Але нові моделювання суперечать ці результатами: передбачається, що в деяких випадках в результаті злиття галактик утворюються дискові галактики. Але у вчених не було доказів ні тієї, ні іншої теорії.
Тепер ALMA і інші радіотелескопи надали явні докази нової теорії: 24 спостережуваних галактики після злиття утворили дискові галактики. Це - 65% від 37 галактик, вивчених міжнародної дослідницької групою на чолі з Джунко Уедой з Японського товариства сприяння розвитку науки.
3. Ексцентричні і похилі орбіти екзопланет
Екзопланети - планети за межами нашої Сонячної системи. Орбіта деяких екзопланет навколо зірки або сильно витягнута, або овальної форми (це так звані ексцентричні орбіти), або має сильний кут нахилу від екватора своєї зірки (похилі орбіти). Це характерно для подвійних зоряних систем, де дві зірки обертаються навколо один одного. Щоб зрозуміти, чому у екзопланет такі орбіти, вчені направили ALMA на НК Тельця - молоду подвійну систему в сузір'ї Тельця.
Коли хмара міжзоряного газу стискається всередину самого себе через власну гравітації, воно скручується все швидше і швидше, поки не стає диском. У центрі цього диска формується протозвезда - як зародок в утробі матері. Коли температура ядра протозірки стає досить високою, щоб викликати ядерну реакцію, народжується нова зірка. У 90% випадків залишилися від народження зірки газ і пил обертаються навколо нової зірки в протопланетному диску. З матеріалу в диску в кінцевому підсумку можуть сформуватися планети, місяця та інші об'єкти.
У подвійній зоряній системі, якщо дві зірки і їх протопланетні диски не обертаються в одній площині (це означає, що вони «зміщені»), нові планети можуть утворитися з високим ексцентриситетом або з похилою орбітою. Теорія під назвою Ефект коза (Kozai mechanism) говорить, що у планет першої зірки такі дивні орбіти з'являються через гравітації другої зірки.
ALMA підтверджує цю теорію на приклад НК Тельця. Тьмяна зірка НК Тельця Б має протопланетний диск, від якого відбивається її світло, завдяки чому диск легко розрізнити в видимому світлі. Але протопланетний диск зірки НК Тельця, А нахилений так, що побачити його у видимому світлі неможливо. ALMA легко знайшла обидва диска в міліметрових довжинах хвиль світла, показавши, що вони зміщені відносно один одного щонайменше на 60 градусів. Принаймні один диск знаходиться не на тій же площині, де орбіти обох зірок.
Це не пояснює дивну орбіту кожної екзопланети у Всесвіті. Але це показує, що умови для спотворення орбіти екзопланети можуть з'явитися в момент формування планети в подвійній зоряній системі.
4. Формування планет з лінії життя
У многозвёздной системі під назвою GG Tau-A в сузір'ї Тельця ALMA виявила газопилової потік. Виходить потік з величезного зовнішнього диска навколо всієї зоряної системи, і тягнеться до меншого внутрішнього диска, що оточує обидві центральну зірку. Це схоже на колесо в колесі.
Вчені знали про існування внутрішнього диска ще до ALMA, але не могли пояснити, як він уцілів. Центральна зірка повинна притягувати матеріал, з якого складається диск, так швидко, що диск давним-давно повинен був зникнути. Але ALMA виявила ніколи раніше не спостерігається явище: газові скупчення в області між двома дисками, службовцями свого роду «рятувальним кругом» - зовнішній диск «годує» матеріалом внутрішній диск. Тому внутрішній диск може проіснувати набагато довше, а значить, більше шансів, що з його матеріалу сформується планета.
Подібні «лінії життя» є в багатьох зоряних системах - так «годуються» протопланетні диски. Це означає, що в далекому майбутньому у нас буде більше місць для пошуку екзопланет і інопланетного життя.
5. Туманність Бумеранг
В 5000 світлових років від Землі в сузір'ї Центавра знаходиться туманність Бумеранг. Вона вважається найхолоднішим відомим об'єктом всесвіту. Її температура всього один градус за Кельвіном, тобто -272 градуси за Цельсієм. Туманність Бумеранг навіть холодніше реліктового випромінювання, чия температура 2,8 градусів за Кельвіном - природна температура космічного простору.
Вчені вивчили властивості туманності Бумеранг за допомогою ALMA, в процесі чого також відкрили її фактичну форму. Раніше оптичні телескопи описували туманність у видимому світлі в формі краватки-метелики з двома схрещеними бумерангами. Але ALMA може візуалізувати довжини хвиль світла, раніше затемнені товстої смугою пилу, навколишнього зірку всередині туманності. З'ясувалося, що туманність набагато ширше, ніж передбачалося спочатку. Крім того, вона швидко розширюється.
Астрономи з'ясували, чому туманність Бумеранг настільки холодна. Її центральна зірка вмирає. Від зірки виходить швидкий потік газу, що одночасно розширює і охолоджує туманність, як розширення газів охолоджує холодильник. Оскільки розширення газу поступово сповільнюється, зовнішня оболонка туманності стає тепліше.
6. Космічний міхур
За допомогою телескопів "Хаббл" і ALMA астрономи змогли розгадати деякі загадки. «Хаббл» виявив, що Хіміко складається з трьох зоряних скупчень, кожне з яких - світиться галактика звичайного для того часу розміру. У цих трьох скупченнях зірки формуються з дивовижною швидкістю приблизно 100 сонячних мас на рік. Річард Елліс з Каліфорнійського технологічного інституту пояснює:
«Ця надзвичайно рідкісна потрійна система видима нами в ту епоху, коли вік Всесвіту становив лише 800 млн років. Вона містить важливу інформацію про ранні етапи формування галактик під час періоду, відомого як "космічний світанок", коли всесвіт вперше осяяло світло зірок. Ще цікавіше, що ці галактики, схоже, готуються злитися в одну масивну галактику, яка в кінцевому підсумку може перетворитися в щось схоже на наш Чумацький Шлях ».
Але астрономи ламають голову над тим, що залишилося. У зоні такого активного зореутворення повинні виникнути хмари пилу з важких елементів - вуглецю, кисню і кремнію. При нагріванні світлом зірок ці елементи виробляють радіохвилі, які ALMA може вловити. Але ALMA не виявлено ніяких істотних радіохвиль. Вона теж не виявила газоподібний вуглець, також пов'язаний з інтенсивним зореутворення.
Астрономи вважають, що міжзоряний газ для хіміко складається з водню і гелію. Ймовірно, це означає, що ми бачимо початкову галактику - таку, якою вона була незабаром після Великого Вибуху.
7. Наднові - фабрики пилу
Без пилу нікого з нас не існувало б. Пил має вирішальне значення для формування зірок і планет. Ми знаємо, що Всесвіт заповнений нею, але вчені не були впевнені, як саме пил формувалася в молодої всесвіту.
Сьогодні велика частина пилу у всесвіті з'являється, коли вмирають зірки будь-якої величини і яскравості. Але в молодому Всесвіті тільки молоді зірки перетворювалися в наднові. Вони пояснюють, звідки взялося трохи пилу, але цього явно не достатньо - в далеких, молодих галактиках пилу помічено набагато більше. Тоді астрономи за допомогою ALMA досліджували останки наднової 1987А і знайшли «зниклу» пил.
Як випливає з назви, SN 1987A вибухнула в 1987-му році в 168 000 світлових років від Землі. Вчені очікували побачити велику кількість пилу, оскільки атоми вуглецю, кисню і кремнію зв'язалися в молекули в центрі остигаючого газу від вибуху. Через телескопи того часу вони побачили тільки невелика кількість гарячої пилу. Але завдяки ALMA вони виявили пилова хмара з масою, що дорівнює 25% маси нашого Сонця. Таємниця була розгадана завдяки здатності ALMA вловлювати міліметрові і субміліметрових довжини хвиль, які яскраво випромінює холодна пил.
«Наймолодші галактики неймовірно пилові, і цей пил відіграє важливу роль в еволюції галактик, - пояснює Микако Мацууро з Університетського коледжу Лондона. - Сьогодні ми знаємо, що пил створюється декількома способами, але в молодому Всесвіті більшість пилу давали наднові. І у нас нарешті є прямі докази цієї теорії ».
8. Зірки смерті в туманності Оріона
У заповнених речовиною зоряних яслах туманності Оріона ховаються вбивці планет.
Ми вже згадували, що великі молекулярні хмари газу і пилу на кшталт туманностей забезпечують відмінну середу для появи зірок і в кінцевому підсумку планет. Але в туманності Оріона є і старі зірки О-типу набагато масивніше нашого Сонця з температурою на поверхні 50 000 градусів за Кельвіном або більше. Такі О-зірки мають владу над життям і смертю планетарних систем в своєму регіоні. Коли масивні і недовговічні О-зірки стають надновими, то, на думку вчених, в результаті вибуху виникають хмари газу і пилу - наступний етап у формуванні зірок і планет. Але під час свого життя О-зірки можуть зруйнувати протопланетні диски, якщо «ембріональні» сонячні системи знаходяться до них дуже близько.
За допомогою здатності ALMA бачити приховані за пилом об'єкти астрономам вдалося візуалізувати в два рази більше протопланетних дисків в туманності Оріона, ніж було відомо раніше. Якщо молода зірка знаходиться в однієї десятої світлового року від О-зірки, то інтенсивне ультрафіолетове випромінювання розсіє протопланетний диск цієї молодої зірки перш, ніж планети встигнуть сформуватися. Через такого крайнього електромагнітного випромінювання молоді зірки часто приймають форму сльозинок.
9. Телескоп горизонту подій
«Об'єднавши передові міліметрові і субміліметрових радіотелескопи всього світу, Телескоп горизонту подій стане в результаті принципово новим приладом з такою величезною збільшувальною силою, якої не було ще ніколи, ТГС відкриє нову еру в дослідженнях чорних дір і дасть ясну картину одного з небагатьох місць в світі, де можуть не працювати теорії Ейнштейна - у горизонту подій ».
Горизонт подій - це теоретична межа, навколишнє чорну діру. Згідно з теоріями, ця межа є точкою неповернення, де ніщо не може уникнути тяжіння діри, навіть світло. За допомогою ТГС вчені хочуть на прикладі надмасивної чорної діри в центрі нашої галактики побачити, чи існує горизонт подій в дійсності. Вважається, що ця чорна діра Стрілець, А з неймовірно малою площею важить як приблизно чотири млн сонць.
Також ТГС просканує Стрілець, А для подальшої перевірки загальної теорії відносності Ейнштейна: пошукає тінь - ту темну область, де чорна діра поглинає світло. За формою і розміром тіні, що визначаються обертанням і масою Стрільця, А, дані ТГС можуть показати деформації простору і часу в цьому середовищі.
Крім того, астрономи хочуть поспостерігати за зіткненням Стрільця, А з G2 - величезним газопилових хмара, щоб побачити, як це вплине на чорну діру в нашій галактиці. Зіткнення триватиме більше року.
10. Народження Сонячної системи
У видимому світлі HL Тау ховається за гігантським газопилових хмара. Але ALMA вдалося просканувати набагато довші хвилі, щоб крізь пил побачити ядро хмари, де відбувається формування планет. Новий знімок підтвердив наукову теорію формування планет.
Ще ALMA піднесла астрономам один великий сюрприз. HL Тау занадто молода для формуються навколо неї великих планет. Але на знімку ясно видно концентричні кільця, що проходять через протопланетний диск зірки. Коли планети збільшуються в розмірах, то створюють ці кільця, розділені проміжками, де планети обертаються навколо своєї молодої зірки і виштовхують сміття за межі диска.
По всій видимості, народжуються мінімум вісім планет - по одній на кожну концентричне кільце.
Сподобався пост? Підтримай Фактрум, натисни: