В научной статье, опубликованной в журнале Nature, ученые сообщают о том, что благодаря полученным с помощью телескопов данным они смогли обнаружить, что наша галактика является неотъемлемой частью галактического сверхскопления. Это скопление настолько огромно, что ученые, которые составили его карту, дали ему название Laniakea, что с гавайского означает «необъятные небеса».
Среди описываемых журналом Nature деталей говорится о том, что сверхскопления являются одними из самых больших структур во всей Вселенной. Галактики распределяются во Вселенной совсем не беспорядочно. Они образуются в группы, которые называются скоплениями (кластерами), и проведенные исследования этих скоплений показывают, что хотя каждую из галактик той или иной группы можно отделить друг от друга, границы между ними очень неясные, что могло бы говорить о том, что они являются одной частью данной группы.
В свою очередь, огромные галактические скопления поделены на более мелкие группы из нескольких десятков галактик. Ученые приводят аналогию, говоря о том, что распределение галактик в некоторой степени похоже на города и страны, где каждый объект в общем и целом является частью более крупной группы (город-область-страна).
«Мы наконец-то смогли определить контуры галактического сверхскопления, которое мы можем назвать своим домом», — говорит Р. Брент Трулли, астроном из Гавайского университета в Маноа.
«Это как если бы вы впервые обнаружили, что ваш родной город на самом деле является частью куда большей группы, являющейся страной и граничащей с другими такими же странами», — приводит аналогию ученый.
Учеными было установлено, что Laniakea, галактическое сверхскопление, в котором находится наша галактика, простирается на более 500 миллионов световых лет. Более того, по приблизительным меркам, масса сверхскопления, в котором в общей степени находится более 100 000 различных галактик (включая Млечный Путь), равна массе 100 миллионов миллиардов Солнц. Что касается расположения нашей родной галактики, то она находится на задворках галактического сверхскопления.
Астрономы из Национальной радиоастрономической обсерватории (США) и их коллеги объясняют, что для документирования существования галактического сверхскопления Laniakea они использовали телескопы. На базе собранных данных они смогли создать трехмерную карту движения галактик. Само же движение галактик вызывается гравитационными силами находящихся возле них межгалактических структур.
В общем и целом ученые проанализировали движение 8 тысяч галактик. Собранные данные помогут исследователям лучше понять распределение гравитационных сил во Вселенной.
Среди описываемых журналом Nature деталей говорится о том, что сверхскопления являются одними из самых больших структур во всей Вселенной. Галактики распределяются во Вселенной совсем не беспорядочно. Они образуются в группы, которые называются скоплениями (кластерами), и проведенные исследования этих скоплений показывают, что хотя каждую из галактик той или иной группы можно отделить друг от друга, границы между ними очень неясные, что могло бы говорить о том, что они являются одной частью данной группы.
В свою очередь, огромные галактические скопления поделены на более мелкие группы из нескольких десятков галактик. Ученые приводят аналогию, говоря о том, что распределение галактик в некоторой степени похоже на города и страны, где каждый объект в общем и целом является частью более крупной группы (город-область-страна).
«Мы наконец-то смогли определить контуры галактического сверхскопления, которое мы можем назвать своим домом», — говорит Р. Брент Трулли, астроном из Гавайского университета в Маноа.
«Это как если бы вы впервые обнаружили, что ваш родной город на самом деле является частью куда большей группы, являющейся страной и граничащей с другими такими же странами», — приводит аналогию ученый.
Учеными было установлено, что Laniakea, галактическое сверхскопление, в котором находится наша галактика, простирается на более 500 миллионов световых лет. Более того, по приблизительным меркам, масса сверхскопления, в котором в общей степени находится более 100 000 различных галактик (включая Млечный Путь), равна массе 100 миллионов миллиардов Солнц. Что касается расположения нашей родной галактики, то она находится на задворках галактического сверхскопления.
Астрономы из Национальной радиоастрономической обсерватории (США) и их коллеги объясняют, что для документирования существования галактического сверхскопления Laniakea они использовали телескопы. На базе собранных данных они смогли создать трехмерную карту движения галактик. Само же движение галактик вызывается гравитационными силами находящихся возле них межгалактических структур.
В общем и целом ученые проанализировали движение 8 тысяч галактик. Собранные данные помогут исследователям лучше понять распределение гравитационных сил во Вселенной.
Сколько галактик во Вселенной?
Совсем недавно, в 1920 годах, знаменитый астроном Эдвин Хаббл сумел доказать, что наш Млечный путь — это не единственная существующая галактика. Сегодня нам уже привычно, что космос заполнен тысячами и миллионами других галактик, на фоне которых наша выглядит совсем крохотной. Но сколько именно галактик во Вселенной находится рядом с нами? Сегодня мы найдем ответ на этот вопрос.
От одной до бесконечности
Звучит невероятно, но еще наши прадеды, даже самые ученые, считали наш Млечный Путь метагалактикой — объектом, покрывающим собой всю обозримую Вселенную. Их заблуждение вполне логично объяснялось несовершенством телескопов того времени — даже лучшие из них видели галактики как расплывчатые пятна, из-за чего они поголовно именовались туманностями. Считалось, что из них со временем формируются звезды и планеты, как сформировалась когда-то наша Солнечная система. Эту догадку подтвердило обнаружение первой планетарной туманности в 1796 году, в центре которой находилась звезда. Поэтому ученые считали, что все остальные туманные объекты на небе являются такими же облаками пыли и газа, звезды в которых еще не успели образоваться.
Первые шаги
Естественно, прогресс не стоял на месте. Уже в 1845 году Уильям Парсонс построил исполинский для тех времен телескоп «Левиафан», размер которого приближался к двум метрам. Желая доказать, что «туманности» на самом деле состоят из звезд, он серьезно приблизил астрономию к современному понятию галактики. Ему удалось впервые заметить спиралевидную форму отдельных галактик, а также обнаружить в них перепады светимости, соответствующие особенно крупным и ярким звездным скоплениям.
Однако споры продлились аж до XX века. Хотя в прогрессивном ученом обществе уже было принято считать, что существует множество других галактик кроме Млечного Пути, официальной академической астрономии нужны были неопровержимые доказательства этого. Поэтому взоры телескопов со всего мира на ближайшую к нам большую галактику, раньше тоже принятой за туманность — галактику Андромеды.
В 1888 году Исааком Робертсом была сделана первая фотография Андромеды, а на протяжении 1900–1910 годов были получены дополнительные снимки. На них видны и яркое галактическое ядро, и даже отдельные скопления звезд. Но низкое разрешение снимков допускало погрешности. То, что было принято за звездные кластеры, могло быть и туманностями, и попросту несколькими звездами, «слипшимися» в одну во время выдержки снимка. Но окончательно решения вопроса было не за горами.
Современная картина
В 1924 году, пользуясь телескопом-рекордсменом начала столетия, Эдвину Хабблу удалось более-менее точно оценить расстояние к галактике Андромеды. Оно оказалось настолько огромным, что полностью исключало принадлежность объекта к Млечному Пути (притом, что оценка Хаббла была в три раза меньше современной). Еще астроном обнаружил в «туманности» множество звезд, что явно подтверждало галактическую природу Андромеды. В 1925 году, вопреки критике коллег,
Совсем недавно, в 1920 годах, знаменитый астроном Эдвин Хаббл сумел доказать, что наш Млечный путь — это не единственная существующая галактика. Сегодня нам уже привычно, что космос заполнен тысячами и миллионами других галактик, на фоне которых наша выглядит совсем крохотной. Но сколько именно галактик во Вселенной находится рядом с нами? Сегодня мы найдем ответ на этот вопрос.
От одной до бесконечности
Звучит невероятно, но еще наши прадеды, даже самые ученые, считали наш Млечный Путь метагалактикой — объектом, покрывающим собой всю обозримую Вселенную. Их заблуждение вполне логично объяснялось несовершенством телескопов того времени — даже лучшие из них видели галактики как расплывчатые пятна, из-за чего они поголовно именовались туманностями. Считалось, что из них со временем формируются звезды и планеты, как сформировалась когда-то наша Солнечная система. Эту догадку подтвердило обнаружение первой планетарной туманности в 1796 году, в центре которой находилась звезда. Поэтому ученые считали, что все остальные туманные объекты на небе являются такими же облаками пыли и газа, звезды в которых еще не успели образоваться.
Первые шаги
Естественно, прогресс не стоял на месте. Уже в 1845 году Уильям Парсонс построил исполинский для тех времен телескоп «Левиафан», размер которого приближался к двум метрам. Желая доказать, что «туманности» на самом деле состоят из звезд, он серьезно приблизил астрономию к современному понятию галактики. Ему удалось впервые заметить спиралевидную форму отдельных галактик, а также обнаружить в них перепады светимости, соответствующие особенно крупным и ярким звездным скоплениям.
Однако споры продлились аж до XX века. Хотя в прогрессивном ученом обществе уже было принято считать, что существует множество других галактик кроме Млечного Пути, официальной академической астрономии нужны были неопровержимые доказательства этого. Поэтому взоры телескопов со всего мира на ближайшую к нам большую галактику, раньше тоже принятой за туманность — галактику Андромеды.
В 1888 году Исааком Робертсом была сделана первая фотография Андромеды, а на протяжении 1900–1910 годов были получены дополнительные снимки. На них видны и яркое галактическое ядро, и даже отдельные скопления звезд. Но низкое разрешение снимков допускало погрешности. То, что было принято за звездные кластеры, могло быть и туманностями, и попросту несколькими звездами, «слипшимися» в одну во время выдержки снимка. Но окончательно решения вопроса было не за горами.
Современная картина
В 1924 году, пользуясь телескопом-рекордсменом начала столетия, Эдвину Хабблу удалось более-менее точно оценить расстояние к галактике Андромеды. Оно оказалось настолько огромным, что полностью исключало принадлежность объекта к Млечному Пути (притом, что оценка Хаббла была в три раза меньше современной). Еще астроном обнаружил в «туманности» множество звезд, что явно подтверждало галактическую природу Андромеды. В 1925 году, вопреки критике коллег,
Хаббл представил результаты своей работы на конференции Американского астрономического сообщества.
Это выступление дало начало новому периоду в истории астрономии — ученые «переоткрывали» туманности, присваивая им звания галактик, и открывали новые. В этом им помогли наработки самого Хаббла — например, открытие красного смещения. Число известных галактик росло с постройкой новых телескопов и запуском новых — например, начала широкого применения радиотелескопов после Второй Мировой.
Однако вплоть до 90-х годов XX века человечество оставалось в неведении о настоящем количестве окружающих нас галактик. Атмосфера Земли препятствует даже самым большим телескопам получить точную картину — газовые оболочки искажают изображение и поглощают свет звезд, закрывая от нас горизонты Вселенной. Но ученые сумели обойти эти ограничения, запустив космический телескоп «Хаббл», названный в честь уже знакомого вам астронома.
Благодаря этому телескопу люди впервые увидели яркие диски тех галактик, которые раньше казались мелкими туманностями. А там, где небо раньше казалось пустым, обнаружились миллиарды новых — и это не преувеличение. Однако дальнейшие исследования показали: даже тысячи миллиардов звезд, видимых «Хабблу» — это минимум десятая часть от их настоящего количества.
Финальный подсчет
И все же, сколько именно галактик существует во Вселенной? Сразу предупрежу, что считать придется нам вместе — такие вопросы обычно мало интересуют астрономов, так как лишены научной ценности. Да, они каталогизируют и отслеживают галактики — но лишь для более глобальных целей вроде изучения крупномасштабной структуры Вселенной.
Однако найти точное число никто не берется. Во-первых, наш мир бесконечен, из-за чего ведение полного списка галактик проблематично и лишено практического смысла. Во-вторых, чтобы сосчитать даже те галактики, что находятся в пределах видимой Вселенной, астроному не хватит всей жизни. Даже если он проживет 80 лет, считать галактики начнет с рождения, а на обнаружение и регистрацию каждой галактики будет тратить не больше секунды, астроном найдет всего лишь 2 триллиона объектов — куда меньше, чем существует галактик на самом деле.
Для определения примерного числа возьмем какое-то из высокоточных изучений космоса — например, «Ultra Deep Field» телескопа «Хаббл» от 2004 года. На участке, равному 1/13000000 всей площади неба, телескоп сумел обнаружить 10 тысяч галактик. Учитывая то, что другие глубокие исследования того времени показывали схожую картину, мы можем усреднить результат. Следовательно, в пределах чувствительности «Хаббла» мы видим 130 миллиардов галактик со всей Вселенной.
Однако это еще не все. После «Ultra Deep Field» было сделано множество других снимков, которые добавляли новые детали. Причем не только в видимом спектре света, которым оперирует «Хаббл», но и в инфракрасном и рентгеновском. Состоянием на 2014 год, в радиусе 14 миллиардов световых лет нам доступно 7 триллионов 375 миллиардов галактик.
Но это, опять-таки, минимальная о
Это выступление дало начало новому периоду в истории астрономии — ученые «переоткрывали» туманности, присваивая им звания галактик, и открывали новые. В этом им помогли наработки самого Хаббла — например, открытие красного смещения. Число известных галактик росло с постройкой новых телескопов и запуском новых — например, начала широкого применения радиотелескопов после Второй Мировой.
Однако вплоть до 90-х годов XX века человечество оставалось в неведении о настоящем количестве окружающих нас галактик. Атмосфера Земли препятствует даже самым большим телескопам получить точную картину — газовые оболочки искажают изображение и поглощают свет звезд, закрывая от нас горизонты Вселенной. Но ученые сумели обойти эти ограничения, запустив космический телескоп «Хаббл», названный в честь уже знакомого вам астронома.
Благодаря этому телескопу люди впервые увидели яркие диски тех галактик, которые раньше казались мелкими туманностями. А там, где небо раньше казалось пустым, обнаружились миллиарды новых — и это не преувеличение. Однако дальнейшие исследования показали: даже тысячи миллиардов звезд, видимых «Хабблу» — это минимум десятая часть от их настоящего количества.
Финальный подсчет
И все же, сколько именно галактик существует во Вселенной? Сразу предупрежу, что считать придется нам вместе — такие вопросы обычно мало интересуют астрономов, так как лишены научной ценности. Да, они каталогизируют и отслеживают галактики — но лишь для более глобальных целей вроде изучения крупномасштабной структуры Вселенной.
Однако найти точное число никто не берется. Во-первых, наш мир бесконечен, из-за чего ведение полного списка галактик проблематично и лишено практического смысла. Во-вторых, чтобы сосчитать даже те галактики, что находятся в пределах видимой Вселенной, астроному не хватит всей жизни. Даже если он проживет 80 лет, считать галактики начнет с рождения, а на обнаружение и регистрацию каждой галактики будет тратить не больше секунды, астроном найдет всего лишь 2 триллиона объектов — куда меньше, чем существует галактик на самом деле.
Для определения примерного числа возьмем какое-то из высокоточных изучений космоса — например, «Ultra Deep Field» телескопа «Хаббл» от 2004 года. На участке, равному 1/13000000 всей площади неба, телескоп сумел обнаружить 10 тысяч галактик. Учитывая то, что другие глубокие исследования того времени показывали схожую картину, мы можем усреднить результат. Следовательно, в пределах чувствительности «Хаббла» мы видим 130 миллиардов галактик со всей Вселенной.
Однако это еще не все. После «Ultra Deep Field» было сделано множество других снимков, которые добавляли новые детали. Причем не только в видимом спектре света, которым оперирует «Хаббл», но и в инфракрасном и рентгеновском. Состоянием на 2014 год, в радиусе 14 миллиардов световых лет нам доступно 7 триллионов 375 миллиардов галактик.
Но это, опять-таки, минимальная о
ценка. Астрономы считают, что скопления пыли в межгалактическом пространстве отбирают у нас 90% наблюдаемых объектов — 7 триллионов легко превращается в 73 триллиона. Но и эта цифра устремится еще дальше к бесконечности, когда на орбиту Солнца выйдет телескоп «Джеймс Уэбб». Этот аппарат за минуты достигнет туда, куда «Хаббл» пробирался днями, и проникнет еще дальше в глубины Вселенной.
Forwarded from Simple
Пятимерная чёрная дыра бросает вызов общей теории относительности.
Модель показывает, что на очень тонком "чёрном кольце" могут появляться выросты, разделённые перемычками, которые со временем разделятся и образуют несколько небольших чёрных дыр, лишённых горизонта событий.
Вот уже сто лет представления учёных об устройстве Вселенной основываются на общей теории относительности Альберта Эйнштейна, согласно которой гравитация представляет собой искривление материей пространственно-временного континуума. Это положение позволяет оценивать возраст звёзд и с уверенностью полагаться на системы глобального позиционирования и навигации.
Казалось бы, за столь долгий срок расчёты великого физика должны были выдержать все вызовы. Однако во Вселенной есть места, где общая теория относительности перестаёт действовать. Сингулярность – область внутри чёрной дыры, где гравитация настолько велика, что все наши представления о пространстве, времени и законах физики рушатся.
Чёрные дыры стали для физиков настоящим кошмаром, и единственным утешением служит то, что они скрываются за горизонтом событий, из пределов которого не может вырваться ничего, включая свет и радиоволны, а следовательно, их крайне сложно изучить. Получается, что чёрные дыры фактически вырезаны из нашей Вселенной "космической цензурой", и многие учёные предлагают просто не обращать на них внимания, как на несуществующие для любых практических целей объекты.
"Гипотеза "космической цензуры" гласит, что пока сингулярность остаётся скрытой за горизонтом событий, она не вступает в противоречие с общей теорией относительности, – говорит в пресс-релизе один из авторов нового исследования Маркус Кунеш (Markus Kunesch) из Кембриджского университета. – До тех пор пока действует эта гипотеза, можно смело предсказать будущее Вселенной за пределами чёрных дыр, что мы и пытаемся сделать в физике в настоящее время".
Но если предположить, что сингулярность может существовать за пределами горизонта событий, она будет представлять собой объект, стремящийся к бесконечной плотности, который можно будет наблюдать со стороны. И пока телескопы не наблюдают ничего подобного в окрестностях нашей галактики, физики-теоретики предположили, что такая "голая сингулярность" может скрываться в неизвестных нам измерениях.
"Если окажется, что голая сингулярность существует, это полностью разрушит общую теорию относительности, потому что она потеряет всякую предсказательную силу и не сможет более объяснять устройство Вселенной", – говорит другой соавтор работы Саран Туниасувунакул (Saran Tunyasuvunakool).
Теория Эйнштейна ничего не говорит о том, в скольких измерениях существует наша Вселенная. Мы воспринимаем окружающий мир в трёх измерениях, которые в дополнении с четвёртой величиной – временем, образуют полотно пространства-времени, колебания которого поймали детекторы обсерватории LIGO. Но, например, согласно теории струн, может существовать до 11 измерений, одни из которых проявляют себя в масштабах космоса, а другие
Модель показывает, что на очень тонком "чёрном кольце" могут появляться выросты, разделённые перемычками, которые со временем разделятся и образуют несколько небольших чёрных дыр, лишённых горизонта событий.
Вот уже сто лет представления учёных об устройстве Вселенной основываются на общей теории относительности Альберта Эйнштейна, согласно которой гравитация представляет собой искривление материей пространственно-временного континуума. Это положение позволяет оценивать возраст звёзд и с уверенностью полагаться на системы глобального позиционирования и навигации.
Казалось бы, за столь долгий срок расчёты великого физика должны были выдержать все вызовы. Однако во Вселенной есть места, где общая теория относительности перестаёт действовать. Сингулярность – область внутри чёрной дыры, где гравитация настолько велика, что все наши представления о пространстве, времени и законах физики рушатся.
Чёрные дыры стали для физиков настоящим кошмаром, и единственным утешением служит то, что они скрываются за горизонтом событий, из пределов которого не может вырваться ничего, включая свет и радиоволны, а следовательно, их крайне сложно изучить. Получается, что чёрные дыры фактически вырезаны из нашей Вселенной "космической цензурой", и многие учёные предлагают просто не обращать на них внимания, как на несуществующие для любых практических целей объекты.
"Гипотеза "космической цензуры" гласит, что пока сингулярность остаётся скрытой за горизонтом событий, она не вступает в противоречие с общей теорией относительности, – говорит в пресс-релизе один из авторов нового исследования Маркус Кунеш (Markus Kunesch) из Кембриджского университета. – До тех пор пока действует эта гипотеза, можно смело предсказать будущее Вселенной за пределами чёрных дыр, что мы и пытаемся сделать в физике в настоящее время".
Но если предположить, что сингулярность может существовать за пределами горизонта событий, она будет представлять собой объект, стремящийся к бесконечной плотности, который можно будет наблюдать со стороны. И пока телескопы не наблюдают ничего подобного в окрестностях нашей галактики, физики-теоретики предположили, что такая "голая сингулярность" может скрываться в неизвестных нам измерениях.
"Если окажется, что голая сингулярность существует, это полностью разрушит общую теорию относительности, потому что она потеряет всякую предсказательную силу и не сможет более объяснять устройство Вселенной", – говорит другой соавтор работы Саран Туниасувунакул (Saran Tunyasuvunakool).
Теория Эйнштейна ничего не говорит о том, в скольких измерениях существует наша Вселенная. Мы воспринимаем окружающий мир в трёх измерениях, которые в дополнении с четвёртой величиной – временем, образуют полотно пространства-времени, колебания которого поймали детекторы обсерватории LIGO. Но, например, согласно теории струн, может существовать до 11 измерений, одни из которых проявляют себя в масштабах космоса, а другие
находятся на квантовом уровне и могут быть обнаружены только в экспериментах с очень высокими энергиями, как те, что проводятся на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН.
Кунеш, Туниасувунакул и их коллеги с помощью суперкомпьютера COSMOS смоделировали, как чёрная дыра будет вести себя в пятимерном пространстве. Такие объекты уже были описаны теоретиками в 2002 году, но только сейчас их динамика была исследована на модели.
Учёные обнаружили, что в большинстве случаев такая чёрная дыра представляет собой сферу, окружённую горизонтом событий, и ничем не отличается от тех, что существуют в нашей Вселенной. Но иногда на ранних стадиях формирования образуется тонкое "чёрное кольцо". Эта структура крайне нестабильна и чаще всего должна сворачиваться всё в ту же сферу. Но если кольцо очень тонкое, на отдельных его участках будут расти более плотные выпуклости. В конечном итоге перемычки между этими сгустками порвутся, и кольцо распадётся на несколько небольших чёрных дыр без горизонта событий, которые и будут представлять собой видимую "голую сингулярность".
Если такая модель может реализоваться в реальном мире, и учёные когда-нибудь смогут наблюдать объект, сжимающийся к бесконечной плотности, это нарушит все наши представления об устройстве Вселенной, потому что в физике, если оказывается неверным один закон, он тянет за собой все остальные.
Исследователи склоняются к мнению, что теория "космической цензуры" верна для нашего четырёхмерного пространства-времени. Но если она будет опровергнута в других измерениях, потребуется альтернативная гипотеза, объясняющая устройство Вселенной. И одним из кандидатов на пост Теории всего является теория квантовой гравитации, которая хоть и не объясняет сингулярность, но дарует нам новую физику, которая гораздо точнее описывает сингулярность, чем расчёты Эйнштейна.
Кунеш, Туниасувунакул и их коллеги с помощью суперкомпьютера COSMOS смоделировали, как чёрная дыра будет вести себя в пятимерном пространстве. Такие объекты уже были описаны теоретиками в 2002 году, но только сейчас их динамика была исследована на модели.
Учёные обнаружили, что в большинстве случаев такая чёрная дыра представляет собой сферу, окружённую горизонтом событий, и ничем не отличается от тех, что существуют в нашей Вселенной. Но иногда на ранних стадиях формирования образуется тонкое "чёрное кольцо". Эта структура крайне нестабильна и чаще всего должна сворачиваться всё в ту же сферу. Но если кольцо очень тонкое, на отдельных его участках будут расти более плотные выпуклости. В конечном итоге перемычки между этими сгустками порвутся, и кольцо распадётся на несколько небольших чёрных дыр без горизонта событий, которые и будут представлять собой видимую "голую сингулярность".
Если такая модель может реализоваться в реальном мире, и учёные когда-нибудь смогут наблюдать объект, сжимающийся к бесконечной плотности, это нарушит все наши представления об устройстве Вселенной, потому что в физике, если оказывается неверным один закон, он тянет за собой все остальные.
Исследователи склоняются к мнению, что теория "космической цензуры" верна для нашего четырёхмерного пространства-времени. Но если она будет опровергнута в других измерениях, потребуется альтернативная гипотеза, объясняющая устройство Вселенной. И одним из кандидатов на пост Теории всего является теория квантовой гравитации, которая хоть и не объясняет сингулярность, но дарует нам новую физику, которая гораздо точнее описывает сингулярность, чем расчёты Эйнштейна.