Край Будущего

Астрономы сделали удивительное открытие: спутниковые галактики Андромеды формируют крайне асимметричную структуру, которая наблюдается лишь в 0,3% смоделированных систем. Это делает Андромеду уникальным объектом и ставит под сомнение современные модели космологии.

Распределение карликовых галактик вокруг массивных звездных систем играет важную роль в изучении темной материи и процессов формирования крупных структур во Вселенной. Согласно стандартной космологической модели ΛCDM, спутники должны хаотично распределяться вокруг центральной галактики в результате множества слияний. Однако наблюдения за Андромедой, ближайшей к Млечному Пути крупной галактикой, демонстрируют совершенно обратную картину.

Чтобы продемонстрировать это, группа исследователей из Потсдамского астрофизического института проанализировала данные 37 спутниковых галактик Андромеды, результаты чего были опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Ученые измерили угловое распределение спутников, используя данные орбитального телескопа «Хаббл» и однородные оценки расстояний. Для количественного определения асимметрии был применен метод конусов: виртуальные области с различными углами раскрытия проверялись на предмет максимальной концентрации спутников.

Наиболее значимая асимметрия соответствовала конусу с углом 107 градусов, направленным на Млечный Путь. Этот сектор охватывал все, кроме одной галактики окружения Андромеды. Для сравнения астрономы использовали две крупные космологические симуляции — IllustrisTNG и EAGLE, которые учитывают как гравитационное взаимодействие, так и влияние барионной материи.

Среди 2375 смоделированных систем, схожих с Андромедой, лишь 0,3% демонстрировали сопоставимую асимметрию. Даже при учете возможной неполноты наблюдений этот показатель не превышал 0,5%. Ни одна из смоделированных систем не повторяла наблюдаемую степень смещения спутников в сторону «соседа».

Однако на этом обнаруженные особенности окружения Андромеды не заканчиваются. Половина ее карликовых галактик не только смещена в сторону Млечного Пути, но и вращается в единой плоскости толщиной менее 13 килопарсек. Такие уплощенные структуры встречаются менее чем в 1% космологических симуляций, основанных на модели ΛCDM.

Существование сразу двух особенностей — уплощенности и асимметрии — у одной галактики ставит под сомнение современные представления об эволюции спутниковых систем. Приливные силы между нашей Галактикой и Андромедой слишком слабы, чтобы объяснить наблюдаемую структуру. Альтернативная гипотеза о недавнем поглощении групп карликовых галактик также маловероятна, так как подобные скопления быстро разрушаются.

Таким образом, структура спутниковой системы Андромеды остается необъясненной. Это либо указывает на пробелы в понимании роли темной материи, либо требует пересмотра сценариев формирования галактик.

Современные симуляции не могут учесть часть физических процессов, которые могли повлиять на формирование спутниковых систем. Проверка этих предположений станет возможной с запуском новых телескопов, таких как «Евклид», которые смогут обнаружить аналогичные структуры у далеких галактик.

Группа ученых из Школы наук о Земле и планетах Университета Кертина, Международного центра радиационной астрономии (ICRAR), Парижской обсерватории и других организаций провела глобальный поиск ответов на этот вопрос.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Astronomy, охватывает анализ почти 8,500 метеороидов и метеоритных ударов, основываясь на данных 19 сетей наблюдения за огненными шарами в 39 странах, что делает его самым обширным исследованием подобного рода. Статья носит название "История перигелия и атмосферное выживание как основные факторы формирования метеоритного рекорда Земли".

Соавтор исследования, доктор Хадриен Девильпуа из Центра космических наук и технологий и Института радиационной астрономии Кертина, отметил, что команда обнаружила, что атмосфера Земли и солнце действуют как гигантские фильтры, уничтожая хрупкие углеродистые (углеродные) метеороиды до того, как они достигнут поверхности планеты.

"Мы давно подозревали, что слабый углеродистый материал не выживает при входе в атмосферу," — сказал доктор Девильпуа.

"Однако это исследование показывает, что многие из этих метеороидов даже не достигают этого этапа: они разрушаются из-за многократного нагрева при близком прохождении к солнцу.

"Те, кто выживает после 'приготовления' в космосе, с большей вероятностью смогут пройти сквозь атмосферу Земли."

Углеродистые метеориты особенно важны, поскольку содержат воду и органические молекулы — ключевые ингредиенты, связанные с происхождением жизни на Земле.

Доктор Патрик Шобер из Парижской обсерватории отметил, что полученные результаты изменяют подход ученых к интерпретации собранных метеоритов.

"Углеродистые метеориты являются одними из самых химически примитивных материалов, которые мы можем изучать — они содержат воду, органические молекулы и даже аминокислоты," — сказал доктор Шобер.

"Тем не менее, у нас так мало таких метеоритов в коллекциях, что мы рискуем получить неполную картину того, что на самом деле существует в космосе и как строительные блоки жизни попали на Землю.

"Понимание того, что отфильтровывается и почему, является ключом к восстановлению истории нашей солнечной системы и условий, которые сделали жизнь возможной."

Исследование также показало, что метеороиды, образованные в результате приливных разрушений — когда астероиды разрушаются при близком столкновении с планетами — особенно хрупкие и почти никогда не выживают при входе в атмосферу.

«Это открытие может оказать влияние на будущие миссии по исследованию астероидов, оценки рисков столкновений и даже на теории о том, как Земля получила свою воду и органические соединения, необходимые для зарождения жизни», — отметил доктор Шобер.

В исследовании также участвовали другие учреждения, такие как Астрономический институт Румынской академии, Национальный музей естественной истории и Университет Экс-Марсель.

Космическая компания Blue Origin, принадлежащая основателю Amazon Джеффу Безосу, объявила о запуске 31-й миссии New Shepard, запланированном на 14 апреля 2025 года, в которой примет участие исключительно женский экипаж. В состав этого необычного коллектива вошли:

1. Айша Боу — аэрокосмический инженер;

2. Кэтти Перри — певица, актриса и посол ЮНИСЕФ;

3. Аманда Нгуен — активистка;

4. Гэйл Кинг — телеведущая;

5. Керианн Флинн — кинопродюсер.

Эта миссия станет первым полётом полностью женского экипажа за последние 62 года, начиная с исторического одиночного полёта Валентины Терешковой на «Чайке» в 1963 году. Организатором миссии выступила 55-летняя Лорен Санчес, известная ведущая, журналистка и невеста миллиардера.

«Для Лорен это великая честь возглавить команду исследовательниц в миссии, которая изменит их восприятие Земли, позволит им поделиться своими историями и оставит неизгладимое впечатление, вдохновляющее будущие поколения», — говорится в анонсе на сайте Blue Origin.

Хотя новая миссия позиционируется как символ равных возможностей, состав экипажа, состоящий из известных и успешных женщин, подчеркивает роль удачи и привилегий в достижении желаемого. За вдохновляющими рассказами о личных триумфах скрывается более сложная и многогранная картина: путь на орбиту по-прежнему остается недоступным для многих. В космонавтику проникают не только учёные, готовые внести значимый вклад в развитие своей области и человечества в целом. Здесь решающую роль играют деньги и связи (достаточно упомянуть, что Кэти Перри — будущая жена Безоса).

Реальная ситуация с мужчинами и женщинами в космонавтике требует более глубокого анализа, нежели грамотно спланированные маркетинговые акции, стоимость которых измеряется миллионами, а то и миллиардами долларов.

Эта миссия не преследует практических целей — это чистый туризм. Космический корабль поднимется на высоту 100 километров, проведёт несколько минут в невесомости и вернётся обратно на Землю.

У всех нас бывают трудные дни, но недавно обнаруженная чёрная дыра-монстр пережила настоящий кошмар.

Ранее неактивная сверхмассивная чёрная дыра, расположенная в центре галактики SDSS1335+0728 (SDSS J133459.53+072759.8, WISEA J133459.52+072800.0), находящейся в созвездии Дева на расстоянии 300 миллионов световых лет от Земли, была зафиксирована во время самого продолжительного и мощного рентгеновского выброса, когда-либо наблюдавшегося у подобного космического гиганта.

Эта активная фаза знаменует собой начало процесса, в ходе которого сверхмассивная чёрная дыра поглощает окружающую материю и извергает её в виде кратковременных вспышек, известных как квазипериодические извержения (QPE).

По мнению учёных, питание сверхмассивных чёрных дыр могло положить конец космической «тёмной эпохе» миллиарды лет назад. Чёрная дыра, которая оставалась неактивной на протяжении десятилетий, отвечает за область в центре своей галактики, именуемую астрономами активным галактическим ядром. Команда дала ей имя «Ански».

Пробуждение Ански было впервые зафиксировано в конце 2019 года, что привлекло внимание астрономов, наблюдавших за её проявлениями с помощью космического рентгеновского телескопа NASA Swift. К февралю прошлого года астрономы начали замечать, что чёрная дыра, питающая Ански, извергает вспышки с довольно регулярными интервалами. Это предоставило уникальную возможность наблюдать за процессом поглощения и извержения сверхмассивной чёрной дыры в реальном времени.

«Всплески рентгеновского излучения от Ански в десять раз продолжительнее и в десять раз ярче, чем при типичном QPE», — заявил Джохин Чакраборти. «Каждое из этих извержений высвобождает в сто раз больше энергии, чем мы наблюдали где-либо ещё. Извержения Ански также демонстрируют самую продолжительную из когда-либо зарегистрированных периодичностей — около 4,5 дней».

«Это ставит наши модели на грань возможного и вызывает сомнения в наших текущих представлениях о том, как возникают эти рентгеновские вспышки», — добавил Чакраборти.

Наблюдения QPE стали возможны благодаря космической миссии Европейского космического агентства (ЕКА) XMM-Newton, миссиям NICE и Chandra НАСА, а также архивным данным eROSITA.

Тем не менее, команда по-прежнему не может понять причину вспышек Ански. Ранее QPE связывали с поглощением сверхмассивными чёрными дырами звёзд, разрывом их на части и поглощением остатков. Однако в случае Ански такого разрушения звёзд, похоже, не происходит.

«Что касается QPE, то мы всё ещё находимся на этапе, когда у нас больше моделей, чем данных, и нам необходимо больше наблюдений, чтобы понять, что происходит», — отметил научный сотрудник ESA и астроном-рентгенолог Эрван Квинтин. «Мы полагали, что QPE — это результат захвата небольших небесных объектов гораздо более крупными и их падения по спирали на них».

Эти повторяющиеся всплески, вероятно, также связаны с гравитационными волнами, которые, возможно, сможет уловить будущая миссия ESA LISA (Лазерная интерферометрическая космическая антенна). Запуск этого совместного космического детектора гравитационных волн ESA и NASA запланирован на 2037 год. «Крайне важно провести эти рентгеновские наблюдения, которые дополнят данные о гравитационных волнах и помогут нам разобраться в загадочном поведении массивных чёрных дыр», — добавил Квинтин.

На видео показаны спутники, словно рисуя параллельные линии, постепенно исчезают за горизонтом, в то время как внизу мерцают ночные огни Земли, а звезды, казалось бы, вращаются вокруг полюса. Однако на самом деле это не звезды, а именно спутники и огни, которые движутся, в то время как Международная космическая станция и наблюдатель с камерой остаются в неподвижности.

Исследование, проведенное в Технионе, открывает новую форму квантовой запутанности в общем угловом моменте фотонов, заключенных в наноразмерные структуры. Это открытие может сыграть ключевую роль в будущем миниатюризации компонентов квантовой связи и вычислений.

Квантовая физика иногда приводит к весьма необычным предсказаниям. Именно так произошло, когда Альберт Эйнштейн и его коллеги Борис Подольский и Натан Розен (которые впоследствии основали Факультет физики в Технионе) обнаружили сценарий, при котором знание состояния одной частицы немедленно влияет на состояние другой частицы, независимо от расстояния между ними. Их историческая работа 1935 года получила название EPR в честь трех авторов (Эйнштейн–Подольский–Розен).

Идея о том, что знание состояния одной частицы повлияет на другую, находящуюся на огромном расстоянии, без физического взаимодействия и передачи информации, казалась Эйнштейну абсурдной, и он назвал её «жутким действием на расстоянии».

Однако прорывная работа другого исследователя Техниона, профессора Ашера Переса из Факультета физики, показала, что это свойство можно использовать для передачи информации скрытым образом — квантовой телепортацией, которая лежит в основе квантовой связи. Это открытие было сделано профессором Пересом совместно с его коллегами Шарлем Беннетом и Жилем Брассаром.

Позже это явление получило научное название квантовая запутанность, и за его измерение и последствия, включая возможность квантовых вычислений и квантовой связи, Нобелевская премия по физике 2022 года была вручена профессорам Алену Аспекту и Антону Цайлингеру, которые ранее получили почетные докторские степени от Техниона, а также их коллеге профессору Джону Клаузеру.

Квантовая запутанность была продемонстрирована на сегодняшний день для широкого спектра частиц и их различных свойств. Для фотонов, частиц света, запутанность может существовать для их направления движения, частоты (цвета) или направления, в котором указывает их электрическое поле. Она также может проявляться в свойствах, которые сложнее представить, таких как угловой момент.

Это свойство делится на спин, связанный с вращением электрического поля фотона, и орбитальный момент, относящийся к вращательному движению фотона в пространстве. Это интуитивно похоже на Землю, которая вращается вокруг своей оси и также вращается вокруг солнца по круговой траектории.

Нам легко представить эти два вращательных свойства как отдельные величины, и действительно, это возможно для фотонов, заключенных в пучок света, значительно превышающий их длину волны. Однако, когда мы пытаемся поместить фотоны в структуры меньшего размера, чем фотонная длина волны — что является целью области нанофотоники — мы обнаруживаем, что невозможно отделить разные вращательные свойства, и фотон характеризуется единой величиной, общей угловой моментом.

Так зачем же нам вообще помещать фотоны в такие маленькие структуры? Существует две основные причины. Одна из них очевидна — это поможет нам миниатюризировать устройства, использующие свет, и тем самым уместить больше операций в небольшую область, подобно миниатюризации электронных схем.

Другая причина даже более важна: эта миниатюризация увеличивает взаимодействие между фотоном и материалом, через который он проходит (или рядом с которым находится), что позволяет нам создавать явления и использовать их, которые невозможны с фотонами в их «нормальных» размерах.