Астрология. Астрономия. Алхимия

Каждая сталкивающаяся пара черных дыр или нейтронных звезд, каждая сверхновая с коллапсом ядра — даже сам Большой взрыв — должны были вызвать рябь, звенящую в пространстве-времени.

По прошествии времени эти волны ослабели, и их будет трудно найти, но все они предсказываются как резонансный «гул», пронизывающий нашу Вселенную, называемый фоном гравитационных волн. И, возможно, мы только что уловили первый намек на это.

Вы можете думать о фоне гравитационных волн как о чем-то вроде звона, оставленного после массивных событий на протяжении всей истории нашей Вселенной — потенциально бесценного для нашего понимания космоса, но невероятно трудного для обнаружения.

«Невероятно интересно видеть такой сильный сигнал», — сказал астрофизик Джозеф Саймон из Университета Колорадо в Боулдере и сотрудника NANOGrav.

«Однако, поскольку сигнал гравитационных волн, который мы ищем, охватывает всю продолжительность наших наблюдений, нам необходимо тщательно исключить шумы. Это оставляет нас в очень интересном месте, где мы можем полностью исключить некоторые известные источники шума, но мы пока не можем сказать, действительно ли сигнал исходит от гравитационных волн. Для этого нам потребуется больше данных».

Тем не менее, научное сообщество в восторге. С момента публикации препринта команды в arXiv в сентябре прошлого года появилось более 80 статей, цитирующих это исследование.

Международные команды много работали, анализируя данные, чтобы попытаться опровергнуть или подтвердить результаты ученых. Если окажется, что сигнал реальный, это может открыть совершенно новый этап гравитационно-волновой астрономии — или открыть нам совершенно новые астрофизические явления.

Сигнал исходит от наблюдений за мертвой звездой, называемой пульсаром. Это нейтронные звезды, которые ориентированы таким образом, что они испускают радиоволны со своих полюсов, вращаясь с миллисекундными скоростями.

Эти вспышки невероятно точно рассчитаны по времени, а это означает, что пульсары, возможно, являются самыми полезными звездами во Вселенной. Изменения в их пульсации могут быть использованы для навигации, для исследования межзвездной среды и изучения гравитации. И с момента открытия гравитационных волн астрономы использовали для их поиска.

Это потому, что гравитационные волны искривляют пространство-время, когда они проходят через него, что теоретически должно изменить — совсем немного — время радиоимпульсов, излучаемых пульсарами.

«Фон [гравитационной волны] растягивается и сжимается в пространстве-времени между пульсарами и Землей, заставляя сигналы от пульсаров приходить немного позже (растягиваться) или раньше (сжиматься), чем это могло бы произойти, если бы не было гравитационных волн», — астрофизик Райан Шеннон из Технологического университета Суинберна.

Один пульсар с нерегулярным биением не обязательно много значит. Но если бы целая группа пульсаров показывала коррелированный образец изменения времени, это могло бы указывать на фон гравитационных волн.

Такой набор пульсаров известен как временная матрица пульсаров, и это то, что наблюдала команда NANOGrav — 45 самых стабильных миллисекундных пульсаров в Млечном Пути.

Они не совсем обнаружили сигнал, который подтвердил бы фон гравитационной волны.

Но они кое-что обнаружили — сигнал «обычного шума», который, как объяснил Шеннон, варьируется от пульсара к пульсару, но каждый раз демонстрирует одинаковые характеристики. Эти отклонения привели к вариациям в несколько сотен наносекунд в течение 13-летнего периода наблюдений, отметил Саймон.

Есть и другие вещи, которые могут вызвать этот сигнал. Например, массив синхронизации пульсаров необходимо анализировать из системы отсчета, которая не ускоряется, а это означает, что любые данные необходимо переносить в центр Солнечной системы, известный как барицентр, а не на Землю.

Если барицентр рассчитан неточно – а это сложнее, чем кажется, поскольку это центр масс всех движущихся объектов Солнечной системы — тогда вы можете получить ложный сигнал. В прошлом году команда NANOGrav объявила, что они вычислили барицентр Солнечной системы с точностью до 100 метров.

По-прежнему существует вероятность того, что это несоответствие может быть источником обнаруженного ими сигнала, и для его устранения необходимо провести дополнительную работу.

Потому что, если сигнал действительно исходит от гудящей резонансной гравитационной волны, это было бы огромной проблемой, поскольку источником этих фоновых гравитационных волн, вероятно, являются сверхмассивные черные дыры (СМЧД).

Поскольку гравитационные волны показывают нам явления, которые мы не можем обнаружить электромагнитным путем, например столкновения черных дыр, это может помочь решить такие загадки, как последняя проблема парсеков, которая предполагает, что сверхмассивные черные дыры не могут сливаться, и поможет нам лучше понять галактическую эволюцию и рост.

В дальнейшем мы, возможно, даже сможем обнаружить гравитационные волны, возникшие сразу после Большого взрыва, что даст нам уникальное окно в раннюю Вселенную.

Чтобы быть ясным, предстоит проделать большую научную работу, прежде чем мы дойдем до этой точки.

«Это возможный первый шаг к обнаружению гравитационных волн с частотой наногерц», — сказал Шеннон. «Я хотел бы предостеречь общественность и ученых не переоценивать результаты. Я думаю, что в ближайшие год или два появятся доказательства относительно природы сигнала».

Другие команды также работают над использованием массивов синхронизации пульсаров для обнаружения гравитационных волн. OzGrav является частью Parkes Pulsar Timing Array, которая вскоре выпустит анализ своих 14-летних наборов данных.

Этот момент можно отнести к рождению Солнца, главного источника энергии, движения и жизни для Земли и других планет, спутников и бесчисленных малых тел Солнечной системы. Но и само появление звезды стало результатом длинной череды событий, периодов долгого неторопливого развития и нескольких космических катастроф.

В начале был водород – плюс несколько меньше гелия. Лишь эти два элемента (с примесью лития) наполняли молодую Вселенную после Большого взрыва, и звезды первого поколения состояли только из них. Однако, начав светить, они изменили все: термоядерные и ядерные реакции в недрах звезд создали весь ряд элементов вплоть до железа, а катастрофическая гибель самых больших из них во взрывах сверхновых – и более тяжелые ядра, включая уран. До сих пор на водород и гелий приходится не менее 98% всей обычной материи космоса, но звезды, которые образовались из пыли предыдущих поколений, содержат примеси других элементов, которые астрономы с некоторым пренебрежением совокупно называют металлами.

Каждое новое поколение звезд отличается все большей «металличностью», и Солнце не исключение. Его состав однозначно показывает, что звезда сформировалась из вещества, прошедшего «ядерную переработку» в недрах других звезд. И хотя многие детали этой истории еще ждут объяснения, в целом клубок событий, который привел к появлению Солнечной системы, кажется вполне распутанным. Копий вокруг него было сломано немало, однако современная небулярная гипотеза стала развитием идеи, появившейся даже раньше открытия законов гравитации. Еще в 1572 году Тихо Браге объяснял появление на небе новой звезды «сгущением эфирного вещества».

Звездная колыбель
Понятно, что никакого «эфирного вещества» не существует, а звезды образуются из тех же элементов, что и мы сами, – точнее, наоборот, это мы сложены из атомов, созданных ядерным синтезом звезд. На них приходится львиная доля массы вещества Галактики – остается не более нескольких процентов свободного диффузного газа для рождения новых светил. Но это межзвездное вещество распределяется неравномерно, местами образуя сравнительно плотные облака.

Несмотря на довольно низкую температуру (лишь несколько десятков и даже единиц градусов выше абсолютного нуля), здесь происходят химические реакции. И хотя почти всю массу таких облаков по-прежнему составляют водород и гелий, в них появляются десятки соединений, от углекислого газа и цианида до уксусной кислоты и даже многоатомных органических молекул. В сравнении с довольно примитивным по устройству веществом звезд такие молекулярные облака – это следующая ступенька в эволюции сложности материи. Недооценивать их не стоит: они занимают не больше процента объема диска Галактики, но зато на них приходится около половины массы межзвездного вещества.

Отдельные молекулярные облака могут иметь массу от нескольких солнц до нескольких миллионов. Со временем их строение усложняется, они фрагментируются, образуя довольно сложные по структуре объекты с внешней «шубой» из сравнительно теплого (100 К) водорода и холодными локальными компактными уплотнениями – ядрами – ближе к центру облака. Такие облака живут недолго, вряд ли больше десятка миллионов лет, зато здесь происходят таинства космических масштабов. Мощные, быстрые потоки вещества перемешиваются, закручиваются и собираются все плотнее под действием гравитации, становясь непрозрачными для теплового излучения и нагреваясь. Нестабильной среде такой протозвездной туманности достаточно толчка, чтобы перейти на следующий уровень.
«Если гипотеза о сверхновой верна, то она произвела лишь начальный толчок к образованию Солнечной системы и более никакого участия в ее рождении и эволюции не принимала. В этом отношении она не праматерь, а скорее праотец». Дмитрий Вибе

Праматерь
Если масса «звездной колыбели» гигантского молекулярного облака составляла сотни тысяч масс будущего Солнца, то сгустившаяся в нем холодная и плотная протосолнечная туманность была лишь в несколько раз тяжелее него. Существуют разные гипотезы о том, что вызвало ее коллапс. На одну из самых авторитетных версий указывает, например, исследование современных метеоритов, хондритов, вещество которых образовалось еще в ранней Солнечной системе и более 4 млрд лет спустя оказалось в руках земных ученых. В составе метеоритов обнаруживаются и магний-26 – продукт распада алюминия-26, и никель-60 – результат превращений ядер железа-60. Эти короткоживущие радиоактивные изотопы образуются только во взрывах сверхновых. Такая звезда, погибшая недалеко от протосолнечного облака, могла стать «праматерью» нашей системы. Этот механизм можно назвать классическим: ударная волна сотрясает все молекулярное облако, сжимая его и заставляя разделяться на фрагменты.

Однако роль сверхновой в появлении Солнца часто подвергается сомнению, и не все данные подтверждают эту гипотезу. По другим версиям, протосолнечное облако могло сколлапсировать, например, под давлением потоков вещества от близкой звезды Вольфа – Райе, отличающейся особенно большой яркостью и температурой, а также высоким содержанием кислорода, углерода, азота и других тяжелых элементов, потоки которых наполняют окружающее пространство. Впрочем, и эти «гиперактивные» звезды существуют совсем недолго и заканчивают жизнь взрывами сверхновых.

С того знаменательного события прошло больше 4,5 млрд лет – весьма приличное время, даже по меркам Вселенной. Солнечная система совершила десятки оборотов вокруг центра Галактики. Звезды кружились, рождались и умирали, появлялись и распадались молекулярные облака – и так же, как нет никакой возможности выяснить форму, которую еще час назад имело обычное облако в небе, мы не можем сказать, каким был тогда Млечный Путь и где именно на его просторах затерялись останки звезды, ставшей «праматерью» Солнечной системы. Зато мы более или менее уверенно можем сказать, что при рождении у Солнца были тысячи родственников.

Сестры
Вообще, звезды в Галактике, особенно молодые, почти всегда входят в состав ассоциаций, связанных близким возрастом и совместным групповым движением. От двойных систем и до многочисленных ярких скоплений, в «колыбелях» молекулярных облаков они рождаются коллективами, как при серийном производстве, и даже разлетевшись далеко друг от друга, сохраняют следы общего происхождения. Спектральный анализ звезды позволяет выяснить ее точный состав, уникальный  отпечаток,  «свидетельство о рождении». Судя по этим данным, по количеству сравнительно редких ядер вроде иттрия или бария, звезда HD 162826 образовалась в той же «звездной колыбели», что и Солнце, и принадлежала к тому же скоплению сестер.

Сегодня HD 162826 находится в созвездии Геркулеса, примерно в 110 световых годах от нас – ну а остальные родственники, видимо, где-то еще дальше. Жизнь давно разбросала бывших соседок по всей Галактике, и о них остались лишь крайне слабые свидетельства – например, аномальные орбиты некоторых тел далеко на периферии сегодняшней Солнечной системы, в Поясе Койпера. Похоже, что «семейство» Солнца некогда включало от 1000 до 10 000 молодых звезд, которые образовались из единого газового облака и были объединены в рассеянное скопление общей массой порядка 3 тыс. солнечных масс. Их союз долго не продержался, и группа распалась максимум через 500 млн лет после образования.

Коллапс
Независимо от того, как именно произошел коллапс, что послужило ему толчком и сколько рождалось звезд по соседству, дальнейшие события развивались стремительно. За какую-то сотню тысяч лет облако сжалось, что – в соответствии с законом сохранения момента импульса – ускорило его вращение. Центробежные силы сплюснули вещество в довольно плоский диск диаметром в несколько десятков а.е. – астрономических единиц, равных среднему расстоянию от Земли до Солнца сегодня. Внешние области диска стали быстрее остывать, а центральное ядро – еще сильнее уплотняться и нагреваться. Вращение замедляло падение нового вещества к центру, и пространство вокруг будущего Солнца расчистилось, оно стало протозвездой с более или менее различимыми границами.

Основным источником энергии для него еще оставалась гравитация, но в центре уже начались осторожные термоядерные реакции. Первые 50–100 млн лет своего существования будущее Солнце еще не запустилось на полную мощность, и в нем не происходило характерное для звезд главной последовательности слияние ядер водорода-1 (протонов) с образованием гелия. Все это время оно, видимо, было переменной типа Т Тельца: сравнительно холодные, такие звезды весьма неспокойны, покрыты крупными и многочисленными пятнами, которые служат сильными источниками звездного ветра, раздувающего окружающий газопылевой диск.

На этот диск действовала с одной стороны гравитация, а с другой – центробежные силы и давление мощного звездного ветра. Их баланс вызвал дифференциацию газопылевого вещества. Тяжелые элементы, такие как железо или кремний, оставались на умеренном удалении от будущего Солнца, а более летучие вещества (прежде всего водород и гелий, но также азот, углекислый газ, вода) выносились к окраинам диска. Их частицы, оказавшиеся в медленных и холодных внешних областях, сталкивались друг с другом и понемногу слипались, образуя зародыши будущих газовых гигантов внешней части Солнечной системы.

Родился и так далее
Тем временем сама молодая звезда продолжала ускорять вращение, сжималась и нагревалась все сильнее. Все это усилило перемешивание вещества и обеспечило постоянный приток лития к ее центру. Здесь литий стал вступать в реакции слияния с протонами, выделяя дополнительную энергию. Запустились новые термоядерные превращения, и к моменту, когда запасы лития практически исчерпались, уже началось слияние пар протонов с образованием гелия: звезда «включилась». Сжимающее действие гравитации стабилизировалось расширяющим давлением лучистой и тепловой энергии – Солнце стало классической звездой.

Скорее всего, к этому времени образование внешних планет Солнечной системы уже практически завершилось. Некоторые из них сами были подобны крошечным копиям протопланетного облака, из которого образовались и сами газовые гиганты, и их крупные спутники. Следом – из железа и кремния внутренних областей диска – сформировались и каменистые планеты: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Пятой, за орбитой Марса, не позволил родиться Юпитер: воздействие его гравитации нарушало процесс постепенного накопления массы, и крошечная Церера осталась самым крупным телом главного пояса астероидов, навсегда карликовой планетой.

Молодое Солнце постепенно разгоралось все ярче и излучало все больше энергии. Его звездный ветер вынес из системы мелкий «строительный мусор», а большая часть оставшихся крупных тел упала на само Солнце или его планеты. Пространство расчистилось, многие планеты мигрировали на новые орбиты и стабилизировались здесь, на Земле появилась жизнь. Впрочем, на этом предыстория Солнечной системы уже закончилась – началась история.

Из-за очень низкой температуры, газы становятся жидкостью, Водород стал жидким, а из-за температуры и давления слоев атмосферы он обледенел, принял Сферическую форму, и стал ядром планеты!

Если у Вас стоит маленький знак, то вы будете иметь благословение в какой-то сфере, если большой на всю руку - то будете властелином мира. Трезубец - знак власти.