Что происходит внутри черных дыр? Что было во время Большого Взрыва? Что такое темная материя? Почему Вселенная расширяется? На эти и многие другие сложнейшие вопросы и пытается ответить астрофизика.
Астрофизика — область науки на стыке астрономии и физики, которая изучает физические процессы в космических масштабах. Сфера действия астрофизиков захватывает воображение, будоражит ум и не обходится без смекалки и интуиции. Именно она расскажет и про Большой взрыв и про темную материю.
Астрофизика — не просто отрасль науки, астрофизиками становятся биологи и химики, астронавты и инженеры. Это сложная смесь лучших умов человечества, которые пытаются ответить на фундаментальные ответы грандиознейшей из структур нашей жизни: нашей Вселенной.
На сегодняшний день одной из величайших загадок космологии является темная материя – таинственная субстанция, не поддающаяся непосредственному наблюдению и участвующая в гравитационном взаимодействии. Исследователи полагают, что темная материя способна объяснить не только ряд астрофизических явлений, например движение и скопление галактик, но и само происхождение жизни. Вот только эта таинственная материя полностью невидима, так как не излучает свет или энергию, а значит обнаружить ее невозможно. И хотя физики полагают, что ключ к неуловимой природе темной материи лежит в ее составе, определить последний также не представляется возможным. И все же, надежда умирает последней – недавно Европейское космическое агентство (ЕКА) продемонстрировало первые тестовые снимки, сделанные космическим телескопом «Евклид», с помощью которых физики надеются наконец обнаружить темную материю (и не только). Но это – далеко не все новости.
С огромными масштабами космоса трудно смириться: в одной только нашей Галактике количество звезд составляет примерно 400 миллиардов, а ведь галактик во Вселенной не счесть. Космологи, однако, больше обращают внимание не на цифры – ученые хотят ответить на вопрос о том, как появились все эти звезды и галактики за отведенное им время – 13,8 миллиардов лет. Вот оно – настоящее доисторическое приключение. В конечном итоге жизнь не может развиваться без планет, а планеты – без звезд; звезды, в свою очередь, должны находиться внутри галактик, а галактики не существовали бы без богато структурированной Вселенной, поддерживающей их. Поразительно, но еще совсем недавно казалось, что понять устройство космоса можно с помощью применения небольшого числа физических законов. Вот только целая череда последних научных открытий свидетельствует о том, что Вселенная и ее устройство – намного сложнее и едва ли поддается объяснению.
Первые звезды, вероятно, сильно отличались от тех, что мы видим сегодня. Большинство астрономов считают, что самые первые светила во Вселенной были большими — в сто раз массивнее Солнца — и очень яркими из-за ядерных реакций в своих недрах. Некоторые исследователи, однако, предполагают, что размер и светимость первого поколения звезд является результатом поглощения ими таинственной темной материй – формы материи, которая не взаимодействует со светом и является недоступной для прямого наблюдения. О том, что на просторах Вселенной могут существовать столь необычные объекты, напомнила космическая обсерватория Джеймс Уэбб – недавно астрономы опубликовали снимки трех древних и невероятно больших звезд, с помощью которых можно решить проблемы современной космологической модели и углубить наше понимание темной материи. К тому же, открытие нового типа звезд – событие само по себе интересное.
Согласно заявлению Европейского космического агентства (ЕКА), планета, получившая название LTT9779 b, отражает около 80 процентов света, падающего на нее от звезды, вокруг которой она вращается. Для сравнения, только 30 процентов света нашего Солнца отражается от Земли. А Венера – самая яркая планета нашей Солнечной системы, отражает 75 процентов солнечного света. Исследователи определили, что металлические облака, состоящие в основном из силиката (который состоит из песка и стекла), а также титана, покрывают экзопланету, отражая свет и придавая миру его необычный блеск. Несмотря на то, что «зеркальная» планета впервые привлекла внимание астрономов еще в 2020 году, она, возможно, не должна существовать – все потому, что LTT9779 b является единственной в своем роде (по крайней мере на сегодняшний день).
Астрофизик из Гарвардского университета утверждает, что добился значительного прогресса в поисках внеземной жизни. Профессор Ави Леб заявил, что он, возможно, обнаружил фрагменты инопланетной технологии в метеорите размером с баскетбольный мяч, который в 2014 году врезался в атмосферу Земли и упал в западную часть Тихого океана. Согласно сообщениям СМИ, Леб и его команда перевезли материалы в Гарвард для дальнейших исследований. Коллеги Леба практически уверены в том, что метеорит попал на Землю из другой звездной системы, а правительство Великобритании предоставило исследовательской группе уточненные данные о возможном месте приземления НЛО. По словам Лоеба, метеорит двигался со скоростью, в два раза превышающей скорость почти всех звезд недалеко от Солнца. Всего найдено 10 фрагментов метеорита, которые представляют собой почти идеальные сферы или металлические шарики, окрашенные в золотой, синий и коричневый цвета.
Недавно компания Tencent выпустила научно-фантастический сериал по мотивам романа китайского фантаста Лю Цысиня «Задача трех тел», действие разворачивается в 2006 году, когда нанотехнолог Ван Мяо становится свидетелем странных событий в мировой науке, а его коллеги заканчивают жизнь самоубийством. Отметим, что и роман и телеадаптация относятся к жанру твердой научной фантастики, а Лю Цысиня многие сравнивают с Айзеком Азимовым. Так, само название произведения отсылает к классической проблеме в области небесной механики, в которой рассматривается движение трех тел, взаимодействующих друг с другом посредством гравитации. Задача, по сути, не имеет решения – предсказать движение трех небесных объектов в долгосрочной перспективе невозможно. И хотя на первый взгляд задача не кажется сложной, она демонстрирует как устройство Вселенной, так и нашу ограниченность ее познания.
Через 400 000 лет после Большого взрыва первичная плазма зарождающейся Вселенной начала остывать, что привело к образованию первых атомов. Затем появилось реликтовое излучение – тепловое излучение, равномерно заполняющее Вселенную и распространяющееся во всех направлениях. Этот космический микроволновый фон (CMB), впервые зарегистрированный в 1965 году, удалось зафиксировать с помощью современных телескопов и увидеть какой была Вселенная вскоре после своего рождения. Сегодня мощные астрономические инструменты позволяют создавать каталоги и карты, отображающие не только галактики и небесные тела, но и крупномасштабные структуры Вселенной. Считается, что они формировались миллиарды лет по мере расширения и «старения» нашего мира. Но вот что особенно интересно – недавно исследователи пришли к выводу, что все вещество во Вселенной, будь то темная материя или плазма, расположено неравномерно. Если создатели новой, самой подробной карты Вселенной правы, то наши представления о космосе придется пересмотреть.
Когда Купер – главный герой знаменитого «Интерстеллар», пересекает горизонт событий черной дыры и попадает в четырехмерное пространство, то ̶з̶а̶с̶т̶р̶е̶в̶а̶е̶т̶ ̶в̶ ̶к̶о̶м̶н̶а̶т̶е̶ ̶с̶в̶о̶е̶й̶ ̶д̶о̶ч̶е̶р̶и̶ может видеть любые объекты и исходящие от них «нити» времени. Но что на самом деле происходит внутри этих космических монстров? Общая теории относительности (ОТО) гласит, что за горизонтом событий скрывается сингулярность, а значит пространство и время сжимаются. Формально, сингулярность – это точка, в которую сколлапсировал материал, образующий черную дыру, а известные нам законы физики там попросту не работают. Ученые, однако, не исключают и другие варианты. Стивен Хокинг, например, предполагал, что черные дыры могут быть порталами в другие вселенные. Но как узнать что находится внутри, если ни один человек никогда не сможет там оказаться? Ответ на этот вопрос могут подсказать гравитационные волны и компьютерное моделирование.
Среди бесчисленного множества космических объектов, самыми загадочными являются черные дыры – области пространства-времени, сила притяжения которых настолько велика, что даже фотоны света не могут вырваться за пределы их горизонта событий. Считается, что сверхмассивные черные дыры находятся в центрах галактик и Млечный Путь – не исключение. И хотя наши знания о Вселенной и ее обитателях ограничены, ученые продолжают собирать их по крупицам. По мере развития технологий важнейшим научным инструментом стали компьютерные модели – с их помощью исследователи разработали реалистичные модели Вселенной. Более того, ранее в этом году команда физиков из Амстердамского университета смоделировала горизонт событий черной дыры в лаборатории. Может показаться удивительным, однако искусственная черная дыра начала испускать излучение, как и предполагал знаменитый физик-теоретик Стивен Хокинг. Это открытие, вероятно, позволит ученым разработать совершенно новую физическую теорию, сочетающую общую теорию относительности (ОТО) и принципы квантовой механики. Но как?
Человечество можно назвать амбициозным видом. Мы живем на маленькой планете, вращающейся вокруг обыкновенной звезды и все же стремимся разгадать все тайны Вселенной. Возьмем, к примеру, темную материю. Считается, что она составляет большую часть материи в галактиках, однако наблюдать ее невозможно – эта таинственная субстанция не взаимодействует с электромагнитным излучением. Мы знаем о ее предполагаемом существовании благодаря гравитационному эффекту, который она оказывает на наблюдаемые нами объекты. Сегодня и темная материя и темная энергия являются основными столпами ведущей космологической модели. Недавно в журнале Astronomy and Astrophysics вышло исследование, в котором перечислены доказательства существования темной материи в самых первых галактиках во Вселенной. Но если ученые ошибаются и никакой темной материи/энергии на самом деле не существует, наши представления об устройстве мироздания придется пересмотреть. А это, согласитесь, серьезно.