Для подрастающего поколения (Вселенная)

[skroznik]

Через миллиарды лет из этих двух галактик останется только одна. Но до тех пор, спиральные галактики NGC*2207 и IC*2163 будут медленно рвать друг друга на куски, создавая приливные потоки вещества, полотнища горячего газа за ударными волнами, дорожки темной пыли, вспышки звездообразования и вереницы выброшенных звезд. Астрономы предсказывают, что NGC*2207, более крупная галактика слева на снимке, в конечном счете присоединит к себе IC*2163, меньшую галактику справа. При самом сильном сбли-жении, которое произошло 40 миллионов лет назад, меньшая галактика повернулась против часовой стрелки и теперь расположена немного дальше крупной галактики. Расстояния между звездами столь огромны, что когда галактики сталкиваются, звезды в них обычно не испытывают столкновений.

[skroznik]

11 лет назад впервые опубликованы результаты исследований, свидетельствовавших о том, что энергия Вселенной в основном заключается не в звездах и галактиках, но связана с пространством как таковым. На языке космологов это звучит так: определяемая по новым данным наблюдений далеких сверхновых, космологическая постоянная имеет большую величину. Предположения о существовании космологической постоянной (или Ламбда-член в уравнениях Эйнштейна) не являются новыми, они имелись уже в начале эпохи современной релятивистской космологии. Такие заявления довольно необычны в среде астрономов по нескольким причинам. Потому что космологическая постоянная не похожа на известные компоненты Вселенной. Потому что ее величина ограничивается другими наблюдениями. И, кроме того, более ранние менее странные космологические теории без Ламбда-члена вполне удовлетворительно описывают наблюдательные данные. Что же здесь противоречивого? Ведь методы наблюдений просты и надежны. На протяжении этих 11-ти лет разные группы астрономов независимо продолжали накапливать данные, которые как будто подтверждали наличие темной энергии и тревожащие свидетельства об ускоренном расширении Вселенной в настоящее время. На сегодняшней картинке показана фотография, полученная одной из этих групп. На фотографии запечатлена сверхновая, которая вспыхнула в 1994 году на окраинах спиральной галактики.

[skroznik]

Построена новая карта с высоким разрешением, показывающая распределение во Вселенной микроволнового фонового излучения, возникшего всего лишь 380 000 лет спустя после Большого Взрыва. Анализ этой карты позволил получить новые, более точные данные о строении нашей Вселенной. Интересные результаты, полученные в прошлом году орбитальной космической станцией (WMAP) им. Вилкинсона (Wilkinson), измеряющей анизотропию микроволнового фонового излучения, помогают дать ответы на некоторые давнишние вопросы, накопившиеся в космологии из-за недостатка точных данных. В частности, анализ приведенной на рисунке карты всего неба, построенной по результатам WMAP, дает следующие результаты: возраст Вселенной составляет 13,7 миллиарда лет (с точностью до 1%); она состоит на 73% из темной энергии, на 23% из холодной и темной материи и только на 4% из атомов. В настоящее время Вселенная расширяется со скоростью 71 км/с/Мпс (с точностью до 5%), хотя в прошлом испытала ряд эпизодов быстрого расширения (инфляции). Параметры Вселенной таковы, что она будет неограниченно расширяться и в дальнейшем (???).
Эта картина впервые была предсказана в пионерских работах Сахарова и Зельдовича более тридцати лет назад. Соответствующие кривые (разложение по сферическим функциям) носят их имена.

[skroznik]

В далеком инфракрасном свете светятся Солнечная система, наша Галактика и Вселенная. Сегодняшняя картинка, представленная в условных цветах, является проекцией всего инфракрасного неба. Данные для построения этой картинки собирались в течение нескольких лет автоматическим спутником по исследованию космического фона (COBE). Слабое свечение в виде голубой буквы S обусловлено зодиакальным светом Солнечной системы, излучением мелких кусочков камней и пыли, расположенных между Солнцем и орбитой Юпитера. Наша Галактика ответственна за яркую полосу света, проходящую по горизонтали. В основном это излучение пыли, находящейся в диске Млечного Пути. Если внимательно присмотреться к картинке, можно разглядеть, что фон не полностью темный. Это означает, что Вселенная слабо светится. За это ответственна пыль, которая осталась после образования звезд.

[skroznik]

Что изображено на этой черно-бело-красной картинке? Это наша Вселенная. В обширном море темноты нет ни одной знакомой яркой звезды, но есть только пыль, которая светится преимущественно в далеком инфракрасном свете. Эта космологическая пыль была недавно открыта по данным Спутника по исследованию космического фона и видна на картинке в виде диффузного свечения. Знания о количестве пыли во Вселенной важны, т.к. это дает нам число звезд, которые образуют пыль, число звезд, скрытых от нас, а также величину отклонений в измерениях далекой Вселенной.

[skroznik]

Что бы мы увидели, если бы наши глаза были чувствительны к гамма-лучам? В таком случае небо для нас было бы заполнено игристым свечением высокой энергии от экзотических и загадочных объектов Вселенной. В начале 1990-х годов орбитальная обсерватория им. Комптона сделала эту первую кар-ту всего неба в гамма-лучах. Гамма-фотоны в 40 миллионов раз энергичнее фотонов видимого света. На этой карте, представленной в условных цветах, плоскость Галактики, проходящая горизонтально, светится диффузным светом. Яркие пятна в галактической плоскости справа от центра являются пульсарами – вращающимися замагниченными нейтронными звездами, образованными при разрушительных взрывах звезд. Над и под плоскостью Галактики видны квазары, светящие как маяки с краев Вселенной. Считается, что квазары светят за счет находящихся в них сверхмассивных черных дыр. Происхождение множества более слабых источников остается неизвестным.

[skroznik]

Межзвездное пространство заполнено облаками очень разреженного газа, состоящего преимущественно из водорода. Атом нейтрального водорода (или HI) состоит из протона и электрона. Протон и электрон вращаются подобно волчку. Их оси вращения могут иметь только две ориентации: параллельную и антипараллельную. В атоме водорода в межзвездной среде изменение ориентации спина из параллельной в антипараллельную происходит очень редко. Зато когда конфигурация изменяется, атом излучает ра-диоволны с длиной волны 21 см (1420 МГц). Настроенные на эту частоту радиотелескопы составили карты распределения нейтрального водорода на небе. На сегодняшней картинке представлена карта распределения HI по всему небу. Плоскость нашей Галактики проходит горизонтально через центр. Картинка представлена в условных цветах. На картинке не видно звезд, видны только диффузные газовые облака вбли-зи плоскости Галактики размером от десяти до ста световых лет. Газовые облака образуют арочные и петлеобразные структуры, выдутые в результате активности звезд в диске Галактики.

[skroznik]

Распределены ли ближайшие галактики случайным образом? В рамках "Обзора всего неба на длине волны 2 микрона" было построено изображение более миллиона ярких протяженных объектов. Процедура показала, что объекты распределены вовсе не случайно. Большая часть этих инфракрасных протяженных источников являются галактиками. На фото Вы видите структуру, которая поможет судить о том, как формировалась и эволюционировала Вселенная. Многие галактики связаны гравитационно в скопления, которые в свою очередь более свободно связаны в сверхскопления. Сверхскопления выстраиваются в четко определенные крупномасштабные структуры. И только голубоватая вуаль, опоясывающая фото поперек, обусловлена свечением самых ярких звезд нашей Галактики.

[skroznik]

Наша планета не находится в покое. Во-первых, Земля обращается вокруг Солнца. Солнце вместе со всей Галактикой вращается вокруг центра Млечного Пути. Млечный Путь как-то движется в Местной Группе галактик. Местная группа движется в направлении на скопления галактик в Деве. Однако скорости, с которыми все эти объекты движутся, намного меньше скорости, с которой эти объекты все вместе движутся относительно космического микроволнового фона. На картинке представлена карта всего неба, составленная спутником по исследованию космического фона COBE. Излучение, приходящее с направления, в сторону которого движется Земля, смещено в синюю область спектра и как будто горячее. А излучение, приходящее с противоположной стороны, смещено в красный диапазон - и выглядит более холодным. По карте ученые определили, что Местная группа движется со скоростью 600 км/с относительно этого первичного излучения. Такое большое значение этой скорости неожиданно. Почему мы движемся так быстро? Что же находится вовне?
Заметка: Сотрудник космического центра Годарда НАСА Джон Мазер и профессор Калифорнийского университета в г. Беркли Джорж Смут играют существенные роли в проекте COBE. За их вклад в открытия COBE им была вручена Нобелевская премия по физике за 2006 год

[skroznik]

Недавние наблюдения показали, что следующие 100 миллионов лет карликовая галактика в Стрельце будет еще раз вторгаться в диск Млечного Пути. На картинке карликовая в Стрельце показана в виде протяженной неправильной структуры ниже центра Галактики. Карликовая в Стрельце ближайшая среди 9 маленьких карликовых сфероидальных галактик, которые обращаются вокруг нашей Галактики. Не беспокойтесь, нашей Галактике ничего не угрожает, но карликовой в Стрельце грозит разрывание на куски гравитационными приливными силами. Судя по орбите карликовой галактики в Стрельце, она проходила через нашу Галактику уже несколько раз до этого и при этом выжила! Возможно, что в этой галактике содержится большое количество разреженной темной материи, благодаря чему галактика осталась гравитационно связанной после этих столкновений.

[skroznik]

По всей Вселенной разбросаны "деревья" водорода, который поглощает свет от далеких объектов. Эти газовые облака оставляют многочисленные линии поглощения в спектрах далеких квазаров. Совокупность этих линий и называется лес Лайман-альфа. Свет от далеких квазаров поглощается б'ольшим количеством облаков Лайман-альфа, чем близкие квазары. Это говорит о том, что в ранней Вселенной существовали "заросли" Лайман-альфа. На картинке представлено посчитанное с помощью компьютера распределение облаков Лайман-альфа на красном смещении, равном 3. Ребро куба имеет длину 30 миллионов световых лет.

[skroznik]

На этой фото, сделанной в 1994 году космическим телескопом им. Хаббла, каждый яркий объект является галактикой. Очень интересно, что большинство этих галактик спиральные. Это богатое скопление галактик обозначается CL 0939+4713 и находится на расстоянии, равном половине наблюдаемой Вселенной. На подобных фото видно, что в прошлом скопления состояли преимущественно из спиральных галактик, тогда как более близкие скопления состоят преимущественно из эллиптических галактик.

[skroznik]

Одинокий объект RX J1856.5-3754 образовался из сколлапсировавшего ядра взорвавшейся звезды. Эта ближайшая из известных нейтронных звезд находится на расстоянии 180 световых лет. Миниатюрная махина с массой больше солнечную и диаметром всего 20 км несется сквозь облака межзвездного водорода и пыли со скоростью ~200 км/с. Благодаря очень высокой температуре поверхности ~700 000 градусов - нейтронную звезду можно наблюдать на космических рентгеновских телескопах. К своему великому удивлению оптические астрономы недавно обнаружили, что RX J1856.5-3754 еще и окружена конической туманностью (отмечена на приведенном здесь глубоком снимке с телескопа Кейен Европейской Южной Обсерватории), которая ярко светится, благодаря красному излучению ионизированных атомов водорода в процессе их рекомбинации с электронами. Своей конической формой туманность напоминает вол-ну от носа плывущего по воде корабля. Слабое голубое пятнышко вблизи вершины конуса - это сама нейтронная звезда. По-видимому, туманность образовалась очень близко от поверхности нейтронной звезды и астрономы сейчас пытаются установить, действительно ли наблюдаемые плотности и температуры позволяют объяснить внешний вид объекта.

[skroznik]

Известно, что иногда даже люди с острым зрением видят миражи. Вокруг изображенной в центре фотографии красной галактики находится четыре голубых "пятнышка". На самом деле каждое из этих пятнышек является изображением одного и того же(!) квазара. Центральная галактика находится ближе, лежит на луче зрения перед ним. Вследствие эффекта гравитационного линзирования, гравитационное притяжение, вызванное большой массой галактики, разделяет изображение квазара на несколько, видимых вокруг гравитирующей массы. Таким образом мы наблюдаем гравитационный мираж! Астрономы считают, что по разнице времени прохождения лучей света от этих изображений можно не только узнать массу центральной галактики, но и уточнить параметры скорости расширения и состав нашей Вселенной.

[skroznik]

Мощный источник рентгеновского излучения был зарегистрирован в Большом Магеллановом облаке. Такое излучение формируется в очень необычной двойной системе, которая состоит из нормальной и компактной звезд, обращающихся друг вокруг друга. Газ нормальной звезды стекает с нее, падает на компактный компаньон, разогревается и испускает рентгеновское излучение. Рентгеновские лучи, излучаемые системой, ионизуют атомы в области до нескольких световых лет. Электроны рекомбинируют, в результате чего некоторые атомы вновь излучают рентгеновские кванты. Движение в двойной системе показывают, что масса компактной звезды велика, около пяти солнечных масс. Такой массы достаточно, чтобы произошел коллапс нейтронной звезды и образовалась черная дыра. Вероятно, компактная звезда в этой двойной системе является черной дырой.

[skroznik]

Объект SS433 является одной из наиболее экзотических из известных звездных систем. Такое невзрачное имя этот объект получил из-за того, что включен в каталог звезд, испускающих типичное излучение атомарного водорода. Характер излучения этого источника особенный из-за присутствия в системе компактного объекта, черной дыры или нейтронной звезды, около которого образуются аккреционный диск и струи вещества (джеты). Вы видите рисунок с изображением объекта SS433, основанный на наблюдательных данных. Массивная горячая звезда (слева) вращается вокруг компактного объекта. Вещество перетекает с горячей звезды в аккреционный диск, окружающий компактный объект, который в свою очередь выбрасывает в противоположных направлениях два джета ионизированного вещества. Скорость этих потоков составляет около 1/4 скорости света! Свет джета, наклоненного в сторону наблюдателя, смещен в синий диапазон спектра, а свет джета, наклоненного от наблюдателя - в красную. Период этой двойной системы равен 13 дням. Джеты прецессируют (подобно вращающемуся волчку, описывающему круги) с периодом 164 дня. Можно ли считать, что джеты в системе SS433 такие же, как джеты, выбрасываемые черными дырами, находящимися в центрах галактик?

[skroznik]

Это сейфертовская спиральная галактика типа 2, обозначенная NGC 3393. Латинская буква "S" это полоса звезд, газа и пыли, вращающиеся вокруг ядра галактики. Из-за такого яркого ядра эту галактику относят к галактикам Сейферта, а из-за инфракрасного свечения пыли в центре ее классифицируют как "тип 2". Сейфертовские галактики обладают очень мощным по энерговыделению ядром, похожим на более яркие квазары. Ученые полагают, что в центрах сейфертовских галактик имеются черные дыры. Маленькие черточки и пятнышки на картинке обусловлены попаданием в фотоприемник космических лучей и не связаны со структурой галактики.

[skroznik]

Вы видите довольно обычный квазар. Однако квазары сильно отличаются от большинства известных небесных объектов. Из двух ярких объектов на этой фотографии квазаром является левый. Справа от квазара находится звезда, слабый объект немного выше - эллиптическая галактика, у верхнего края картинки - две взаимодействующие спиральные галактики. На фото квазары выглядят как точечные объекты, типа звезд, поэтому до 1960-х годов считалось, что это разновидность звезд. Теперь мы знаем, что самые яркие квазары находятся на границе наблюдаемой Вселенной и являются самыми далекими известными объектами. Квазары являются ядрами галактик и излучают во много раз больше энергии, чем остальная часть галактики. Ядра многих близких галактик, а также центр нашей Галактики имеют много общего с квазарами. Пока неизвестено точно, какой механизм отвечает за такое высокое энерговыделение и яркость квазаров. Однако общепринятой является модель, в которой квазар содержит сверхмассивную черную дыру. Эта фотография представляет собой конец некоторого этапа шестилетней работы космического телескопа им. Хаббла - она является юбилейной - стотысячной к 22 июня 1996 года.

[skroznik]

Самые большие телескопы Мира настроились на этот слабый затухающий источник. Почему? Потому что это может быть впервые найденный активный оптический двойник гамма-всплеска. Если это действительно так, то оптическое послесвечение поможет выяснить, каково расстояние до этого загадочного класса астрономических объектов. Проводились наблюдения во многих длинах волн, чтобы посмотреть на то, где рождаются затухающие послесвечения. На фото Вы видите два снимка оптического транзиента. Стрелками показаны положения оптического транзиента, который за неделю успел почти погаснуть. Оптический транзиент наблюдался также космическим телескопом им. Хаббла и телескопом Кека. Однако пока исследователи не нашли ответа на фундаментальные вопросы, касающиеся природы гамма-всплесков и их послесвечений. Движутся ли оптические транзиенты? Есть ли за оптическими транзиентами слабые галактики или это продолжающееся излучение, которое также затухает? Даже наблюдений самых сильных телескопов не хватает, чтобы разрешить загадку гамма-всплесков!

[skroznik]

Центр нашей Галактики полон сюрпризов. Последний сюрприз состоит в свечении загадочного облака в гамма-лучах за счет аннигиляции вещества с антивеществом! В межзвездной среде оказываются перемешенными вещество (электроны) и антивещество (позитроны). Эти частицы катастрофически аннигилиуют с превращением их массы в энергию согласно формуле Эйнштейна E = mc^2. Энергия от аннигиляции электронов с позитронами излучается в гамма-лучах с энергией фотонов 511 000 эВ. В процессе поиска этих высокоэнергичных фотонов Ориентированный сцинтилляционный спектрометр на борту орбитальной гамма-обсерватории Комптона недавно составил карту области центра Галактики. Как и ожидалось, на карте показано гамма-излучение от аннигиляции как яркое пятно в галактическом центре и более слабое излучение вдоль галактической плоскости. Удивительно, но также было открыто большое облако излучения от анниги-ляции диаметром 4000 световых лет на высоте 3500 световых лет над галактическим центром. Откуда взялось это облако? Возможно присутствие облака обусловлено фонтаном позитронов, бьющим из галактического центра. Настоящие предположения об этом источнике позитронов предполагают разрушительное и экзотическое окружение вокруг областей звездообразования, столкновений нейтронных звезд и присутствия черных дыр в центре Галактики. Есть ли еще где-нибудь в нашей Галактике такие облака?