Спиральная сейфертовская галактика NGC 5495, находящаяся на расстоянии около 300 миллионов световых лет от Земли, которая наделена особенно яркой центральной областью.
Сейфертовской называется галактика с чрезвычайно активным ядром, которое представлено "прожорливой" сверхмассивной черной дырой, разгоняющей приближающиеся газопылевые облака до гигантских скоростей (несколько тысяч километров в секунду).
Примечательно, что некоторой части газа, разогретого до миллионов градусов Цельсия, все же удается "убежать" от черной дыры; этот раскаленный поток сталкивается с холодными облаками газа, передает им энергию и запускает звездообразование. Выходит, что активные черный дыры — одна из причин рождения звезд.
Обратите внимание на несколько звезд в кадре, от которых как бы исходят четыре шипа. Эти звезды являются частью Млечного Пути, расположившись между Землей и NGC 5495, а шипы — оптические артефакты.
Снимок был получен космическим телескопом NASA/ESA "Хаббл" 26 сентября 2022 года.
Но почему именно этот крошечный мир со средним диаметром в 504 километра может стать местом, где мы впервые обнаружим внеземную жизнь?
История началась в 2005 году, когда космический аппарат NASA "Кассини", проработавший в системе Сатурна с 30 июня 2004 года по 15 сентября 2017 года, заметил нечто удивительное — из южного полюса Энцелада вырывались гигантские струи водяного пара и ледяных частиц. Это событие перевернуло наше представление о малых ледяных телах Солнечной системы, которые ранее считались геологически мертвыми.
12 марта 2008 года произошло еще более удивительное событие — "Кассини" совершил невероятно смелый маневр, пролетев сквозь один из этих водяных шлейфов, чтобы поймать несколько кристаллов льда. Анализ данных показал:
Вода подледного океана Энцелада оказалась соленой, с содержанием органических молекул и химических соединений, удивительно похожих на те, что обнаружены в глубинах земных океанов.
В составе шлейфов было зафиксировано аномально высокое содержание метана — газа, который на Земле часто является продуктом жизнедеятельности организмов.
В 2018 году анализ данных выявил наличие сложных органических молекул с массой более 200 атомных единиц — это уже непосредственные предшественники аминокислот, строительных блоков жизни. Кроме того, были найдены соединения фосфора, которые крайне необходимы для образования ДНК.
Все эти открытия подтвердили существование под ледяной корой Энцелада глобального океана жидкой воды глубиной до 10 километров. Но почему обнаружение жизни именно здесь стало бы настоящей научной революцией?
Ответ кроется в невероятном расстоянии. Энцелад удален примерно на 1,4 миллиарда километров от Земли. Если мы обнаружим там жизнь, которая однозначно возникла независимо от земной, это будет означать, что в одной только нашей Солнечной системе жизнь зародилась минимум дважды.
А если такое произошло в пределах одной планетной системы, то какова вероятность, что среди миллиардов звезд в нашей Галактике жизнь — это очень редкое, уникальное явление? Практически нулевая. Обнаружение даже простейших микроорганизмов на Энцеладе будет означать, что наша Вселенная, скорее всего, кишит жизнью.
Особенность Энцелада также в том, что его гейзеры буквально выбрасывают образцы подледного океана в космос. Нам не нужно бурить километры льда, чтобы добраться до воды — достаточно отправить новый космический аппарат, оснащенный самыми продвинутыми инструментами, который будет пролетать сквозь шлейфы, собирать образцы и осуществлять беспрецедентный анализ прямо на месте. Гейзерная активность делает Энцелад гораздо более доступным для исследований, чем другие миры с подповерхностными океанами, такие как Европа и Ганимед (спутники Юпитера).
Учитывая ограниченное количество энергии и питательных веществ в океане этого маленького спутника, ученые предполагают, что если жизнь там и существует, то она, вероятно, представлена простейшими микроорганизмами. Но даже такое открытие полностью перевернет наше понимание распространенности жизни во Вселенной.
Миссия NASA Europa Clipper, запущенная 14 октября 2024 года, хоть и направляется к юпитерианской Европе, она даст нам бесценный практический опыт дистанционного исследования подледных океанов. Ученые надеются, что в обозримом будущем получит финансирование миссия NASA Enceladus Life Finder, целью которой будет сбор гейзерных образцов и их изучение. Enceladus Life Finder — наша возможность получить ответ на один из самых волнующих вопросов: одиноки ли мы во Вселенной?
Каждый, кто видел снимки миссий "Аполлон", наверняка обращал внимание на удивительно четкие следы, оставленные астронавтами на лунной поверхности. Но как это возможно, если на земном спутнике нет воды, плотной атмосферы и в целом привычных нам условий?
На Земле самые четкие следы остаются на влажных поверхностях — снегу, грязи или глине. Вода выступает связующим звеном, скрепляя частицы материала и позволяя им сохранять форму. Однако на сухом песке следы быстро исчезают — песчинки слишком крупные, а силы сцепления между ними очень слабые. Земная гравитация заставляет их "перестраиваться", и отпечаток тут же теряет четкость.
Интересно, что добавление воды усиливает сцепление между песчинками благодаря ее полярности. Но другие жидкости, например фреон, наоборот, могут повысить сыпучесть песка.
Лунный реголит: сухой, но "липкий"
Лунная поверхность покрыта слоем мелкой пыли, известной как реголит. По консистенции она напоминает сухой тальк или пудру. Частицы лунной пыли в разы мельче земных песчинок, а гравитация на Луне слабее в шесть раз. Но что же удерживает эти частицы вместе, создавая четкие следы?
Ключевую роль здесь играют электростатические силы. На Луне, где нет атмосферы, частицы пыли интенсивно электризуются под воздействием солнечного ветра и ультрафиолетового излучения. Это создает силы сцепления, которые "склеивают" частицы между собой. Таким образом, следы астронавтов — это результат "перетягивания каната" между лунной гравитацией, которая тянет пыль вниз, и электростатическими силами, которые удерживают приданную ей форму.
Следы на века
Благодаря отсутствию ветра и воды лунные следы могут сохраняться невероятно долго — миллионы или даже миллиарды лет. Однако солнечный ветер — поток заряженных частиц от Солнца — постепенно "выветривает" поверхность Луны, разрушая верхний слой реголита. Тем не менее следы астронавтов исчезнут полностью только в случае столкновения с метеоритом или другого масштабного космического катаклизма.
Вопрос о существовании разумной жизни за пределами Земли остается одной из величайших загадок для современной науки. Сегодня, когда современные космические телескопы регулярно открывают новые экзопланеты, а наши представления о масштабах Вселенной постоянно расширяются, поиск внеземных цивилизаций перешел из области фантастики в сферу серьезных научных исследований.
В основу этой статьи легли размышления профессора Джонти Хорнера из Центра астрофизики Университета Южного Квинсленда.
По мнению ученого, существование разумной жизни во Вселенной не вызывает сомнений. Однако главная проблема заключается в том, достаточно ли близко находятся другие цивилизации, чтобы человечество могло их обнаружить и, возможно, даже вступить с ними в контакт.
Масштабы космоса
Космическое пространство невероятно велико. За последние несколько десятилетий астрономы доказали, что планетные системы — это не редкость, а правило: практически у каждой звезды есть планеты. Наша галактика Млечный Путь насчитывает около 400 миллиардов звезд. Если предположить, что на орбите каждой из них находится в среднем по пять планет, то только в нашей Галактике существует два триллиона планет. При этом современная наука установила поразительный факт: в наблюдаемой Вселенной галактик больше, чем планет в Млечном Пути.
При таком колоссальном разнообразии миров представляется практически невозможным, что Земля — единственная планета, на которой возникла жизнь, включая разумную и технологически развитую. Однако обнаружить внеземные цивилизации будет невероятно сложно.
Вероятность обнаружения
Хорнер предлагает рассмотреть следующий сценарий: допустим, только у одной из миллиарда звезд есть планета, на которой могла развиться технологически продвинутая цивилизация, способная заявить о своем существовании во всеуслышание. В таком случае, в Млечном Пути будет около 400 звезд с развитой жизнью. Но наша Галактика настолько огромна — 100 000 световых лет в диаметре — что среднее расстояние между такими звездами составит порядка 10 000 световых лет.
При современном уровне развития технологий такие расстояния делают обнаружение инопланетных сигналов практически невозможным, если только они не обладают мощностью, значительно превосходящей возможности земных передатчиков. Даже если предположить, что некая цивилизация неосознанно распространяет радиоволны по всем направлениям, как это делает человечество, шансы зафиксировать такой сигнал крайне малы.
Таким образом, хотя существование внеземных цивилизаций представляется вполне вероятным с научной точки зрения, поиск доказательств их существования остается одной из сложнейших задач современной астрономии. Возможно, для ее решения потребуются принципиально новые технологии и методы наблюдения, разработка которых станет делом будущих поколений исследователей.
Поверхность Дионы, 1123-километрового спутника Сатурна, поражает контрастами — темные, древние области соседствуют с яркими серо-белыми участками. Эти светлые регионы представляют собой водяной лед, который был обнажен в результате метеоритных ударов и/или тектонической активности.
Преимущественно темный цвет обеспечивает относительно тонкий слой пыли (меньше метра), которая неторопливо оседала на поверхность после бесчисленных столкновений Дионы с "космическими камнями".
Снимок был получен узкоугольной камерой космического аппарата NASA "Кассини" 23 июля 2012 года с расстояния примерно 418 000 километров от спутника.
Около трети массы спутника составляет скалистое ядро, а остальные две трети — водяной лед. Средняя температура на поверхности Дионы составляет -186 градусов Цельсия, так что местный лед настолько тверд, что по механическим свойствам практически не отличается от камня. Это объясняет, почему геологические структуры и ударные образования Дионы способны сохранять столь четкие формы на протяжении миллиардов лет.
Диона совершает полный оборот вокруг Сатурна за 2,737 земных суток (65 часов 41 минуту), находясь на среднем расстоянии в 377 400 километров от планеты. Спутник движется по практически идеальной круговой орбите с эксцентриситетом всего 0,0022 и находится в приливном захвате, подобно нашей Луне, поэтому всегда обращен к Сатурну одной стороной.
Интригующая особенность Дионы — ее магнитное взаимодействие с Сатурном. Во время близких пролетов "Кассини" зафиксировал возмущения в магнитосфере планеты, вызванные Дионой, что позволило предположить существование слабого магнитного поля у самого спутника либо наличие проводящей жидкости под его ледяной корой (соленого подповерхностного океана).
Подповерхностные океаны на спутниках газовых гигантов — не редкость в нашей Солнечной системе. К Европе и Ганимеду у Юпитера, Энцеладу и Дионе у Сатурна и, возможно, Тритону у Нептуна теперь можно добавить еще одного кандидата — Мимас, спутник Сатурна.
Мимас — небольшой спутник Сатурна диаметром всего 396 километров, внешне напоминающий «Звезду Смерти» из киноэпопеи «Звездных войн» из-за огромного 140-километрового кратера Гершель. Поверхность сатурнианского спутника, испещренная множеством ударных образований, не давала ученым никаких намеков на существование жидкого океана под ледяной корой.
Однако данные миссии "Кассини" показали странные неравномерности в орбите этого маленького спутника. Такие аномалии могли быть вызваны двумя причинами:
Наличием каменного ядра очень необычной формы;
Присутствием жидкого подповерхностного океана.
Компьютерное моделирование, проведенное международной командой исследователей, указывает на второй вариант как наиболее вероятный. Первая гипотеза оказалась ошибочной — чтобы вызывать наблюдаемые орбитальные аномалии, ядро Мимаса должно было бы иметь форму блина, что физически крайне маловероятно.
Самый молодой океан Солнечной системы
"Мимас — небольшая луна, и ее сильно кратерированная поверхность не давала никаких намеков на скрытый океан под ней, — объясняет доктор Ник Купер, соавтор исследования из Лондонского университета королевы Марии. — Наше открытие добавляет Мимас в эксклюзивный клуб спутников с подповерхностными океанами, но с особым отличием: его океан удивительно молод, его возраст не превышает 25 миллионов лет".
В зависимости от используемой модели, возраст подповерхностного океана Мимаса может составлять от 2 до 25 миллионов лет. Для сравнения, подповерхностному океану юпитерианской Европы около 4,5 миллиарда лет — примерно столько же, сколько самой Солнечной системе.
Если модели верны, то океан Мимаса надежно изолирован от агрессивной среды космоса ледяным панцирем толщиной от 20 до 30 километров.
"Существование относительно недавно образовавшегося океана делает Мимас главным кандидатом для изучения учеными, исследующими происхождение жизни", — подчеркивает доктор Купер.
Подповерхностный океан Мимаса может подарить ученым уникальную возможность изучить, как быстро могут формироваться условия, потенциально пригодные для возникновения жизни. Если в таком молодом океане будут обнаружены хотя бы предбиотические соединения, то это может полностью изменить наше понимание скорости эволюционных процессов.
Наследие легендарной миссии "Кассини"
Это открытие стало возможным благодаря данным космического аппарата «Кассини» — результату международного сотрудничества NASA, Европейского и Итальянского космических агентств. Зонд провел в системе Сатурна 13 лет, детально изучая планету, ее кольца и многочисленные спутники. Данные, собранные за это время, продолжают приводить к значимым открытиям.
Миссия «Кассини» завершилась 15 сентября 2017 года, когда аппарат был преднамеренно направлен в атмосферу Сатурна, где сгорел, чтобы избежать возможного химического загрязнения потенциально обитаемых спутников, которое могло бы создать ложные биомаркеры при будущих исследованиях.
"Это была замечательная командная работа: коллеги из пяти разных учреждений и трех разных стран объединились под руководством доктора Валери Лэйни, чтобы раскрыть еще одну интересную и неожиданную особенность системы Сатурна", — резюмировал доктор Купер.
Корональные петли на Солнце — гигантские арки раскаленной плазмы, которые могут достигать высоты в сотни тысяч километров над поверхностью нашей звезды.
Эти структуры формируются вдоль линий магнитного поля и содержат вещество с температурой от одного до нескольких миллионов градусов Цельсия.
Самые крупные корональные петли способны вместить до 100 планет размером с Землю, а их основания часто расположены в солнечных пятнах.
Когда магнитные поля, поддерживающие эти петли, дестабилизируются, происходят корональные выбросы массы — явления, способные вызвать геомагнитные бури на Земле и нарушить работу спутников и электрических сетей.
5 июля 2022 года космический аппарат NASA "Юнона" обратил свой взор на юпитерианский спутник Ио, находясь на расстоянии около 80 000 километров от его поверхности.
Воспользовавшись инфракрасным картографом JIRAM (Jovian Infrared Auroral Mapper), зонд получил инфракрасное изображение спутника, которое стало картой вулканической активности одного из его полушарий.
Чем ярче цвет на изображении — тем выше температура, зафиксированная прибором. Каждая яркая точка на поверхности Ио — это активный вулкан, извергающийся в момент наблюдения.
Ио — чемпион Солнечной системы по вулканической активности. На спутнике со средним диаметром всего 3 642 километра насчитывается свыше 400 действующих вулканов. Чем объясняется такая бурная вулканическая активность? Главная причина — мощнейшие приливные силы, возникающие из-за гравитационного воздействия Юпитера и соседних спутников.
Ио находится в 350 000 километрах от газового гиганта (для сравнения, Луна удалена от Земли на 384 400 километров, но Юпитер в 318 раз массивнее нашей планеты), так что Юпитер является источником чудовищных приливных сил. Кроме того, Ио оказался в "гравитационной ловушке" между Юпитером и другими крупными спутниками — Европой и Ганимедом. Их совместное гравитационное воздействие непрерывно "мнет" и "растягивает" Ио, разогревая его недра до экстремальных температур; поверхность спутника периодически поднимается и опускается на 100 метров!
В ходе наиболее интенсивных извержений, вулканы Ио могут "выстреливать" на высоту до 500 километров, отправляя в космическое пространство серу и диоксид серы. Из-за этой активности спутник постоянно "худеет" — по оценкам ученых, около тонны материала в секунду уходит в космическое пространство, большая часть которого захватывается магнитным полем Юпитера, формируя плазменный тор вокруг планеты.
Стоит отметить, что многие яркие точки на изображении представляют собой не просто вулканы, а целые лавовые озера или поля, некоторые из которых покрывают площадь в сотни квадратных километров.
Перед вами Хаос Конамара (лат. Conamara Chaos) — регион хаотического рельефа на поверхности Европы, ледяного спутника Юпитера. Это прямое доказательство того, что в относительно недавнем прошлом поверхность этого интригующего мира претерпела существенные изменения.
На изображениях видны блоки водяного льда неправильной формы, образовавшиеся в результате разлома и движения существующей ледяной коры.
Эти блоки смещались, вращались и даже наклонялись, частично погружаясь в подвижный материал, который представлял собой либо жидкую воду, либо "кашу" (шугу́) из воды и мелких обломков льда.
Особенно интересны молодые разломы, которые пересекают этот регион. Они свидетельствуют о том, что поверхность снова замерзла, превратившись в достаточно хрупкий лед. Этот циклический процесс таяния и замерзания подтверждает гипотезу о существовании подповерхностного океана на Европе.
Что привело к появлению Хаоса Конамара?
Небольшой астероид мог столкнуться с Европой и пробить ее ледяной панцирь, достигнув океана. Это временно растопило область воздействия, заставив фрагменты льда вращаться и смещаться. Учитывая, что средняя температура на поверхности составляет -180 градусов Цельсия, эта динамика продолжалась совсем недолго — вскоре место удара было окутано новым, но более хрупким слоем льда.
Ключевую роль в формировании Хаоса Конамара могли сыграть внутренние геологические процессы. Европа испытывает мощное приливное воздействие со стороны Юпитера и других галилеевых спутников (Ганимеда, Ио и Каллисто). Эти гравитационные силы вызывают значительные деформации и трение внутри спутника, что приводит к нагреву его недр. Такой приливный нагрев может вызывать подъем теплых потоков из океана к ледяной поверхности, локально истончая и разрушая ледяную кору. В местах, где лед становится тоньше, давление снизу может привести к прорыву воды или "теплого льда", создавая хаотичные области, подобные Конамара.
Ученые также предполагают возможность существования подледных гидротермальных источников на дне океана Европы, похожих на "черные курильщики" в земных океанах. Тепло от них может подниматься, разрушительно воздействуя на нижнюю поверхность ледяного панциря подобно механизму приливного воздействия со стороны газового гиганта.
"Изображение-франкенштейн" было создано путем объединения данных, полученных космическим аппаратом NASA "Галилео" в феврале и декабре 1997 года. Последние данные предоставили более детальный взгляд на некоторые участки этого загадочного региона.
Европа — одно из наиболее перспективных мест для поиска внеземной жизни в Солнечной системе. Гипотетический подповерхностный океан спутника, защищенный от радиации — и в целом агрессивной космической среды — ледяной корой, может содержать в два раза больше воды, чем все океаны Земли вместе взятые.
14 октября 2024 года к Европе отправился космический аппарат NASA Europa Clipper, который достигнет системы Юпитера в апреле 2030 года. Следовательно, в обозримом будущем у нас появятся снимки Хаоса Конамара беспрецедентной детализации. Трудно даже представить, какие удивительные открытия нас ждут.
Ультрагорячие юпитеры — экстремальный класс экзопланет, вращающихся вокруг своих звезд на очень малом расстоянии, — демонстрируют колоссальный перепад температур между полушариями.
На дневной стороне KELT-9 b, самой горячей из известных экзопланет данного класса, находящейся на расстоянии около 670 световых лет от Земли, температура достигает 4 600 K (примерно 4 327 градусов Цельсия) — достаточно высокая для присутствия атомарного железа и титана в атмосфере (за счет испарения металлов), что было подтверждено спектроскопическими наблюдениями.
При этом на ночной стороне, никогда не видящей родительскую звезду из-за приливной блокировки, температура может опускаться до -200°C. Такой экстремальный градиент температур создает чрезвычайно мощные ветры, переносящие тепло и материю между полушариями планеты.
Железные дожди в инопланетных атмосферах
В 2020 году международная команда астрономов, используя инструмент ESPRESSO на Очень Большом Телескопе (VLT) в Чили, наблюдала за экзопланетой WASP-76 b, которая находится на расстоянии около 637 световых лет от нас. В ходе наблюдений были обнаружены следы присутствия железа в атмосфере, а его наибольшая концентрация фиксировалась на границе между дневной и ночной сторонами.
Этот факт указывал на то, что железо испаряется на раскаленной дневной стороне планеты, переносится ветрами к более холодной ночной стороне, где конденсируется и выпадает в виде "железного дождя".
Как горячие юпитеры оказались так близко к своим звездам?
Существование гигантских газовых планет, обращающихся вокруг своих звезд на расстояниях* в разы меньше, чем расстояние от Солнца до Меркурия, долгое время озадачивало астрономов.
*Например, WASP-76 b находится почти в 12 раз ближе к своей звезде, чем Меркурий к нашему светилу.
Современные модели планетообразования показывают, что эти гиганты не могли сформироваться на своих текущих орбитах — там просто недостаточно материала для образования таких массивных объектов.
Сегодня ученые сходятся во мнении, что горячие юпитеры формируются далеко от своих звезд (как Юпитер и Сатурн в нашей системе), а затем мигрируют внутрь из-за гравитационных взаимодействий с протопланетным диском и/или другими планетами системы. Возможно, миграция такого рода связана с гравитационным возмущением, вызванным проходящей рядом другой звездой.
Почему миграция газовых гигантов Солнечной системы остановилась на безопасном расстоянии от Солнца — вопрос открытый.
Туманность NGC 6357 — одна из самых удивительных звездных фабрик нашей галактики, расположенная в созвездии Скорпиона, на расстоянии около 5 500 световых лет от Земли. Внутри нее формируются не отдельные звезды, а целые звездные скопления.
Недавние наблюдения с помощью космического телескопа NASA "Джеймс Уэбб" выявили, что в этой туманности рождаются преимущественно массивные звезды, в 10-20 раз тяжелее Солнца. Ученые предполагают, что за это ответственные уникальные турбулентные потоки газа, которые создают в NGC 6357 идеальные условия для формирования гигантов.
Особую научную ценность представляют недавние наблюдения звездообразования в NGC 6357 с помощью комплекса радиотелескопов ALMA. Ученым удалось зафиксировать несколько протозвездных дисков на разных стадиях формирования, что позволяет изучать эволюцию звездных систем в реальном времени. Некоторые из этих систем, вероятно, сформируют двойные звезды, вращающиеся вокруг общего центра масс.
Все крупные космические тела во Вселенной, которые мы наблюдаем — от планет до звезд — имеют сферическую форму. И чем массивнее объект, тем более идеальной становится эта сфера. Почему же природа так настойчиво выбирает именно эту форму? Давайте разберемся на примере планеты.
Итак, все дело в гравитации. Когда планета формируется, она начинает притягивать к себе все больше материи — пыль, газ, астероиды. С ростом массы усиливается и гравитационное поле. Сила тяжести всегда направлена к центру тела, стремясь придать ему максимально компактную форму. А самая компактная форма в природе — это сфера.
Почему планета не может быть кубической?
У куба есть углы, которые находятся дальше от центра массы, чем остальные части. Гравитация не позволит этому существовать — она будет "стягивать" углы к центру, пока планета не примет форму шара — самую устойчивую форму для массивных космических объектов.
Кроме того, кубическая форма создала бы огромные перепады давления и температуры. Углы куба испытывали бы колоссальное напряжение, что привело бы к их разрушению. В итоге планета все равно бы "схлопнулась" в шар.
Малые космические тела, такие как кометы, астероиды и небольшие спутники, часто имеют неправильную форму, потому что их масса слишком мала, чтобы гравитация могла "вылепить" из них сферу. Для сравнения: астероид Психея с диаметром около 226 километров имеет неправильную форму, в то время как Земля с диаметром 12 756 километров стремится к идеальной сфере.
Впрочем, даже планеты не являются безупречными шарами. Из-за вращения вокруг своей оси они слегка сплющиваются на полюсах и расширяются на экваторе (звезды, между прочим, тоже). Это называется экваториальным утолщением. Например, полярный радиус Земли на 21,38 километра короче экваториального.
Интересный факт: Мимас, 396-километровый спутник Сатурна, является самым маленьким известным космическим телом, обладающим сферической формой из-за собственной гравитации.
Недавнее исследование астрономов из Калифорнийского университета в Беркли показало, что самые массивные черные дыры в известной Вселенной остановили свой рост. Наблюдения за 32 квазарами с черными дырами массой более 10 миллиардов солнечных масс показали, что все они достигли этого предела примерно 1,5 миллиарда лет назад.
Ученые предполагают, что существует фундаментальный предел роста черных дыр, связанный с эффективностью аккреции материи или с истощением доступного для поглощения вещества в их галактиках. Это открытие помогает объяснить, почему мы не наблюдаем черные дыры с массами в 100 миллиардов солнечных масс.
Кинематограф и научная фантастика обожают изображать черные дыры как "космические пылесосы", безжалостно втягивающие все вокруг — от космических кораблей до планет и гигантских звезд.
Такие сцены выглядят эффектно и пугающе, но насколько они соответствуют реальности? К счастью, истинная физика черных дыр куда менее апокалиптична, но при этом гораздо интереснее.
Гравитационное поле
Черные дыры подчиняются тем же законам гравитации, что и любые другие объекты в нашей Вселенной. Их притяжение зависит от массы и расстояния — чем дальше вы находитесь, тем слабее их влияние. Никакой магической всепоглощающей силы у них нет.
Допустим, если бы наше Солнце внезапно превратилось в черную дыру, сохранив свою массу, то как бы изменилась организация Солнечной системы? Абсолютно никак! Все объекты продолжали бы вращаться по тем же орбитам, на том же расстоянии. Да, со временем климатические условия на Земле изменились бы в худшую сторону, но упорядоченность Солнечной системы осталась бы неизменной. Черная дыра с солнечной массой оказывает точно такое же гравитационное влияние на окружающее пространство, что и Солнце. Ни больше, ни меньше.
Галактика в безопасности
В центре нашей галактики Млечный Путь находится сверхмассивная черная дыра Стрелец А*, масса которой почти в 4,3 миллиона раз превышает массу Солнца. Звучит устрашающе? Но давайте посмотрим на цифры.
Диаметр Млечного Пути около 100 000 световых лет. Гравитационное влияние центральной черной дыры ощутимо лишь в радиусе нескольких световых лет от нее. Это как песчинка в центре футбольного стадиона — да, она там есть и взаимодействует с близлежащими песчинками, но на трибунах ее влияние уж точно никто не почувствует.
Звезды вблизи центра Галактики действительно вращаются вокруг черной дыры с огромными скоростями, испытывая ее чудовищное влияние. Например, астрономы давно ведут наблюдения за звездой S2, которая в момент максимального сближения со Стрельцом А* проходит на расстоянии около 120 а.е.* от сверхмассивной черной дыры — и ничего, избегает "засасывания"! Звезда продолжает свое уверенное движение по эллиптической орбите, как делала это миллионы или даже миллиарды лет.
*а.е. — астрономическая единица, среднее расстояние от Земли до Солнца, около 150 миллионов километров.
Более того, любая галактика — очень стабильная система, где все элементы удерживаются вместе благодаря темной материи и суммарной массе всех светил, обеспечивающих надежную гравитационную связь. На черную дыру в центре Млечного Пути — сколь бы грозной не выглядела ее масса на фоне Солнца — приходится менее 0,1% от общей массы Галактики. И Млечный Путь в этом плане не является исключением — это среднее значение для галактик в наблюдаемой Вселенной.
Так что спите спокойно — ни одна черная дыра не способна "проглотить" целую галактику. Законы физики надежно защищают нас от космических кошмаров, порожденных научной фантастикой. Черные дыры опасны только вблизи, а в целом же они ведут себя как обычные массивные объекты — притягивают ровно настолько, насколько позволяет их масса.
Синестезия — нейрологическое явление, при котором стимуляция одного сенсорного пути автоматически вызывает ощущения или восприятие в другом сенсорном канале. Люди с хромо-музыкальной синестезией буквально "видят" музыку в виде цветных узоров, причем с удивительной последовательностью.
Исследования с МРТ показывают, что мозг синестетов физически отличается от мозга людей без синестезии — у синестетов на 23% больше нервных связей между областями, отвечающими за разные сенсорные функции. То, что большинство считает метафорой ("яркий звук", "сладкий голос"), они воспринимают буквально.
Интересно, что среди художников и музыкантов синестезия встречается в семь раз чаще. Скрябин, Римский-Корсаков, Кандинский и Набоков были синестетами, возможно, именно это нейрологическое "переплетение" чувств питало их творчество.
Квантовая биология изучает, как квантовые эффекты проявляются в биологических системах. Одним из наиболее изучаемых примеров является фотосинтез, где квантовая когерентность может играть роль в эффективном переносе энергии от солнечного света к хлорофиллу.
Исследования показывают, что растения могут использовать квантовые эффекты для почти 100%-ной эффективности передачи энергии, что значительно превосходит наши текущие технологии солнечных батарей.
Уникальность квантовой биологии в том, что она предлагает новый взгляд на биологические процессы, показывая, что квантовая механика не ограничивается микромиром, а может объяснять некоторые из самых фундаментальных процессов жизни, открывая путь для создания сверхэффективных технологий, вдохновленных природой.
Представьте себе космос, настолько далекий во времени, что даже самые долгоживущие звезды погасли. В этой невообразимо далекой перспективе мы сталкиваемся с понятием черных карликов - финальной стадии эволюции солнцеподобных звезд. Но что это за объекты, и почему мы никогда их не видели?
История черного карлика начинается задолго до его рождения. Когда звезды малой или средней массы, подобные нашему Солнцу, исчерпывают запас ядерного топлива, они переживают драматическую трансформацию. Эти светила значительно расширяются, превращаясь в красных гигантов и увеличивая свой диаметр в сотни раз. Затем эти звезды сбрасывают внешние оболочки, оставляя после себя плотное, раскаленное ядро - белый карлик.
Белые карлики - это уже не звезды в привычном понимании. Они не генерируют энергию путем ядерного синтеза. Вместо этого они медленно остывают, излучая накопленное тепло в космос. Этот процесс похож на то, как остывает уголек в потухшем костре, только растянутый на миллиарды лет.
Путь к черному карлику
Со временем белые карлики становятся все холоднее и тусклее. Астрономы предполагают, что в какой-то момент их температура сравняется с температурой реликтового излучения - космического микроволнового фона, заполняющего всю Вселенную. Когда это произойдет, белый карлик перестанет излучать видимый свет и превратится в черного карлика - невидимый холодный объект, дрейфующий в космической тьме.
Интересно, что ни один черный карлик еще не был обнаружен. Почему? Ответ кроется во времени. Процесс остывания белого карлика до состояния черного карлика занимает невообразимо долгий период - десятки миллиардов лет. Это больше, чем возраст самой Вселенной, которой "всего" 13,8 миллиарда лет!
На пороге трансформации
Хотя мы еще не видели черных карликов, астрономы наблюдали очень холодные белые карлики. Эти объекты, вероятно, находятся на последних (относительно, конечно) этапах своей эволюции, приближаясь к финальному превращению в черных карликов. Исследование таких объектов дает нам представление о том, как может выглядеть этот процесс.
Взгляд в далекое будущее
Изучение жизненного цикла звезд, от их зарождения до гипотетического превращения в черных карликов, расширяет наше понимание Вселенной. Этот процесс демонстрирует, что даже такие долгоживущие объекты, как звезды, подвержены фундаментальным изменениям. Наблюдая за эволюцией светил, мы получаем представление о масштабах времени, значительно превосходящих историю человечества, и о непрерывных трансформациях, происходящих в космосе.
На расстоянии около 5 200 световых лет от Земли раскинулась величественная туманность Розетка (NGC 2237) — одна из самых впечатляющих звездных "фабрик" нашей Галактики. Здесь, в огромном облаке газа и пыли диаметром 130 световых лет, рождаются настоящие звездные гиганты.
Изображение было получено 12 апреля 2010 года космической обсерваторией Европейского космического агентства (ESA) "Гершель", и на нем запечатлен один из самых активных регионов звездообразования в туманности Розетка.
Наиболее яркие области на снимке — это своеобразные "коконы" из газа и пыли, где развиваются массивные протозвезды. Каждый такой зародыш эволюционирует в звезду, которая будет как минимум в десять раз массивнее нашего Солнца. В верхней части изображения (отмечена на снимке ниже) видны небольшие светящиеся пятна — это звездные зародыши меньшей массы, находящиеся на раннем этапе развития.
Судьба таких космических гигантов предопределена их массой. В отличие от солнцеподобных звезд, живущих миллиарды лет, эти титаны проживут "всего" несколько миллионов лет. Объясняется это просто: чем массивнее звезда, тем быстрее она расходует свое термоядерное топливо. Когда оно закончится, каждая из этих звезд встретит свой конец в грандиозном взрыве сверхновой.
Однако гибель этих звезд станет началом нового цикла звездообразования. Вспышки сверхновых обогатят окружающее пространство тяжелыми элементами и создадут ударные волны, которые сожмут соседние облака газа и пыли, запуская формирование следующего поколения звезд. Так, в бесконечном танце созидания и разрушения, Вселенная поддерживает вечный круговорот звездной жизни.
Колесо Телеги (ESO 350-40) — одна из самых впечатляющих галактик в наблюдаемой Вселенной. Эта удивительная космическая структура, напоминающая гигантское колесо со спицами, находится в созвездии Скульптора на расстоянии около 500 миллионов световых лет от Земли.
Своими размерами она превосходит наш Млечный Путь почти в полтора раза — ее диаметр достигает колоссальных 150 000 световых лет.
История этой линзовидной галактики не менее захватывающая, чем ее внешний вид.
Изначально Колесо Телеги была обычной спиральной галактикой, но примерно 200-300 миллионов лет назад произошло драматическое событие — небольшая галактика-спутник буквально пронзила Колесо Телеги насквозь.
Это столкновение породило мощнейшую гравитационную ударную волну, которая прокатилась по всей галактике. Двигаясь на колоссальной скорости, волна сжимала газ и пыль, запуская процесс взрывного звездообразования вокруг центральной части.
В центре ESO 350-40 расположено яркое ядро, наполненное раскаленной космической пылью. Вокруг него сформировалось характерное кольцо, содержащее несколько миллиардов молодых звезд.
Сейчас астрономы наблюдают удивительный процесс — галактика постепенно возвращается к своей первоначальной форме; ее характерные "спицы колеса" начинают трансформироваться в рукава.
Детали этого космического великолепия удалось рассмотреть благодаря космическому телескопу NASA "Джеймс Уэбб". Цветное изображение было обнародовано 2 августа 2022 года.
Феномен "квантового ластика" бросает вызов нашему пониманию времени: частица "решает", быть волной или частицей, в зависимости от измерения, которое еще не произошло.
В эксперименте фотон проходит через двойную щель, создавая интерференционную картину (волновое поведение). Затем его квантово запутывают с другим фотоном. Удивительно, но если второй фотон измеряют определенным образом в будущем, первый фотон ретроактивно "меняет" свое поведение в прошлом.
Это не нарушает причинно-следственную связь, но показывает, что квантовая механика оперирует вне привычных рамок линейного времени. Как заметил физик Джон Уилер: "Никакое элементарное квантовое явление не является реальным, пока оно не наблюдается".
