Для простых жителей Земли, вечно занятых своими делами, Новый год — это праздник, начало каникул и отпусков, повод побыть с близкими людьми и подарить им подарки. Но для учёных, исследующих космос, Новый год — это новый виток планеты вокруг её родительской звезды. Значит ли это, что учёные совершенно не способны поверить в чудо? Отнюдь. Ведь именно наука открывает миру настоящие чудеса.
За 2014 год было совершено большое количество удивительных открытий в области космологии, астрономии и астрофизики. Все они поистине поражают воображение. Редакция "Вести.Наука" по доброй традиции решила выбрать десятку самых захватывающих "космических" новостей уходящего года и предложить читателям вспомнить, сколько прекрасного нам подарили учёные.
Формирование планетной системы в подробностях
В ноябре 2014 года астрономы сообщили волнующую весть: им удалось настроить телескопы таким образом, что приборы смогли запечатлеть формирование планетной системы в сотнях световых лет от Земли. Телескопы ALMA, расположенные в чилийской пустыне Атакама, в своё время расставили на расстоянии 15 километров друг от друга. Таким образом, учёные получили беспрецедентное разрешение картинки — 35 угловых миллисекунд.
Острый взор телескопов направили на созвездие Тельца, где проследили за активностью молодой звезды HL Tau. Это светило удалено на 450 световых лет от Земли, а возраст его составляет всего около миллиона лет — по меркам звезды, настоящее детство.
Молодые светила, как думали учёные, не могут обладать планетами, но HL Tau стала живым опровержением этой общепринятой теории: снимки телескопов ясно показывали пылевые кольца, окружающие звезду, наличие которых может быть объяснено исключительно формированием молодых планет.
Это был первый случай в истории, когда астрономы проследили за рождением планетной системы в таких подробностях. Сотрудники обсерватории ALMA работают с телескопами в новом режиме и, надеемся, в 2015 году сообщат о новых результатах.
Рождение сверхгиганта
В декабре 2014 года астрономы стали свидетелями ещё одного космического процесса — слияния двух звёзд-гигантов и формирования сверхгиганта. Открытие сделали испанские астрономы из университета Аликанте, которые пристально и долго следили за двойной звездой MY Camelopardalis при помощи 2,2-метрового телескопа.
Наблюдаемая система представляет собой две звезды, которые обращаются вокруг друг друга на ничтожно малом расстоянии — менее 1,2 дня. При этом масса этих светил превышает солнечную в 32 и 38 раз, соответственно, а значит, эти гиганты буквально сливаются воедино прямо на глазах у учёных.
Примечательно, что это открытие подтвердило общепринятую теорию формирования гигантских звёзд. Учёные понимали, что такие светила могут сформироваться лишь в результате слияния двух звёзд поменьше, а теперь увидели этот процесс воочию и подтвердили свои предположения.
Непропорционально массивная чёрная дыра
Карликовая галактика M60-UCD1 — возможно, самая удивительная из открытых в уходящем году. Она расположена в в 55 миллионах световых лет от Земли в скоплении Девы и обращается вокруг гигантской чёрной дыры, масса которой в 21 миллион раз превышает солнечную.
Собранные данные поначалу запутали астрономов. Учёные были уверены, что масса чёрной дыры должна соответствовать габаритам галактики. Так, наша галактика, Млечный Путь, имеет в своём центре чёрную дыру, которая в 5 миллионов раз превышает по массе Солнце, но составляет всего 0,01% от общей массы звёздной системы.
В случае с M60-UCD1 всё совершенно по-другому. Непропорциональная чёрная дыра в её центре содержит в себе целых 15% от массы всей галактики, к тому же около половины последней сосредоточено в радиусе всего 80 световых лет от чёрной дыры в самом центре звёздной системы.
Если бы наша планета принадлежала M60-UCD1, то каждую ночь мы бы наблюдали ярчайшее небо, усеянное миллионом звёзд. Но земляне в лучшем случае видят всего 4000 светил.
По словам авторов открытия, такая удивительная галактика, скорее всего, появилась не сразу. M60-UCD1 должна быть результатом "раздевания" крупной галактики в результате столкновения с другой звёздной системой. Смертельный вальс M60-UCD1 и её соседки M60 мог окончиться тем, что большая часть звёзд и других объектов первой галактики были унесены прочь. Осталось лишь ядро с непропорционально массивной чёрной дырой.
Дискуссия о гравитационных волнах
Столкновения галактик могут привести не только к "раздеванию" одной из них, но и к формированию одной огромной звёздной системы, в центре которой будет не одна дыра, а целых две. В редких случаях космические макропроцессы приводят даже к тому, что в центре одной галактики можно наблюдать трио из чёрных дыр.
Такие уникальные явления во Вселенной позволяют заглянуть в сердце самых её тайн, таких как гравитационные волны. Изучая исполинское гравитационное воздействие обращающихся вокруг друг друга чёрных дыр, учёные пытаются выяснить, существует ли в космосе рябь пространства-времени, описанная Альбертом Эйнштейном.
В 2014 году в астрофизике изучение гипотетического явления гравитационных волн занимало едва ли не центральную позицию. Исследование этого феномена требовало как проведения экспериментов на субатомном уровне, так и наблюдений за структурами вселенского масштаба.
Исследованием гравитационных волн занимались физики, сотрудничающие с проектом телескопа BICEP2. Большая команда учёных изучала мельчайшие аномалии в поляризации так называемого реликтового излучения — первого света, возникшего во Вселенной и существующего до сих пор в виде микроволн.
Результаты их изысканий, представленные в июне 2014 года, указали на наличие своеобразных "завитков" в поляризации микроволнового фона. А это косвенно указывает на то, что гравитационные волны существуют.
Уже в сентябре 2014 года данные BICEP2 были сопоставлены с результатами миссии "Планк", которая также была направлена на изучение реликтового излучения и его поляризации. Астрономы рассказали, что "завитки", о которых говорили сотрудники BICEP2, скорее всего, являются результатом фонового явления. Так что присутствие во Вселенной гравитационных волн по-прежнему ставится учёными под сомнение.
Отметим, что существование этого явления, предсказанного Эйнштейном, отвергается так называемой cтандартной космологической моделью, которая выдерживает каждую "проверку на прочность".
В декабре 2014 года коллаборация сотрудников BICEP2 и "Планк" сообщили на пресс-конференции печальную новость: "завитки" в поляризации микроволнового излучения вызваны межпланетной пылью, а вовсе не следом гравитационных волн.
Это известие означает не только то, что физикам не удалось подтвердить наличие ряби в пространстве-времени, но и то, что им до сих пор не ясна природа тёмной материи и тёмной энергии, также отвергаемых стандартной космологической моделью. Тем не менее, работа продолжается, и учёные по-прежнему не теряют надежды опровергнуть cтандартную модель и увидеть Новую физику.
Космическое облако спирта
От серьёзного — к забавному. В сентябре 2014 года астрономы совершили открытие, которое тянет на Шнобелевскую премию: в 6500 световых годах от Земли расположена космическая область W3(OH), внутри которой было обнаружено гигантское облако спирта.
По словам астрономов, ничего удивительного в этом явлении нет. Молекулы спирта достаточно просты и состоят из весьма распространённых во Вселенной элементов — углерода, водорода и кислорода. Интересно то, какие процессы может спровоцировать алкогольное облако.
Внимательно изучив объект, астрофизики пришли к выводу, что космический спирт представляет собой гигантскую микроволновую лазерную установку — мазер. Для этого есть все условия: молекулы с сильными эмиссионными линиями (метиловый спирт), повышенная концентрация частиц на кубический сантиметр и присутствие источника дополнительной энергии — звёздной колыбели с массой зарождающихся светил.
В результате облако спирта начинает испускать так называемое вынужденное излучение, которое ясно различимо на снимках. А ведь раньше думали, что установку, генерирующую столько "алкоголя", может собрать только человек.
Вторая Земля
Понимая, к чему однажды может привести глобальное потепление и другие процессы на Земле, человечество уже подыскивает себе новый дом. Конечно же, им может стать Марс, но красная холодная пустыня пострадает не меньше Голубой планеты, если катаклизмы окажутся столь глобальными, что охватят всю Солнечную систему. Поэтому поиск ведётся в том числе и за её пределами.
К счастью, в 2014 году астрономы открыли настоящего двойника Земли. Чтобы получить такое прозвище, экзопланета должна обладать массой, похожей на земную (чтобы гравитация была людям привычной), и находиться в обитаемой зоне своей звезды, то есть поддерживать такую температуру на своей поверхности, чтобы вода не испарялась бы и не замерзала.
Экзопланета Кеплер-186f соответствует этим критериям. Она удалена от родительского красного карлика ровно настолько, чтобы поддерживать воду в жидком виде на поверхности, а её размер составляет 1,1 от земного. В данный момент астрономы пытаются выяснить, какова масса небесного тела, и имеются ли на ней все остальные условия для существования жизни.
Если же двойник Земли окажется пригоден для заселения, то в ближайшие столетия можно смело переезжать. До нового дома буквально рукой подать — всего каких-то 500 световых лет.
Расширение Солнечной системы
Изучая экзопланеты и чужие планетные системы, астрономы не забывают и об исследованиях нашей родной Солнечной. Последняя в марте уходящего года буквально расширила свои границы: астрономы открыли новую карликовую планету, обращающуюся вокруг Солнца, но расположенную очень далеко от него.
Небесное тело получило кодовое название 2012 VP113. Оно, к слову, оказалось не первым транснептуновым объектом с достаточной массой, который обращается вокруг Солнца: чуть ранее астрономы увидели и зарегистрировали карликовую планету Седна, которая вдвое крупнее 2012 VP113.
Главная загадка заключается в том, что удерживает эти небольшие ледяные объекты на орбите вокруг Солнца. Гравитация нашей звезды на таких расстояниях явно слишком слаба. Но у учёных есть две версии, объясняющие происходящее. Первая заключается в том, что на ранних этапах существования Солнечной системы гравитационные возмущения соседней звезды оттянули часть небольших объектов к краю системы. Вторая же гласит, что массивная блуждающая планета вытолкнула часть объектов наружу из пояса Койпера.
В обоих случаях, утверждают астрономы, с Седной и 2012 VP113 могут соседствовать ещё, как минимум, шесть объектов аналогичных размеров и массы. За ними нынче ведутся пристальные наблюдения.
Астероид с кольцами
Кольца — привилегия газовых гигантов, таких как Сатурн или Уран. Такие маленькие планеты, как Земля и Марс не могут себе позволить такой "роскоши" — слишком слаба гравитация. Последнее известно всем астрономам. Каково же было их удивление, когда они увидели кольца у… астероида.
Объект под названием (10199) Харикло, витающий между орбитами Юпитера и Нептуна, имеет всего 124 километра в диаметре и целых два кольца шириной в 7 и 3 километра. Эту картину ясно показали снимки сразу нескольких телескопов, с помощью которых астрономы наблюдали за транзитом астероида по диску звезды UCAC4 248-108672 из созвездия Скорпиона.
Учёные подозревают, что кольца астероид приобрёл, когда к нему на критическое расстояние приблизилась маленькая комета, которую тот успешно разорвал и превратил в плотные диски. Другая гипотеза гласит, что Харикло собрал вокруг себя космический мусор. Подтвердить одну из них по-прежнему не удалось.
Есть ли жизнь на Марсе?
Вот уже который год учёные при непосредственной поддержке марсианских роверов "Оппортьюнити" и "Кьюриосити" ищут мельчайшие следы возможной былой жизни, которой, как надеются планетологи, раньше кишила Красная планета. Очередной весомый аргумент в пользу того, что на Марсе даже сегодня присутствуют бактерии, был представлен в декабре 2014 года: Curiosity уловил следы метана, который может быть продуктом жизнедеятельности микроорганизмов.
Впрочем, не только присутствием бактерий можно объяснить наличие углеводорода в ледяной пустыне. Метан мог попасть на поверхность планеты вместе с кометами или появиться в атмосфере как результат химических реакций между различными типами пород.
Но планетологи всё же хотят доказать, что газы испускают маленькие марсиане — бактерии. По крайней мере, на Земле большая часть метана в атмосфере является следствием жизнедеятельности различных организмов.
Примечательно, что уровень метана в атмосфере Марса "скачет". Так, аппарат Mars Express зафиксировал 15 частей на миллиард в атмосфере по всей планете, а над северным полюсом концентрация резко возрастает — до 45 частей на миллиард. В начале своей работы данные "Кьюриосити" указывали на 0,7 частей на миллиард, а сегодня уровень газа то возрастает, то падает в 20 раз.
Установить единую цифру вряд ли удастся, но учёные надеются определить хотя бы закономерность, согласно которой меняются уровни метана. И, конечно же, установить источник.
Миссия "Розетта" и высадка на комету
Вряд ли кто-то станет спорить с тем, что главная космическая научная новость 2014 года — это спуск рукотворного аппарата на поверхность ядра кометы.
В 2004 году, ровно десять лет назад, в космос были запущены два аппарата — космический зонд "Розетта" и прикреплённый к нему посадочный модуль "Филы". Парочка роботов трижды облетела вокруг Земли, совершила виток вокруг Марса и удалилась за орбиту Юпитера. Все эти манёвры были сделаны с двумя целями: набрать нужную скорость и выйти на "след" кометы Чурюмова-Герасименко.
В холодных далях Солнечной системы "Розетта" проспала целых два года. Затем руководители миссии дали сигнал к активации всех систем и отправили зонд на "финишную прямую". Всё шло строго в соответствии с планом: "Розетта" догнала комету 67Р, изучила её издалека и передала данные, по которым учёные установили, что ядро кометы имеет форму резиновой уточки и ужасно пахнет. Позднее, кстати выяснилось, что истинный цвет кометы серовато-зеленовато-чёрный.
На заключительном этапе, когда "Филы" должен был отстыковываться от "Розетты" и спуститься на ядро кометы, начались трудности. Сначала выяснилось, что активная система спуска неисправна. Затем стало понятно, что соприкосновений с поверхностью небесного тела будет не одно, а несколько, поскольку гарпуны не могут надёжно закрепить робота.
Потом оказалось, что посадочный модуль сел в тени, а значит, его солнечные батареи не могут генерировать питание. В итоге, аппарат быстро собрал данные и передал их на Землю, после чего благополучно отключился.
Впрочем, и столь короткого срока работы оказалось достаточно, чтобы ответить на главный вопрос миссии — была ли вода занесена на Землю кометами? Учёные сделали вывод, что нет.
Вода, обнаруженная на поверхности Чурюмова-Герасименко оказалась слишком богата тяжёлым изотопом водорода, дейтерием, и потому отличается от живительной влаги в водоёмах нашей планеты. Впрочем, вопрос об источниках воды на Земле по-прежнему остаётся открытым.
Итого
Астрофизики продолжают изучать тайны космического прошлого и пытаются предугадать будущее Вселенной. Планетологи ищут человечеству новый дом. Космологи до сих пор не знают, что такое тёмная материя и тёмная энергия, и даже сомневаются в существовании чёрных дыр. А нам остаётся только наблюдать за кропотливой работой исследователей, которые с каждым годом приближаются к разгадке всё новых секретов мироздания.
