Дмитрий Вибе. Темная материя и темная энергия. Можно ли всему этому верить

Дмитрий Вибе: Кому платить за свет знаний Дмитрий Вибе Опубликовано 31 января 2013 годаКоллега Сергей Попов в своём ЖЖ поднял два вопроса относительно организации научно-популярных лекций силами действующих учёных (то, что иногда называется «Трибуной учёного»): имеет ли

16-01-2018

Вам, любители астробиологии. В конце 2017 года в Чили (в Сантьяго и Койайке) Комиссией 3 МАС (Астробиология) были проведены школа по астробиологии и конференция «Astrobiology 2017″. Теперь материалы школы и конференции доступны для просмотра. Смотрите и наслаждайтесь: программа школы со ссылками на видеозаписи, программа конференции со ссылками на видеозаписи.

04-01-2017

В астробиологическом контексте особый интерес представляют механизмы синтеза органических молекул различных видов в протозвёздных оболочках и других объектах, связанных с областями звездообразования. В работе J. Lindberg и др. представлены оценки лучевых концентраций C4H и метанола в направлении на 40 протозвёзд. Из этих протозвёзд шестнадцать объектов в молекулярных облаках из созвездий Змееносца и Южной Короны наблюдались

23-10-2016

Ближайший к нам комплекс молекулярных облаков находится в созвездии Тельца, на расстоянии примерно 140 пк. В силу своей близости эти облака довольно хорошо изучены, в том числе, и с точки зрения их молекулярного состава, который в последние десятилетия стал если не эталоном, то, по крайней мере, «точкой отсчёта» для тестирования астрохимических моделей. Между тем, даже

03-08-2016

Количество планет, открытых при помощи космического телескопа Kepler, исчисляется тысячами. Среди них особый интерес привлекают планеты земного (предположительно) типа, находящиеся в пределах так называемой зоны обитаемости, то есть в диапазоне расстояний от центральной звезды, где возможно существование на поверхности планеты жидкой воды. Определение относительной доли таких планет в их общем числе считается одной из основных

02-08-2016

Молекулярное ядро L1544 в Тельце является одним из «эталонных» дозвёздных ядер, и ему поэтому посвящено очень большое количество исследований. В частности, ядро L1544 считается характерным примером объекта с так называемой химической дифференциацией, то есть специфическими различиями в распределении соединений углерода и азота. В ядрах с химической дифференциацией соединения азота (NH3, N2H+) сосредоточены в центре, тогда

13-07-2016

Международная конференция «Search for life: from early Earth to exoplanets» будет проведена с 12 по 16 июня 2016 года во Вьетнаме. Сайт конференции - http://rencontresduvietnam.org/conferences/2016/search-for-life. Программа конференции охватывает четыре основных темы: образование, эволюция и обитаемость планетных систем; ранняя Земля; от добиологической химии к первой жизни; жизнь во Вселенной - влияние на общество и этические проблемы.

11-06-2016

Manara et al. сообщают в журнале Astronomy & Astrophysics об обнаружении ими корреляции между темпом аккреции в протопланетном диске и массой этого диска. Эта корреляция вытекает из теоретических представлений об эволюции протопланетных дисков, но до сих пор обнаружить её не удавалось. Авторы новой работы рассмотрели практически полную выборку молодых звёзд в области звездообразования Lupus (Волк).

14-05-2016

Существует такое понятие - «кислородная катастрофа». Этим страшноватым термином называют этап в эволюции земной атмосферы, который для нас теперешних был скорее благоприятным. Предполагается, что в ходе кислородной катастрофы примерно 2.4 млрд. лет назад произошло существенное обогащение земной атмосферы молекулярным кислородом. До этого времени воздушная оболочка нашей планеты кислорода практически не содержала. Большинство учёных считает, что

Тёмное манит и завораживает. Темнота - друг молодёжи. Нас тьмы, и тьмы, и тьмы. В кино циничные остроумные Тёмные зачастую более симпатичны, чем правильные занудные Светлые. Несмотря на многочисленные астрофизические загадки, связанные со светящимся веществом, воображение сильнее волнует тёмная материя. Разбор нестыковок с излучением кажется не более чем уточнением уже известных деталей, темнота же обещает приоткрыть дверь в новую физику.

Неудивительно, что исследованиям тёмной материи (ТМ) посвящено огромное количество статей, публикуемых в профессиональной литературе. (Кстати, по-русски, наверное, правильнее говорить «тёмное вещество», однако Гугл даёт на порядок больше ссылок по запросу «тёмная материя», что есть калька с английского «dark matter».) Как можно исследовать то, что не светится, если единственный источник информации в астрономии - электромагнитное излучение? Да так же, как и многое другое, - по косвенным признакам.

Напомню вкратце суть проблемы. Основным фактором, двигающим предметы на больших масштабах, в нашей Вселенной является гравитация. Наблюдая за движением тел, можно делать выводы о гравитационном поле, в котором они движутся, и о массе, которая порождает это поле. Так вот, в целом ряде случаев гравитационное поле как будто бы есть, а источник его увидеть не удаётся. В частности, движение звёзд в галактиках и галактик в скоплениях происходит со скоростями, сильно не соответствующими распределению «светлого» вещества, которое можно наблюдать непосредственно. Отсюда и возникает предположение о наличии ещё и «тёмного» вещества, которое само не светится, но проявляет себя через гравитационное воздействие на светящиеся тела.

На существование тёмного вещества указывает несколько разных свидетельств, согласующихся между собой. Поэтому для отказа от предположения о тёмном веществе недостаточно найти иное объяснение, например, только движению звёзд в галактиках. Тем не менее попытки «закрыть» тёмное вещество не прекращаются. Только за последние десять дней появилось два крупных исследования, так или иначе «копающих» под ТМ.

Мы не знаем, конечно, насколько широк диапазон физических условий, в котором возможно зарождение жизни, но зато с определённостью можно сказать, что уж хотя бы на одной конкретной планете у одной конкретной звезды в одной конкретной галактике появление жизни и разума оказалось возможным. Если мы докажем, что такие планеты, звёзды и галактики во Вселенной встречаются часто, возникнет надежда, что не редкость и конечный итог их эволюции, схожий с земным.

До недавнего времени казалось, что в этом отношении со всеми тремя слагаемыми – планета, звезда, галактика – дела обстоят хорошо. По крайней мере, неплохо. Мы, правда, не можем пока с уверенностью судить о том, насколько типична Земля – как планета, попавшая в зону обитаемости своей звезды. Но оснований считать, что она нетипична, нет. Такие основания могут, конечно, появиться в будущем (кто знает?). Однако имеющиеся на сегодняшний день сведения о планетных системах говорят, что их образование – процесс вполне рутинный.

Солнце тоже экзотичностью не отличается. Во многих популярных книгах, да и в учебниках, его часто называют самой обычной, ничем не примечательной звездой. Эта, казалось бы, уничижительная характеристика очень важна с точки зрения эволюции жизни: на протяжении четырёх с половиной миллиардов лет Землю греет спокойно гудящая печка, которая всё это время передаёт нам ровно столько энергии, сколько нужно, без резких спадов и мощных вспышек. Любая особенность, “необычность”, сделала бы Солнце весьма интересным объектом для стороннего исследователя, но для нас, живущих рядом, скучная стабильность лучше увлекательной переменчивости. И таких звёзд “без особых примет”, подобных нашему центральному светилу, в Галактике ещё много.

Такой же уютной и “скучной” оказывается и в целом вся наша Галактика (Млечный Путь). То есть десяток миллиардов лет назад в ней происходили весьма бурные события: именно тогда в результате сжатия вращающегося протогалактического облака возник гигантский звёздно-газовый диск, в котором мы теперь живём и проекция которого на небосвод и называется собственно Млечным Путём. Но после формирования диска ничего “интересного” с нашей Галактикой не происходило. Нет, конечно, в ней по-прежнему есть места, куда небольшой звезде с обитаемыми планетами лучше не соваться. Жёстким излучением заполнены окрестности горячих массивных светил, сильные ударные волны разбегаются от вспышек сверхновых… Но таких опасных мест мало, и шансы, что в одно из них залетит, например, наше Солнце, очень невелики.

Такое спокойствие связано с тем, что процессы звёздообразования в Млечном Пути давно уже приняли “вялотекущий” характер. Сопоставление количества звёзд разных возрастов показывает, что средний темп звёздообразования в нашей Галактике на протяжении последних 10 млрд лет остаётся почти одним и тем же, на уровне нескольких рождающихся звёзд в год. И вот это постоянство может оказаться не то чтобы выходящим из ряда вон, но, по крайней мере, достаточно необычным свойством нашего звёздного острова.

С точки зрения внешнего вида Галактика представляет собой очень тонкий диск (соотношением “толщина-диаметр” сравнимый, например, с компакт-дисками), пересечённый несколькими (двумя или четырьмя) спиральными рукавами. Этот диск погружён в разреженное сферическое звёздное облако – гало. Если ориентироваться только на внешний вид, то таких систем во Вселенной не просто много – их большинство. По современным данным к подобным спиральным дисковым системам относится около 70 процентов всех галактик. Это приятно по двум причинам. Во-первых, типичность Галактики делает маловероятным наше одиночество во Вселенной. Во-вторых, результаты изучения Галактики мы можем спокойно распространять на большую часть остальной Вселенной. Но и это ещё не всё. Благосклонная судьба поместила прямо рядом с нами ещё одну подобную галактику – Туманность Андромеды (она же M31, NGC 224), которая считалась, да и сейчас иногда считается чуть ли не близнецом Млечного Пути. Чего ещё желать? Если нам хочется деталей, смотрим на нашу Галактику, если хочется общей картины, смотрим на Туманность Андромеды – и 70 процентов Вселенной у нас в кармане!

Исследования последних лет показывают, увы, что эта радость преждевременна. Чем больше мы узнаем о Туманности Андромеды, тем меньше она кажется двойником Млечного Пути. Нет, общее сходство, конечно, имеется; М31 гораздо больше похожа на Млечный Путь, чем, скажем, на карликовую галактику Большое Магелланово Облако. Но вот в частностях наблюдаются некоторые важные расхождения. Хотя Галактика и Туманность Андромеды, скорее всего, образовались почти одновременно, М31 выглядит более… как бы это сказать… потрёпанной. Сейчас газа в ней осталось меньше, чем в нашей Галактике; соответственно и рождение звёзд происходит менее активно, но это только сейчас! В диске и гало Туманности Андромеды видны следы многочисленных мощных всплесков звёздообразования, последний из которых произошёл, возможно, всего лишь 200 млн лет назад (незначительное время по сравнению с полным возрастом галактики). Наблюдения звёздных систем показывают, что причиной таких всплесков почти всегда являются столкновения галактик. Значит, история Туманности Андромеды существенно богаче крупными и мелкими катаклизмами, чем история Млечного Пути.

С учётом этой несхожести становится неясно, которую из двух галактик следует брать за эталон. Проблема в том, что никакую другую спиральную галактику мы с подобной степенью детальности исследовать не можем. (Точнее, у нас есть ещё одна спиральная соседка – M33, но она значительно меньше, чем М31 и Млечный Путь.) В 2007 году Франсуа Хаммер (Парижская обсерватория) и его коллеги решили проверить, какие параметры для Млечного Пути и М31 мы получили бы, если бы наблюдали их с большого расстояния, и сравнить эти параметры со свойствами других далёких спиральных галактик. Оказалось, что более типичной системой является отнюдь не Млечный Путь! Из всех окрестных спиральных галактик к нему близки по параметрам не более 7 процентов. Остальные напоминают, скорее, Туманность Андромеды: они бедны газом, более богаты звёздами и обладают большим, чем у Млечного Пути, удельным моментом импульса, то есть, говоря попросту, быстрее вращаются. Для Туманности Андромеды все эти свойства, а также особенности распределения звёзд вокруг диска удаётся объяснить произошедшим несколько миллиардов лет назад крупным столкновением со звёздной системой, масса которой составляла не менее миллиарда солнечных масс (порядка нескольких процентов от массы самой галактики). Сходство М31 с другими спиральными галактиками указывает, что подобные мегастолкновения происходили почти со всеми из них – за исключением небольшой группы, к которой принадлежит Млечный Путь.

Здесь уместно вспомнить ещё об одной странности нашей Галактики – о двух её спутниках, Магеллановых Облаках. Они мало похожи на типичные спутники спиральной галактики. Обычно эти спутники – небольшие и тусклые эллиптические или сфероидальные галактики. Компаньоны наподобие Магеллановых Облаков, массивные, яркие, с собственной бурной историей звёздообразования, наблюдаются также лишь у нескольких процентов спиральных галактик. Возможное объяснение этой странности состоит в том, что Магеллановы Облака могут и не быть спутниками Млечного Пути. Измерение скорости их движения при помощи Космического телескопа им. Хаббла показало, что для спутников, то есть гравитационно привязанных к Галактике тел, они летят слишком быстро. Появилась мысль о том, что Облака, возможно, всего лишь пролетают мимо Млечного Пути.

Возникает, конечно, искушение связать все эти факты в единую картину. В декабре 2010 года Й. Янг и Ф. Хаммер предположили, что Магеллановы Облака прилетели к Млечному Пути из Туманности Андромеды, вырвавшись из неё в результате того самого мегастолкновения. Надо сказать, что траектория Облаков известна пока плохо, но то, что о ней известно, не противоречит гипотезе об их «андромедянском» происхождении.

В целом картина может выглядеть так. Из двух основных галактик Местной группы (так скучно называются Млечный Путь, М31 и окружающие их спутники) лишь одна пережила крупное столкновение. Из вещества, вырванного из М31 в результате этого катаклизма, образовались две галактики поменьше. Они сейчас пролетают мимо Галактики и, возможно, будут захвачены ею, с тем чтобы через несколько миллиардов лет слиться-таки с Млечным Путём, позволив ему, наконец, пережить катастрофу, которая в жизни других подобных систем случилась гораздо раньше.

Так или иначе, последние исследования указывают, что до сих пор эволюция Млечного Пути оказалась существенно более невзрачной, чем эволюция большинства дисковых галактик, что подарило земной жизни несколько миллиардов лет тишины для спокойного развития.