Зоряна ера. Гравітаційні хвилі від злиття нейтронних зірок: золота ера для астрономії

Після “ Великого Вибуху” Настала тривала ера речовини. Ми називаємо її зірковою ерою.Вона продовжується з часу завершення “ Великого Вибуху" до наших днів. Порівняно з періодом “ Великого Вибуху”, її розвиток видається ніби надто уповільненим. Це відбувається через низьку щільність і температуру.

Таким чином, еволюцію Всесвіту можна порівняти з феєрверком, який закінчився. Залишилися іскри, що горять, попіл і дим. Ми стоїмо на охолодженому попелі, вдивляємось у старі зірки і згадуємо красу та блиск Всесвіту. Вибух супернової чи гігантський вибух галактики – нікчемні явища порівняно з великим вибухом.

Процес виникнення перших зірок простіший, ніж процес утворення зірок сучасного типу, завдяки хімічній чистоті вихідного матеріалу - суміші водень-гелій. Газ атомарного складу був перемішаний із темною масою. Він починав стискатися, слідуючи дії гравітаційних сил конденсації темної матерії. Формування зірки залежить від температури середовища, маси газового утворення, що конденсується, і наявності в ньому молекулярного водню, який має здатність відводити з конденсації тепло, випромінюючи його в навколишній простір. Молекулярний водень не може виникнути з атомарного при випадкових зіткненнях атомів, для його утворення у природи припасен досить складний процес. Тому при z > 15-20 водень залишався переважно у атомарної фазі. При стисканні температура газу в конденсації підвищується до 1000 К і більше частка молекулярного водню дещо збільшується. За такої температури подальша конденсація неможлива. Але завдяки молекулярному водню температура в найбільш щільній частині конденсації знижується до 200-300 К і стиск триває, долаючи тиск газу. Поступово звичайна матерія відокремлюється від темної та концентрується в центрі. Мінімальна маса газової конденсації, необхідна освіти зірки, маса Джинса, визначається статечною залежністю від температури газу, тому перші зірки мали масу в 500-1000 разів більшу, ніж Сонце. У сучасному Всесвіті при утворенні зірок температура в щільній частині конденсації може бути всього 10 К, тому що, по-перше, функції тепловідведення успішніше виконують важкі елементи, що з'явилися, і частинки пилу, по-друге, температура навколишнього середовища (реліктового випромінювання) становить всього 2 ,7 К, а не майже 100 К, як це було в кінці Темної доби. Другий критерій маси Джинса – тиск (точніше, квадратний корінь із тиску). У Темну епоху цей параметр був приблизно таким самим, як тепер.

Перші зірки, що утворилися, були не тільки величезними, в 4-14 разів більше Сонця, але і дуже гарячими. Сонце випромінює світло з температурою 5780 К. У перших зірок температура становила 100 000-110 000 К, а випромінювана енергія перевищувала сонячну в мільйони і десятки мільйонів разів. Сонце називають жовтою зіркою; ці ж зірки були ультрафіолетовими. Згоряли і руйнувалися вони лише за кілька мільйонів років, але встигали виконати принаймні дві функції, що визначили властивості наступного світу. В результаті реакцій синтезу відбувалося деяке збагачення їх надр "металами" (так астрономи називають всі елементи важчими за водень). "Зоряний вітер", що витікає з них, збагачував металами міжзоряне середовище, полегшуючи формування наступних поколінь зірок. Головним же джерелом металів були вибухи деяких зірок як наднові. Найбільш масивна частина перших зірок наприкінці свого життєвого шляху, мабуть, утворила чорні дірки. Потужне ультрафіолетове випромінювання гігантських зірок викликало розігрів і іонізацію міжзоряного і міжгалактичного газу, що швидко розвиваються. Це була друга їхня функція. Такий процес називають реіонізацією, тому що він був зворотним рекомбінації, що завершилася за 250 мільйонів років до цього, при z = 1200, коли утворилися атоми та звільнилося реліктове випромінювання. Дослідження далеких квазарів показують, що реіонізація фактично закінчилася при z = 6-6,5. Якщо ці дві позначки, z = 1200 і z = 6,5, вважатиме межами Темної епохи, то вона тривала 900 мільйонів років. Сам період повної темряви, до появи перших зірок, тривав коротше, близько 250 мільйонів років, причому теоретики вважають, що в деяких, цілком виняткових випадках окремі зірки могли з'явитися і раніше, але ймовірність була дуже низькою.

З утворенням перших зірок Темна доба закінчилася. Гігантські ультрафіолетові зірки входили в протогалактики, утворені головним чином темною матерією. Розміри протогалактик були невеликими, і вони були близько одна до одної, що викликало сильне тяжіння, яке поєднувало їх у галактики, теж невеликі. Розміри перших галактик становили 20-30 світлових років (всього в 5 разів більше від сучасної відстані до найближчої зірки, а діаметр нашої Галактики 100 000 світлових років). Було б цікаво побачити ці гігантські ультрафіолетові зірки, але, незважаючи на їхню величезну яскравість, зробити це не вдається: вони знаходяться в області z = 8-12, а рекордом спостереження віддалених об'єктів поки що залишається квазар при z = 6,37. Ось якби вигадати, як виділити випромінювання, що виникло в певний період часу. Допускав же колись Е. Хаббл, що коливався, що червоне зміщення - просто результат старіння світла, а не ефект Доплера.

Про безпрецедентне явище - вперше зафіксованих вченими LIGO та Virgo гравітаційних хвилях від злиття двох нейтронних зірок. Ця подія вже називається початком нової епохи в астрофізиці, але чому саме вона така важлива?

Ми поговорили з Аланом Джей Вайнштайном-професором фізики та главою групи аналізу астрофізичних даних з лабораторії LIGOу Каліфорнійському технологічному інституті. Він розповів, чому те, що сталося, має таке значення, і як може змінити існуюче розуміння Всесвіту.

Усі кажуть, що сталося «безпрецедентне» явище. У чому його значення?

Вперше наша наукова команда та детектори LIGO засікли гравітаційні хвиліу вересні 2015 року, при зіткненні двох чорних дір. Це підтвердило значну гіпотезу теорії відносності Ейнштейна, Надало нам нові можливості з вивчення чорних дірок, дозволило стати свідками найпотужнішого явища з часів Великого вибуху і, певною мірою, дало можливість почути вібрації самого простору-часу. З того часу ми зафіксували ще кілька подібних явищ.

Але 17 серпня 2017 року ми побачили щось інше. Це було злиття двох ультракомпактних світил – не чорних дірок, а нейтронних зірок. Вони складаються з чистого ядерного матеріалу, тож це дуже екзотична та цікава тема для фізиків та астрономів. Але головне, що, на відміну від чорних дірок, вони випромінюють світло у великих кількостях.

Гравітаційні хвилі

Гравітаційні хвилі, передбачені Загальною теорією відносності, – це зміни гравітаційного поля, які поширюються за принципом хвилі. Вони можуть бути описані як «брижі простору-часу».
Вперше їх виявили у 2015 році детекторами обсерваторії LIGO. У 2017 році американські фізики Вайсс, Торн та Берішотримали Нобелівську премію за експериментальне виявлення гравітаційних хвиль від злиття двох чорних дірок.
Термін «гравітаційна хвиля» запровадив Пуанкаре 1905.

Ми вперше стали свідками такого масштабного астрономічного явища, яке було джерелом і гравітаційних хвиль та світла. Ми спостерігали світло у всіх його численних проявах: не тільки видиме випромінювання, але й ультрафіолетове, інфрачервоне, рентгенівське та гамма-випромінювання, радіохвилі.

Так ми змогли «побачити» і «почути» це надзвичайне явище різними способами. Те, що сталося, підтвердило зв'язок між злиттям подвійних нейтронних зірок і гамма-сплесками (GRB), визначило можливе розташування синтезу важких елементів у всесвіті, дозволило нам вперше виміряти швидкість і поляризацію гравітаційних хвиль. Завдяки гравітаційним хвилям, подія стала початком ери. multi-messenger astronomy .

Multi-messenger astronomy

У терміна multi-messenger astronomyдосі немає офіційного аналога у російській мові. Ця сфера астрономії заснована на скоординованому спостереженні та інтерпретації сигналів, створенні за допомогою різних астрофізичних процесів, електромагнітного випромінювання, гравітаційних хвиль, нейтрино та космічних променів. Так вони розкривають різну інформацію про джерела.
Як правило, джерелами є ультракомпкатні пари чорних дірок та нейтронних зірок, наднові, нерегулярні нейтронні зірки, гамма-сплески активні галактичні ядра та релятивістські струмені.

Тепер у фізиків та астрономів є можливість багато дізнатися про це неймовірно багатогранному процесі, ми все ще продовжуємо досліджувати те, що сталося, і дізнаватися про щось нове. Але якщо говорити про важливість цієї події у практичному та загальнолюдському сенсі, вона надає нам інформацію про походження найважчих хімічних елементів, включаючи дорогоцінні метали у наших ювелірних виробах.

Внаслідок зіткнення з'явилося золото, свинець та платина. Людина не надто близька до світу науки (як я, наприклад) це бачить схожою на вибух золотого пилу, але, звичайно, все набагато складніше.

Нейтронні зірки це чистий ядерний матеріал, який при зіткненні викидається в міжзоряний простір у величезній кількості. Він розщеплюється, а потім об'єднується в багаті на нейтрони атомні ядра, які стають важкими елементами - не тільки золотом, свинцем і платиною, а й ураном, плутонією, більшістю інших найважчих елементів періодичної таблиці. Вони розсіюються по своїй галактиці (яка, у разі GW170817, дуже далеко).

Подібні зіткнення відбуваються в нашому Чумацькому Шляху приблизно раз на 10-100 тисяч років. Фрагменти важких елементів, що залишилися після них, потрапляють у нашу сонячну систему і на Землю.

Нейтронні зірки

Нейтронна зіркає щільним нейтронним ядром з тонкою оболонкою, яке утворюється в результаті вибуху наднової. Нейтронні зірки мають потужне магнітне поле і велику щільність, але при цьому їх розміри становлять 10-20 км. Багато нейтронних зірок мають величезну швидкість обертання - кілька сотень оборотів в секунду.

Зіткнення важливе з низки причин. Вже говорять, що воно стане початком нової ери для астрономії. Це дійсно так?

Так! Ми виявимо ще багато подібних явищ, різних зоряних мас у різних галактичних середовищах. Це дозволить нам дізнатися багато чого про освіту, розвиток і згасання найпотужніших зірок і зміцнити нове розуміння походження найважчих хімічних елементів. Результати цих досліджень з'являться в підручниках, тож коли ми говоримо про блискуче майбутнє, або навіть золоте, то справді маємо це на увазі.

Зіткнення надало нову можливість для вивчення гравітаційних хвиль та Всесвіту. Що нового дізнаються вчені завдяки такій знахідці?

Ми зможемо вимірювати швидкість розширення Всесвіту з точністю, що постійно покращується. Є багато способів це зробити, але в нас з'явився інший новий метод. Якщо у всіх випадках ми дійдемо однакових висновків, то зміцнимо наше розуміння Великого вибуху. Якщо ні, то ми знатимемо, що неправильно зрозуміли якісь дані, потребуємо теорії краще або пропустили щось важливе.

Ми отримуватимемо при вивченні фундаментальних властивостей гравітаційних хвиль все більш точну інформацію. Це дозволить нам піддати загальну теорію відносності Ейнштейна, сучасну теорію гравітації, ще суворішим випробуванням. Ми підозрюємо, що, зрештою, виявимо, що вона не зовсім вірна, і це вкаже на більш глибоку і точну теорію.

Загальна теорія відносності

У 1915 році Альберт Ейнштейнопублікував свою геометричну теорію тяжіння, що стала відомою під ім'ям Загальної теорії відносності. Головним її твердженням було те, що гравітаційні та інерційні сили мають однакову природу, з чого випливало, що деформація простору-часу зумовлює гравітаційні ефекти.
Ейнштейн використовував рівняння гравітаційного поля, щоб зв'язати матерію та кривизну простору-часу, в якому вона існувала - у цьому полягала відмінність роботи з інших альтернативних теорій гравітації.
Загальна теорія відносностіпередбачила такі ефекти як гравітаційне уповільнення часу, гравітаційне відхилення світла, гравітаційне червоне зміщення світла, гравітаційне випромінювання, затримка сигналу в гравітаційному полі і т.д. Крім того, вона передбачала існування чорних дірок.
На сьогоднішній день ОТО залишається найуспішнішою теорією гравітації.

Щось подібне до зіткнення нейтронних зірок відбувається надзвичайно рідко. Коли вчені стануть свідками чогось подібного знову?

Такі явища можна спостерігати у Чумацькому Шляху кожні 10-100 тисяч років. Нам не доведеться так довго чекати! Наші нинішні детектори LIGO здатні спостерігати подібні зіткнення у віддалених галактиках більш ніж у мільйоні. Зараз ми покращуємо чутливість наших детекторів, щоб мати можливість зафіксувати дані явища в сотнях мільйонів галактик. Тож ми сподіваємося спостерігати щось подібне щороку.

Гравітаційні хвилі від злиття нейтронних зірок: золота ера для астрономіїоновлено: Жовтень 17, 2017 автором: Анастасія Бєльська

У промисловості моди зміни відбуваються постійно і швидко. Мільйони дівчат приходять на подіум, але лише одиниці здатні стати музою модного дизайнера та вразити вибагливу публіку. Дивимося, кому з нового покоління це вже вдалося і ким ми маємо милуватися на обкладинках глянцю найближчим часом.

Кріс Грикайте

Її повне ім'я – Христина, їй лише 17 років, і вона наша співвітчизниця з Омська. Цілком випадково, як це часто буває, дівчину помітила господиня модного будинку Міучча Прада і відразу ж запропонувала їй контракт на три роки. Тепер виразне обличчя Кріс не сходить з обкладинок модних журналів, зокрема Vogue.

@kris_grikaite / Instagram.com
@kris_grikaite / Instagram.com

Діана Сілверс

Поки Діана ще маловідома модель. Але з такою зовнішністю дівчина не залишиться надовго в тіні. Вона має всі дані, щоб стати королевою подіуму і відкривати найзнаковіші покази. Сподіваємося, вона вибере подіум, а не фотокамеру - кажуть, Діана серйозно захоплюється фотографією.

Адвоа Абоа

На думку провідних агентств світу, Адвоа – найперспективніша модель десятиліття. На даний момент за кількістю пропозицій вона обійшла сестер Хадід і навіть Кайю Гербер. Що й не дивно: голена голова та розсип ластовиння у поєднанні з фігурою унісекс ідеально підходять для демонстрації екстравагантних, футуристичних та мінімалістичних образів, які зараз на піку популярності.

Ешлі Грем

Ви, звичайно ж, вже знайомі з цією чарівною пампою. Ешлі - повна протилежність за своїми габаритами колегам по цеху. Але це не заважає їй активно брати участь у модних показах, створювати лінійку нижньої білизни і навіть писати мемуари про кар'єру моделі plus-size. Її вік наближається до пенсійного за мірками модельного бізнесу, але критики впевнені – це не межа її можливостей і лише початок грандіозної кар'єри.

Міка Арганараз

Цю кучеряву дівчину з Аргентини на великий подіум вивели також дизайнери Prada. Вона підкорює своєю безпосередністю та відкритістю, божевільною енергетикою та чарівністю. У поєднанні із яскравою зовнішністю Міка стає справжнім скарбом для світу моди.

Імаан Хамам

І ще одна чарівна кучерява з екзотичною зовнішністю наполовину єгиптянки, наполовину марокканки. Юна Імаан вже взяла участь у численних престижних показах та фотосесіях, минулого року вона стала одним із ангелів Victoria's Secret. Нова Наомі Кемпбелл – ось як називають її критики.

Стела Лючия

Зовнішність дівчини повністю відповідає її імені – далека та недосяжна, але дуже яскрава зірка. Неземна зовнішність Стели привернула спочатку дизайнерів Givenchy, а потім підкорила подіуми всього світу. До 18 років список модних перемог цієї крихкої блондинки значний, і він матиме продовження, без сумніву.

Вітторіа Черетті

У послужному списку цієї 18-річної красуні-італійки – контракти з Dolce & Gabbana, Armani та Chanel та рядом інших культових брендів. Своєю яскравою зовнішністю дівчина радує дизайнерів з 14 років, тож досвіду у Вітторії вистачає, щоб пробитися до лав супер-моделей.

Кайя Гербер

З такою зірковою мамою доля дівчини була вирішена з пелюшок – скажуть багато хто. І будуть неправі! Модельна зовнішність, вроджена витонченість та грація, завидна завзятість і рідкісна працездатність – ось які риси крок за кроком допомагають юній та тендітній Кайє крок за кроком підкорювати модельний світ. Сьогодні вона улюблена муза Карла Лагерфельда, творця власної лінійки одягу ... Чекаємо з нетерпінням нових досягнень!

Лептонна ера

Коли енергія частинок і фотонів знизилася не більше від 100 Мев до 1 Мев, у речовині було багато лептонів. Температура була досить високою, щоб забезпечити інтенсивне виникнення електронів, позитронів та нейтрино. Баріони (протони і нейтрони), що пережили адронну еру, стали порівняно з лептонами та фотонами зустрічатися набагато рідше.

Лептонна ера починається з розпаду останніх адронів - півонів - у мюони та мюонне нейтрино, а закінчується через кілька секунд при температурі 1010K, коли енергія фотонів зменшилася до 1 МеВ і матеріалізація електронів та позитронів припинилася. Під час цього етапу починається незалежне існування електронного та мюонного нейтрино, які ми називаємо “реліктовими”. Весь простір Всесвіту наповнилося величезною кількістю реліктових електронних та мюонних нейтрино. Виникає нейтринне море.

Фотонна ера або ера випромінювання

На зміну лептонної ери прийшла ера випромінювання, як тільки температура Всесвіту знизилася до 1010K, а енергія гамма фотонів досягла 1 Мев, відбулася лише анігіляція електронів та позитронів. Нові електронно-позитронні пари не могли виникати внаслідок матеріалізації, тому, що фотони не мали достатньої енергії. Але анігіляція електронів та позитронів тривала далі, поки тиск випромінювання повністю не відокремив речовину від антиречовини. З часу адронної та лептонної ери Всесвіт був заповнений фотонами. До кінця лептонної ери фотонів було у два мільярди разів більше, ніж протонів та електронів. Найважливішою складовою Всесвіту після лептонної ери стають фотони, причому не лише за кількістю, а й за енергією.

Для того, щоб можна було порівнювати роль частинок і фотонів у Всесвіті, було введено величину щільності енергії. Це кількість енергії в 1 см3, точніше, середня кількість (виходячи з передумови, що речовина у Всесвіті розподілена рівномірно). Якщо разом скласти енергію h? Всі фотони, присутні в 1 см3, ми отримаємо щільність енергії випромінювання Er. Сума енергії спокою всіх частинок 1 см3 є середньою енергією речовини Em у Всесвіті.

Внаслідок розширення Всесвіту знижувалася щільність енергії фотонів та частинок. Зі збільшенням відстані у Всесвіті вдвічі, обсяг збільшився у вісім разів. Іншими словами, щільність частинок і фотонів знизилася у вісім разів. Але фотони у процесі розширення поводяться інакше, ніж частинки. У той час, як енергія спокою під час розширення Всесвіту не змінюється, енергія фотонів при розширенні зменшується. Фотони знижують свою частоту коливання, наче «втомлюються» з часом. Внаслідок цього густина енергії фотонів (Er) падає швидше, ніж густина енергії частинок (Em). Переважання у Всесвіті фотонної складової над складовою частинок (мається на увазі щільність енергії) протягом ери випромінювання зменшувалося доти, доки не зникло повністю. До цього моменту обидві складові дійшли рівноваги, тобто (Er = Em). Закінчується епоха випромінювання і водночас період «Великого вибуху». Так виглядав Всесвіт у віці приблизно 300 000 років. Відстані у період були у тисячу разів коротше, ніж у час.

Зіркова ера

Після «Великого вибуху» настала тривала ера речовини, епоха переважання частинок. Ми називаємо її зоряною ерою. Вона продовжується з часу завершення «Великого вибуху» (приблизно 300 000 років) до наших днів. Порівняно з періодом «Великого вибуху» її розвиток ніби уповільнений. Це відбувається через низьку щільність і температуру. Таким чином, еволюцію Всесвіту можна порівняти з феєрверком, який закінчився. Залишилися іскри, що горять, попіл і дим. Ми стоїмо на охолодженому попелі, вдивляємось у старі зірки і згадуємо красу та блиск Всесвіту. Вибух супернової чи гігантський вибух галактики – нікчемні явища порівняно з великим вибухом.

Світло зірок освітлює нічне небо,
чудес галактик мерехтіння світла.
Світло зірок освітлює наші дні,
в яких ми були десь у тіні:
Це народження та смерть поета,
це біль заходу сонця і радість світанку,
це повні фрази і ті, які без відповіді,
це спектаклі одинаки чи дуету,
це наші життя, в якому винна ця-
Чудова, синя планета!

Зіркою, що впала в долоні,
Таким запам'ятаюсь я тобі,
Коли душа воскресне світом,
І помолюся я в тиші.
Як дорогий мить мені, той, який,
Ти ніжність слів вимовила...
Невмовним докором
Тобі відповість тиша...
Але якщо я, і в запалі битви,
Забуду ім'я твоє,
Вимов свою молитву,
Я пам'ятатиму і її...

"Зірка", "Зірка", відповідай, "Зірка" -
Мій позивний "Ромашка" поля...
"Зірка", повернися до мене "Зірка" -
Моя душа в тузі та болю.

За смугою нічийної ви,
На вас захист комуфляжу.
"Зірка", "Зірка", живи вдалині,
А ми потім придавимо гада!

На позивний відповідай, де ти?
Ми тут все чекаємо, хоч би слова...
Будь обережним там, "Зірка",
Повернися назад "Зірка" без бою.

Ну, нарешті, чую вас -
Відкритим текстом ви в ефірі!
Зовсім погані, знати, справи.
"Зірка...

Зірки, як дірки в чорній ковдрі,
Зірки сяють і рвуть темряву.
Зірки так близькі до Бога і знають,
Яку долю він готує комусь.
Зірки мовчать у мирно дрімаючій стужі,
Зірки дивляться на планети, світи.
Бачачи в руках наших списи зброї
Не розуміють, навіщо ми такі злі.
Нам не дано осягати буття.
Ми насолоджуємось сміттям, сміттям,
І нами правлять жорстокість та помста...
Так ось і в століття ми з віку волочим
Тяжку думу, що народила сплін-
Зірки дивляться на людей, ми на зірки;
Але немає порятунку ні тим, ні...

Зірка опівночі сяє над землею,
Даруючи світло надії селам, містам.
Любив я спостерігати завжди, як над горою
Сходить ця північна зірка.

Більше половини за спиною залишилося:
Миготіння подій та втрат черги.
Лише незмінно в небі півночі блищала
Зірка заповітна, чарівна зірка.

Ось і зараз вона в темряві небес сяє,
Променем трохи доторкнувшись до дзеркала ставка,
І знову в моїй душі надію пробуджує
Зірка заповітна, північна зірка.

зірки
дивляться відразу у всі місця
зірки довго, дуже довго живуть
у них своє життя, своя доля
зірки летять, нікого не чекають
ти не повіриш
ти теж Зірка
своя планіда, своя орбіта
величезна в тобі Краса
тільки потрібне одне
щоб вона виявилася б
потрібно, як у дитинстві
закрутиться у вихорі
у вихорі білому швидко - швидко
і закричати сильно несамовито
і відчути себе гарним
немислимо

Зірка кохання моєї горі!
Гори і ніколи не гасни.
Ти освітила мені вночі
Шлях через біди та нещастя,
Ти розтопила добротою
Серця застиглі від болю,...

Зірка любові моєї, на жаль,
Вчора впала каменем у море.

І знову я стою вночі
Навколо міняли темрява і холоднеча
І я кричу зірці: "Гори!
Твоє світло як ніколи мені потрібне."

І світить мені зірка кохання
З глибини холодної безодні
І дарує промінчик золотий
Всепереможної надії.

Зірка на небі,
Зірка на землі,
Дотик твоїх губ
Можна відчути лише уві сні!
Теплота твого тіла
З серця виходить воно,
Можливо сміливо
Зігрієш ти і моє!
Зірки не старіють,
Не старіє й кохання…
Вони не вміють,
Коханою будеш знову і знову!
Я шепочу тобі очима.
Як з тобою добре…
Ти подаруєш мені губами...
Щастя, думки та тепло!
Я довірюся небу, зіркам...
Я скажу, що ти зірка,
Світитимешся яскравіше,
Світитимусь і я!!!