Розроблено нову теорію формування галактик

Сучасні телескопи дозволяють астрономам досліджувати молодий Всесвіт, проникаючи на 10 і навіть більше мільярдів років тому.

Недавні спостереження, проведені групою професора Райнхарда Гензеля з Інституту астрофізики імені Мака Планка (Німеччина), показали, що утворення зірок у масивних галактиках уже на настільки ранніх стадіях проходило дуже інтенсивно; пояснити такі результати в рамках існуючих моделей виявилося неможливо. У спробі вирішити проблему команда вчених з Єврейського університету в Єрусалимі (Ізраїль), що співробітничала з німецькими дослідниками, запропонувала нову теорію формування галактик, що пояснює цей процес дією потоків холодного газу (переважно водню).

В основі теорії лежать результати комп'ютерного моделювання, виконаного французькими фахівцями на чолі з Роменом Тессє. Згідно отриманими даними, струмені холодного газу проходять крізь темне гало галактики (утворене темною матерією) і простір, заповнений гарячим газом, і досягають центра системи, утворюючи обертовий диск. Цей диск потім розбивається на кілька гігантських скупчень речовини, усередині яких формування зірок іде швидко й ефективно. Розрахунки вчених показують, що інтенсивність зародження зірок відповідає спостережуваній.

Загальноприйнята теорія відрізняється від гіпотези ізраїльських дослідників тим, що на перший план у ній висунутий процес злиття галактик. Стверджується, що формування зірок усередині дисків проходить досить повільно, однак при злитті дисків і супутньому йому взаємодії хмар газу процес різко активізується. У новій моделі внесок цього механізму зіркоутворення оцінюється як другорядний.

Надмасивні чорні діри не впливають на формування зірок

Донедавна основною причиною зупинки зіркоутворення вважалося  вплив активного ядра галактики — надмасивної чорної діри. Так згідно теорії, в міру росту чорна діра виділяє все більшу кількість енергії, нагріває навколишню речовину й цим перешкоджає її конденсації.

Однак дослідження команди вчених з Єльського університету, очолюваної Мег Аррі, показали, що процес утворення нових зірок завершується значно раніше, задовго до того, як енергія випромінювання чорної діри досягає максимуму. Учені проаналізували зображення 177 галактик, отримані двома різними космічними телескопами; на деяких знімках ядра галактик були сховані хмарами пилу й газу, на інших видимість була близька до стовідсоткового. У результаті з'ясувалося, що у всіх галактиках з яскравими чорними дірами утворення зірок завершилося кілька сотень мільйонів років тому, у той час як у центрах галактик, у яких постійно росла кількість зірок, чорних дір виявити не вдалося. «Отже, моменти закінчення формування зірок і значного збільшення ядра галактики серйозно рознесені в часі», — говорить М. Аррі.

Дати однозначну оцінку причин зупинки зіркоутворення вченим проблематично. «Можливо, на ранніх стадіях росту чорна діра також робить якийсь вплив на цей процес», — припускає провідний дослідник Кевін Шавінски.

Виявлено 12 нових пульсарів

Пульсари — нейтронні зірки, що обертаються та можуть випускати випромінювання з різними довжинами хвиль, які приходить на Землю у вигляді коротких імпульсів. Велика частина пульсарів була виявлена при реєстрації характерних імпульсів радіочастотного діапазону (прийнято вважати, що джерелами радіовипромінювання служать магнітні полюси зірки).

Телескоп Фермі, запущений 11 червня 2008 року, вперше надав ученим можливість визначати високоенергетичні гамма-випромінювання, що випускаються пульсарами. У жовтні 2008 року було зроблене відкриття першого представника окремого класу космічних об'єктів — гамма-пульсарів, а кілька днів назад фахівці НАСА оприлюднили інформацію про 12 нових об'єктів такого роду. «Тепер ми зможемо оцінити реальні масштаби процесів, що відбуваються в нейтронних зірках, — не приховує радості Роджер Романі зі Стенфордського університету (США). — Нам нарешті відкрилася їхня справжня потужність».

Нові результати також змусили вчених переглянути свої уявлення про механізм формування випромінювання пульсарів. «Раніше ми думали, що джерело гамма-випромінювання перебуває поблизу поверхні зірки в районі полюса — там же, де формуються радіохвилі, — відзначила Еліс Хардинг  із Центру космічних польотів імені Годдарда (США) — Від цієї ідеї, як видно, доведеться відмовитися».

Тепер більшість астрономів вважає, що джерело гамма-випромінювання перебуває на значній відстані від поверхні пульсара; частинки випускають фотони, прискорюючись у магнітному полі зірки. Учені, зокрема, провели обчислення положення центра випущення гамма-променів для відомого пульсара Vela: виявилося, що він повинен розташовуватися на висоті близько 500 км над поверхнею.

Стародавній Місяць мав розплавлене ядро

Результати вивчення зразків місячних порід, доставлених на Землю американськими астронавтами в 70-х роках минулого століття, змусили фахівців змінити багато із своїх уявлень: виявилося, що багато екземплярів, всупереч думкам  про еволюцію Місяця, були намагнічені. Проблему вдалося вирішити групі дослідників з Массачусетського технологічного інституту (США), що провела ретельний аналіз самого древнього екземпляра з колекції. Свої висновки вчені виклали в статті, опублікованої в журналі Science; за їхніми словами, 4,2 мільярди років тому Місяць багато в чому нагадував Землю: ядро було рідким, що, відповідно призвело до утворення сильного магнітного поля.

Досліджений американцями шматок породи був знайдений астронавтом Харісоном Шмітом, пілотом місячного модуля в складі експедиції «Аполлон-17» (її учасники зробили шосту й останню на даний момент висадження на Місяць). «Це один з найдавніших відомих нам зразків, — пояснює аспірант Єн Герік-Бетелл), співавтор статті. — До того ж дивне сполучення яскраво-зелених і молочно-білих кристалів дозволяє вважати його ще й найкрасивішим».

Використовуючи магнітометр у сполученні зі спеціальною роботизованою системою, учені змогли провести на порядок більше вимірів, чим їхні попередники. Аналіз величезного масиву зібраних даних показав неспроможність всіх інших теорій, що пояснюють походження намагніченості (приміром, припущення про вплив тимчасових магнітних полів, що виникали при падінні на Місяць великих метеоритів). Навіть у випадку найдужчих ударів, аргументують учені, магнітні поля зникають через день, а факти говорять про те, що місячна порода перебувала під їхнім впливом протягом декількох мільйонів років. Такі умови могло забезпечити лише розплавлене ядро.

За розрахунками дослідників, напруженість магнітного поля древнього Місяця була приблизно в п'ять разів менше, ніж у сучасної Землі.

Вчені створили карту розподілу місячного водню

Вченим вдалося побудувати найбільш детальну карту розподілу водню в полярних регіонах Місяця. Про це повідомляється в прес-релізі, опублікованому на сайті Університету Дурхама, співробітники якого брали участь у роботі.

Карта була побудована на підставі даних, зібраних зондом Lunar Prospector в 1998 році. Тоді цей апарат виявив підвищений вміст водню в полярних регіонах земного супутника. Майже відразу виникла гіпотеза про те, що водень входить до складу водяного льоду, що залягає на дні кратерів. Лід не випаровується тому, що дно кратерів ніколи не освітлюється Сонцем.

За допомогою спеціального програмного забезпечення, що подавляє "шум" у зібраних даних, дослідникам вдалося встановити, що водень перебуває в деяких регіонах у дуже високій концентрації. За словами фахівців, це, та розташування районів підвищеного вмісту елемента, вказує на те, що даний елемент утримується або у вигляді водяного льоду, або у вигляді протонних вкраплень (молекула водню складається із протона й електрона) у місячній породі, залишених сонячним вітром.

За допомогою свого методу вченим вдалося також оцінити ймовірну кількість води. Вони встановили, що метровий шар поверхні Місяця повинен містити сумарно більше 200 мільярдів літрів води (для порівняння, великий пивоварний завод у рік може виготовити "усього" мільярд літрів пива).

Як би там не було, нова карта буде корисна майбутнім космічним місіям, оскільки вказує регіони, де варто шукати воду. У цей час Місяць вивчається індійським зондом "Чандраян-1", китайським "Чане-1" і японським "Кагуя".

Всесвіт орієнтований у праву сторону

Американському фізикові Майклу Лонго вдалося підтвердити, що більша частина галактик у Всесвіті орієнтована у праву сторону.

У своєму дослідженні вчений використав фотографії галактик, зібрані в рамках програми цифрового огляду неба — Sloan Digital Sky Survey. Класифікація типів цих об'єктів поки не піддається "комп'ютеризації", тому потрібна допомога добровольців. Наприклад, подібною класифікацією займаються учасники проекту — Galaxy Zoo.

 Майкл Лонго вивчав питання про те, скільки галактик з виявлених обертаються по годинниковій  стрілці (тобто є правобічними), а скільки проти. Звичайно, у просторі говорити про напрямок обертання галактики змісту не має: якщо на галактику, що рухається по годинниковій стрілці, глянути з іншого боку, то вона буде рухатися вже проти. З іншого боку, поняття напрямку обертання застосовано до видимих проекцій галактик на небесну сферу. Відповідно до сучасних подань, правобічних і лівосторонніх галактик на небі повинно бути однакове число, однак дослідження показали, що це далеко не так.

 Схожі результати були отримані Лонго якийсь час назад та були критикованні з боку фахівців. Зокрема, багато хто з них указували на те, що люди, що аналізують зображення, підсвідомо віддають перевагу правобічним галактикам. Використовуючи спеціальні імовірнісні методи, Лонго вдалося виправити недоліки попередньої роботи. За даними про 15872 галактики, дослідникові вдалося одержати результати, схожі з попередніми. Пояснити, чому подібне відбувається, учені поки не в змозі.

Водяна пара зареєстрована на рекордній відстані від Землі

Групі дослідників, очолюваних Віолетою Імпелліцері з Інститута радіоастрономії ім. Макса Планка, вдалося виявити воду на рекордній відстанні від Землі. Квазар MG J0414+0534, у якому була виявлена водяна пара, має червоне зміщення z = 2,64, що відповідає дистанції в 11,1 млрд світлового років.

Зробити відкриття вченим допоміг щасливий збіг обставин: вплив ефекту гравітаційного лінзування, від однієї з галактик на випромінювання від квазара, було достатнім для того, щоб радіотелескоп, установлений поблизу містечка Еффельсберг, уловив слабкий сигнал. До того ж спектральна лінія, що відповідає молекулі води, при даному значенні червоного зміщення зрушилася із частоти 22 ГГц у район 6 ГГц, що саме відповідає верхній границі доступних для телескопа частот. Згодом викладення дослідників підтвердилися результатами спостережень на інтерферометрах, утворюючих так званий Надвеликий масив.

Результати, отримані німецькими вченими, показують, що умови для формування молекул води склалися вже через 2,5 млрд років (нагадаємо: вік Всесвіту становить близько 14 млрд років) після Великого вибуху. Наступного подібного відкриття, можливо, прийдеться чекати дуже довго: чутливість сучасних телескопів недостатня для спостереження настільки віддалених об'єктів. Саме тому Віолета Імпелліцері особливо підкреслює стимулюючу роль своїх досліджень: «Тепер ми точно знаємо, що зареєструвати воду можна й на таких відстанях; сподіваюся, це прискорить процес вивчення інших далеких галактик».