Млечный Путь № 1 2021

Шимон Давиденко
На Земле и в космосе

Джеймс Мейнард

Джеймс Мейнард основатель и издатель The Cosmic Companion. Он уроженец Новой Англии, живет в Тусоне со своей прекрасной женой Николь и котом Максом.

Солнечный зонд Parker, разработанный для детального изучения Солнца, обладает преимуществом - он может исследовать планеты, мимо которых пролетает, двигаясь по орбите вокруг Солнца. По мере того, как Parker корректирует свою орбиту, зонд в общей сложности семь раз за время своей семилетней миссии облетит Венеру. Parker использует гравитационное притяжение планет, чтобы изменить свой путь через Солнечную систему. Записанный 11 июля 2020 года новый снимок Венеры был сделан во время третьего из семи запланированных Паркером сближений с Солнцем.

Рис. 1

Эта фотография была сделана тепловизором WISPR с широким полем зрения с расстояния 12380 километров (7 693 миль) от ночной стороны планеты. Камера WISPR была разработана для получения изображений внутренней гелиосферы Солнца (простирающейся далеко в космос) в видимом свете, а также для изучения солнечного ветра. Используя WISPR, Parker обнаружил неожиданные детали как на самой поверхности Венеры, так и над ней.

WISPR использует две камеры с радиационно-стойкими детекторами с активным пиксельным датчиком. Эти детекторы используются вместо традиционных ПЗС-матриц, поскольку они легче и потребляют меньше энергии. Они также менее восприимчивы к эффектам радиационного повреждения космическими лучами и другими частицами высоких энергий. Линзы камеры изготовлены из радиационно-стойкого стекла BK7, обычно используемого для космических телескопов. Это стекло также достаточно устойчиво к ударам пыли.

На новом изображении Венеры видно яркое кольцо у края диска планеты. Исследователи полагают, что это может быть ночное свечение, когда: атомы кислорода, расщепленные солнечным светом, рекомбинирует в молекулы.

Темная область около центра изображения - Aphrodite Terra, самая большая высокогорная область на поверхности Венеры. Эта геологическая особенность кажется темной из-за того, что она примерно на 30 градусов Цельсия (85 F) холоднее окружающей местности.

"WISPR протестирован для наблюдений в видимом свете. Мы ожидали увидеть облака, но камера смотрела прямо на поверхность", - пояснил Ангелос Вурлидас, научный сотрудник проекта WISPR из Лаборатории прикладной физики Джонса Хопкинса (APL).

Полученные фотографии стали неожиданностью для исследователей, которые не ожидали, что WISPR так четко увидит объекты на поверхности Венеры. Возникает интересный вопрос для инженеров и астрономов: почему WISPR смог так ясно видеть сквозь облака Венеры? Две наиболее вероятные возможности: либо WISPR способен видеть в инфракрасном диапазоне длин волн лучше, чем предполагали разработчики, либо существует более тонкая область облаков, позволяющая камере видеть сквозь дымку. Любая причина предлагает захватывающие новые научные возможности. Если WISPR может эффективно отображать инфракрасные волны, то у нас есть новый инструмент для изучения пыли и гальки, подобных тем, которые сформировали каменистые планеты внутренней Солнечной системы. Если в облаках Венеры есть ранее неизвестные разрывы, эта особенность может помочь лучше понять атмосферу Венеры.

WISPR изучает Венеру вместе с командой, управляющей аппаратом японской миссии Акацуки, вращающимся вокруг Венеры. Этот космический аппарат снимает Венеру в инфракрасном диапазоне, создавая изображения, похожие на неожиданные фотографии, сделанные зондом Parker.

Второй набор изображений ночной стороны Венеры был сделан командой WISPR 20 февраля 2021 года. Анализ этих изображений должен быть завершен к апрелю.

Опубликовано в журнале Live Science.

Новое состояние материи

Рис 2

"Косяк рыб, рой насекомых, летают птицы... Новое исследование показывает, что на самом базовом уровне такое групповое поведение формирует новый вид активной материи, называемый вихревым состоянием. Физические законы, такие как второй закон Ньютона, который гласит, что по мере увеличения силы, приложенной к объекту, его ускорение увеличивается, а по мере увеличения массы объекта его ускорение уменьшается, применяются к пассивной, неживой материи, от атомов до планет. Но большая часть материи в мире активна и движется под действием собственной, самонаправляемой силы".

Так сказал Николай Бриллиантов, математик из Сколковского института науки и технологий в России и Университета Лестера в Англии. Такие разнообразные живые существа, как бактерии, птицы и люди, могут взаимодействовать с действующими на них силами. Есть и примеры неживой активной материи. Наночастицы, известные как "частицы Януса", состоят из двух сторон с разными химическими свойствами. Взаимодействие между сторонами создает движение.

Чтобы исследовать активную материю, Бриллиантов и его коллеги использовали компьютер для моделирования частиц, которые могут самостоятельно двигаться.

"Эти частицы сознательно не взаимодействуют с окружающей средой, - сказал Бриллиантов. - Они больше похожи на простые бактерии или наночастицы с внутренними источниками энергии, но без способностей к обработке информации".

Первым сюрпризом было то, что эта активная материя ведет себя совсем не так, как пассивная. По словам Бриллиантова, разные состояния пассивной материи могут сосуществовать. Например, стакан жидкой воды может постепенно испаряться, но при этом остается жидкая вода. Активная материя, напротив, не сосуществовует в разных фазах; она или твердая, или жидкая, или газообразная.

Частицы также группируются в большие конгломераты или квазичастицы, которые образуют круговой узор вокруг центральной пустоты, что-то вроде водоворота стайных сардин. Исследователи назвали эти конгломераты частиц "вихревыми", а новое состояние вещества - "вихревым состоянием". В этом вихревом состоянии частицы проявляли странное поведение. Например, они нарушили второй закон Ньютона: когда к ним прикладывали силу, они не ускорялись. "Они просто движутся с постоянной скоростью, что совершенно удивительно", - сказал Бриллиантов. По его словам, моделирование было лишь началом, и экспериментальная работа с реальным активным веществом - важный следующий шаг. Бриллиантов и его коллеги планируют провести более сложное моделирование с использованием частиц активного вещества, способных обрабатывать информацию. Такие частицы будут больше напоминать насекомых и животных и помогут раскрыть физические законы, регулирующие возникновение стай и роение. По словам Бриллиантова, в конечном итоге цель состоит в том, чтобы создать самособирающиеся материалы из активного вещества, что важно для понимания фаз этого вида материи. "Очень важно, что мы видим природу активной материи, которая намного богаче, чем природа пассивной материи", - сказал Бриллиантов.

Невидимый мозг

Мэтью Забель

Рис 3

Понятие темной материи, как следует из ее названия, вызывает в воображении ощущение эфирного и таинственного. Сначала думаешь о гипотетическом материале, составляющем 85% плотности Вселенной. Это то, что мне пришло в голову, когда я увидел новую статью, расширяющую теорию темной материи мозга. Статья, опубликованная в журнале "Структура и функции мозга", призвана убедить читателя в том, что большие участки нейронов мозга остаются "молчаливыми" на протяжении всей жизни. Эти безмолвные ансамбли нейронов составляют так называемую темную материю.

Исторически сложилось, что не первый раз биологическое явление получает ярлык темной материи. Проект "Геном человека" обнаружил, что до 98% генома представляет собой некодирующую ДНК - другими словами, ДНК, которая не кодирует белок. Более того, когда-то считалось, что глиальные клетки, составляющие большинство клеток мозга, являются просто структурной, по существу безмолвной "темной материей" мозга. Теперь мы знаем, что даже некодирующие области ДНК выполняют функции, которые ученые все еще выясняют.

Статья написана Сааком Овсепяном и описывает популяцию нейронов в головном мозге, которая, по сути, хранит молчание. Работа определенно возвращает нас к мифу о том, что мы используем только 10% возможностей нашего мозга. Однако проблема заключается в том, что функциональные записи (электрофизиологические или полученные на основе изображений) демонстрируют существование молчаливых нейронов. Предположение Овсепяна заключается в том, что в мозге есть популяции нейронов, которые при записи в присутствии различных стимулов никогда не пропускают потенциал действия к следующему нейрону в цепи. Сколько бы способов вы ни использовали, они не отвечают. Проблема в том, что экспериментаторы не пробовали правильные стимулы для конкретных нейронов, которые они тестировали.

Похоже, что в длинном списке стимулов они просто не достигли нужного стимула. Опробовать все мыслимые стимулы на каждом нейроне, безусловно, будет долгим, утомительным и дорогостоящим экспериментом. Ни один аспирант не подписался бы на этот проект. Автор признает этот потенциальный изъян в своей теории: "Еще одно возможное объяснение наличия большого количества неактивных нейронов - это их узкая настройка. Но могут ли эти соображения объяснить постоянное молчание подавляющего большинства нейронов по всему мозгу, еще предстоит выяснить".

Овсепян описывает реликтовое поведение, которое можно было наблюдать у наших предков, живших за тысячи лет до цивилизации, и которые проявляются у пациентов с шизофренией. Представление о том, что тормозящие нейроны сдерживают таланты и поведение, кажется правдоподобным. Растормаживание, которое происходит при стрессе, может раскрыть замечательные способности ученых, а также пагубное поведение, наблюдаемое при шизофрении.

Однако можно возразить, что вышеупомянутые явления могут быть результатом рождения слишком большого количества функционирующих нейронов. В начале мозг имеет гораздо больше связей между нейронами, чем ему нужно. По мере развития организма количество связей сокращается. Сейчас считается, что эти внешние связи приводят к поведению, наблюдаемому при аутизме и шизофрении - растормаживание спящих цепей не требуется; они уже есть и функционируют, хотя и ненадлежащим образом.

Эта модель объясняет, почему поведение, связанное с увеличением функциональности, проявляется в более позднем возрасте, чем можно было бы ожидать. Представьте себе человека, рожденного с генетической предрасположенностью к шизофрении. Скажем, гены риска участвуют в миелинизации тормозящих интернейронов. Мы так эволюционировали, что наш мозг не становится полностью миелинизированным примерно до 30 лет. Если миелин мозга этого человека развивается немного медленнее, чем у его сверстников, и мозг эволюционировал так, что к 21 году он должен функционировать с заранее заданным количеством миелина, порог его мозга для управления стрессором может быть снижен. Кажется, это так. Жизненный стресс возрастает примерно к 20 годам, что также является возрастом самого высокого уровня заболеваемости шизофренией. Тогда кажется возможным, что потеря тормозящей функции интернейрона из-за известного дефекта могла растормаживать цепи, которые у "нормального" человека не работали бы.

Теория темной материи помогает объяснить, почему психоз, наблюдаемый у этих пациентов, развивается в это время, а не раньше, как можно было бы ожидать. Идея о том, что древние нейронные сети бездействуют, вносит интересный поворот в теорию эволюции мозга. Возможно, однажды мы попробуем все возможные стимулы для каждой цепи, чтобы определить, существует ли на самом деле популяция нейронов, находящихся в спящем состоянии и ожидающих освобождения.

Что произойдет с религиями, когда мы найдем "чужих"?

Шеннон Стайрон

Когда Галилей впервые взглянул на небо в телескоп, он понятия не имел о значении миров, которые он обнаружит. В божественно организованном балете четыре точки света двигались вокруг планеты Юпитер. Открытие четырех лун Юпитера означало, что небесные тела не вращаются исключительно вокруг Земли. Это обеспечило дополнительную поддержку предположению, что Земля не является - как многие считали - центром Вселенной.

Это открытие настолько встревожило христианскую церковь, что Галилей подвергся нападкам инквизиции и был вынужден провести остаток жизни под домашним арестом.

Более четырех веков прошло с 1610 года, когда Галилей впервые заметил четыре луны Юпитера, и наше понимание космоса беспрецедентно по сравнению с тем временем. Космический аппарат НАСА "Кеплер" обнаружил около 4000 планет, вращающихся вокруг других звезд. После почти 60 лет исследований мы теперь знаем, что вода есть по всей Солнечной системе. А где вода, там может быть жизнь.

Легко представить, что открытие жизни в другом мире может вызвать бурю негодования среди верующих. Создал ли Бог эту жизнь? Что значит, если организм не основан на углероде, как наш?

"Идея о том, что мы - главное, и все вращается вокруг нас, сформировала множество взглядов в монотеистических религиях", - говорит доктор Ричард Моув, евангелический христианин и теолог из семинарии Фуллера в Пасадене, Калифорния.

"Идея жизни в других мирах или на других планетах была бы просто подтверждением того, во что всегда верили христиане и евреи", - говорит Моув, утверждая, что паника по поводу внеземной жизни необоснованна. "Бог создал галактики и все остальное - ничто из этого не должно нас шокировать".

"Я думаю, это расширит наше понимание Вселенной Бога".

Космический плюрализм - вера в то, что многие миры, планеты, луны и даже солнце могут содержать жизнь - это многовековая философская вера, которая широко использовалась в исламе в средневековую эпоху. "Система верований по-прежнему актуальна в современном исламе, - говорит доктор Музаммил Сиддики, имам и директор Исламского общества округа Ориндж. "Я лично не вижу проблем с тем, чтобы жизнь находила другую жизнь, - говорит он. - В исламе считается, что Бог создал всю Вселенную и позаботился обо всем и о каждом существе, которое могло существовать".

Раввин Эллиот Дорфф, профессор философии в Американском еврейском университете, говорит, что иудаизм также согласен с этой концепцией. "Признание Бога должно быть еще больше, учитывая, что сейчас мы находим другие планеты, не говоря уже о других галактиках, - говорит он. - Если на одной из этих планет есть жизнь, это просто подтвердит роль Бога в создании Вселенной".

Священные Писания из ислама, иудаизма и христианства говорят аналогичные вещи о начале нашей планеты: Бог создал небеса и Землю за шесть дней. И хотя интерпретация варьируется в зависимости от веры, все трое ученых считают, что временная шкала предназначена для использования в качестве метафоры. Это не человеческие дни, которые длятся 24 часа, а божественные дни, которые могут варьироваться от 1000 человеческих дней до тысячелетий. Интерпретация текстов оставляет место для расширения Вселенной, рождения и смерти звезд, формирования планет и эволюции на Земле; также дает возможность жизни существовать на другом планетарном теле.

Однако разумная жизнь может представлять собой совершенно другую проблему.

"Я думаю, что идея разумной жизни - это настоящий вызов, потому что мы считаем себя падшими людьми, - говорит Моув. - Иисус пришел спасти людей, но как насчет существ на других планетах?"

Доктор Сиддики говорит, что ислам не видит проблем с разумной жизнью, существующей где-либо во Вселенной. "Люди живут на Земле, и Бог создал людей для Земли, - говорит он. - Так что никто не верит, что на других планетах есть люди, разве что примитивные существа или бактерии. В Коране прямо говорится, что люди созданы такими, как сейчас, и созданы исключительно для Земли".

Рабби Эллиот говорит, что, если с нами когда-либо свяжутся, "я думаю, это расширит наше понимание Вселенной Бога".

"Мы должны думать о том, как приучать людей веры к вполне реальной возможности, что мы откроем для себя иную жизнь".

Когда 84 процента населения мира верят в Бога и придерживаются религиозных убеждений, важно предугадывать, как может выглядеть реакция людей на внеземную жизнь. НАСА в 2016 году предоставило грант в миллион долларов Центру богословских расследований в Принстоне. Ученым было поручено подумать, как обретение жизни может повлиять на то, как большинство верующих, особенно христиане, будут думать о Боге. Объявление о гранте вызвало споры, поскольку критики опасались, что НАСА поддерживает христианские верования и не принимает во внимание взгляды других конфессий.

"Наука и религия - две стороны, о которых необходимо говорить, - говорит доктор Моув. - Мы должны думать о том, как обучать верующих людей, осознавая вполне реальную возможность открытия жизни. Чтобы подготовиться к этому, нам необходимо проводить духовное, богословское и научное образование религиозных общин. В противном случае мы закончим тем, что в нашем сообществе появятся очень громкие люди, которые либо отрицают иную жизнь, либо каким-то образом чувствуют, что их вере угрожает серьезная опасность. Оба эти ответа неверны".

У всех трех основных религий есть Священные Писания, подтверждающие возможное открытие жизни, разумной или нет. Может быть, светскому миру придется больше бороться, если когда-нибудь будут обнаружены свидетельства существования жизни. Или, возможно, такое открытие ответит на некоторые из самых больших вопросов человечества. В конце концов, кто из нас не задавался вопросом, одиноки ли мы во Вселенной?

Карл Саган однажды написал, что "наука совместима не только с духовностью; это глубокий источник духовности". Хотя ответы остаются неизвестными, доктор Моув соглашается с Саганом в том, что наука и вера во многом совместимы.

"Мы не должны противопоставлять себя мировым Карлам Саганам, - говорит он. - Вместо этого мы должны радоваться тому факту, что даже если мы не согласны с конечной природой реальности, мы разделяем глубокое чувство таинственности и трепета перед космосом, в котором мы находимся".

Originally published on Live Science.

Пол Шуттер

Почему Вселенная так быстро расширяется?

Физики давно предполагали, что Вселенная практически одинакова в любом направлении, и теперь они нашли новый способ проверить эту гипотезу: исследуя тень черной дыры. Если эта тень будет немного меньше, чем предсказывают существующие физические теории, это может помочь доказать далеко идущее понятие, называемое "гравитацией шмеля". Эта теория описывает, что произойдет, если, казалось бы, идеальная симметрия Вселенной в конце концов перестанет быть такой идеальной.

Если ученым удастся найти черную дыру с очень маленькой тенью, это откроет дверь к совершенно новому пониманию гравитации и, возможно, объяснит, почему Вселенная расширяется все быстрее. Но чтобы понять, как эта идея шмеля может "летать", давайте углубимся в фундаментальную физику.

Глядя в зеркало

Физики любят симметрию. В конце концов, она помогает нам понять некоторые из самых глубоких секретов Вселенной. Например, физики поняли, что если вы проводите эксперимент по фундаментальной физике, вы можете переместить свое оборудование в другое место и снова получите тот же результат (то есть, если все другие факторы, такие как температура и сила гравитации, останутся прежним). Другими словами, независимо от того, где в космосе вы проводите свой эксперимент, вы получите один и тот же результат. С помощью математической логики это напрямую приводит к закону сохранения количества движения.

Другой пример: если вы запустите свой эксперимент и подождете некоторое время, прежде чем запускать его снова, вы получите тот же результат (опять же, при прочих равных). Эта временная симметрия напрямую ведет к закону сохранения энергии - энергия никогда не может быть создана или уничтожена.

Есть еще одна важная симметрия, которая составляет основу современной физики. Она называется "симметрией Лоренца" в честь Хендрика Лоренца, физика, который выяснил все это в начале 1900-х годов. Оказывается, вы можете свой эксперимент повернуть в пространстве, и (при прочих равных) вы получите тот же результат. Вы также можете ускорить эксперимент до фиксированной скорости и получить тот же результат. Другими словами, при прочих равных - повторяю это, потому что это важно - если вы проводите эксперимент в полном покое и проводите тот же эксперимент на половине скорости света, вы получите тот же результат. Это симметрия, которую обнаружил Лоренц: законы физики одинаковы независимо от положения, времени, ориентации и скорости. Что мы получаем из этой фундаментальной симметрии? Для начала, мы получаем всю специальную теорию относительности Эйнштейна, которая устанавливает постоянную скорость света и объясняет, как пространство и время связаны между собой для объектов, движущихся с разными скоростями.

Гравитация шмеля

Специальная теория относительности настолько важна для физики, что это почти метатеория: если вы хотите придумать собственное представление о том, как работает Вселенная, оно должно быть совместимо с требованиями специальной теории относительности. Физики постоянно пытаются придумать новые и улучшенные теории, потому что старые, такие, как общая теория относительности, которая описывает, как материя искажает пространство-время, и Стандартная модель физики элементарных частиц, не могут объяснить все во Вселенной: например, что происходит. в центре черной дыры.

И одно очень интересное место для поиска новой физики - это посмотреть, как действуют физические понятия в экстремальных условиях - такие понятия, например, как симметрия Лоренца. Некоторые модели гравитации утверждают, что Вселенная не совсем симметрична. Эти модели предсказывают, что во Вселенной есть дополнительные ингредиенты, которые вынуждают ее не всегда точно подчиняться симметрии Лоренца. Другими словами, в космосе есть особое или привилегированное направление.

Эти новые модели описывают гипотезу, получившую название "гравитация шмеля". Она получила название от любопытной идеи. Ученые однажды заявили, что шмели не должны летать, потому что мы не понимали, как их крылья создают подъемную силу. (Между прочим, ученые никогда не верили в это.) Мы не до конца понимаем, как работают эти модели гравитации и как они могут быть совместимы с Вселенной, которую мы видим, и тем не менее, вот они: глядят нам в глаза, как жизнеспособные варианты новой физики.

Рекламное объявление

Одно из наиболее эффективных применений моделей гравитации шмелей - это потенциальное объяснение темной энергии - явления, ответственного за наблюдаемое ускоренное расширение Вселенной. Оказывается, степень, в которой наша Вселенная нарушает симметрию Лоренца, может быть связана с эффектом, вызывающим ускоренное расширение. И поскольку мы понятия не имеем, что создает темную энергию, эта возможность действительно выглядит очень привлекательной.

Черная тень

Потребовалось восемь телескопов и более 200 астрономов, чтобы получить удивительное, невиданное ранее изображение далекой черной дыры. Темный круг в центре - тень черной дыры.

Итак, у вас есть модная новая теория гравитации, основанная на некоторых потрясающих идеях, таких, как нарушение симметрии. Куда бы вы пошли, чтобы проверить эту идею? Вы бы отправились в то место, где гравитация растянута до абсолютного предела: в черную дыру. В новом исследовании, еще не прошедшем рецензирование и опубликованном в ноябре 2020 года в базе данных препринтов arXiv, исследователи сделали именно это: изучив тень черной дыры в гипотетической вселенной, смоделированной так, чтобы быть максимально реалистичной. Чтобы сделать модель как можно более реалистичной, команда поместила черную дыру на заднем плане Вселенной, которая ускорялась в своем расширении (точно так же, как мы наблюдаем), и настроила уровень нарушения симметрии, чтобы соответствовать наблюдаемому поведению темной энергии. Они обнаружили, что в этом случае тень от черной дыры может казаться на 10% меньше, чем в мире с "нормальной гравитацией". Это дает ясный способ проверить гравитацию шмеля. Сейчас предпринимаются попытки сделать качественные снимки большего количества черных дыр и получить ответы на некоторые из самых глубоких загадок Вселенной.

Пол М. Саттер - астрофизик из SUNY Stony Brook и Института Флэтайрон, ведущий "Спроси космонавта" и космического радио, а также автор книги "Как умереть в космосе". Он написал эту статью для журнала Space.com Expert Voices: Opinions and Insights.

Мы не знаем, почему во Вселенной преобладает материя над антивеществом, но во Вселенной, состоящей из антивещества, могут быть звезды и, возможно, даже галактики. Антизвезды будут непрерывно сбрасывать свои компоненты антивещества в космос и даже могут быть обнаружены в виде небольшого процента высокоэнергетических частиц, падающих на Землю.

Несбалансированное рождение

Антивещество похоже на обычную материю, за исключением того, что это не так. У каждой отдельной частицы есть двойник-античастица с точно такой же массой, одним и тем же спином и т. д. Единственное отличие - это заряд. Например, античастица электрона, называемая позитроном, в точности похожа на электрон, за исключением того, что она имеет положительный электрический заряд. Наши теории фундаментальной физики указывают на особый вид симметрии между веществом и антивеществом - они почти идеально отражают друг друга. На каждую частицу вещества во Вселенной должна приходиться частица антивещества. Но когда мы оглядываемся, мы не видим антивещества. Земля состоит из нормального вещества, Солнечная система - из обычного вещества, пыль между галактиками - из обычного вещества; похоже, что вся вселенная полностью состоит из нормальной материи.

Есть только два места, где существует антивещество. Одно находится внутри сверхмощных коллайдеров частиц: когда мы включаем их и взрываем какие-то субатомные частицы, то вылетают струи как нормального вещества, так и антивещества. Другое место - космические лучи. Космические лучи на самом деле не лучи, а скорее потоки высокоэнергетических частиц. Эти частицы возникают в результате сверхмощных процессов во Вселенной, таких, как сверхновые и сталкивающиеся звезды, и поэтому к ним применима та же физика.

Но почему антивещество встречается так редко? Если вещество и антивещество идеально сбалансированы, что случилось со всем этим антивеществом? Ответ лежит где-то в ранней Вселенной.

Антигалактика

Мы не совсем уверены, что именно произошло, но что-то вышло из равновесия в молодом космосе. Предположительно, в старые добрые времена (когда возраст Вселенной был меньше секунды) вещество и антивещество производились в равных количествах. Но потом что-то случилось; что-то вызвало образование большего количества вещества, чем антивещества. Всего лишь одна часть на миллиард дисбаланса, но этого достаточно, чтобы нормальная материя стала доминировать над всей вселенной, в конечном итоге формируя звезды и галактики, и даже нас с вами. Но каким бы ни был этот процесс, он не был полностью идеальным. Вполне возможно, что ранняя Вселенная могла оставить большие сгустки антивещества, плавающие здесь и там по всей Вселенной. Эти сгустки, если они проживут достаточно долго, вырастут в относительной изоляции. Конечно, когда вещество и антивещество сталкиваются, они уничтожают друг друга во вспышке энергии, и это вызвало бы некоторые проблемы в ранней Вселенной. Но если сгустки антивещества прошли через это испытание, они оказались бы на свободе. В течение миллиардов лет эти сгустки антивещества могли собраться вместе и стать больше. Помните, что единственная разница между антивеществом и веществом - это заряд. Все остальные физические свойства остаются точно такими же. Таким образом, могли образоваться антиводород, антигелий и анти-все-другие элементы. Могли возникнуть антипылевые, антизвездные тела, подпитываемые анти-синтезом, анти-планеты с анти-людьми.

Обратный отсчет

Астрономы не подозревают, что где-то плавают антигалактики, потому что их взаимодействие с нормальной материей (скажем, когда две галактики сталкиваются) высвободило бы довольно много энергии - этого достаточно, чтобы мы заметили. Но возможны и более мелкие сгустки. Более мелкие сгустки, похожие на шаровые скопления. Шаровые скопления - это небольшие плотные скопления из менее миллиона звезд, вращающихся вокруг более крупных галактик. Они считаются невероятно старыми, поскольку в нынешнюю эпоху там не образуются новые звезды, а вместо этого скопления заполнены небольшими красными, пожилыми популяциями. Они также относительно свободны от газа и пыли - топлива, необходимого для создания новых звезд. Шаровые скопления просто слоняются по кругу, неуклюже вращаясь вокруг своих более крупных и активных кузенов, остатков ушедшей и в значительной степени забытой эпохи. У самого Млечного Пути их свита около 150 объектов. А некоторые из них могут состоять из антизвезд.

Группа астрофизиков-теоретиков вычислила, что произойдет, если одно из шаровых скоплений, вращающихся вокруг Млечного Пути, на самом деле окажется антископлением. Они задали простой вопрос: что будет, если шаровое скопление не пронзит диск Млечного Пути и не взорвется? Поскольку антископление будет состоять только из звезд, а звезды не занимают много места, возможностей для больших взрывов не так уж и много. Вместо этого антизвезды в антископлении будут жить своей обычной жизнью. Они будут испускать постоянные потоки частиц. Или производить мощные вспышки и выбросы корональной массы. Или сталкиваться друг с другом. Или погибать от фантастических взрывов сверхновых. Все эти процессы высвободили бы тонны античастиц, отправив их из антископления в ближайший объем Вселенной, включая Млечный Путь. Включая нашу Солнечную систему, где эти античастицы появятся как просто еще одна часть потока космических лучей.

Так могли ли некоторые из античастиц, попадающих в нашу атмосферу каждый день, быть запущены антизвездой миллионы лет назад? Сейчас это слишком сложно сказать. Конечно, есть античастицы, смешанные в общей популяции космических лучей, но, поскольку магнитное поле Галактики изменяет траектории заряженных частиц (нормальных и античастиц), трудно точно сказать, откуда на самом деле пришел конкретный космический луч. Но если астрономы смогут определить шаровое скопление как особенно сильный источник античастиц, это будет похоже на открытие капсулы времени, открывающей нам окно в физику, которая доминировала во Вселенной, когда ей было всего лишь несколько секунд.

Мы также не могли посетить антископление, потому что как только мы это сделаем, мы взорвемся.

Originally published on Live Science.

Рафи Летцтер

Девятая планета, возможно, не существует

Есть ли в Солнечной системе большая темная девятая планета, дрейфующая далеко за орбитой Нептуна? С 2016 года многие астрономы говорят, что это возможно, указывая на доказательство наличия мощного источника гравитации в глубоком космосе. Но в новой статье утверждается, что этот источник гравитации - ничто иное, как статистический мираж, следствие того, куда астрономы направляют свои телескопы в ночном небе.

Первым физическим намеком на гипотетическую Девятую планету была группа космических камней с похожими орбитами, которые, казалось, были сгруппированы необычно близко друг к другу. Эти тусклые, далекие, трудно обнаруживаемые объекты вращаются за Нептуном и известны как "транснептуновые объекты" (TNO). Поскольку эти холодные маленькие миры в дальней части Солнечной системы отражают мало солнечного света, они имеют тенденцию сливаться с более ярким фоном звезд и галактик, которые привлекают внимание большинства астрономов, и лишь немногие из них были идентифицированы и каталогизированы. (Самая известная из них - карликовая планета Плутон, которая вращается относительно близко к Солнцу по сравнению с многими ее родственниками из TNO.).

Но в 2016 году астрономы Константин Батыгин и Майк Браун из Калифорнийского технологического института заметили, что все шесть ТНО, включая карликовую планету Седна, имеют эллиптические и "эксцентрические" орбиты, ориентированные в одном направлении. Все шесть имели афелий примерно на одной стороне Солнечной системы. В статье 2016 года, опубликованной в The Astronomical Journal, Батыгин и Браун написали, что планета с массой примерно в 10 раз больше Земли, находящаяся намного дальше Плутона и вращающаяся по длинному эллиптическому пути вокруг Солнца, может объяснить кажущееся скопление. Они утверждали, что со временем большая гравитация девятой планеты вынудила бы эти шесть TNO выйти на их сгруппированные орбиты.

Но в новой статье, опубликованной в базе данных arXiv, но еще не прошедшей экспертную оценку, большой коллектив исследователей предполагает, что TNO не особенно сгруппированы - они просто выглядят так из-за того, что земляне направляют свои телескопы в определенные области неба.

Исследователи взяли выборку из 14 известных "экстремальных" (то есть очень удаленных объектов, принадлежащих к семейству, больше всего повлиявшему на исследования Девятой Планеты) TNO и предположили, что они являются частью, в основном, невидимого большого семейства объектов, в котором они почти наверняка находятся. Затем они проанализировали, сколько времени телескопы провели, будучи направлены на разные части неба. Ученые обнаружили, что астрономы могли бы обнаружить эту конкретную совокупность объектов, если бы все TNO на внешних окраинах Солнечной системы действительно имели довольно равномерное распределение - от 17% до 94% однородного. (100% равномерное распределение означало бы, что орбиты TNO равномерно распределены вокруг Солнца.) Другими словами, крайние TNO (ETNO) могут казаться сгруппированы, но это только потому, что астрономы в среднем сосредоточили на этой части пространства свое внимание. Такое равномерное распределение не соответствовало бы гипотезе Девятой Планеты.

Этот статистический анализ похож на то, что делают, постоянно проводя опросы общественного мнения. Если опрос нескольких сотен американцев обнаружил, что кантри-музыка была любимым жанром 55% людей, но затем более пристальный взгляд на данные показал, что 40% респондентов оказались из Нэшвилла, то опросчик мог бы скорректировать данные с учетом того факта, что выборка была сильно привязана к одной области страны. При этом исследователь может обнаружить, что огромное предпочтение кантри-музыке исчезает.

Дэйв Толен, астроном из Гавайского университета, который ищет ТНО с помощью телескопа Subaru на вершине Мауна-Кеа на Гавайях и не принимал участия в исследовании, сказал, что данных по-прежнему слишком мало, чтобы кто-либо мог сделать какие-либо твердые выводы о Планете 9.

"У нас есть классическая ситуация, которую я могу описать как статистика малых чисел". Одно открытие не может ни с чем согласоваться. Две похожие орбиты могут легко оказаться совпадением. Три похижих орбиты могут вызвать вопрос, но, конечно, этого недостаточно, чтобы снять шляпу", - сказал Толен. - Сколько похожих орбит нужно, прежде чем шансы на то, что это совпадение, упадут до убедительно небольшого числа? И что представляет собой "похожесть"? Должны ли орбиты быть в пределах 10 градусов друг от друга? 30 градусов? 90? Предположение, что TNO создает некая планета, достойно изучения. Но наблюдаемая группировка не является убедительным доказательством. С другой стороны, новое исследование не может исключить и Девятую планету".

По словам Толена, предпринимаемые в настоящее время усилия значительно расширят каталог известных TNO и обеспечат более твердую основу для любых гипотез по этому поводу. "Прогресс идет медленно, - сказал он. - Любые отчеты о моделях всегда будут устаревшими, пока мы будем продолжать наблюдения, потому что не будут включать последние наблюдения за небом". Его команда, по словам Толена, работает над тем, чтобы равномерно наблюдать за небом "специально, чтобы избежать такого рода предвзятости".

Скотт Шеппард, астроном, изучающий ТNО в Научном институте Карнеги в Вашингтоне, один из первых исследователей, предположивших, что большая планета может существовать в отдаленных районах Солнечной системы, в значительной степени согласился с мнением Толена. "У нас просто не хватает надежных удаленных TNO, чтобы иметь хорошие статистические аргументы за или против", - сказал он. В новой статье игнорируются некоторые хорошо изученные объекты, такие как Седна, и говорится, что это делает результаты менее убедительными. И некоторые из объектов, изученных в новой статье, вероятно, подвержены влиянию гравитации Нептуна, что делает их плохими кандидатами для изучения Девятой Планеты. "Нам нужно утроить текущую величину выборки очень далеких TNO, чтобы иметь надежную статистику по углам орбит этих объектов, - сказал Шеппард. - Если у вас недостаточно большая выборка, то даже если объекты сильно сгруппированы, статистика все равно будет соответствовать однородному распределению просто потому, что размер выборки слишком мал".

Статистическая мощность нынешних методов мала, поскольку задействовано всего 14 объектов. Когда телескоп имени Веры К. Рубин в Чили вступит в строй в 2023 году, наблюдения должны выявить сотни новых TNO, которые могут пролить свет на вопрос существования Девятой планеты.