Знание-сила, 2014 № 07 (1045)

Доказано существование гравитационных волн?

Группа американских астрофизиков смогла выявить особенность поляризации реликтового микроволнового излучения: обнаружена так называемая В-мода поляризации реликтового излучения — под ней подразумевают характерную картину закручивания поляризации в микроволновом «снимке» Вселенной, которое возникает из-за распространения в пространстве гравитационных волн, порожденных экспоненциальным расширением Вселенной в первые 10–37 секунды своего существования.

В свою очередь, реликтовое излучение возникло существенно позже, когда Вселенной было около 380 тысяч лет и она обрела прозрачность для электромагнитных волн. Согласно расчетам, существование гравитационных волн должно было повлиять на поляризацию этого «позднего» излучения, образовав характерные завихрения с масштабом в единицы угловых градусов. Именно такая картина и была обнаружена астрофизиками с помощью микроволнового телескопа антарктической обсерватории BICEP2. Южный полюс — одно из наилучших мест на планете для исследования астрономических явлений ввиду уникальных условий наблюдений и прежде всего за слабым микроволновым «эхом» Большого Взрыва.

Важность открытия, которое, тем не менее, требует дополнительных подтверждений, заключается в том, что оно, во-первых, является прямым доказательством существования гравитационных волн, предсказанных еще Альбертом Эйнштейном. Во-вторых, оно позволяет заглянуть в первые мгновения существования Вселенной, так как на основе интенсивности В-моды можно рассчитать энергию вещества в те ранние времена. В-третьих, открытие говорит о квантовой природе гравитации.

Результаты представлены на сайте BICEP2

Темная материя и подозрительный рентгеновский сигнал

Две независимые группы исследователей обнаружили в рентгеновском спектре галактических скоплений линию излучения неизвестного происхождения. Первое исследование выполнили сотрудники Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, второе — ученые из Украины, Голландии и Швейцарии. Обе группы анализировали данные европейского рентгеновского телескопа ХММ-Newton.

Американские астрономы провели усреднение рентгеновского спектра по 73 ярким галактическим скоплениям, что позволило существенно увеличить количество данных для статистической обработки и избавиться от индивидуальных особенностей разных скоплений. В полученных данных ученые обнаружили пик излучения с энергией 3,57 килоэлектронвольт, который трудно объяснить — ни в одном известном химическом элементе нет электронного перехода с такой энергией. Два детектора телескопа зафиксировали этот пик независимо друг от друга. При этом статистическая значимость пика в данных каждого из приборов достигает трех-четырех сигма (в физике элементарных частиц принято считать «доказательной» значимость в пять сигма).

Вторая группа провела подобный анализ лишь на двух галактических кластерах, без усреднения спектров. Объектами исследования стали скопление Персея и туманность Андромеды, причем в обоих случаях ученые независимо обнаружили неидентифицированный пик. Его энергия составила 3,52 килоэлектронвольт при достоверности в 4,4 сигма. Причем, распределение интенсивности пика напоминает предполагаемое распределение темной материи, а не межгалактического газа.

Источником обнаруженного излучения может быть распад стерильных нейтрино — гипотетических тяжелых нейтрино, которые не участвуют ни в каких взаимодействиях, помимо гравитационных, но могут очень редко распадаться на обычное нейтрино и фотон. Если обнаруженный пик действительно имеет такое происхождение, то энергия стерильного нейтрино должна составить 7,1 электронвольт, что не противоречит современным представлениям о темной материи. Это не может служить доказательством происхождения сигнала, но, очевидно, стимулирует поиск «необъяснимого» пика в данных других рентгеновских телескопов: Chandra, Suzaku и в будущем — Astro-Н.

Информация об исследованиях в New Scientist

Гравитационная линза и вращение черной дыры

Астрофизики из Мичиганского университета смогли измерить скорость вращения сверхмассивной черной дыры, удаленной от Земли на шесть миллиардов световых лет. Сделать это удалось благодаря необычной гравитационной линзе, которая усилила и «размножила» излучение окружающего дыру вещества. Объектом исследования стал квазар, расположенный в созвездии Кратера.

Чтобы установить скорость вращения черной дыры, ученые вычленили из всего излучения квазара только отражательную компоненту. В этом отраженном от аккреционного диска излучении есть рентгеновские спектральные линии (железа), по сдвигу которых можно установить степень искажения пространства вблизи горизонта событий. Однако получить эти линии для настолько далеких квазаров до сих не удавалось. Успех объясняется тем, что на пути излучения квазара находится галактика, которая выступила в роли гравитационной линзы. Она усилила его излучение и превратила в четыре разных источника. Оказалось, что эта древняя (возраст Вселенной всего вдвое больше) черная дыра вращается неожиданно быстро — на верхней границе теоретически предсказанного значения.

Напомним, что вращающаяся черная дыра, согласно теории относительности, «закручивает» окружающее пространство, поэтому, зная степень этой «закрученности», можно измерить скорость ее вращения. Эта скорость, в свою очередь, важна для понимания того, как черная дыра образовалась: считается, что высокая скорость говорит о том, что вещество дыра поглощала редко, но большими порциями. Низкая скорость вращения, наоборот, является свидетельством случайного характера «питания» веществом.

Работа опубликована в журнале Nature

У неандертальцев нашли способность к человеческой речи

Антропологи провели анализ подъязычной кости неандертальца, найденной в Израиле в 1989 году, и обнаружили, что ее внутренняя структура практически неотличима от аналогичных костей современных людей. Это свидетельствует о том, что неандертальцы могли говорить не хуже Homo sapiens.

Внутреннюю структуру кости ученым из Университета Новой Англии удалось установить с помощью компьютерной микротомографии. Разрешение метода оказалось достаточным для того, чтобы определить геометрию трабекул (костяных тяжей) внутри кости. Их расположение отражает те механические напряжения, которые испытывает кость. Поэтому ученые использовали полученные в томографии данные для того чтобы построить модель работы голосового аппарата неандертальцев.

Оказалось, что мышцы, присоединяющиеся к подъязычной кости неандертальцев, работали почти так же, как у людей современного типа. По словам авторов, это является веским аргументом в пользу гипотезы о том, что неандертальцы могли обладать развитой речью. В пользу этой гипотезы говорит и тот факт, что у них была та же версия «речевого» гена FOXP2, что и у Homo sapiens.

Информация об исследовании в PLoS ONE