Vetenskap finns så länge mysterier existerar. Naturligtvis vet vi redan mycket om rymden, och antalet nya data växer snabbt - flera dussin nya originalartiklar om astrofysik dyker upp varje dag. Men det finns fortfarande allvarliga frågor som det inte finns några tydliga svar på. Vi har identifierat tio problem inom rymdfysiken, vars lösning avsevärt kan komplettera eller till och med förändra världens bild. Forskare på planeten arbetar med var och en av dem och använder den modernaste och dyraste utrustningen.
Magnetarens gravitationskraft och snabba rotation påverkar i hög grad integriteten hos dess skorpa. Skorpan knäpper ibland, precis som vår planets skorpa glider och orsakar jordbävningar; dessa händelser kallades sålunda passande stjärnformationer. Om ytan rör sig ens en centimeter, resulterar energiutsläppet i en massiv explosion!
Dessa stjärnformationer påverkar magnetarens magnetfält direkt, vilket resulterar i en magnetisk flare som liknar en solfloss, men mycket starkare. På en bråkdel av en sekund kan magnetaren frigöra mer energi än vad solen skulle kunna sända ut på en kvarts miljon år!
01. Vad är mörk materia?
Denna gåta har varit känd sedan 30-talet av förra seklet. Redan då kom den schweiziska astronomen Fritz Zwicky till slutsatsen att den verkliga massan av galaxhopar är mycket större än massan av allt som kunde observeras i dem direkt genom teleskop. Allt pekade på det faktum att det i rymden, förutom det ämne vi är bekanta med, finns något annat som har massa, men som är osynligt för oss. Denna mystiska substans kallas vanligtvis för "mörk materia".
Till och med jordens yttre atmosfär joniserades delvis av denna händelse. Ju mer vi studerar neutronstjärnor, desto mer anmärkningsvärda verkar de. Än idag upptäcker vi fortfarande nya saker trots årtionden av forskning. Vem vet vad mer vi kommer att lära oss om universum i denna takt!
Idag är målet att avgöra i vilken utsträckning materialet faktiskt kan bli tätare. Om du vill balansera en 1 liters guldtacka måste du göra det med nästan exakt 20 påsar mjölk. Den vita dvärgen förblir inbäddad i en färgglad planetarisk nebulosa. Dimma kommer att bildas från solens förstörda yttre packningar.
Osynlig materia utgör ungefär 25 % av all materia i universum. Problemet är att mörk materia partiklar interagerar mycket svagt med varandra och med vanlig materia. Så svag att denna växelverkan hittills inte har kunnat detekteras på något sätt - vi ser bara resultatet av gravitationspåverkan från dessa partiklar.
Idag tror till och med konservativa forskare att det inom det kommande decenniet kommer att vara möjligt att "gripa skägget" av partiklar av mörk materia. Det mest frestande är att fånga dem i laboratoriet. Liknande experiment utförs i djupa gruvor för att minska störningar från kosmiska strålpartiklar.
Svarta hål i universum
Den resulterande vita dvärgen skulle vara ungefär lika stor som jorden, men runt solens massa. En bit materia i storleken av en vit dvärgkub väger lika mycket som en stor bil. Låt det vara lite mer? Det är fortfarande jordnötter. Kärnorna hos massiva stjärnor, som solen, kan komprimera deras hjärtan till ännu större densitet. Densiteterna är så höga att atomskal pressas in i atomkärnor. Materien omvandlas till stor del till neutroner. Den resulterande stjärnupproret kallas därför neutronstjärnor.
Optimister tror att nya data om mörk materia kan erhållas från acceleratorer som Large Hadron Collider (LHC). Men enligt min åsikt är detta mycket mindre troligt.
Astrofysiker själva sitter inte heller sysslolösa. Partiklar av mörk materia kan förinta (i enkla ordalag - ömsesidigt förstöra). Som ett resultat uppstår gammastrålning, liksom par av helt "normala" partiklar och antipartiklar, till exempel en elektron och en positron. Astronomer, som använder markbaserade och rymdbaserade enheter, försöker fånga gammastrålningssignaler och strömmar av antipartiklar som kan vara spår av mörk materia.
På insidan ser den ut att vara flera gånger större än kärnkraftsmassor! En liter neutronstjärnes massa från stjärnans djupaste inre har samma massa som alla världar på jorden! Det är förbryllande om ämnet i hjärtat av en neutronstjärna kan vara helt närvarande ny form: Quark-Gluon plasma.
Exotisk materia i det tidiga universum En nanosekund efter Big Bang fanns det inga planeter, stjärnor eller galaxer i universum - inte ens kemiska grundämnen, protoner och neutroner. Materien var uppdelad i separata delar, så mycket att komponenterna i protoner och neutroner, kvarkar, flöt fritt i gasen. Detta tillstånd av materia kallas kvark-gluonplasma. Gluoner är budbärarpartiklar som överför stark kraft. Du kan limma kvarkar i par av tvillingar eller trillingar. Denna process är känd som hadronisering och fortsatte sedan med den ytterligare kylningen av universum.
Några verktyg
CDMS-2(Cryogenic Dark Matter Search) - mörk materia letas efter i ett speciellt underjordiskt observatorium vid mycket låga temperaturer: strax över absoluta nollpunkten. Arbete pågår just nu i Minnesota på 600 meters djup. Under 2007 och 2008 registrerades endast två händelser som kunde tolkas som spår av mörk materia.
För att producera det exotiska tillståndet av Quark-Gluon-Plasma-materia måste du komprimera materien mycket kraftigt, upp till fem till tio gånger kärnmassadensiteten. Eller så gör man frågan extremt het, upp till en biljon grader, d.v.s. 000 gånger varmare än mitten av vår sol. Båda ljuden är vansinnigt otillgängliga. De påskyndade tunga guldatomkärnor och lät dem kollidera i ett litet utrymme. Det fanns ett "nukleärt eldklot" med vansinnigt höga densiteter på några sekunder. Förhållandena var så extrema att problemet hamnade i Quark-Gluons plasma.
Eftersom kärnan i blykärnan är 207 gånger tyngre än en proton, var de uppnådda energierna betydligt större. De enskilda kvarkarna återkombineras till mesoner och baryoner - "hadroniserade" - och behandlas som strålar. Oändlig täthet i ett svart hål? Det finns objekt inom astrofysiken där gravitationen har vunnit den ultimata segern över alla andra krafter: svarta hål. Låt oss anta att det svarta hålet har tre solmassor, då är dess storlek, indikerad av dess händelsehorisont, nio kilometer. Det är uppenbarligen mycket värre i ett svart hål.
EDELWEISS-2– Europeiskt samarbete om sökandet efter mörk materia. Experimentet började 2009 och äger rum i det djupt underjordiska Modane-laboratoriet i Fréjus vägtunnel i Frankrike. Sökprincipen är densamma som i föregående experiment.
H.E.S.S.(High Energy Stereoscopic System) är ett internationellt projekt, ett komplex av fyra 12-meters teleskop, som började användas 2004 i Namibia. Verktyget är utformat för att söka efter källor till partiklar med energier över 100 gigaelektronvolt. Det förväntas att det är i detta energiintervall som bevis på förekomsten av mörk materia kommer att hittas.
Svarta hål är massa utan materia! Om vi undersöker rum-tidslösningarna i den allmänna relativitetsteorin, som beskriver kosmiska svarta hål väl, kan vi hitta krökningsintegralitet. Det är här hela hålets massa ligger, och det är här rum-tidskrökningen och densiteten blir oändlig. Här når fysiken sin gräns för förmåga att beskriva och förutsäga. Finns dessa egenskaper verkligen i naturen? Vi vet bara att vissa föremål där kan beskrivas väl av den klassiska svarta hålsmodellen.
MAGIC-2(Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cerenkov II) är ett gammastrålningteleskop byggt på Kanarieöarna 2009. Den består av två 17-metersspeglar och väger mer än 600 ton.
PAMELA– Det här har ingenting med Pamela Anderson att göra. Vi talar om ett internationellt rymdprojekt där Ryssland (MEPhI, Lebedev Physical Institute och Physicotechnical Institute of Russian Academy of Sciences), samt Italien, Sverige, Tyskland och Indien deltar. Utrustningen är installerad ombord på den ryska Resurs-satelliten och har redan producerat ett extremt intressant resultat associerat med ett överskott av positroner i jämförelse med förutsägelserna från standardmodellen. Vissa forskare associerar detta överskott med förintelsen av mörk materia partiklar.
Finns det en maximal densitet? Teoretiska fysiker kan beräkna den gräns vid vilken varken relativitetsbeskrivningarna eller kvantteorierna är tillräckliga. Detta är återigen 78 tiotals högar, mer än tio gånger kärnans massatäthet. Ett ofattbart stort antal, men ändå mindre än oändligt – fast nära. Denna skala är så långt borta från gott och ont att den inte är tillgänglig experimentellt. I detta avseende är Planckskalan också spekulativ.
Att ange kvantgravitation Planckdensitet betyder att en kvantbeskrivning av gravitationen krävs här. Det finns redan flera kandidater för i synnerhet sådana kvantgravitationsteorier. Strängteori och kvantgravitation är loopar, men dessa är fortfarande spekulativa teorier. Det finns till och med experimentella tester av dessa teorier, men än så länge stöder de dem inte. Antag att vi komprimerade materia mer och mer och nådde Planck-densitet. Slingkvantgravitationsförutsägelse förutsäger sedan ett externt "kvanttryck" från kvantiserad rumtid som kommer att förhindra ytterligare kondensation av materia.
AMS– Den här magnetspektrometern utvecklades vid CERN och installerades nyligen på den internationella rymdstationen. Det används för att studera antipartikelflöden.
02. Vad är mörk energi?
Under de senaste hundra åren har det varit känt att universum expanderar. Möjligheten till accelererad expansion diskuterades också, men detta ämne har blivit särskilt populärt sedan 1998. Då visade observationer av avlägsna supernovor att galaxer rör sig bort från varandra med allt högre hastigheter. Detta resultat är utom tvivel. Det är helt enkelt inte klart hur man ska förklara det.
Det kan till och med förklara den tidiga, våldsamma expansionsfasen av universum som kallas inflation. Sammanfattning Universums densitetsskala är sammanfattad ovan. Det är intressant att notera att vi inte har förstått mycket mer än vad vi förstått när det gäller de tio högarna. Teorin säger att det ska vara en hög densitet, och då ska man förvänta sig helt nya effekter. Dessa områden kan experimentellt testas av fysiker, och det kommer att bli intressant att se kommande utvecklingar här.
Astronomi är fascinerande och vackert – och viktigt. Det har alltid varit väldigt viktigt för mig att ge astronomisk kunskap till allmänheten. Det är bara roligt att dela en passion stjärnbeströdd himmel och de många fantastiska saker som händer där. Forskare från Nationellt laboratorium Brookhaven i New York producerade den tätaste materia i universum på kort tid. I en cirkulär accelerator, Relativistic Heavy Ion Collider, kolliderar kärnorna i två guldatomer och smälter samman med varandra.
Den mest populära hypotesen är att okänd för oss "mörk energi", som utgör inte mindre än 70% av universums densitet, är ansvarig för den accelererade expansionen.
Vad det är och vilka egenskaper det har kan fysiker inte riktigt förklara. De vet bara inte. Men det är just detta som gör att universum expanderar snabbare och snabbare.
Denna densitet är 20 gånger större än den för en neutronstjärna. Syftet med dessa experiment är att studera de inre komponenterna i neutroner och protoner, så kallade kvarkar, för att bättre förstå materiens grundläggande struktur. Kvarkar är de elementära komponenterna i vilken atomkärna som helst. Kvarkar hålls samman av så kallade adhesiva partiklar, gluoner. Tillsammans bildar de ett extremt starkt bandage. Endast vid extremt höga temperaturer, vilket kan uppnås genom att kollidera atomkärnor i partikelacceleratorer, kommer dessa bindningar sannolikt att separeras.
Hittills är det enda sättet att studera mörk energi att analysera detaljerna i universums utveckling, hur den expanderade i olika epoker. Det finns anledning att tro att efter det korta inledande skede mycket snabb expansion (inflation) följdes av en period på cirka 5–7 miljarder år när universum expanderade långsamt. Men sedan gav bromsningen vika för accelerationen, som fortsätter än i dag. Varför och hur händer detta? Vilka lagar styr mörk energis verkan? Det verkar som att vi kommer att få veta lite mer om detta snart.
Men är fysiker inte säkra på detta tillstånd av den kosmiska ursoppan? "Det finns några viktiga ledtrådar, men vi behöver fortfarande bättre statistik", säger John Harris från Yale University. Framtida mätningar vid Brookhaven kan ge denna säkerhet. Det är också svårt att mäta de fysiska värdena under detta extremt korta nedslagsögonblick. "Det är fortfarande inte klart vilka värden som kan detekteras i en kvarg-gluonplasma", säger fysikalikern Joachim Bartels från den tyska elektronsynkrotronen i Hamburg i dessa experiment.
Utmärkt forskningsmaterial här tillhandahålls av avlägsna supernovaexplosioner. Det är från dem som vi kan bestämma expansionshastigheten vid olika tidpunkter, eftersom vi ser avlägsna objekt som de var förr.
Några verktyg
"Spektrum-röntgen-gamma"– Ryskt astrofysiskt observatorium, som planeras lanseras nästa år. De lovar att den kommer att kunna hitta mer än en miljon nya kärnor av aktiva galaxer och upp till 100 tusen nya galaxhopar.
Här frågar de teoretiker som säger till experimentfysiker att det är de med sina hemapparater med hög nivå upptäckter måste följas. Förutom materiens grundläggande struktur är forskare också intresserade av ursprunget till de fyra elementära krafter natur? gravitationskraft, elektromagnetisk kraft och stark och svag kärnenergi. Enligt den rådande uppfattningen utvecklades dessa krafter efter Big Bang från en gemensam primärstyrka.
Således kallar astronomer explosionen av Titanic, med vilken enorma stjärnor avslutar sina liv. Tills dess drar gravitationen materia inåt, mot stjärnans centrum, och det yttre strålningstrycket är i jämvikt. Om strålningen blir svagare tar gravitationen över. Inom några tiondelar av en sekund faller nu stjärnhöljets materia ner på kärnan och studsar iväg därifrån, så att massor av gas kastas ut i rymden. När stjärnor exploderar i en supernova lyser stjärnor upp så starkt att de sänder ut hela galaxer. Vad som blir av den återstående kärnan beror på den lysande solens initiala massa. Endast stjärnor som är mer än 1,4 gånger vår sols massa kan nå supernovastadiet. Om de är mindre dämpar de som vita dvärgar. Om stjärnans massa ligger mellan 1, 4 och cirka tre solmassor kollapsar kärnan under explosionen och blir en neutronstjärna. Gravitationstrycket i dess inre ökar så mycket att elektroner pressas från atomernas skal in i deras kärnor. Från de elektroner och protoner som finns i atomkärnor produceras neutroner i denna process, och neutriner flyger också omkring i enorma antal. Det är så den mest tätpackade materien i universum uppstår. En tesked neutronmaterial väger flera miljarder ton på jorden. Nu kommer det svarta hålet. Tyngdkraften hos denna monstruösa himlakropp begränsar rymden så mycket att, sett från utsidan, ingenting kan fly från dess inre på en begränsad tid, inte ens ljus. Av denna anledning är föremålet osynligt. Gränsen för det intervall inom vilket gravitationen förhindrar informationsflöden till omvärlden kallas för händelsehorisonten. Solarna från vilka svarta hål kommer fram har diametrar på flera miljoner kilometer. Astronomer förväntar sig att den kommer att explodera som en supernova inom en snar framtid. De resulterande svarta hålen är bara några tiotals kilometer breda. Om materia komprimerades i ett svart hål skulle det vara 2,9 kilometer i diameter, och marken skulle vara cirka nio millimeter. Det finns också så kallade supermassiva svarta hål. De har många miljoner solmassor och är belägna i galaxernas centrum. Vad är ett svart hål? Så mycket som astrofysiker vet om svarta hål idag, kämpar de fortfarande med ett problem: de har ingen aning om hur tillståndet är inuti. En av de första tyska fysikerna, Karl Schwarzschild, försökte hitta en lösning. Han fick dem från den allmänna relativitetsteorin. Resultat: hela massan kollapsar i mitten av föremålet. Vid denna tidpunkt är rumtidens krökning oändlig, liksom värdena för temperatur och densitet. Detta skapar en punktsingularitet. Liknande förhållanden rådde också under Big Bang. Det finns ett annat mått i ett snurrande svart hål. Det upptäcktes av nyzeeländska matematikern Roy Kerr. Enligt henne är ämnet koncentrerat i en ringformad singularitet. Endast: Vid denna tidpunkt misslyckas relativitetsekvationerna. Först när den kombineras med gravitationsteorin om kvantgravitation kan meningsfulla uttalanden göras om materien inuti ett svart hål. Kanske förekommer en speciell form av "degenererad materia" i svarta hål, som i neutronstjärnor. Att förändra rum och tid För detta vet astrofysiker något bättre om händelser vid händelsehorisonten. I detta liminala rum och tid byts deras betydelser ut. Ingen energi kan fly inifrån ett svart hål, eftersom även en foton som är synlig från utsidan tar oändligt lång tid att nå eller korsa händelsehorisonten. Om ett rymdskepp utanför gravitationsmonstrets räckvidd skulle skicka en forskningssond mot det, skulle besättningen bjudas på en konstig syn. Ur hans synvinkel kommer sonden att sakta ner när den närmar sig, nå händelsezonen, den kommer att stanna och förbli där för alltid. Detta är en relativistisk effekt. Sonden, som är i sin tid, skulle ändå uppleva det förväntade slutet: den sjunker under händelsehorisonten och sträcks slutligen till spagettiformer medan den faller genom hålet på grund av starka tidvattenkrafter, och slits slutligen sönder innan den försvinner in i singulariteten . Sedan en tid tillbaka har forskare också vetat att svarta hål faktiskt inte är helt svarta. De kan avge svag strålning på grund av kvanteffekter. Detta sker dock inte inifrån utan uppstår vid händelsehorisonten. Detta upptäcktes av den förlamade brittiske astrofysikern Stephen Hawking. Strålningen som är uppkallad efter den transporterar massa ut ur hålet så att den så att säga långsamt avdunstar. Slutligen fångar svarta hål partiklar från sin omgivning och sväljer dem för alltid. Detta innebär också att information om deras kvanttillstånd, såsom deras spin, d.v.s. impulsens impuls går förlorad. Många forskare anser information, men som universums grundläggande storlek. Vissa tror till och med att hela universum inte är något annat än en gigantisk kvantdator som ständigt räknar med informationen den innehåller. Informationsenergin är alltså liknande. Den kan alltså inte förstöras, utan den måste omvandlas till andra former. Dessutom kräver vissa regler inom kvantmekaniken att de bevaras. Men svarta hål verkade bryta mot denna naturlag med förstörelsen av kvantinformation. Under tiden tror dock vissa fysiker att åtminstone en del av informationen med Hawking-strålning kan läcka ut igen, eller att de returnerar den insamlade informationen senast ljusblixtarna vid tidpunkten för deras död. Det kommer dock fortfarande att ta lite tid innan vi har klarhet om svarta håls sanna natur. Tills dess förblir de de mest mystiska föremålen i universum.
- Astrofysiker vet ganska mycket om bildandet av svarta hål.
- Men tillståndet för föremålet som fångats i det är ett mysterium.
- Svarta hål skapas i en dramatisk process, nämligen en supernova.
- När de förbrukar sitt kärnbränsle blir de instabila.
FÖRST- Amerikanskt rymdteleskop av en ny generation. Mycket avancerat och mycket dyrt, mer än 1,6 miljarder dollar Det förväntas mycket av det: upptäckt av planeter som liknar jorden, mörk materia, mörk energi, etc. Detta teleskop kommer att kunna titta på objekt 13 miljarder ljusår bort från oss. De planerar att lansera den här saken 2020, om det finns pengar. Två år tidigare väntas det europeiska Euclid-teleskopet lanseras, varifrån de också förväntas lösa mysteriet med mörk energi.
Sydpolen teleskop- Radioteleskop installerat i Antarktis. Med dess hjälp upptäckte amerikanska forskare nyligen ett kluster av galaxer som ligger på ett avstånd av 7,5 miljarder ljusår från jorden.
Atacama kosmologiteleskop- ytterligare ett mycket kraftfullt teleskop för observation i mikrovågsområdet. Det ligger i den chilenska öknen.
03. Fanns det ett inflationsstadium?
Vårt universum började med inflationsstadiet. I det allra första ögonblicket av dess existens expanderade den med enorm hastighet under påverkan av något speciellt fysiskt fält. Detta är standardhypotesen.
Men nyligen är vissa fysiker benägna att tanken att ett sådant stadium inte existerade. Universums expansion fortsatte i ungefär samma takt som nu (naturligtvis, med alla reservationer om evolution, accelererad och långsam expansion). Observationer hjälper dig att avgöra vem som har rätt.
Men enligt min åsikt är betydande framsteg här under de kommande tio åren osannolika. Även om det händer, kommer det att hända tack vare partikelfysiken, inte astrofysiken. I vilket fall som helst måste vi studera allt som återstår för oss som ett minne från de tidigaste stadierna av universums utveckling: kosmisk mikrovågsbakgrundsstrålning och primära gravitationsvågor.
Några verktyg
Planck- en satellit som studerar reliktstrålning, som bär minnen från universums tidiga barndom.
LISA(Laser Interferometer Space Antenna) - en rymdinterferometer med vilken den var tänkt att studera gravitationsvågor. En vacker astrofysisk idé hindrades av finanskrisen. Den amerikanska byrån NASA vägrade att delta i detta projekt: det var för dyrt.
04. Vilka egenskaper hade de första stjärnorna och galaxerna?
Universums historia har studerats ojämnt. Vi vet exakt vad som hände 300 tusen år efter Big Bang. Det var i detta ögonblick som ämnet långsamt började "lossa sig" från strålningen. Men vad hände sedan?
Vad som då pågick i rymden är helt oklart. "Mörka tider" kommer. Vi vet bara att de första stjärnorna tänds ungefär hundra miljoner år efter 300 000-årsstrecket. Sedan börjar de första galaxerna gradvis växa. Hur det var? Vilka processer ledde till detta? Det skulle vara intressant att se detta...
Efter att ha besvarat frågor relaterade till de första stjärnornas födelse och egenskaper kommer det att vara möjligt att förstå mysteriet med uppkomsten av supermassiva svarta hål i galaxernas centrum. Embryona till dessa monster kunde ha uppstått från de första mycket massiva stjärnorna. Eller så kunde de ha varit resultatet av kollapsen av stora gasmoln. Vad som hände i verkligheten bör klargöras genom observationer.
Några verktyg
JWST(James Webb rymdteleskop) - James Webb rymdteleskop. För amerikaner är detta prioritet nummer ett. Enorma summor pengar allokeras för att skapa dess ( vi pratar om ungefär många miljarder dollar). NASA är redo att offra alla andra projekt, men inte Webb-teleskopet. Det förväntas att han kommer att kunna se det "första ljuset" i universum.
S.K.A.(Square Kilometer Array) är ett gigantiskt system av markbaserade radioteleskop som är på väg att börja byggas. Huvuduppgifterna för detta instrument kommer också att vara relaterade till kosmologi och de första galaxerna.
05. Vad är svarta håls natur?
Alla älskar svarta hål. Om någon är rädd, då är de också kärleksfulla. Alla är intresserade. Och den första frågan: finns de verkligen? Faktum är att de flesta experter inte tvivlar på deras existens. Men paradoxen är att det i princip är omöjligt att observera dem. Även faktumet av deras närvaro i universum bekräftas endast av indirekta experiment.
Svarta hål har ingen yta i ordets vanliga bemärkelse. Det som begränsar deras gränser brukar kallas för händelsehorisonten. Vi kan i grunden inte bedöma vad som händer bortom denna horisont. Det finns ett svart hål där.
Det finns inget sätt att bryta genom horisonten inifrån ett svart hål. Varken materia eller strålning kan komma tillbaka ur ett svart hål om något faller in, är det borta för alltid. Att bevisa existensen av denna horisont är inte så lätt.
Några verktyg
LIGO(USA) och Jungfrun(Italien) - de största gravitationsvågsdetektorerna. De är designade för att registrera en signal som kommer från platsen för en fruktansvärd katastrof - sammanslagning av svarta hål eller neutronstjärnor. Detta är fullt möjligt, eftersom det finns binära system som består av mycket massiva stjärnor. När stjärnorna åldras förvandlas de till svarta hål som kan sluka varandra. Efter att ha installerat ny utrustning på LIGO och Jungfrun kommer de att kunna upptäcka flera sammanslagningar av binära svarta hål per år. Det betyder att vi kommer att se hur horisonten samverkar med horisonten. Mycket spännande!
IXO(International X-ray Observatory) - Röntgenobservatorium. När ämnet flyger mot ett svart hål bildar det en skiva där det värms upp till höga temperaturer och kan observeras i röntgenområdet. Detta är vad IXO skulle vara användbart för. Men här ingrep en kris återigen i rymdfrågor: skapandet av ett observatorium är fortfarande ifrågasatt, och Europa har redan övergett ett liknande projekt, Simbol-X. Det är sant att den amerikanska röntgensatelliten NuSTAR kommer att skjutas upp snart. Åtminstone lite hopp.
06. Varifrån kommer ultrahögenergi kosmiska strålar?
På jorden bygger vi gigantiska, dyra maskiner för att accelerera partiklar till höga energier. Dessa saker är mycket användbara. Men under tiden har naturen några mekanismer som gör att den kan ge mycket större energier till partiklar.
Ungefär en gång om året flyger en enstaka partikel med en energi hundra miljoner gånger större än den maximala partikelenergin som kan uppnås vid Large Hadron Collider till jorden, i ett område lika stort som en stor stad, från rymden. Det visar sig att under jordens existens föll mer än en miljon miljarder sådana partiklar på den, vilket förresten visar att inget hemskt händer.
På senare år har det varit möjligt att visa att dessa partiklar kommer från de områden i universum som ligger utanför vår galax. Vi vet ännu inte exakt vilka föremål som är deras källor. De främsta misstänkta är aktiva galaktiska kärnor. Men hur accelererar partiklar till sådana kolossala energier? Detta vet vi inte heller.
Några verktyg
Pierre Auger Observatory är den mest kraftfullt verktyg att studera kosmiska partiklar med mycket höga energier. Det ligger i Argentina. Mer än tusen detektorer och 24 teleskop finns på en enorm yta. Installation är dyrt, men värt det.
07. Hur exploderar supernovor?
Stora stjärnor (minst tio gånger solens massa) avslutar sina liv med en ceremoniell explosion. Efter att ha uttömt sina reserver av termonukleärt bränsle börjar kärnorna i sådana stjärnor snabbt komprimeras. En explosion inträffar, och deras perifera regioner tappar kontakten med centrum och rör sig snabbt bort från det, samtidigt som enorm energi frigörs. Från utsidan ser det ut som en kolossal blixt - ljusare än hela galaxen. Astrofysiker brukar kalla detta för en supernovaexplosion.
Hittills tillåter beräkningar oss inte att korrekt förstå mekanismen för dessa katastrofer. Men jag vill. När allt kommer omkring bildades nästan alla atomer tyngre än järn just som ett resultat av sådana explosioner. Var och en av oss innehåller många atomer som har varit i lågorna av en supernovaexplosion.
Vi ser många supernovaexplosioner och använder dem till exempel för att bestämma kosmiska avstånd. Men det är mycket svårt att fånga en signal från djupet av en exploderande stjärna. Det enda sättet är att fånga neutriner. Denna partikel interagerar praktiskt taget inte med resten av ämnet. För henne är hela universum transparent. Därför, om vi kan hoppas på åtminstone något meddelande från djupet av en supernova, kan det bara vara en neutrino.
Det här är en svår fråga. Endast en gång, 1987, när ett utbrott inträffade i en närliggande dvärggalax - det stora magellanska molnet - var det möjligt att fånga flera neutriner. Men detta är för lite för att göra stora framsteg i att lösa gåtan.
Några verktyg
IceCube- en gigantisk installation i Antarktis som använder is som detektor. Optimister tror att den under de kommande åren kommer att kunna upptäcka flera dussin neutrinos från någon supernovaexplosion.
Antares– ett projekt som liknar IceCube, bara istället för is finns det många, många ton vatten, och istället för det hårda Antarktis finns ett varmt hav utanför Frankrikes kust.
08. Vad finns inuti neutronstjärnor?
Mest tät materia i universum finns i djupet av neutronstjärnor. Efter en supernovaexplosion fortsätter stjärnkärnan att dra ihop sig på grund av den välbekanta gravitationen. Den drar ihop sig tills den förvandlas till en boll med en diameter på cirka 20 km, men med en massa som solen.
Medeldensiteten för ett sådant föremål är ungefär lika med densiteten hos en atomkärna, och i mitten överstiger den den tio gånger. Det är omöjligt att uppnå detta tillstånd av materia under laboratorieförhållanden. Därför förstår vi lagarna som beskriver det dåligt. Det är bara känt att all materia som bildar en sådan boll existerar där uteslutande i form av neutroner. Endast dessa partiklar "överlever" vid sådana temperaturer och tätheter. Det är faktiskt därför sådana stjärnor kallas neutronstjärnor.
Vi kan också anta nästa steg i utvecklingen av händelser. Vid mycket höga densiteter förvandlas materia till ett nytt tillstånd, när kvarkar inte längre är låsta inuti protoner, neutroner eller andra partiklar.
Detta tillstånd av materia kallas kvark. Det kan antas att under sammanslagningen av neutronstjärnor, när "skrotet flyger genom bakgatorna", kastas klumpar av just detta kvarkämne - remmar - in i det interstellära rymden. Du kan försöka fånga dem, till exempel genom att studera kosmiska strålar.
Några verktyg
Om vi samtidigt noggrant mäter massan och radien för en neutronstjärna, kommer problemet att vara praktiskt löst. Hittills har detta inte varit möjligt, vilket betyder att vi måste gå vidare. Arbetet med rymdröntgenteleskop är särskilt viktigt här. Du kan också söka efter remmar med hjälp av enheter som AMS. Det finns inte särskilt många förhoppningar om att fånga något, men de finns.
09. Hur många jordiska planeter finns det?
Vi ser de största framstegen inom astrofysik i studiet av exoplaneter, det vill säga planeter som kretsar kring andra stjärnor. Det finns hundratals av dem, även om den första öppnades för mindre än 20 år sedan. Och snart kommer antalet att gå upp i tusentals.
Under de kommande åren kan vi till och med räkna med upptäckten av jordplaneter med syreatmosfärer som kretsar på ett sådant avstånd från sin stjärna att vattnet där är i flytande tillstånd. Det vill säga planeter som lämpar sig för liv.
Några verktyg
Kepler- en amerikansk rymdfarkost designad speciellt för att söka efter exoplaneter. För några månader sedan sammanställdes med dess hjälp en lista med 1 200 exoplanetkandidater. Men tills nyligen, alla öppna utanför solsystem planeten ansågs vara en stor händelse. Framsteg dock.
10. Hur förklarar man "pionjäravvikelsen"?
Förutom naturliga rymdföremål finns det också konstgjorda. Till exempel satelliter. Allt är inte klart med dem heller.
Satellitskapare beräknar sina hastigheter och banor med maximal noggrannhet. Alla kända gravitationspåverkan och i allmänhet allt som en satellit kan möta i yttre rymden beaktas. Och ändå beter sig några av dem konstigt. Den mest kända är den så kallade "Pioneer"-anomalien. De amerikanska satelliterna Pioneer 10 och Pioneer 11, som flyger bortom solsystemet, bromsar farten lite mer än vad de borde vara enligt beräkningar. Varför? Det har varit debatt om detta i många år. Å andra sidan fick flera satelliter (NEAR, Rosetta, Galileo) "extra" hastighet efter gravitationsmanövrar nära jorden.
Den mest konservativa förklaringen är att i fallet med Pioneers finns det orimlig värmestrålning från själva enheten. Då och då dyker det upp artiklar där författarna visar vilken del av effekten som kan förklaras på detta sätt. Det är ännu inte möjligt att förstå karaktären av alla överflygningar.
Det kan vara så att det behövs speciella satelliter eller modifieringar av de planerade enheterna som kan bringa klarhet. Troligtvis kommer ingen "ny fysik" att behövas för att förklara sådana effekter, men vem vet?
Några verktyg
Andra konstgjorda satelliter borde hjälpa till att lösa mysteriet med konstgjorda satelliter. Till exempel kan manövrarna för rymdfarkosterna Juno och BepiColombo, som kommer att skjutas upp inom en snar framtid, samt data från satelliten New Horizons, som nu flyger till solsystemets utkanter, tillföra klarhet.
Foton: NASA, ESA och R. Massey (California Institute of Technology); SPL/East News; SPL/East News (3); SPDO/TDP/DRAO/Swinburne Astronomy Productions (2); ASS/AP; University of California Santa Cruz; JPL-Caltech/NASA (2); NASA
Plats. Det finns inget mer intressant och mystiskt. Dag efter dag ökar mänskligheten sin kunskap om universum, samtidigt som den vidgar gränserna för det okända. Efter att ha fått tio svar ställer vi oss hundra frågor till – och så vidare hela tiden. Vi har samlat mest Intressanta fakta om universum, för att inte bara tillfredsställa läsarnas nyfikenhet, utan också för att återuppväcka deras intresse för universum med förnyad kraft.
Månen rör sig bort från jorden - ja, vår satellit "springer iväg" från oss med en hastighet av cirka 3,8 centimeter per år. Vad betyder det här? När radien på månbanan ökar, minskar storleken på månskivan som observeras från jorden. Detta innebär att ett sådant fenomen som komplett solförmörkelse.
Klicka för att förstora
En dag kommer månen att röra sig bort så mycket att den helt enkelt inte kommer att kunna täcka solen helt ens i den mest "fördelaktiga" positionen - punkterna i dess omloppsbana närmast jorden. Den goda nyheten är att innan detta kommer omloppsbanan att "växa" till och med mer än 23 tusen kilometer, vilket kommer att ta cirka 616 miljoner år. Så nu kan vi lugnt njuta av solförmörkelserna.
Det tätaste ämnet i universum
Inuti neutronstjärnor finns den tätaste materien i universum – till exempel skulle fem kvadratcentimeter av sådan materia väga miljarder ton! När en supernova exploderar (det vill säga en stjärna, som har blossat upp starkt, "dör") bildas dess rester: ett svart hål eller samma neutronstjärna.
Efter explosionen fortsätter stjärnkärnan att dra ihop sig under påverkan av gravitationen. Således reduceras den till en boll med en diameter på endast 20-30 km. Men massan av en sådan boll är ungefär lika med solens massa. Under sådana förhållanden är det bara neutroner som överlever – därav namnet stjärnor. Neutronstjärnor är bland de minst studerade och mest intressanta objekten inom rymdutforskning. Det är omöjligt att skapa något sådant under experimentella förhållanden, så forskare förlitar sig hittills bara på att söka information med kraftfulla teleskop.
Extrasolära planeter
På mindre än 30 år har forskare upptäckt nästan 2 tusen exoplaneter - de så kallade "extrasolära" planeterna. Det vill säga, astrofysiker har blivit övertygade om att det finns ett stort antal planeter i andra planetsystem, och detta antal växer tillsammans med tekniska framsteg.
Klicka på bilden för att förstora:
Dessutom kretsar vissa planeter från sin stjärna på ett avstånd som är lämpligt för förekomsten av flytande vatten. Och detta gör det möjligt att upptäcka planeter som är lämpliga för liv. Och inom en snar framtid.
Vad skriver de i rymden?
Amerikanska forskare och astronauter har länge funderat på designen av en penna som skulle kunna användas för att skriva i rymden - medan deras ryska kollegor helt enkelt bestämde sig för att använda en vanlig skifferpenna i noll gravitation, utan att ändra den på något sätt och utan att spendera enorma summor på att utveckla koncept och experiment.
Diamantduschar
Enligt en hypotes förekommer diamantregn på Jupiter och Saturnus - åskan rasar ständigt i den övre atmosfären på dessa planeter, och blixtarladdningar frigör kol från metanmolekyler. När man rör sig mot planetens yta och övervinner vätelager, utsatta för gravitation och enorma temperaturer, förvandlas kol till grafit och sedan till diamant.
Om du tror på denna hypotes kan upp till tio miljoner ton diamanter samlas på gasjättar! För tillfället är hypotesen fortfarande kontroversiell - många forskare är säkra på att andelen metan i atmosfären i Jupiter och Saturnus är för liten, och med svårigheter att till och med omvandla till sot löser metan troligen helt enkelt upp.
Dessa fakta är bara några av universums enorma antal mysterier. Tusentals frågor förblir obesvarade, vi känner fortfarande inte till miljontals fenomen och hemligheter – vår generation har något att sträva efter.
Men vi ska försöka berätta mer om rymden på sajtens sidor. Prenumerera på uppdateringar så att du inte missar ett nytt avsnitt!
Liknande artiklar
