С целью расширить наши знания о далеких внесолнечных планетах астрономы наблюдали планету среднего размера, называемую GJ 3470b, диаметр которой близок к диаметру Нептуна. Наблюдения показали, что скорость испарения вещества этой планеты примерно в 100 раз превышает скорость потери массы прежде открытой планеты близкого размера под названием GJ 436b.

Это исследование стало частью обзора неба Panchromatic Comparative Exoplanet Treasury (PanCET), целью которого является измерение параметров атмосфер 20 экзопланет в ультрафиолетовом, оптическом и инфракрасном диапазонах. Программа PanCET является крупнейшей программой по наблюдениям экзопланет, проводимой с использованием космического телескопа НАСА Hubble («Хаббл»).

Планеты размером с Нептун относительно редко встречаются астрономам при наблюдениях, в отличие от «суперземель» и «горячих юпитеров», поэтому наблюдение процесса потери в космос атмосферы планетой этого класса представляет большой научный интерес. Для того чтобы наблюдать этот процесс, необходимо проводить наблюдения в УФ-диапазоне, а это, в свою очередь, ограничивает спектр возможных объектов исследований звездами, расположенными на расстоянии не более 150 световых лет от Земли. Планета GJ 3470b обращается вокруг красного карлика, лежащего на расстоянии 96 световых лет от нас в направлении созвездия Рака.

В ходе анализа данных, собранных при помощи «Хаббла», ученые во главе с В. Бурье (V. Bourrier) обнаружили, что экзопланета GJ 3470b теряет значительно больше массы и имеет значительно меньшую по размеру экзосферу, по сравнению с первой изученной экзопланетой размером с Нептун, GJ 436b, ввиду более низкой плотности вещества и более мощного потока излучения со стороны родительской звезды.

Согласно команде Бурье, планета GJ 3470b к настоящему времени могла потерять уже до 35 процентов своей массы, и в течение ближайших нескольких миллиардов лет она может потерять весь свой газ, после чего на месте планеты останется лишь каменистое ядро.

Juno движется по очень вытянутой эллиптической орбите вокруг Юпитера, при этом период обращения составляет 53 дня. Каждый оборот предусматривает один близкой пролет возле облачного покрова планеты, при этом траектория предусмотрена так, чтобы она проходила от северного полюса Юпитера до его южного полюса.

«Нашим шестнадцатым пролетом мы полностью покрываем, наконец, весь Юпитер, пусть даже и с грубым разрешением. При этом такие полярные пролеты имеют расстояние по долготе в 22,5 градуса», – говорит Джек Коннерни, заместитель научного руководителя миссии Juno при Space Research Corporation в Аннаполисе (Мэриленд). – «Во второй половине нашей основной миссии – в ходе научных пролетов с 17 по 32 – мы будем направлять зонд точно посередине между предыдущими траекториями полета над облачным покровом газового гиганта. Это обеспечит покрытие всей планеты с расстоянием по долготе в 11,25 градусов, что позволит составить более детальную картину того, как вообще функционирует Юпитер».

Космический зонд стартовал 5 августа 2011 года с мыса Канаверал во Флориде. Но орбиту же Юпитера он вышел 4 июля 2016 года. А целенаправленный научный сбор данных начался 27 августа 2016 года. Во время этих близких пролетов Juno может с помощью чувствительных инструментов заглянуть под облачный покров Юпитера и исследовать его полярные сияния, чтобы побольше узнать о происхождении, внутренней структуре, атмосфере и магнитосфере этой планеты.

«Мы уже успели переписать учебники по принципам функционирования юпитерианской атмосферы, как и по комплексности и асимметрии его магнитного поля» – говорит Скотт Болтон, ведущий научный сотрудник миссии Juno Юго-Западного исследовательского института в Сан-Антонио. – «Вторая половина нашей миссии должна обеспечить детали и подробности, которые мы сможем использовать, дабы углубить и улучшить наши знания о глубине юпитерианских зональных ветров, образовании его магнитного поля полей, а также о структуре и развитии его внутренних слоев».

Два инструмента на борту Juno, Stellar Reference Unit («Звездный справочник») и JunoCam, обеспечили уникальную эффективность исследований, причем не только для своих запланированных задач, но и для сбора научных данных. Stellar Reference Unit (SRU) был разработан для сбора технических данных для навигации и для определения поведения. Поэтому исследователи искренне рады тому, что прибор оказался полезным и для научных целей.

https://www.youtube.com/watch?v=H0laB-jQx7I

«Мы всегда знали, что SRU придется принять на себя решающую техническую задачу», – рассказала Хейди Бекер из Лаборатории реактивного движения NASA в Пасадене (Калифорния), руководитель контроля излучений миссии Juno. – «Но лишь только после научных открытий в поясах излучений Юпитера и первых снимков такого рода колец Юпитера мы смогли оценить дополнительную научную ценность этих данных. И это вызвало серьезный научный интерес к тому, что способен рассказать SRU о Юпитере».

Прибор JunoCam создавался в качестве инструмента для работы с общественностью – для того, чтобы представлять общественности самое интересное и самое красивое в исследованиях Юпитера.

«Хотя изначально для работы с общественностью предусматривался лишь один инструмент – чтобы рассказывать об истории работы Juno, JunoCam стала способна значительно на большее,» – говорит Канди Хансен, научный сотрудник команды Juno Научного института планетологии в Таксоне (Аризона). – «Наши временные интервалы изображений на полюсах позволяют нам исследовать динамику уникальных циркумполярных штормов Юпитера и отображать дымку на больших высотах. Мы используем JunoCam также и для того, чтобы исследовать структуру Большого Красного Пятна и его взаимодействия со своим окружением».

Теперь группы управления SRU и JunoCam заняты в многочисленных научных проектах, которые находятся сейчас в работе, либо даже уже опубликованы.

Тем не менее, это не самая характерная особенность NGC 1097. Очень глубокое очертание слабых таинственных струй легко можно заметить далеко за рамками спирали в нижней правой части. В самом деле, 4 слабые струи отражены на оптических изображениях NGC 1097.

Струи начерчивают Х с центром в ядре галактики, однако, скорее всего, они не возникали там. Взамен это могли быть потоки звезд, следы, оставшиеся от разрушения гораздо меньшей галактики в далеком прошлом. Сейфертовская галактика, ядро NGC 1097, также таит в себе сверхмассивную черную дыру.

Автоматическая межпланетная станция OSIRIS-REx была запущена в космос 8 сентября 2016 года. Целью миссии стал 500-метровый околоземный астероид (101955) Бенну, суммарно она продлится около семи лет. Бенну входит в группу Аполлонов и относится к углеродным астероидам спектрального класса В, изучение подобных объектов может дать важную информацию о формировании и эволюции Солнечной системы. Кроме того, считается, что богатые углеродом астероиды, такие как Бенну, могут быть ответственны за поставку аминокислот и воды на молодую Землю. По мере приближения аппарата к астероиду вначале стали видны первые намеки на форму астероида, а вскоре и детали поверхности, оказалось, что Бенну похожна астероид (162173) Рюгу, который сейчас изучает автоматическая станция «Хаябуса-2».

После прибытия к Бенну, которое состоялось 3 декабря, OSIRIS-REx начал изучение состава грунта астероида при помощи своих спектрометров, которые показали наличие молекул гидроксильной группы в глинистых минералах в поверхностном слое, что говорит о том, что в прошлом минералы, составляющие его, могли взаимодействовать с жидкой водой. Спектры поглощения, полученные для поверхности Бенну, оказались схожи со спектрами, полученными для углеродистых метеоритов, найденных на Земле. На основе трех пролетов над северным полюсом астероида удалось дать предварительные оценки массы ((7,34± 0,15) х1010 килограммов), объема ((0,06171±0,0004)×109 кубических метров), средней плотности (1190± 24 килограммов на кубический метр) и гравитационного параметра Бенну, который составляет (4,9±0,1) м3/с2.

https://aboutspacejornal.net/wp-cont...a1-640x367.png

Снимки, полученные аппаратом, показывают наличие большого количества валунов на поверхности астероида, некоторые из них лежат на поверхности, другие похожи на скалы, уходящие вглубь поверхностного слоя астероида. Это создает трудности для забора грунта с Бенну, так как пробоотборник способен собирать лишь частицы размером менее двух сантиметров. Наиболее подходящими местами для забора грунта в этом случае считаются впадины, похожие на ударные кратеры и заполненные мелкозернистым материалом.

https://aboutspacejornal.net/wp-cont...11-640x320.png
Возможный кандидат в место забора грунта

По плану научная программа миссии продлится около двух лет, за это время станция будет исследовать с орбиты состав астероида и его структуру, а также измерять эффект Ярковского, который может влиять на орбиты околоземных астероидов. После изучения астероида OSIRIS-REx с помощью специального манипулятора соберет образец грунта. Во время контакта инструмент обдует астероид азотом и поднимет с поверхности пыль и фрагменты породы, всего около 60 граммов. После сбора грунта, в марте 2021 года космический аппарат отправится обратно; ожидается, что OSIRIS-REx сбросит на Землю капсулу с грунтом в сентябре 2023 года.

https://aboutspacejornal.net/wp-cont...11-640x352.png
Группы скал на поверхности Бенну

В этой новой работе ученые во главе с Джастином Ридом (Justin Read) из Университета Суррея, Великобритания, поставили целью обнаружить свидетельства присутствия темной материи в центрах близлежащих карликовых галактик. Карликовые галактики – это небольшие, тусклые галактики, которые обычно обращаются вокруг более крупных галактик, таких как Млечный путь. Изучение карликовых галактик может дать ключи к пониманию темной материи.

Темная материя, предположительно, составляет большую часть массы Вселенной. Однако, поскольку она не взаимодействует со светом так же, как нормальная материя, присутствие темной материи выявляется лишь по ее гравитационным эффектам. Ключ к ее изучению, тем не менее, может лежать в процессах формирования звезд в галактиках.

Когда в галактике формируются новые звезды, мощные звездные ветра могут отталкивать газ и пыль от центра галактики. В результате в центре галактики остается меньше массы, и гравитационное воздействие на темную материю в этой галактике уменьшается. В результате ослабления гравитационного притяжения темная материя получает дополнительную энергию и мигрирует в стороны от центра галактики – эффект, называемый «разогревом темной материи».

Команда Рида измерила количества темной материи в центрах 16 карликовых галактик с различными историями звездообразования. Анализ показал, что галактики, в которых звездообразование прекратилось очень давно, имеют более высокую плотность темной материи в центрах, по сравнению с галактиками, в которых звездообразование происходит до сих пор. Эти наблюдения свидетельствуют в пользу гипотезы, согласно которой в более древних галактиках почти не происходит разогрева темной материи, считают авторы.

В новом исследовании астрономы под руководством Джона Уайза (John Wise) из Центра релятивистской космофизики Технологического института Джорджии, США, показали, что при экстремально быстром формировании галактик в ранней Вселенной может происходить рождение очень массивных черных дыр. В этих редких галактиках формирование нормальных звезд нарушено, в то время как формирование черных дыр протекает весьма активно.

В этом новом исследовании ученые нашли, что массивные черные дыры формируются в плотных беззвездных областях, которые стремительно растут. Этот механизм идет вразрез с текущими представлениями, согласно которым формирование массивных черных дыр ограничено областями, подверженными действию мощной радиации со стороны близлежащих галактик.

В этом исследовании астрономы использовали 70-терабайтный архив данных симуляции Renaissance Simulation, проведенной в период с 2011 по 2014 г. на суперкомпьютере Blue Waters. Чтобы глубже понять отдельные области, в которых происходит формирование массивных черных дыр, исследователи изучили полученные в результате этого моделирования данные и нашли, что десять гало из темной материи, в которых должны были формироваться звезды, с учетом массы этих гало, на самом деле почти не содержали звезд. Проведя более подробное моделирование звездообразования внутри этих гало при помощи суперкомпьютера Stampede2, астрономы увидели активное формирование внутри них черных дыр.

Ранее с определением скорости вращения планеты возникали сложности из-за плотного облачного покрова. Скорость вращения Сатурна оказалась сравнима со скоростью вращения Юпитера, где продолжительность суток составляет 9,8 земных часа, в то время как Венере на совершение полного оборота требуется 243 земных суток.

Информацию о возмущениях в кольцах Сатурна удалось получить с помощью запущенной в 1997 году межпланетной станции Cassini, которая на последнем этапе исследований в апреле 2017 года шесть раз пересекала кольца на высоте от 2600 до 3900 км над облачным покровом планеты, и по силе радиосигнала в момент прохождения ученые получили информацию о плотности колец. “Кольца Сатурна не только красивы, они позволяют судить и о строении планеты”, – привела газета мнение сотрудницы NASA Линды Спилкер, посвятившей изучению Сатурна в общей сложности 10 лет. По ее оценкам, в будущем астрономы на основании более подробных данных о внутреннем строении Сатурна смогут уточнить продолжительность суток на этой планете.

Сатурн – газовый гигант, шестая планета Солнечной системы и вторая по размерам после Юпитера. Она назвала в честь римского бога земледелия. Вокруг планеты обращается 62 известных науке спутника и четыре кольца – три основных и четвертое более тонкое.

Основной фактор, определяющий судьбу звезды — ее масса. Чем она больше, тем быстрее светило сожжет все свое водородное топливо и сойдет с главной последовательности. Наиболее массивные звезды живут всего несколько миллионов лет и завершают свою жизнь вспышкой сверхновой. Этот процесс сопровождается выделением огромного количества энергии и выбросом обогащенного тяжелыми элементами звездного вещества.

Представленный снимок G54.1+0.3 является комбинированным. Зеленый цвет соответствует данным инфракрасных обсерваторий Spitzer и Herschel, собранных на длинах волн 24 и 70 мкм. Красный цвет соответствует результатам наблюдений комплекса радиотелескопов VLA, желтый —рентгеновской обсерватории Chandra.

В центре снимка можно увидеть яркий объект. Это остатки ядра звезды-гиганты. Взрыв сверхновой сжал вещество до такого состояния, что его плотность теперь в несколько раз превышает плотность атомного ядра. Такие объекты называются нейтронными звездами. При диаметре всего в несколько десятков км, нейтронные звезды обладают массами, сопоставимыми с массой нашего Солнца.

https://aboutspacejornal.net/wp-cont...56884_9001.jpg
G54.1+0.3 глазами телескопа Chandra

Нейтронная звезда в центре G54.1+0.3 быстро вращается, являясь мощным источником радио и рентгеновского излучения. Что касается выброшенного во время вспышки сверхновой вещества, то результаты наблюдений показали, что оно богато диоксидом кремния (SiO2). Его в прямом смысле слова можно назвать одним из ключевых строительных элементом каменистых тел. Так, земная кора на 26% состоит из кремния, некогда синтезированного в недрах массивных звезд, а после их смерти выброшенного в окружающее пространство.

Ранее предполагалось, что “Хаябуса-2” совершит посадку на астероид в минувшем октябре. Однако выяснилось, что в выбранном для этого месте находятся слишком высокие и острые скалы. После этого в результате тщательных наблюдений была выбрана новая площадка, где, как предполагают эксперты JAXA, можно будет успешно посадить зонд на астероид для сбора образцов его почвы и проведения экспериментов.

Диаметр Рюгу, который находится между Землей и Марсом, составляет около 900 м. “Хаябуса-2” был запущен к нему в декабре 2014 года с космодрома на японском острове Танэгасима. Ученые надеются найти на астероиде следы воды и органических веществ, что, как полагают, может помочь в раз***ке тайны распространения жизни во Вселенной. Зонд в общей сложности должен совершить три посадки на астероид, после чего к 2020 году вернется на Землю.

“Хаябуса-2” весит около 600 кг. Он представляет собой модифицированную версию первого “Сокола”, который впервые в истории сумел доставить на Землю образцы материалов, собранные на поверхности иного, нежели Луна, космического объекта. В мае 2003 года он отправился к удаленному от Земли на 336,5 млн км астероиду Итокава. За семь лет зонд преодолел расстояние в 6 млрд км, что стало на тот момент абсолютным рекордом в истории космонавтики.

Это гигантское столкновение между Млечным путем и соседней с ним спиральной галактикой Андромеда состоится примерно через 4,5 миллиарда лет, отсчитывая от сегодняшнего дня, согласно новому исследованию, которое базируется на наблюдениях, выполненных при помощи космического аппарата Gaia («Гея») Европейского космического агентства. По некоторым предыдущим оценкам это столкновение должно было произойти значительно раньше – примерно через 3,9 миллиарда лет.

Миссия Gaia была запущена в космос в декабре 2013 г., чтобы помочь исследователям создать лучшую современную 3D-карту Млечного пути. Начиная с этого времени космический аппарат подробно отслеживал положения и перемещения огромного числа звезд и других космических объектов; научная команда этого спутника ставит целью составление карты, включающей более 1 миллиарда звезд, к завершению миссии.

Большинство звезд, наблюдаемых при помощи аппарата Gaia, находятся в нашей Галактике, однако часть звезд лежит в других галактиках, например в соседних с нами галактиках Андромеда и Треугольник. В новой работе исследователи во главе с Роландом ван дер Марелом (Roeland van der Marel) из Института исследований космоса с помощью космического телескопа в Балтиморе, США, при помощи этих наблюдений впервые рассчитали скорости вращения галактик Андромеда и Треугольник. Кроме того, используя данные, полученные при помощи спутника Gaia, совместно с другими архивными наблюдательными данными, авторы работы смогли рассчитать траекторию движения в космосе галактик Андромеда и Треугольник на несколько миллиардов лет вперед. Согласно этим новым моделям, столкновение Андромеды с Млечным путем произойдет позднее, чем ожидалось – через 4,5 миллиарда лет, причем столкновение будет носить скользящий боковой характер, а не «лоб в лоб», как считалось ранее, отметили авторы статьи.

Когда умирающие красные гиганты отталкивают материю, образуются частицы пыли, которые становятся частью межзвездных облаков различных размеров, плотностей и температур. Затем эта космическая пыль разрушается ударными волнами сверхновой, которые распространяются в космосе со скоростью, превышающей 10 тысяч километров в секунду.

Взрывы сверхновых являются одними из самых мощных событий во вселенной и имеют максимальную яркость, эквивалентную свету миллиардов отдельных звезд. Взрыв также производит ударную волну, которая разрушает почти все на своем пути, включая пыль окружающей межзвездной среды – пространства между звездами. Современные теории предполагают, что большая часть пыли, когда ударная волна сверхновой пересекает эту область пространства, должна разрушаться. Поэтому там должно присутствовать меньшее количество космической пыли.

Тем не менее, наблюдения с использованием комплекса SOFIA открывают другую, за***очную картину и показывают количество пыли, более чем в десять раз превышающее ожидаемые ее объемы. Это говорит о том, что пыль выдерживает ударную волну гораздо лучше, чем предполагают теории.

Новое исследование основано на наблюдениях близкого к нам взрыва сверхновой с каталожным обозначением SN 1987A. Когда она была обнаружена в 1987 году, она стала самой яркой сверхновой за последние 400 лет. Из-за ее относительной близости астрономы смогли отследить эффекты воздействия на окружение сверхновой за прошлые 30 лет.

Наблюдения комплекса SOFIA за знаменитой сверхновой позволяют предположить, что пыль на самом деле может образовываться в кильватере мощной ударной волны. Эти результаты помогут астрономам в решении за***ки, касающейся частоты присутствия пыли в нашей Галактике.

«Нам уже было известно о медленно движущейся пыли в сердце сверхновой SN 1987А», – говорит Микако Мацуура, старший преподаватель Университета Кардиффа и главный автор исследования. – «Пыль возникла из тяжелых элементов, которые образовались в ядре мертвой звезды. Но наблюдения SOFIA открыли нам новую информацию о совершенно неожиданной популяции пыли».

Результаты наблюдений опубликованы в свежем номере журнала Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Сверхновая SN 1987A имеет характерные кольца, которые располагаются в пустоте, возникшей на более ранней стадии эволюции звезды. И быстро распространяющаяся ударная волна пронизала эти кольцевые структуры. Астрономы предполагали, что все частицы пыли в этих кольцах были разрушены, но недавние наблюдения комплекса SOFIA показывают выбросы, которые соответствуют растущей популяции пыли в кольцах. Результаты указывают на то, что частицы пыли даже после катастрофического для них ущерба вследствие проходящей ударной волны могут заново образовываться или расти. И это, в свою очередь, говорит о том, что такое положение вещей может быть концом главы в жизненном цикле пыли, но, похоже, не является концом истории.

Зафиксированная комплексом SOFIA пыль могла возникнуть вследствие значительного роста существующих частиц пыли или в результате образования новой популяции пыли. Эти новые наблюдения подтолкнули астрономов к рассмотрению возможности того, что среда, предшествующая ударной волне, оказывается в состоянии образовывать новую пыль сразу после прохождения последней. И это становится новой подсказкой, которая может иметь решающее значение для объяснения разницы между моделями истощения пыли и фактическими наблюдениями.

Наблюдение частиц космической пыли наземными телескопами в инфракрасной области затруднено (или невозможно) из-за сильного поглощения в атмосфере Земли, главным образом водой и углекислым газом. Но телескоп SOFIA установлен на борту самолета и работает на высотах над большинством создающих помехи молекул, обеспечивая доступ к диапазонам инфракрасного спектра, которые недоступны с поверхности Земли. И здесь инфракрасная фотокамера SOFIA Faint Object для телескопа SOFIA (FORCAST) – это основной мощный инструмент для наблюдения за теплой пылью.

https://www.youtube.com/watch?v=n9t2H6AbE0Y

«FORCAST – это единственный инструмент, способный наблюдать за такими критическими длинами волн и регистрировать возникающую популяцию теплой пыли», – говорит Джеймс Де Буазер, менеджер по научным операциям USRA в Научном центре SOFIA и соавтор исследования. – «Мы планируем дальнейшие наблюдения с помощью FORCAST, чтобы лучше понять образование пыли и ее эволюцию в остатках сверхновых».

Уже запланировано, что в ближайшем будущем космический телескоп James Webb рассмотрит эту пыль более подробно, чтобы прояснить ее происхождение и состав.

Комплекс SOFIA – это модифицированный Boeing 747SP с 2,7-метровым телескопом. Он представляет собой совместный проект NASA и Немецкого аэрокосмического центра (DLR).

Но мы здесь, и никто не знает, почему.

Почему во Вселенной нет антиматерии?
Подумайте об этих двух противоречивых, на первый взгляд, фактах:

Каждое взаимодействие между частицами, которое мы когда-либо наблюдали при любых энергиях, никогда не создавало и не разрушало одну частицу материи, не создавая при этим и не уничтожая равное количество частиц аниматерии. Физическая симметрия между материей и антиматерией очень строгая, ведь:
каждый раз, когда мы создаем кварк или лептон, мы также создаем антикварк и антилептон;
каждый раз, когда кварк или лептон уничтожается, антикварк или антилептон также уничтожается;
созданные или уничтоженные лептоны и антилептоны должны быть в балансе по всей семье летпонов и каждый раз, когда кварк или лептон взаимодействуют, сталкиваются или распадаются, общее число кварков и лептонов в конце реакции (кварки минус антикварки, лептоны минус антилептоны) должно быть и будет таким же, каким было в начале.
Единственный способ изменить количество материи во Вселенной подразумевал также изменение количества антиматерии на такую же величину.

И все же, есть второй факт.

Когда мы смотрим на Вселенную, на все звезды, галактики, газовые облака, скопления, сверхскопления и крупномасштабные структуры, кажется, будто все это состоит из материи, а не антиматерии. Везде и всюду, где антиматерия и материя встречаются во Вселенной, происходит фантастический выброс энергии из-за аннигиляции частиц.
Но мы не видим никаких признаков уничтожения вещества антивеществом в самых больших масштабов. Мы не видим никаких признаков того, что некоторые из звезд, галактик или планет, которые мы наблюдаем, сделаны из антивещества. Мы не видим характерных гамма-лучей, которые следовало бы ожидать увидеть, если бы антиматерия сталкивалась с материей и аннигилировала. Вместо этого всюду мы видим только материю, куда ни посмотри.

И это кажется невозможным. С одной стороны, нет никакого известного способа сделать больше вещества, чем антивещества, если обращаться к частицам и их взаимодействию во Вселенной. С другой стороны, все, что мы видим, определенно состоит из вещества, а не антивещества.

На самом деле, мы наблюдали аннигиляцию материи и антиматерии в некоторых экстремальных астрофизических условиях, но только возле гиперэнергетических источников, которые производят вещество и антивещество в равных количествах — черные дыры, например. Когда антивещество сталкивается с веществом во Вселенной, оно производит гамма-лучи очень специфических частот, которые можем затем обнаружить. Межзвездная межгалактическая среда полна материала, и полное отсутствие этих гамма-лучей является сильным сигналом о том, что никогда больше нет большого количества частиц антиматерии, поскольку тогда сигнатура материи-антиматерии была бы обнаружена.

Если вы бросите одну частичку антиматерии в нашу галактику, она просуществует порядка 300 лет, прежде чем будет уничтожена частицей материи. Это ограничение говорит нам, что в Млечном Пути количество антиматерии не может превышать значение 1 частицы на квадриллион (1015), относительно общего количества материи.

На крупных масштабах — масштабах спутниковых галактик, больших галактик размера Млечного Пути и даже скоплений галактик — ограничения менее строгие, но все же очень сильные. Наблюдая расстояния от нескольких миллионов световых лет до трех миллиардов световых лет, мы наблюдали недостаток рентгеновских и гамма-лучей, которые могли бы указывать на аннигиляцию материи и антиматерии. Даже в больших космологических масштабах 99,999% того, что существует в нашей Вселенной, определенно будет представлено материей (как мы), а не антиматерией.

Как же мы оказались в такой ситуации, что Вселенная состоит из большого количества материи и практически не содержит антиматерии, если законы природы абсолютно симметричны между материей и антиматерией? Что ж, есть два варианта: либо Вселенная была рождена с большим количеством материи, нежели антиматерии, либо что-то произошло на ранней стадии, когда Вселенная была очень горячей и плотной, и породило асимметрию материи и антиматерии, которой изначально не было.

Первую идею проверить научно без воссоздания целой Вселенной не получится, но вторая весьма убедительна. Если наша Вселенная каким-то образом создала асимметрию материи и антиматерии там, где изначально ее не было, то правила, которые работали тогда, останутся неизменными и сегодня. Если мы достаточно умны, мы сможем разработать экспериментальные тесты, раскрывающие происхождение материи в нашей Вселенной.

В конце 1960-х годов физик Андрей Сахаров определил три условия, необходимые для бариогенеза или создания большего количества барионов (протонов и нейтронов), чем антибарионов. Вот они:

Вселенная должна быть неравновесной системой.
В ней должны быть C- и CP-нарушение.
Должны быть взаимодействия, нарушающие барионное число.
Первое соблюсти просто, поскольку расширяющаяся и остывающая Вселенная с нестабильными частицами в ней (и античастицами), по определению, будет вне равновесия. Второе тоже просто, поскольку C-симметрия (замена частиц античастицами) и CP-симметрия (замена частиц зеркально отраженными античастицами) нарушаются во множестве слабых взаимодействий с участием странных, очарованных и прекрасных кварков.

Остается вопрос, как нарушить барионное число. Экспериментально мы наблюдали, что баланс кварков к антикваркам и лептонов к антилептонам явно сохраняется. Но в Стандартной модели физики элементарных частиц не существует явного закона сохранения ни для одной из этих величин по отдельности.

Нужно три кварка, чтобы сделать барион, поэтому на каждые три кварка мы назначаем барионное число (B) 1. Точно так же каждый лептон получит лептонное число (L) 1. Антикварки, антибарионы и антилептоны будут иметь отрицательные числа B и L.

Но по правилам Стандартной модели сохраняется только разница между барионами и лептонами. При правильных обстоятельствах вы можете не только создавать дополнительные протоны, но и электроны к ним. Точные обстоятельства неизвестны, но Большой Взрыв дал им возможность реализоваться.

Самые первые этапы существования Вселенной описываются невероятно высокими энергиями: достаточно высокими, чтобы создать каждую известную частицу и античастицу в большом количестве по знаменитой формуле Эйнштейна E = mc2. Если создание и уничтожение частиц работает так, как мы думаем, ранняя Вселенная должна была быть заполненной равным количеством частиц материи и антиматерии, которые взаимно превращались друг в друга, поскольку доступная энергия оставалась чрезвычайно высокой.



По мере расширения и охлаждения Вселенной нестабильные частицы, однажды созданные в изобилии, будут разрушаться. При соблюдении правильных условий — в частности, трех условий Сахаров — это может привести к избытку вещества над антивеществом, даже если изначально его не было. Задача для физиков — создать жизнеспособный сценарий, соответствующий наблюдениям и экспериментам, который может дать вам достаточный избыток вещества над антивеществом.

Существует три основных возможности возникновения этого избытка вещества над антивеществом:

Новая физика в электрослабом масштабе может значительно увеличить количество C- и CP-нарушения во Вселенной, что приведет к асимметрии между веществом и антивеществом. Взаимодействия Стандартной модели (через процесс сфалерона), которые нарушают B и L индивидуально (но сохраняют B — L), могут создать нужные объемы барионов и лептонов.
Новая физика нейтрино при высоких энергиях, на которую нам намекает вселенная, могла бы создать фундаментальную асимметрию лептонов: лептогенез. Сфалероны, сохраняющие B — L, затем могли бы использовать лептонную асимметрию для создания барионной асимметрии.
Или бариогенез в масштабах теории великого объединения, если новая физика (и новые частицы) существуют в масштабах великого объединения, когда электрослабая сила объединяется с сильной.
У этих сценариев есть общие элементы, поэтому давайте рассмотрим последний из них, просто ради примера, чтобы понять, что могло произойти.

Если теория великого объединения верна, должны быть новые, сверхтяжелые частицы, называемы X и Y, которые обладают как барионоподобными, так и лептоноподобными свойствами. Также должны быть их партнеры из антиматерии: анти-X и анти-Y, с противоположными числами B — L и противоположными зарядами, но с одной массой и временем жизни. Эти пары частица-античастица могут быть созданы в большом количестве при достаточно высоких энергиях, чтобы впоследствии распасться.

Итак, мы наполняем Вселенную ими, а затем они распадаются. Если же у нас есть C- и CP-нарушения, возможно, будут небольшие различия в том, как распадаются частицы и античастицы (X, Y и анти-X, anti-Y).

Если у X-частицы есть два пути: распад на два верхних кварка или на два анти-нижних кварка и позитрон, тогда anti-X должен пройти два соответствующих пути: два анти-верхних кварка или нижний кварк и электрон. Есть важное различие, которое допускается при нарушении C- и CP: X может с большей вероятностью распасться на два верхних кварка, чем анти-X — на два анти-верхних кварка, тогда как анти-X с большей вероятностью распадется на нижний кварк и электрон, чем X — на анти-верхний кварк и позитрон.

При наличии достаточного числа пар и распада таким образом, вы сможете легко получить избыток барионов над антибарионами (и лептонов над антилептонами), где его раньше не было.

Это лишь один пример, иллюстрирующий наше представление о том, что произошло. Мы начали с полностью симметричной Вселенной, подчиняющейся всем известным законам физики, и с горячего, плотного, богатого состояния, наполненного материей и антиматерией в равных количествах. С помощью механизма, который нам еще предстоит определить, подчиняющийся трем условиям Сахарова, эти естественные процессы в конечном итоге создали избыток вещества над антивеществом.

Тот факт, что мы существуем и состоит из материи, неоспорим; вопрос в том, почему наша Вселенная содержит что-то (материю), а не ничего (ведь вещества и антивещества было поровну). Возможно, в этом столетии мы найдем ответ на этот вопрос.

В одной только нашей собственной галактике, Млечном Пути, насчитывается от 100 до 300 миллиардов звезд. Никто не станет сомневаться в целесообразности того, что еще до конкретного поиска жизни на одной из еще более многочисленных планет возле каждого такого «солнца» важно не только вычленить, какие из звезд имеют планеты с наибольшей вероятностью пригодности для жизни, но и идентифицировать те звезды, планеты которых мы способны иденифицировать, как таковые, и исследовать с Земли так, чтобы открылась возможность вообще обнаружить тамошнюю потенциальную жизнь.

И вот в рамках недавнего исследования американские астрономы поставили перед собой именно этот вопрос. Как сообщает в журнале Astrophysical Journal Letters команда под руководством Джады Арни из Центра космических полетов имени Годдарда NASA, именно такими звездами являются звезды категории K.

Звезды типа К уступают по яркости нашему Солнцу, но они все же более яркие, чем самые слабые из известных звезд (так называемые красные карлики), что делает их идеальной целью наблюдения при изучении свойств орбитальных планет.

При этом звезды К могут быть очень старыми: от 17 до 70 миллиардов лет. То есть вполне достаточное время, чтобы жизнь не только появились на их планетах, но и, как можно надеяться, развилась в сложные и разумные формы этой самой жизни. Для сравнения: наше собственное Солнце (так называемый желтый карлик категории G) имеет продолжительность жизни всего в 10 миллиардов лет. Кроме того, звезды типа K значительно менее активны, чем так называемые красные карлики – карликовые звезды категории M.

Хотя звезды типа М и обеспечивают по причине их тусклости наилучшие условия для наблюдения за орбитальными планетами и составляют целых 75 процентов всех звезд, то есть являются самой распространенной категорией звезд Млечного Пути, они в большей своей части обладают чрезвычайно высоким уровнем активности. Другими словами, связанные с ними потоки чрезвычайно сильны, а вредная радиация, исходящая от них, представляется угрозой для любой гипотетически существующей жизни на поверхностях их планет. И недооценивать этого фактора нельзя. Кроме того, красные карлики значительно ярче и горячее в течение примерного первого миллиарда лет своего существования, что представляет явную угрозу океанам планет, вращающихся на относительно близких к звезде орбитах. Это значит, что до того, пока эти планеты попадут в так называемую «зону жизни» вокруг своей звезды, океаны могут давным-давно полностью испариться, то есть планета не будет уже иметь базового условия для возникновения жизни.

«А вот звезды типа К, в свою очередь, являются некой идеальной формой между похожими на Солнце звездами и красными карликами», – комментирует вышеизложенное Арни. В своем исследовании ученый-планетолог изучил, как биосигнатуры – следы жизни – могут выглядеть на гипотетических планетах возле звезд типа К.

В принципе, одновременное присутствие кислорода и метана в атмосфере планеты большинство ученых-планетологов и астробиологов считают важным и сильным указанием на возможность наличия там жизни земного типа. Причина: оба газа реагируют друг с другом и обычно разрушают друг друга. Если планетарная атмосфера все еще содержит оба газа, это означает, что газы производятся в сопровождающем режиме и, скорее всего, происходят из биологических систем – то есть организмов.

Тем не менее, чтобы иметь возможность найти эти так называемые биомаркеры в атмосфере далекой планеты, эти газы должны там присутствовать в соответствующих высоких пропорциях, чтобы их можно было идентифицировать как таковые с помощью телескопов с Земли или с космических телескопов.

Об этом пишут участники научной команды зонда OSIRIS-REx в серии статей в журнале Nature.

“Первые спектроскопические данные показывают, что Бенну действительно содержит первичную материю Солнечной системы и что ее возврат на Землю поможет нам понять, как вода появилась на Земле и какую роль она играла в эволюции Солнечной системы. Пока все говорит о том, что астероиды действительно могли “завезти” ее на нашу планету“, — пишут Данте Лауретта (Dante Lauretta), руководитель миссии, и его коллеги.

В начале сентября 2016 года специалисты НАСА успешно вывели на околоземную орбиту зонд OSIRIS-REx, главная цель которого – сближение и забор грунта с поверхности астероида Бенну (1999 RQ36). Он успешно достиг этого небесного тела в начале декабря и передал на Землю первые фотографии “астероида судного дня”.

Он оказался очень похож по форме и окраске на еще одно небесное тело, астероид Рюгю, который сейчас изучается японской миссией “Хаябуса-2”.

В ближайшие шесть месяцев OSIRIS-REx будет составлять карту поверхности Бенну, после чего ученые выберут место, откуда будет взят образец вещества массой около 60 грамм.

В отличие от Рюгю, где японский зонд “Хаябуса-2” не нашел воды, датчики OSIRIS-REx зафиксировали большие количества следов ее присутствия в породах “астероида судного дня”. По текущим оценкам ученых, материя Бенну содержит в себе рекордное количество минералов, возникших под действием жидкой воды или других форм влаги.

Помимо воды, ученые нашли намеки на то, что недра Бенну устроены крайне хаотичным образом и содержат в себе большое число пустот и особо плотных зон. Это говорит о том, что “астероид судного дня” возник из осколков других крупных небесных тел, живших в главном поясе астероидов и столкнувшихся в относительно недавнем прошлом.

Судя по числу кратеров на его поверхности, Лауретта и его коллеги предполагают, что это произошло примерно 100-1000 миллионов лет назад. В свою очередь, необычная форма астероида, похожего на угловатую юлу или гигантский кубик сахара, возникла по одному из двух еще более экзотических сценариев.

С одной стороны, в прошлом Бенну мог обладать небольшим “спутником“, который он разорвал на части, что привело к формированию “горба” на его экваторе. С другой стороны, он мог приобрести кубическую форму благодаря тому, что часть его внутренних пустот обрушилась, а поверхность – сильно просела или просто деформировалась.Что еще интересно, ученые измерили скорость вращения Бенну и обнаружили, что она достаточно быстро растет. По их оценкам, она должна была удвоиться за последние 1,5 миллиона лет. Подобное ускорение вращения “астероида судного дня”, как предполагают исследователи, началось относительно недавно, так как за 100 миллионов лет жизни он бы разогнался до таких значений, что стал бы нестабильным.

Это, по всей видимости, означает, что орбита Бенну могла сильно меняться в недавнем прошлом, или же форма астероида была совсем другой в прошлые эпохи его жизни. Как это повлияет на его будущее и на состояние его запасов “первичной материи” Солнечной системы, предсказать достаточно сложно.
Пока, как отмечают Лауретта и его коллеги, ученым не удалось найти следы органики на поверхности “астероида судного дня” и понять, откуда берется за***очная пыль в его ближайших окрестностях. Оба этих вопроса, как надеются планетологи, будут решены после сближения и забора материи с его поверхности.

По их текущим планам, эта процедура состоится в июле следующего года, однако уже сейчас специалисты НАСА, памятуя о проблемах “Хаябусы-2”, выбрали четыре наиболее интересных и безопасных точки для забора образцов на экваторе и в приполярных регионах Бенну.

В ближайшее время OSIRIS-REx совершит несколько “нырков” в сторону этих точек и детально изучит их структуру для выбора основного и резервного места для посадки. Если эта процедура пройдет успешно и ей не помешают булыжники, усеивающие поверхность Бенну, зонд запустит капсулу с первичной материей Солнечной системы в сторону Земли. Она совершит посадку на территории штата Юта в конце сентября 2023 года.

Эти спутники, вероятно, сконденсировались из материала колец планеты и получили свои цвета за счет либо материала водяных вулканов, либо таинственного красноватого материала, присутствующего в составе колец, говорится в новом исследовании.

Сатурн обладает не только примечательной системой колец, но и системой из более чем 60 спутников. Примерно с полдюжины этих спутников, похоже, связаны с основными кольцами гигантской планеты и либо находятся внутри этих колец, либо гравитационно взаимодействуют с ними – что влияет на форму и состав этих спутников.

Спутники, расположенные в кольцах, часто демонстрируют за***очные особенности: например, спутники Пан и Атлас выглядят, словно летающие чайные блюдца. Кроме того, спутники Сатурна отличаются по цвету от соседних с ними колец, и ученые давно пытаются выяснить природу этих отличий.

В новой научной работе коллектив исследователей под руководством Бонни Буратти (Bonnie Buratti), планетолога из Лаборатории реактивного движения НАСА, США, использовал архивные данные, полученные при пролетах ныне выведенного из эксплуатации аппарата Cassini мимо пяти спутников Сатурна - Пана, Дафниса, Атласа, Пандоры и Эпиметея – для получения сведений о составе, структуре и космическом окружении этих спутников.

Собранные данные показали, что внешний вид спутников Сатурна зависит от их расположения относительно колец. Пан расположен ближе всего к Сатурну и имеет выраженный красный цвет, в то время как Эпиметей удален от гигантской планеты на максимальное расстояние и имеет выраженный голубой цвет. Это указывает на то, что внешний вид спутников определяется двумя конкурирующими факторами, пояснили исследователи: загрязнением красноватым материалом основных колец, состоящим из смеси железа и органических соединений, а также потоками ледяных частиц или водяного пара, вырывающихся из жерл вулканов, находящихся на поверхности спутника Сатурна Энцелада.

Ученые также объяснили необычные формы спутников Пана и Атласа: согласно исследованию, спутники Сатурна формируются при аккреции материала колец на плотные ядра, и такая аккреция преимущественно протекает экваториально.

Это открытие было сделано при помощи шведского 1-метрового солнечного телескопа, установленного в обсерватории Роке-де-лос-Мучачос, остров Ла Пальма, Канарский архипелаг. Группа исследователей во главе с доктором Дэвидом Куридзе (David Kuridze) из Университета Аберистуита изучала особенно мощную солнечную вспышку, которая произошла 10 сентября 2017 г.

Комбинация благоприятных условий и элемента везения позволили команде определить мощность магнитного поля вспышки с беспрецедентной точностью. Исследователи считают, что эти находки могут изменить наше представление о процессах, которые происходят в солнечной атмосфере.

Комментируя свое открытие, доктор Куридзе сказал: «Все, что происходит во внешней атмосфере Солнца, несет на себе влияние магнитного поля, однако у нас пока имеется очень мало данных по интенсивности этого поля и его пространственным характеристикам».

«Эти параметры являются критически важными, они имеют фундаментальное значение для физики солнечной короны. Попытайтесь представить, что вы хотите понять климат Земли, не имея возможности измерять температуру в разных точках ее поверхности».

«В этом исследовании мы впервые смогли точно измерить магнитные поля корональных петель, «строительные кирпичики» магнитного поля солнечной короны, с настолько высоким уровнем точности».

Солнечные вспышки происходят на поверхности нашего светила, когда магнитная энергия, которая накапливается в атмосфере Солнца, внезапно высвобождается в окружающее космическое пространство.

На протяжении 10-дневного периода в сентябре 2017 г. доктор Куридзе изучал зону на поверхности Солнца, которая, как было известно его команде, демонстрировала наиболее высокую активность.

Однако используемый командой телескоп позволяет охватить всего лишь 1 процент поверхности Солнца во время одного сеанса наблюдений. По удачному стечению обстоятельств доктор Куридзе наблюдал в сентябре как раз ту зону, в которой в тот момент произошла мощная вспышка.

Когда материал, выбрасываемый в результате солнечных вспышек, достигает Земли, он способен привести к возникновению полярных сияний на нашей планете.