Вопросы по астрофизике

[Эледем]

Станислав, ну как это проверишь-то? Время в течение которого приходит импульс, в лучшем случае, меньше двух минут. А авторам в тот раз повезло в том, что у них "телескоп" смотрел именно туда, откуда пришел сигнал. Это был первый и единственный случай в истории изучения гпмма-всплесков, когда удалось идентифицировать объект, от которого пришел импульс.
  Во всех остальных случаях этого сделать не удавалось. ошибка в расчетах исключена, так как анализ полученного спектра проводился неоднократно различными учеными. Со сбоем аппаратуры, конечно, сложнее (она как-никак на спутнике находится). Но ведь и до регистрации всплеска и после него аппаратура продолжала работать и ничего необычного детекторы не зарегистрировали. пришлось бы считать, что глюк пришелся аккурат на время поступления сигнала и совпал с ним один в один. Что тоже весьма маловероятно.

[ИКор]

Сообщу, что если бы что-то подобное произошло в соседней Галактике, то ночное небо Земли на минуту превратилось бы в дневное. Ну а если бы это произошло в нашей Галактике, то ... по оценкам катастрофа была бы жуткой.

Эледем,
Судя по тому, что подобные вспышки фиксируются достаточно часто (раз в сутки), то с точки зрения статистики, они уже должны были ли проявиться и в с соседних, и в нашей галактике. Но подобных катастрофических явлений в исторически достоверный промежуток времени зафиксировано не было (или я не прав?)... значит что-то не сростается 

А может Вы будете утверждать, что катастрофа может произойти в любой момент... 

Да к слову, не могли ученые "проглядеть" действительный источник излучения, и зафиксировать расположенный гораздо дальше?

[Эледем]

Я ждал этого вопроса эр ИКор, поэтому готов ответить.

  1. В изученной части Вселенной (скромно считаем, что уже большая ее часть) примерно 100 млрд. Галактик. Поэтому, если предположить, что подобное происходит в каждой Галактике по очереди (ну грубая модель, очень грубая), то полцчится средний интервал между всплесками - один раз в 240-270 млн. лет на одну Галактику.
  2. А вот ошибка в определение расстояния крайне маловероятна, так как по найденному красному смещению этот всплеск относился именно к расстоянию примерно 11 млрд. световых лет - и получалось, что источник именно в той самой Галактике о которой говорили авторы. 

[ИКор]

Я ждал подобного ответа  , поэтому готов сформулировать вопрос по-другому  :
Я догадываюсь, что материя во Вселенной распологается не равномерно и наша галактика может располагаться "с краю"... но все же, по Вашим оценкам какое количество из названых 100 млрд галактик находится достаточно близко от нас, чтобы мы заметили вспышку в ней не вооруженным глазом?
Если у нас есть хотя бы миллион (0.001% общего числа) "близких соседок", то периодичнось зафиксированных вспышек должна составлять 2-3 века. А если больше? 

[Эледем]

1. Эр ИКор о распределении материи во Вселенной я обязательно расскажу, но чуть-чуть попозже, когда мы к космогонии перейдем. Договорились?
2. Хвала Абвениям, что таких Галактик, где мы бы увидели гамма-всплеск невооруженным взглядом совсем немного. Оценки показывают, что речь идет о местном скоплении Галактик, в которое по последним оценкам входит приблизительно несколько десятков тысяч Галактик, из которых "реальную опасность" увидеть сие зрелище представляют от силы несколько десятков. Так что вроде бы смертельной опасности (из статистических соображений) поблизости нет. А Если речь пойдет об "обычном" гамма-всплеске (энергия которого оценивается в 10 в 45 степени эрг), то и вовсе речь идет либо о нашей собственной Галактике, либо, в крайнем случае, о Малом Магеллановом Облаке.
  Так что с миллионом Галактик, Вы несколько перестарались.

[Эледем]

 Итак, продолжаю описания объектов Вселенной. Следующим по списку (но отнюдь не по значимости) идут КВАЗАРы.
  Иначе говоря, квазизвездные объекты. Первые наблюдения квазаров ничего особенного не выявили, пока кое-кому не пришла в голову светлая мысль померить "красное смещение". О вот тут-то началось...
  Во-первых, выяснилось, что оные объекты (которые сначала считали просто звездами) находятся на чудовищных расстояниях ( сотни мегапарсек) и удаляются от Солнца со скоростями десятки тысяч километров в секунду. Далее стало понятно, что сей необычный объект излучает практически во всех диапазонах (включая радиоволны). Но и это еще оказалось не все - подняв архивы, астрономы выяснили, что некоторые квазары ухитрялись еще и менять свою светимость в разы за небольшие промежутки времени. Это было уже совсем непонятно. Но это были еще цветочки...
  Во-вторых, чрезвычайно быстро было установлено, что этот объект не имеет ничего общего со звездными скоплениями, так как обладает чрезвычайно малым "линейным размером" (одно время полагали, что речь идет об 1-3 световых сутках, то есть ненамного больше, чем размер Солнечной Системы). А светимость галактическая, а для некоторых квазаров даже ее превосходит.
В-третьих, наблюдение за квазарами показали, что изменение интенсивности излучения с периодом в несколько месяцев - для квазаров дело обычное, и размер области излучения не превосходит расстояния, которое проходит свет за эти самые несколько месяцев. Это означало, что материя квазара излучает свет "не по команде", а по причинам происходящих  в нем процессов. Именно эти измерения, после уточнения расстояний до квазаров, позволил более или менее точно определить их размеры (не более светового года, а, как правило, заметно менее), а светимость оказалась еще выше - порядка светимости сотен Галактик. В итоге встал главный вопос - что является источником энергии, и как, подобные объекты образовались. Замечу, что некоторые из них находятся, что называется на кончике пера (расстояния порядка 10 млрд. световых лет), то есть существовали в совсем ранней Вселенной.
  Во многом последний факт и стал ключом к разгадке их многолетней тайны. Снова свое слово сказала М-теория. На основании работ Хокинга было сделано предположение, что -
  Квазар - Гигантская Черная Дыра, возникшая еще в ранней Вселенной. Изучение спектров квазаров показали, что в нем содержатся водород и гелий, практические идентичные земным. По мере приближения к ГЧД заряженные частицы собираются в джеты (за счет мощного магнитного поля) и излучают, как положено любому аккреционному диску. Опуская подробные рассуждения, добавлю, что вещество приближается к ГЧД по срирали, поэтому форма квазара чем-то может напоминать кольца Сатурна. К моменту пересечения гравитационного радиуса энергия поглощаемых частиц приближается к 100000 градусов. А это уже оклозвездные температуры.
  На вопрос, почему ГЧД очень быстро не съедает всю материю, которая вокруг нее "пасется" дал ответ Эддингтон, который показал, что давление фотонов, летящих от ГЧД и поток вещества, устремляющийся в направлении гравитационного радиуса должны в итоге прийти в некоторое равновесие. Поэтому скорость "обжорства" ГЧД в этом случае ограничена.
  Что же в итоге получается? Вспомнив, что в Ядрах обычных Галактик присутствуют ГЧД массами 10 в шестой - одиннадцатой степени масс Солнца, можно смело сказать, что Квазары - это несформировавшиеся Галактики. Там, где ГЧД не позволила имевшемуся веществу образовать нормальную структуру со Звездами и Скоплениями Звезд. И фантастическая излучаемая квазарами энергия - это как раз та самая "прощальная" энергия вещества, которую поедает ГЧД. Сразу становится понятна причина, почему все квазары находятся на космологических расстояниях от нас. В нынешний период существования Вселенной столкновения Галактик весьма редки, новых ГЧД не образуется и поэтому новым квазарам взяться просто неоткуда. Хотя не исключен и вариант. что где-то в космических глубинах затаились невидимые ЧД большой массы, которые только и ждут момента, когда к ним приблизится бесхозное вещество в больших количествах (что правда заметно противоречит нынешней модели расширяющейся Вселенной). И вспыхнет новый Квазар.
  Я изложил далеко не всю информацию, которая известна о квазарах (на все места бы не хватило в одном посте), кое-что пришлось даже слегка исказить, дабы перейти на понятный язык, зато теперь готов отвечать на вопросы.       

[EXE-Q-THOR]

http://apod.gsfc.nasa.gov/apod/ap980409.html

http://apod.gsfc.nasa.gov/apod/ap971206.html

А вот по этой статье http://universe.nasa.gov/press/2003/030409b.html вопрос - т.е. в принципе квазар может "набраться" достаточно материи - и что потом? начинает выбрасывать эту материю?

[Эледем]

Отвечая на вопрос Люцифера, в первую очередь отмечу, что самое интересное заключается в том, что Черные Дыры, вне зависимости от своего типа (обычные или гигантские) непрерывно "испаряются". Этот процесс имеет в своей основе квантовый подбаоьерный переход, с поправкой на то, что форма барьера прелставляет собой некую специфическую двумерную поверхность в трехмерной пространстве. Скорость испарения ЧД обратно пропорцианальна квадрату ее массы. Так что. если когда-нибудь ЧД и ГЧД поглотят почти все бесхозное вещество во Вселенной, то через некоторое время, оное вещество снова в ней объявится.
  С квазарами несколько сложнее - точную зависимость скорости испарения ГЧД в центре Квазара в зависимости от массы пока рассчитать не удалось, из-за слишком высокой плотности энергии на "горизонте событий", что приводит к изменению формы самого барьера.
  Теперь ответ на вторую часть вопроса (или, как мне кажется - ответ). Поглощение бесхозного вещества ГЧД в центре Квазара происходит неравномерно. Одно дело поглощать просто межзвездный газ - тут у Квазара, скажеи так, обычная светимость, а совсем другое - когда под руку "звездная система" попала. Тут уже светимость резко растет, пока оная звездная система не будет поглощена; потом светимость вернется на прежний уровень.
  Что произойдет с Квазаром, когда все отведенное на Протогалактику вещество уже поглощено, а соседи не спешат поделиться своими запасами? - свечение просто исчезнет; и в космических глубинах затаится некий "гравитационный монстр", который будет медленно "испаряться" и о существовании которого мы сможем узнавать из эффекта "линзирования", про который говорилось выше.

[Диран]

http://heritage.stsci.edu/gallery/gallery.html
вот не знала куда еще вставить эту ссылку. Потрясающая галлерея

[Эледем]

Действительно очень красиво. Жаль только, что самые необычные объекты во Вселенной подобных зрелищ не дают  .

[Эледем]

Итак, возвращаюсь в тому. что пообещал, но никак не получалось сделать.
  Большинство из интересующихся данным Топиком ранее слышали, что материя Вселенной состоит на 4% из барионного компонента (то есть то вещество, которое мы видим каким-либо образом), 24-25% Темной Массы (или скрытой массы - Darkmass) и 71-72% так называемой Темной Энергии (Dark energy).
  Про 4% я рассказывать уже не буду - это все те объекты, которые мы видим либо своими глазами, либо различными приспособдениями типа телескопов, рабоающих в различных диапазонах.
  Поэтому начну свой рассказ с Темной Массы.
  Гипотеза о ее существовании появилась достаточно давно и базировалась на том, что предсказываемое уранениями Эйнштейна ОТО на основе учета только зарегистрированного вещества  движение звезд и Галактик заметно расходилось с наблюдениями. Причем расхождение было связано именно с глобальным движением объектов, а не с их локальными характеристиками, поэтому вопос о пересмотре ОТО хотя до сих пор остается открытым, но не пользуется большой популярностью у современных ученых, работающих в этой области.  Плюс к тому изменение во времени постоянной Хаббла (характеризующей скорость разбегания Галактик) указывало на то, что гравитирующие системы во Вселенной должны обладать заметно большей массой, чем до сих пор было обнаружено. Еще одним указанием на сам факт существования Темной Массы являлось достаточно сильное линзирование света, который приходит к нам от отдаленных объектов (Галактик и квазаров, находящихся на космологических расстояниях).
  Встал вопрос - что это за странная "масса" и какую физическую природу она имеет. забегая вперед скажу, что однозначного ответа до сих пор найти не удалось, поэтому постараюсь в доступной форме изложить основные гипотезы, которые выдвинуты на настоящее время.
  Гипотеза №1. - Скрытая Масса сосредоточена в средней величины ЧД (Черных Дырах), которые относительно равномерно распределены в Галактиках и Межгалактическом пространстве.
  Однако на настоящий момент данная гипотеза имеет относительно небольшое количество сторонников по вполне понятной причине - существование в Межгалактическом пространстве ЧД означало бы, что преимущественная форма Галактик была бы не спиральной (а таких Галактик подавляющее большинство, в том числе и наша Галактика), а сферической формы. То есть гравитация дискретной скрытой массы выравнивало бы форму Галактик. В реальности этого похоже не происходит.
  По этой же причине в качестве кандидатов на роль Темной Массы не очень удачны и Коричневые (темные карлики) - для них, в частности встает вопрос о том, когда они успели образоваться и состариться; а также и нейтронные звезды, которые достаточно активно притягивают вещество (внутри Галактик), а занчит работают в режиме пульсаров.
  Таким образом среди известных Космических объектов не наблюдается прямого претендента на роль ТМ. В некоторых моделях правда описываются достаточно причудливые структуры из нескольких малых ЧД, взаимно гасящих воздействие на Галактические структуры, но образование таким систем еще менее вероятно, чем случайное превышение числа спиральных Галактик над шаровыми.
  Встает естественный вопрос - если это не мощные космические объекты, как таковые, то что это может быть? 
  Поэтому естественным образом приходится рассматривать вариант небарионной скрытой массы, то есть неких элементарных частиц, которые бы взаимодействовали с материей нашей Вселенной исключительно гравитационно (или в крайнем случае чрезвычайно слабо). Возможному описанию подобных необычных частиц и причинам того, что их суммарная масса настолько больше видимой барионной массы Вселенной будет посвящен мой следующий пост.

[Эледем]

Продолжаю о Темной Массе.

  Гипотеза 2 - Тяжелые нейтрино.

  По одной из веток Теории Элементарных частиц, количество известных типов нейтрино равно не 3 (электронное, мюонное и тау-лептонное), а четырем. В такой модели и известные нам 3 типа нейтрино имеют массу (но очень маленькую), а вот четвертое поколение очеь массивно. По разным оценкам его масса превышает массу протона (ну и нейтрона) в десятки тысяч раз, или даже в сотни миллионов раз (в зависимости от того, какой из механизмов нарушения локальной симметрии отвечает за возникновение их массы). Три известных типа нейтрино, как недавно было показано, не могут составить скрытую массу по космологическим соображениям (иначе их во Вселенной должно было бы быть на несколько порядков больше), а вот гипотетическое Четвертое поколение, которое по имеющимся законам должно было бы собираться в облака достаточно своеобразной формы за пределами Галактик - как раз обладали бы гравитационным потенциалом приблизительно нужного порядка. В плюс этой гипотезе следует записать то, что сильное гравитационное поле Гало (некоего ближнего окружения) нашей Галактики действительно существует.
  теперь о минусах представленной гипотезы. Во-первых, существование четвертого типа нейтрино приходит в заметное противоречие с последними результатами работ, связанными с первыми тремя минутами существования нашей Вселенной после Большого взрыва (общее количество типов образовавшихся тогда частиц ограничено, так что и без четвертого нейтрино там довольно тесно), а, во-вторых, серьезной проблемой является само существование той симметрии, которую нужно нарушить, дабы подобные массивные нейтрино образовались. Еа данный момент, к сожалению, ни одной сколько-нибудь, законченной модели, описывающей этот эффект не создано. Так что описанная гипотеза хотя и не сброшена окончательно со счетов, но большими успехами похвастаться никак не может.
  Гипотеза №2 - модель WIMP.
   WIMP - это гипотетические элементарные частицы, образовавшиеся в первые 10 в минус 8 степени секунды (возможно больше, возможно меньше) времнна существования Вселенной, которые взаимодействуют с барионной материей практически только гравитационно, но именно что только практически. Для них существует вероятность и других взаимодействий, в частности, редких распадов на частицы "нашего мира". Такие WIMPы должны пронизывать все пространство нашей вселенной и, возможно, улавливаться крупными гравитирующеми объектами (Земля и Солнце вполне годятся). Некоторое (достаточно долгое по нашим меркам) время будучи захвачены, они должны находиться в таких "гравитационных ловушках" а потом распадаться на элементарные частицы, которые мы могли бы зарегистрировать и идентифицировать за счет огромной кинетической энергии продуктов распада. Поиски этих распадов уже ведутся экспериментально, но к сожалению к настоящему моменту еще не дали результата. То ли время жизни WIMPов слишком велико и распадаются они чрезвычайно редко, то ли их массы и начальные кинетические энергии слишком велики, чтобы быть захваченными, например, внутрь Земли (с Солнцем свои заморочки).
  Так что гипотезу WIMPов {как горячих - относительно небольшая "масса покоя" (масса в пределе порога рождения) - порядка массы протона,, но чудовищная кинетическая энергия), так и холодных - масса порядка нескольких тысяч масс протона, зато относительно небольшая кинетическая энергия} проверить пока не удается, хотя она безусловна перспективна и дает некоторое объяснение процессам, протекавшим в первые мгновения существования Вселенной. 
  Гипотеза "суперсимметричных частиц".
  Что такое теория суперсимметрии я уже упоминал ранее (для тех. кто упустил скажу, сто у каждой частицы существует суперсимметричный партнер: у фермиона - бозон, у бозона -фермион). Однако ни одной такой частицы до сих пор не обнаружено, зато их существование объяснило бы огромный массив непонятных на данный момент феноменов и сняло ряд вопросов в квантовой теории поля (в частности проблему перенормировок). Это может означать, что Суперсимметрия очень сильно нарушена (о механизме нарушения как-нибудь в другой раз), а значит суперсимметричные частицы намного тяжелее своих партнеров. По некоторым оценкам - самая легкая из таких частиц, называемая нейтралино (является линейной комбинацией суперпартнеров фотона, октета глюонов, Z-бозона и W-бозона) и имеет массу примерно в 50000 раз болшую, чем масса протона. Такие частицы вполне способны образовать и удерживать Гало Галактики, в то же время достаточно слабо взаимодействуя с обычным барионным веществом. Поиски редких распадов нейтралино в Гало Галактики (по повышенному проценту содержащихся в потоке приходящих к нам чатиц антипотонов), а также подпороговых рождений этих частиц на ускорителе в ЦЕРНе уже в стадии становления. Поэтому описывать минусы этой модели я не буду, хотя они, конечно, тоже имеются. Однако в теории суперструн большинство результатов с учетом суперсимметрии вполне успешны.
  Гипотеза - "пузырей вакуума". 
  Это наиболее экзотичная гипотеза, посвященная Скрытой Массе. В соответствии с ее положениями, можно получить, что в момент образования Вселенной часть пространственно-временного континуума, обладающего несколько иными свойствами, оказалось замкнута между огромными областями "нашего пространства". В дальнейшем эти "чужие области" начали сжиматься под действием континуумного расширения, приобрели форму пузырей и благодаря наличию сверхвысокоэнергетических стенок приобрели подобие эффективной массы. В некотором роде это тоже WIMP, но такой WIMP, кроме как гравитацией не обладает возможностью взаимодействия с нашим мирозданием. Лишь разрушение стенки пузыря (а для этого требуется энергия порядка энергии Планка) может привести к реальному взаимодействию двух различных вакуумов, что вряд ли можно будет наблюдать в ближайшее время. Однако такие "микро-пузыри" по современным расчетам вряд ли могли бы составить структуры Галактик, которую мы наблюдаем на данный момент; поэтому описанная мной модель более интересна математикам нежели физикам. Тем не менее считать ее некорректной на данный момент нельзя.
  Существует еще несколько совсем уж экзотических описаний материи, являющейся кандидатом на роль Темной Массы, но в большинстве своем ничего, кроме горячей уверенности создателей этих моделей в своей абсолютной правоте, за ними не стоит.
  На этом я временно останавливаюсь в описании Темной Массы и готов к ответам на вопросы по написанным постам. 

[Станислав]

Эледем, спасибо за небольшую лекцию. Она даже мне, полному чукче в вопросах физики, понятна (в общих чертах). 

По этому у меня только один, уточняющий вопрос:  и четвёртый тип (поколение) нейтрино и WIMP'ы на данный момент являются исключительно теоритическими понятиями и ожидать подтверждения/опровержения из существования с помощью опытов в ЦЕРНЕ нам не приходится? Если для WIMP'ов даже Земля - не слишком сильный уловитель...

[Станислав]

Если кому-то ещё интересна эта тема, то её продолжение вы можете найти по следующему адресу:

www.asasin.clan.su/forum/22-125-1#4754

Эледем - снимаю шляпу. 

[Эледем]

Станислав, извини прозевал твой последний вопрос.
  WIMPы - безусловно гипотетические частицы, а вот тяжелые нейтрино могут оказаться вполне доступны для нового ЦЕРНовского ускорителя. Так как он по своей энергии как раз должен цеплять порог их предполагаемого рождения.