10 задач современной астрофизики (декабрь 2012).

10 задач современной
астрофизики
Сергей Попов
(ГАИШ МГУ)
Список загадок
Темное вещество
Темная энергия
Первичная инфляция
Первые звезды и галактики
Природа черных дыр
Источники космических лучей
сверхвысоких энергий
7. Физика недр нейтронных звезд
8. Механизм взрыва сверхновых
9. Формирование и структура
экзопланет и их систем
10. Жизнь в Солнечной системе
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Список загадок
Темное вещество
Темная энергия
Первичная инфляция
Первые звезды и галактики
Природа черных дыр
Источники космических лучей
сверхвысоких энергий
7. Физика недр нейтронных звезд
8. Механизм взрыва сверхновых
9. Формирование и структура
экзопланет и их систем
10. Жизнь в Солнечной системе
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Состав вселенной
Обычное вещество (протоны, нейтроны) вносит вклад в полную плотность
вселенной лишь порядка несколько процентов.
Около четверти плотности вселенной связано с темным веществом.
Оно состоит из частиц, слабо взаимодействующих друг с другом и
с обычным веществом.
Мы пока наблюдаем лишь гравитационное действие темного вещества.
Около 70 процентов плотности вселенной связано с темной энергией.
Из-за нее расширение вселенной идет все быстрее.
Природа темной энергии не ясна.
Темное вещество
Сама идея появилась в 30-гг. благодаря работам Фрица Цвикки.
Подсчет массы видимого вещества
в скоплениях галактик показывал,
что его недостаточно для того,
чтобы галактики и газ не разлетелись.
http://www.spacedaily.com
http://www.philica.com/uploads/images/145/Image/image006.jpg
Волокно темного вещества
Скопления A222/223. z~0.2 Между скоплениями 18 Мпк.
Распределение массы восстанавливается по линзированию.
Массы газа не хватит для объяснения массы волокна.
1207.0809
Поиск темной материи
1) Частицы темного вещества пытаются поймать в подземных лабораториях.
Есть основания думать, что в ближайшие годы это будет сделано.
2) Также можно искать
гамма-лучи
от аннигиляции частиц
темного вещества
Галактика
Такие исследования
активно ведутся с помощью
обсерватории имени Ферми
и наземных гамма-телескопов.
Фон от далеких
галактик
Близкие галактики
Так же есть надежда найти что-то на LHC
История вселенной
В начале вселенная была горячей. В течение сотен тысяч лет
это были ионизованные водород и гелий.
Спустя примерно 370 000 лет после начала расширения
вещество рекомбинировало – стало нейтральным.
Наступили «темные времена».
Постепенно начали появляться первые звезды и квазары. Возникали галактики.
Первый свет во вселенной
Вселенная расширяется и остывает.
Но первые миллионы лет
это только газ и темное вещество.
С течением времени из флуктуаций
в распределении плотности
начинают расти сгустки.
Наконец, образуются первые звезды.
Галактики появляются позже.
Первые звезды и галактики
Моделирование образования
первых звезд
Моделирование образования
дисковой галактики (А. Кравцов и др.)
Перспективы
Мы не видим первые звезды и галактики.
Нужны новые инструменты.
• Новый космический телескоп
• Система радиотелескопов SKA
• Atacama Large Millimeter Array
• Новые рентгеновские спутники
Космический телескоп
имени Джеймса Вебба
Основные типы черных дыр:
два реальных и два гипотетических
Звездные массы
Первичные
Сверхмассивные
Промежуточные
Кандидаты в черные дыры
Почему считаем их кандидатами?
• нет пульсаций
• особенности излучения
• ТЯЖЕЛЫЕ!
Звездная динамика вокруг Sgr A*
С высокой точностью
мы знаем динамику внутри
центральной угловой секунды.
Оценка массы ЧД ~4 106 М0
Было бы здорово открыть
радиопульсар около Sgr A*
(APOD A. Eckart & R. Genzel )
Как увидеть горизонт?
Детектор LIGO
Слияние черных дыр
В ближайшие несколько лет детекторы LIGO и VIRGO смогут
увидеть слияния двойных черных дыр.
Можно будет узнать, как взаимодействуют горизонты.
Экзопланеты
Одним из самых важных открытий
последних 20 лет стало обнаружение экзопланет.
Первая была открыта в 1994.
Сейчас специализированные наземные программы
и спутники существенно увеличили число
известных планет у других звезд.
Сейчас достоверно известно почти
800 экзопланет у более чем 600 звезд
http://exoplanet.eu
Важно: открытие «горячих юпитеров» было
большим сюрпризом для всех!
Изображение четырех планеты вокруг HR 8799
Keck II
Расстояние 14 а.е.
Это меньше, чем
у трех других.
Похожа на Солнечную
1011.4918
Свежие данные Кеплера
В конце февраля этого года в Архиве появилась новая статья,
в которой по результатам использования данных за первые 16 месяцев работы
спутника говорится уже о 2300 планетных кандидатах.
Особенно возросла доля маленьких (менее 2 земных радиусов) планет и
доля планет с большими орбитальными периодами.
1202.5852
Что откроют в ближайшие годы?
Самое главное – планеты с массой и размером порядка земных
в т.н. «зоне обитания».
И первые такие объекты
уже известны!
Планета Kepler-22b
Транзитная планета у близкой звезды типа Солнца (класс G5)
Радиус 2.25-2.5 земных. Для массы пока есть только верхний предел.
Орбитальный период 290 дней.
Планета находится в т.н. зоне обитания.
Планеты в зоне обитания
1202.5852
Жизнь в Солнечной системе
Формально, в зону обитаемости в Солнечной системе попадает
только Земля. В некоторых моделях на самом краю оказывается и Марс.
Но жизнь может «пробиться» и в довольно экстремальных условиях.
Важно, чтобы была жидкая вода (или что-то аналогичное), много воды ….
Энцелад – спутник Сатурна
Спутник Кассини
открыл выбросы,
в которых оказалось
много воды.
Европа – спутник Юпитера
Первый хороший кандидат в обитаемые объекты
Есть надежда, что под верхней ледяной коркой
находится достаточно большой объем воды (океан).
Титан – спутник Сатурна
У Титана есть достаточно плотная атмосфера.
Правда, она состоит из азота и метана.
Там есть климат, есть метановые дожди и ... озера.
В 2005 году на Титан
совершил посадку
аппарат «Гюйгенс».
Марс – «все в прошлом»?
На Марсе уже в 70е
искали простейшие
формы жизни, но
безуспешно.
Остаются надежды
найти следы
прошлой жизни.
Другие «тайники жизни»
• Венера
• Ганимед, Каллисто
• Малые тела (кометы и астероиды)
«Расписание на завтра»
Темное вещество
Темная энергия
Инфляция
Первые звезды и галактики
Природа черных дыр
Источники космических лучей
сверхвысоких энергий
7. Физика недр нейтронных звезд
8. Механизм взрыва сверхновых
9. Формирование и структура
экзопланет и их систем
10. Жизнь в Солнечной системе
1.
2.
3.
4.
5.
6.