Spaţiu

Observatorul spațial Gaia a descoperit un fenomen neobișnuit în Calea Lactee: un roi de peste 100 de găuri negre cu masă stelară s-ar putea ascunde în inima fluxului de 5 stele Palomar, relatează NakedScience

Acest lucru este raportat de cercetătorii care au analizat datele cartografierii 3D a galaxiei. Palomar 5 este un șir de stele care se întinde pe 30.000 de ani-lumină, situat la aproximativ 80.000 de ani-lumină de Pământ.

Roiurile globulare, care includ Palomar 5, sunt considerate „fosile” ale Universului timpuriu. De obicei dense și sferice, acestea conțin între 100.000 și un milion de stele antice și oferă informații valoroase despre istoria galaxiilor și a materiei întunecate. Cu toate acestea, Palomar 5 iese în evidență: are o distribuție rară a stelelor și un curent mareic lung care se extinde pe mai mult de 20 de grade ale sferei cerești.

Modelul care a schimbat percepția

Astrofizicianul Marc Gieles de la Universitatea din Barcelona a explicat: „Nu știm cum se formează aceste fluxuri, dar o idee este că sunt roiuri stelare perturbate.” Oamenii de știință au efectuat simulări detaliate cu N corpuri, calculând orbitele și evoluția fiecărei stele. Găurile negre au fost, de asemenea, incluse în simulări, deoarece interacțiunile gravitaționale cu acestea pot „ejecta” stelele din roi. Rezultatul a fost neașteptat. Pentru a obține structura observată astăzi în Palomar 5, sunt necesare mult mai multe găuri negre decât se credea anterior. Potrivit lui Gieles, „numărul de găuri negre este de aproximativ trei ori mai mare decât se aștepta, pe baza numărului de stele din roi, ceea ce înseamnă că peste 20% din masa totală a roiului este reprezentată de găuri negre.” Fiecare dintre aceste găuri negre are o masă de aproximativ 20 de mase solare și a fost formată de explozii de supernove la începutul istoriei roiului.

Soarta roiului stelar și vânătoarea de găuri negre

Modelele sugerează că în aproximativ un miliard de ani, Palomar 5 se va dezintegra complet. Înainte de dispariția sa finală, va rămâne un grup practic „pur” de găuri negre care orbitează centrul galactic. Aceasta înseamnă că o soartă similară ar putea avea și alte roiuri globulare. Astrofizicianul Fabio Antonini de la Universitatea din Cardiff a remarcat: „Se crede că majoritatea fuziunilor de găuri negre binare au loc în roiuri stelare.” Principala problemă este că nu putem vedea direct găurile negre în sine. O nouă metodă ne permite să estimăm numărul lor pe baza stelelor pe care le expulzează. Palomar 5 devine astfel cheia pentru a înțelege unde să căutăm viitoare coliziuni ale găurilor negre și o clasă rară de obiecte cu masă intermediară.

O linguriță de materie neutronică cântărește miliarde de tone. Când două astfel de obiecte ultradense se ciocnesc, nu numai că creează unde gravitaționale puternice, dar lasă și o cicatrice permanentă în structura spațiu-timpului.

Un studiu realizat de o echipă internațională de oameni de știință, publicat în Physical Review Letters, examinează așa-numitul efect de memorie al undelor gravitaționale, relatează . Stelele neutronice se formează în urma exploziei unei supernove. Aceste obiecte compacte, cu un diametru de aproximativ 20 de kilometri și o masă mai mare decât cea a Soarelui, conțin materie comprimată la limită: atomii sunt distruși, iar materialul este format aproape în întregime din neutroni. Când două astfel de stele se apropie una de cealaltă, sistemul începe să emită unde gravitaționale, care au fost deja detectate de detectoarele LIGO și Virgo.

Efectul de memorie: o undă care nu dispare niciodată

De obicei, o undă gravitațională întinde și comprimă spațiul, după care totul revine la starea sa inițială. Totuși, teoria lui Einstein prezice altceva: după ce trece unda, poate rămâne o deplasare mică, dar permanentă. Particulele din detector nu se întorc exact la pozițiile lor inițiale. Această urmă reziduală se numește efect de memorie.

Primele astfel de calcule au fost efectuate de Yakov Zeldovich și Alexander Polnarev în 1974. Ulterior, Demetrios Christodoulou a arătat că neliniaritatea ecuațiilor lui Einstein amplifică acest efect. Cercetările moderne au adăugat noi surse de contribuție - radiația electromagnetică și fluxul de neutrini.

Câmpuri magnetice, neutrini și 50% din semnal

Oamenii de știință de la Universitatea din Illinois, Academia din Atena, Universitatea din Valencia și Universitatea de Stat Montclair au modelat fuziunea stelelor neutronice cu mase, ecuații de stare și configurații ale câmpului magnetic diferite. Aceștia au luat în considerare separat ejecția neutrinilor și a materiei barionice pentru a înțelege contribuția fiecărui factor.

S-a dovedit că câmpurile magnetice, neutrinii și materia ejectată reprezintă 15 până la 50% din memoria gravitațională totală. Mai mult, un câmp magnetic mai puternic nu înseamnă întotdeauna un efect mai mare: în unele cazuri, sistemele magnetizate au demonstrat o memorie netă mai mică. Spre deosebire de găurile negre, stelele neutronice pot acumula memorie mai mult timp după coliziunea principală.

Observarea acestui efect ar fi un test important al relativității generale. Detectarea memoriei ar oferi informații despre masa, structura internă și câmpul magnetic al stelei neutronice. Detectoarele de unde gravitaționale ar putea sonda în mod eficient materia ultradensă, inaccesibilă experimentelor de laborator. Deși acesta este doar un prim pas, oamenii de știință speră că observațiile viitoare vor dezvălui această „cicatrice” în univers.

Telescopul spațial James Webb a descoperit molecule organice complexe în adâncul galaxiei IRAS 07251-0248. Rezultatele studiului au fost publicate în revista Nature Astronomy, relatează NakedScience.ru.

Oamenii de știință de la Centrul de Astrobiologie (CAB) din Spania, folosind metode de la Universitatea Oxford, au detectat benzen, metan, acetilenă, diacetilenă, triacetilenă și, pentru prima dată în afara Căii Lactee, radicalul metil, în nucleul unei galaxii superluminoase în infraroșu.

Chimia în inima galaxiei

Nucleul galaxiei IRAS 07251-0248 este ascuns de straturi dense de gaz și praf cosmic. Radiația normală nu penetrează acest văl, dar lungimile de undă în infraroșu îi permit lui Webb să studieze procesele care au loc acolo. Cercetătorii au combinat date de la instrumentele NIRSpec și MIRI în intervalul 3-28 microni, permițându-le să determine compoziția, temperatura și starea moleculelor, inclusiv semnalele de la gaze, gheață și praf.

Pe lângă compușii gazoși, au fost descoperite și solide - granule de carbon și gheață de apă. Pentru prima dată în afara galaxiei noastre, a fost detectat un radical metil - „coada” unei molecule de metan minus un atom de hidrogen.

Razele cosmice ca motor chimic

Cercetătorii au declarat: „Am descoperit o complexitate chimică neașteptată, cu abundențe elementare mult mai mari decât cele prezise de modelele teoretice actuale. Acest lucru indică faptul că nucleele acestor galaxii trebuie să conțină o sursă constantă de carbon care alimentează această bogată rețea chimică”, a remarcat Ismael García Bernete de la CAB.

Oamenii de știință au stabilit că razele cosmice joacă un rol cheie. Acestea descompun hidrocarburile aromatice policiclice și particulele de praf bogate în carbon, eliberând molecule organice mici. Acești compuși nu fac parte din celulele vii, dar pot servi drept elemente constitutive pentru formarea aminoacizilor și nucleotidelor.

Studiul demonstrează că nucleele galactice pot funcționa ca niște laboratoare chimice gigantice, influențând evoluția materiei organice din Univers și dezvăluind noi capacități pentru Telescopul Spațial James Webb.

După cum se relatează în Naked Science, astrofizicienii spanioli au descoperit o galaxie care, conform calculelor, ar putea avea o vechime de aproximativ aceeași vârstă ca Big Bang sau chiar mai veche. Rezultatele studiului au fost publicate în revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Dacă vârsta este confirmată, Modelul Cosmologic Standard își va pierde statutul.

Oamenii de știință au analizat 31 de galaxii observate de telescoapele Hubble și James Webb la 700 de milioane de ani după Big Bang. Vârsta medie a acestor obiecte a fost de 0,61 ± 0,31 miliarde de ani înainte de observare. Aceasta înseamnă că multe dintre ele s-au format la mai puțin de 100 de milioane de ani după începutul istoriei universului.

Universul timpuriu s-a dovedit a fi prea matur

Conform teoriei general acceptate, primele stele au apărut sute de milioane de ani mai târziu. Cu toate acestea, observațiile au arătat că galaxiile dezvoltate au existat încă de la 200-300 de milioane de ani mai târziu. Acest lucru este dificil de explicat în cadrul Modelului Standard.

Galaxiile moderne conțin aproape întotdeauna găuri negre supermasive. Dar scenariul standard este că astfel de obiecte se formează din găuri negre stelare, care la rândul lor provin din stele care s-au format după Big Bang.

Problema găurii negre și anomalia JADES-1050323

Găurile negre nu pot acumula o masă echivalentă cu milioane de sori în câteva sute de milioane de ani. Ele sunt limitate de rata cu care materia se poate acumula. Modele alternative, inclusiv teoria universului oscilant a lui Nikolai Gorkavy, permit existența unor găuri negre relicve imediat după Big Bang, dar sunt incompatibile cu Modelul Standard.

Cel mai alarmant rezultat se referă la galaxia JADES-1050323. Autorii estimează că vârsta sa este de până la 800 de milioane de ani. Oficial, aceasta este cu 100 de milioane de ani mai veche decât vârsta Universului la acea vreme. Rata de eroare, conform calculelor, este de 4,7 sigma, adică aproximativ o șansă la un milion. Cercetătorii subliniază că datele necesită o reexaminare. Cu toate acestea, chiar și formarea galaxiilor la mai puțin de 100 de milioane de ani după Big Bang reprezintă provocări serioase pentru cosmologia standard.

Gravitația distruge toate obiectele. Curbura spațiu-timpului transformă în cele din urmă materia în radiație. Lucrarea a fost publicată pe serverul de preprint arXiv și descrisă într-un articol din Phys.org.

Până acum, se credea că doar găurile negre se evaporă. Stelele neutronice și piticele albe erau considerate stabile. Noi calcule infirmă această noțiune. Chiar și fără un orizont al evenimentelor, materia este sortită pieirii.

Sfârșitul excepționalismului găurilor negre

În 1974, Stephen Hawking a demonstrat că găurile negre radiază și pierd masă. Acest proces a fost asociat cu un orizont al evenimentelor. Se credea că fără acesta, evaporarea era imposibilă. Heino Falcke, Michael Vondrak și Walter van Suylek au reconsiderat această abordare. Ei au demonstrat că curbura spațiului este factorul decisiv. Gravitația puternică însăși declanșează crearea cuantică a particulelor.

Gravitația ca distrugător universal

Cercetătorii au comparat gravitația cu efectul Schwinger din electrodinamica cuantică. Acolo, un câmp electric puternic sfâșie particule virtuale în vid. Gravitația acționează similar, dar prin forțe mareice. În apropierea stelelor neutronice, vidul creează particule reale. Unele dintre acestea transportă energia în spațiu. Restul încălzesc obiectul din interior. Steaua pierde încet din masă și strălucește chiar și în universul rece.

Matematica sfârșitului inevitabil

Oamenii de știință au elaborat o formulă care leagă durata de viață a unui obiect de densitatea sa. Cu cât materia este mai densă, cu atât evaporarea este mai rapidă. Procesul este extrem de lent, dar de neoprit. Stelele neutronice vor dispărea în aproximativ 10⁶⁸ ani. Piticele albe vor exista timp de aproximativ 10⁷⁸ ani. Chiar și găurile negre supermasive vor dispărea în 10⁹⁶ ani. Acest lucru schimbă înțelegerea „morții termice” a Universului.

Masa galaxiei Cartoful Roșu este estimată la 110 miliarde de mase solare. Raza sa este de aproximativ 3.260 de ani-lumină. Cu toate acestea, galaxia este aproape lipsită de gaz. Masa gazului molecular nu depășește 7 miliarde de mase solare. Rata sa de formare a stelelor este de aproximativ patru mase solare pe an. Aceasta este de cel puțin zece ori mai mică decât în ​​mod normal. Oamenii de știință clasifică obiectul drept o galaxie „queissant”. Astfel de structuri au încetat practic să mai formeze stele noi. Acest lucru este neobișnuit pentru un obiect atât de masiv.

Paradoxul Rețelei Cosmice

Galaxia este situată în centrul unui nod cosmic rețelei. Astfel de regiuni sunt de obicei bogate în gaz rece, iar galaxiile masive cresc de obicei activ în interiorul lor. Cu toate acestea, MQN01 J004131.9−493704 prezintă imaginea opusă. Astronomii cred că galaxia este în esență „latentă”, ceea ce contrazice așteptările modelelor evolutive.

Urma unui vecin activ

Oamenii de știință văd cheia explicației în influența unei galaxii active din apropiere. Datele cu raze X indică un jet puternic provenit de la un nucleu activ și strălucitor. Acest flux trece în apropierea „Cartofului Roșu”. Potrivit cercetătorilor, jetul provoacă turbulențe intense în gaz. Gazul nu se poate răci și a se așeza pe galaxie. Drept urmare, obiectul rămâne fără combustibil pentru stele. Viteza mare a gazului este confirmată de măsurători spectrale. Lucrarea a fost publicată pe serverul arXiv.