Univers

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.

Oamenii de știință cred că Calea Lactee și întregul Grup Local de galaxii se află într-o vastă peliculă de materie întunecată, potrivit unui studiu publicat în Nature Astronomy. Noul model oferă o explicație pentru mișcarea stranie a galaxiilor din apropiere, care a sfidat mult timp înțelepciunea convențională.

Astronomii știu încă de la Edwin Hubble că universul se extinde și că aproape toate galaxiile se îndepărtează una de cealaltă. Cu toate acestea, Andromeda, cea mai apropiată galaxie mare, se îndreaptă spre Calea Lactee. Aceasta părea o anomalie, deoarece întregul Grup Local este legat gravitațional și ar trebui să se comporte într-un mod coordonat.

Dublu virtual al grupului local

Pentru a înțelege această discrepanță, cercetătorii au creat un geamăn virtual al Grupului Local și al galaxiilor înconjurătoare. Simularea a început cu condițiile Universului timpuriu, determinate de datele de fond cosmic de microunde. Oamenii de știință au urmărit apoi evoluția sistemului și au comparat mișcările galaxiilor virtuale cu observații reale.

Potrivirea s-a dovedit a fi remarcabil de precisă. Cu toate acestea, modelul a funcționat doar cu o singură condiție: ca Grupul Local să nu fie situat într-un halou sferic, ci în interiorul unei straturi plate de materie întunecată. Conform calculelor, această structură este estimată la milioane de ani-lumină în dimensiune.

De ce o frunză și nu o sferă?

Modelul cosmologic tradițional presupune că galaxiile sunt situate în halouri sferice masive de materie întunecată. În acest caz, mișcarea lor este influențată în primul rând de masa conținută în aceste sfere. Noul studiu propune o geometrie diferită, în care distribuția masei pe distanțe mari joacă, de asemenea, un rol semnificativ.

Într-o structură asemănătoare unei foi, marginile materiei întunecate trag ușor galaxiile spre exterior, în timp ce golurile cosmice există în afara planului. Această combinație de gravitație și goluri explică în mod clar dinamica observată a Grupului Local. Tocmai această configurație, potrivit autorilor, rezolvă contradicțiile anterioare.

Ce înseamnă deschidere?

Autorul principal al studiului, Ewaud Wempe, a numit lucrarea prima estimare a distribuției și vitezelor materiei întunecate în Grupul Local. El a remarcat că modelul este în concordanță atât cu teoria cosmologică generală, cât și cu observațiile locale. Potrivit lui, acesta este un caz rar în care ambele imagini coincid.

„Explorăm toate configurațiile locale posibile ale universului timpuriu”, a explicat Wempe. El a subliniat că modelul rezultat necesită o verificare independentă. În viitor, oamenii de știință intenționează să utilizeze datele telescopului spațial pentru a căuta straturi similare de materie întunecată dincolo de Grupul Local.

Cosmologia modernă s-a confruntat cu o defecțiune sistemică. Conform unui studiu publicat în revista Nature Astronomy, calculele evoluției Universului nu mai corespund observațiilor reale. Oamenii de știință recunosc că, atunci când extrapolează date din cosmosul timpuriu, cu miliarde de ani în viitor, teoria dă un rezultat diferit față de telescoape.

Fizicienii au o hartă extrem de precisă a Universului timpuriu. Aceasta se bazează pe radiația cosmică de fond și este considerată standardul. Cu toate acestea, folosind Modelul Standard și ecuațiile lui Einstein, cosmosul modern ar trebui să fie mai „neuniform”. Realitatea s-a dovedit a fi diferită.

Tensiunea S8: Unde teoria se prăbușește

Cosmologii își testează modelele în două moduri. Prima se bazează pe o analiză a radiației cosmice de fond înregistrate de satelitul Planck. Aceste date descriu universul de acum 380.000 de ani și le permit să calculeze viitorul acestuia.

A doua metodă este observarea directă a Universului modern. Aceasta folosește metoda lentilei gravitaționale slabe. Masa, în principal materia întunecată, deformează spațiu-timpul și distorsionează lumina galaxiilor îndepărtate. Aceste distorsiuni sunt folosite pentru a construi o hartă a distribuției materiei.

Problema este că metodele nu mai sunt concorde. Măsurătorile moderne arată o distribuție mai uniformă a materiei. Valoarea parametrului S8 este mai mică decât cea așteptată. Discrepanța ajunge la 2-3 sigma. Pentru fizică, aceasta indică fie o eroare sistematică, fie un model incomplet.

Un sector întunecat cu o conexiune neașteptată

În cosmologia standard, materia întunecată este considerată rece și pasivă. Ea interacționează cu lumea înconjurătoare aproape exclusiv prin gravitație. Neutrinii sunt, de asemenea, considerați a fi particule practic independente, care pătrund liber în spațiu.

Autorii noii lucrări au propus un scenariu diferit. Ei au admis împrăștierea elastică între materia întunecată și neutrini. În universul timpuriu, neutrinii erau extrem de denși și rapizi. Chiar și interacțiunea slabă le permitea să transfere impuls particulelor de materie întunecată.

Acest proces duce la un fenomen numit amortizare a difuziei. Gravitația tinde să colecteze materia întunecată în halouri dense, în timp ce împrăștierea neutrinilor împiedică acest lucru. Drept urmare, creșterea structurilor încetinește, iar fluctuațiile mici de densitate sunt atenuate.

Conform calculelor, acest lucru este ceea ce scade parametrul S8. Universul apare astăzi mai omogen decât a prezis modelul standard fără interacțiuni.

Date, simulări și limitele descoperirii

Pentru a testa ipoteza, oamenii de știință au combinat mai multe surse independente de observații:

• Datele satelitului Planck
• Măsurători de înaltă rezoluție unghiulară cu telescop ACT
• Harta distribuției materiei DES Y3

Analiza a inclus modelare computerizată complexă și luarea în considerare a gravitației neliniare. Analiza statistică a arătat că modelul Lambda-CDM standard oferă o descriere slabă a setului de date. Un model cu interacțiuni între materia întunecată și neutrini rezolvă discrepanța.

Intensitatea optimă de interacțiune este estimată la aproximativ 10^-4. Semnificația statistică atinge nivelul de 3 sigma. În fizică, aceasta este considerată o dovadă serioasă, dar nu este încă o descoperire.

Dacă descoperirile se confirmă, materia întunecată va înceta să mai fie un fenomen de fond pasiv. Va deveni un participant activ la procesele din Univers. Observațiile viitoare ale Observatorului Vera Rubin și ale telescopului CSST ar trebui să ofere răspunsul final.

Probabilitatea existenței unor planete asemănătoare Pământului a fost mai mare decât se aștepta, potrivit unui studiu publicat în revista Science Advances. Oamenii de știință cred că o explozie de supernovă din apropiere, la începutul istoriei Sistemului Solar, a jucat un rol cheie.

Supernova ca arhitect al planetelor

Autorii sugerează că tânărul Sistem Solar a fost bombardat de raze cosmice provenite de la explozia unei supernove. Acest proces a saturat discul protoplanetar cu elemente radioactive. Aceste elemente au furnizat căldura necesară formării planetelor uscate și stâncoase.

Formarea Pământului este asociată cu planetesimale, care trebuie să se fi deshidratat. Sursa de căldură a fost dezintegrarea radionuclizilor cu viață scurtă, inclusiv aluminiul-26. Prezența sa este confirmată de meteoriți antici care păstrează urme chimice ale trecutului.

Rezolvarea unei vechi ghicitori

Anterior, se credea că radionuclizii ar fi putut proveni doar dintr-o supernovă foarte apropiată. Cu toate acestea, o astfel de explozie ar fi distrus discul protoplanetar. Oamenii de știință japonezi de la Universitatea din Tokyo au propus un „mecanism de submergență”.

Conform modelului, supernova a explodat la o distanță de 3,2 ani-lumină. Unda de șoc a accelerat protonii în raze cosmice. Izotopii radioactivi au pătruns în sistem în două moduri:

• emisia de particule de praf, inclusiv fier-60
• reacții nucleare în timpul coliziunilor razelor cosmice cu materia

Modelul a corespuns cu datele meteoriților, ceea ce înseamnă că condițiile pentru formarea planetelor uscate și stâncoase ar fi putut fi comune.

O șansă la viață

Cercetătorii estimează că între 10 și 50% dintre stelele asemănătoare Soarelui aveau discuri protoplanetare similare. Acest lucru crește dramatic probabilitatea existenței mai multor lumi potențial locuibile în galaxie.

Conform publicate , astronomii indieni au descoperit 53 de noi quasari radio gigantici.

Aceste obiecte emit jeturi de plasmă cu o lungime de până la 7,2 milioane de ani-lumină - de 68 de ori diametrul galaxiei noastre.

Jeturi de mărimea a zeci de Căi Lactee

Quasarii sunt nuclee galactice active cu găuri negre în centrele lor. Ei ejectează cure de plasmă aproape la viteza luminii. Descoperirea lor a fost posibilă datorită sondajului TGSS, efectuat de telescopul GMRT, care a acoperit aproximativ 90% din cer.

„Dimensiunea acestor jeturi radio este incomparabilă cu galaxia noastră”, spune Souvik Manik, menționând că jeturile au o lungime de „20-50 de ori mai mare decât diametrul Căii Lactee”.

Astronomii au studiat asimetria acestor jeturi. Sushanta K. Mondal a explicat: „Pe de o parte, jetul se poate prăbuși în nori denși, în timp ce pe de altă parte, se extinde liber.” Quasarii îndepărtați prezintă cea mai puternică asimetrie.

Influența asupra Universului

Potrivit lui Sabyasachi Pal, quasarii gigantici ne ajută să înțelegem etapele avansate ale evoluției lor. Lobii lor radio enormi ne permit să sondăm gazul intergalactic fragil pe distanțe vaste.

Oamenii de știință cred că astfel de observații dezvăluie procese din jurul găurilor negre supermasive și ne ajută să înțelegem structura Universului. Lucrarea arată cum influențează quasarii creșterea și moartea galaxiilor.

Astronomii de la Universitatea din Arizona au descoperit trei galaxii pitice ultra-slab-luminoase, relatează .

Aceste obiecte antice, care conțin exclusiv stele vechi, susțin ipoteza că formarea stelelor în ele a încetat în Universul timpuriu.

Galaxiile fantomă au fost descoperite prin analiza manuală a datelor DESI Legacy Survey efectuate în timpul pandemiei. „A fost ca o lovitură de fulger”, a declarat David Sand, conducătorul studiului. Telescopul Gemini South, echipat cu spectrograful multi-obiect GMOS, a fost utilizat pentru studiul detaliat.

Studiile au arătat că aceste galaxii sunt complet lipsite de gazul necesar formării stelelor. Oamenii de știință atribuie acest lucru epocii de reionizare, când radiațiile ultraviolete ar fi putut evapora gazul din galaxiile pitice, sau ejecției de gaze din exploziile de supernove.

Descoperirea ne ajută să înțelegem mai bine procesele care au avut loc în timpul erei reionizării și oferă o oportunitate unică de a studia evoluția Universului. O echipă de oameni de știință lucrează deja la antrenarea rețelelor neuronale pentru a accelera căutarea unor astfel de obiecte.