Новости астрономии и астрофизики

Astronomers can't explain where half the universe's light is coming from

The universe may have a mysterious background glow. //  futurism.com

 

Когда пять лет назад космический зонд New Horizons прошёл мимо Плутона, а после улетел дальше в пояс Койпера, астрономы решили использовать его инструменты для определения яркости Вселенной. Исследователи проанализировали сделанные зондом снимки и тщательно отфильтровали все известные источники света. Однако всё равно осталась примерно половина: это может свидетельствовать о том, что учёные не заметили какое-то неизвестное явление — современные технологии просто не способны его распознать.

New Horizons

Астрономы полагают, что это может быть свет от галактик, которые телескопы не могут уловить, или чего-то иного. Не исключено, что вне галактик находится ровно столько же света, сколько и внутри.

«Очень трудно заявить астрономическому сообществу, что нам не хватает половины существующего света во Вселенной», — резюмируют исследователи.

 

Сверхскоростные звёзды: теория и наблюдения

Сверхскоростные звёзды: теория и наблюдения, Тутуков А.В., Дремова Г.Н., Дремов В.В. //  ufn.ru

 

Кинематическая особенность объектов микромира (элементарных частиц) — релятивистские скорости — сегодня является предметом научных дискуссий в плане её приемлемости для объектов макромира: звёзд, планет, астероидов, а также белых карликов, нейтронных звёзд и чёрных дыр звёздных масс. Осознание такой возможности связано с открытием Уорреном Брауном в начале XXI века сверхскоростных звёзд (СЗ), которые были предсказаны Джеком Хиллзом в 1988 г. в рамках сценария динамического захвата двойной звезды центральной сверхмассивной чёрной дырой (СМЧД). Механизм ускорения, обусловленный обменом импульса в классической задаче трёх тел, создаёт кинетический ресурс для образования СЗ путём гравитационного захвата оставшегося компаньона. Сегодня наблюдаемый порог кинематической звёздной аномальности превышает 1 700 км с−1 и воспроизводится в ряде сценариев, альтернативных сценарию Хиллза. СЗ могут генерироваться в ходе столкновительной эволюции звёздных скоплений, в результате взрывов сверхновых в тесных двойных звёздах, вследствие орбитальной нестабильности тройных систем, в процессах захвата звёзд из других галактик и т.д. Наиболее перспективными в реализации аномально высоких скоростей остаются сценарии при участии чёрных дыр, массы которых варьируются от звёздных до нескольких миллиардов солнечных масс. Cценарий Хиллза занимает особое место в изучении природы СЗ, так как, построенный на идее случайного захвата двойной звезды окрестностью СМЧД, он не касается проблемы заселённости галактического центра. В этом сценарии прогнозируются согласованные статистики СЗ и захваченных звёзд, возможно, отождествляемых с S-звёздами. Открытие S-звёзд сыграло значительную роль в изучении центральной области Галактики, из анализа динамики которых независимым способом были получены неоспоримые доказательства существования СМЧД. Данный обзор кратко затрагивает историю открытия и изучения СЗ и S-звёзд, даёт представление о наблюдательных статистиках этих объектов, а также описывает методы их моделирования в постановках классической задачи трёх тел и задачи N-тел. Изучаются пределы эффективного ускорения звёзд в классическом сценарии Хиллза и модифицированном, в котором допускается замена одного из компонентов двойной звезды на ещё одну СМЧД. Ускорение, продуцируемое в перекрёстном поле двух СМЧД, оказывается эффективным для генерации звёзд с релятивистскими скоростями (1/2~c — 2/3~c). Обсуждаются условия выживания таких звёзд в области экстремальных градиентов гравитационных полей в зависимости от перицентрического сближения с центральной СМЧД и её массы. В рамках вероятностной самосогласованной модели, унифицированной на основе классического и модифицированного сценариев Хиллза, прогнозируются вероятности образования СЗ в Галактике и звёзд с релятивистскими скоростями за её пределами.

 

Прямое наблюдение космических лучей: что нового увидели орбитальные детекторы • Новости науки

В последние пару десятилетий физика космических лучей «вышла» на околоземную орбиту, что позволило ученым исследовать их напрямую. Сейчас на орбите трудятся три детектора космических лучей: AMS-02, CALET и DAMPE. Недавно коллаборации, работающие с этими детекторами, опубликовали очередную порцию данных. И это хороший повод обсудить состояние дел в этой области астрофизики. //  elementy.ru

 

Сверхновые являются доказанным источником космических лучей: в статье, опубликованной в 2013 году командой космического гамма-телескопа «Ферми», показано, что остатки сверхновых действительно являются космическими ускорителями частиц (M. Ackermann et al., 2013. Detection of the Characteristic Pion-Decay Signature in Supernova Remnants). Вот только если это единственный источник высокоэнергичных ядер, то мы могли бы ожидать сходство спектров для потоков различных ядер на разных энергиях.

Но, как показали данные AMS-02, единства среди космических лучей не наблюдается (рис. 5). Гелий, углерод, кислород, железо и никель принадлежат к одной группе: их потоки ведут себя одинаково в зависимости от энергии. Неон, магний, кремний и сера ведут себя иначе. Как отмечают ученые из коллаборации AMS-02, протоны (ядра водорода) в космических лучах, по-видимому, являются смесью из представителей обеих групп.

Самое простое объяснение, которое можно дать такому поведению, — различные источники для частиц из этих двух групп. Но тогда получится, что одни сверхновые «светятся» углеродом и кислородом, а другие — магнием и кремнием!.. Звучит очень странно. В чем там дело — пока непонятно.

На более высоких энергиях для протонов и гелия коллаборация DAMPE доложила о наблюдении интересной особенности — горба в спектре на энергии около 8–10 ТэВ на нуклон (рис. 6, см. M. Stolpovskiy, 2022. Latest results from DAMPE). Это измерение стало подтверждением предыдущих результатов, в частности, полученных на детекторе NUCLEON, который с несколько меньшей статистической значимостью наблюдал сходное поведение в потоках этих ядер.

 

Вторичные космические лучи

В физике космических лучей все элементы, не перечисленные в начале предыдущего раздела (то есть кроме водорода, гелия, углерода, кислорода, неона, магния, кремния, серы, железа и никеля), называются вторичными. Это значит, что они образуются при взаимодействии первичных лучей с межзвездной средой. Так, например, почти 100% бериллия и бора в природе образовано именно таким образом. По отношению потоков вторичных и первичных космических лучей было установлено, что первичная частица может петлять между рукавами Галактики миллионы лет, пока не врежется в какую-нибудь звезду или планету (если бы это время было меньше, то, соответственно, меньше было бы вторичных элементов).

 

Электроны и позитроны
В измерении потока электронов «отличился» эксперимент DAMPE.

...

Но основное внимание теоретиков привлек не сам перелом, а выбивающаяся вверх точка на 1300 ГэВ. Сразу после опубликования статьи с этим графиком в журнале Nature появились десятки статей с обсуждением возможных моделей темной материи, во взаимодействиях которой могли бы рождаться электроны с энергией 1,3 ТэВ. Увы, уже на протяжении 6 лет DAMPE не обновляет результаты по электронам.

...

Как видно из графика и прилагающегося уравнения, модель показывает наличие какого-то источника позитронов на энергиях в несколько сотен ГэВ. Что это за источник? Пока что ученые теряются в догадках, однако высказываются предположения, что позитроны могут рождаться в реакциях аннигиляции темной материи. Если это так, то мы становимся еще на шаг ближе к пониманию природы этой загадочной субстанции.

 

На энергиях порядка нескольких ПэВ наземные эксперименты уже давно обнаружили сильный излом в потоке космических лучей — так называемое «колено» (knee на рис. 1, там же показано и совсем уж таинственное «второе колено»). С чем связано «колено», до сих пор непонятно. Возможно, магнитное поле Галактики на больших энергиях не способно удерживать космические лучи. А может быть, астрофизические ускорители частиц имеют такой предел мощности. Возможны и более экзотические сценарии, коих физики-теоретики придумали еще с десяток. Чтобы выбрать правильную теорию, надо тщательно промерить «колено» для разных составляющих потока космических лучей. Но, как мы говорили в начале, наземные установки плохо годятся для определения типа частиц. Детальное изучение «колена» является своего рода святым граалем физики космических лучей. Согласно расчетам, HERD сможет измерить «колено» для ядер водорода и гелия, — основных компонентов космических лучей. К сожалению, даже для HERD поток более тяжелых элементов на энергии в несколько ПэВ чрезвычайно слаб. Но тем интереснее будет разрабатывать и строить новые поколения спутников-детекторов космических лучей.