Новые открытия в астрономии 2018: Астрономия — последние и свежие новости сегодня и за 2022 год на iz.ru |

Содержание

Открытие новых миров, комнатная сверхпроводимость и атака на вирус: чем удивила нас наука в 2020 году

2020 год войдет в историю, как год большого разочарования: человечество, уже было поздравившее себя с победой над опасными инфекциями, столкнулось с пандемией, которая нанесла ему страшный урон. Тем не менее, этот год был отмечен целым рядом больших научных свершений, о которых и рассказывает научный обозреватель Анатолий Глянцев

Год завершается, и пора подводить его итоги — самые интересные события в мире науки и технологий в 2020 году.

Закончили чтение тут

Марсианское лето

Красная планета всегда привлекала внимание человечества. Марс — одно из самых подходящих мест для поиска внеземной жизни. К тому же это самая доступная для исследования планета после Земли, если учесть расстояние до нее, условия на поверхности и параметры орбиты.

Летом 2020 года взаимное расположение Марса и Земли было оптимальным для запуска зондов. И человечество не упустило свой шанс. В полет отправились сразу три миссии.

Почему Илон Маск — не второй богатейший человек мира

Прежде всего это миссия NASA «Марс-2020». Ее главная составляющая — марсоход Perseverance («Настойчивость»). Он сможет изучить марсианский грунт более подробно, чем какой-либо зонд до него, причем приборы специально рассчитаны на поиск следов жизни. Также на борту посадочного аппарата миссии экспериментальный марсианский вертолет Ingenuity («Изобретательность»). Это первая машина тяжелее воздуха, предназначенная для полетов в атмосфере другой планеты (поясним, что до этого человечество запускало аэростаты в атмосферу Венеры).

Кроме того, летом 2020 года свой первый марсоход запустил и Китай. Эта миссия носит название «Тяньвэнь-1». Она состоит из ровера и орбитального зонда, каждый из которых оснащен собственными приборами для исследования Марса. Отметим, что успех этой миссии сделает Китай второй страной после США, аппарат которой успешно работал на поверхности Красной планеты.

«Шаг к Луне и Марсу»: чего ждать от первого регулярного космического пуска SpaceX и NASA

Наконец, в космос отправился зонд ОАЭ «Аль-Амаль» («Надежда»). Это первая межпланетная миссия арабского государства. «Надежда» представляет собой орбитальный аппарат без посадочных модулей, который займется изучением атмосферы Марса.

«Марс — объект наивысшего интереса экзобиологов, наиболее перспективное место для поиска внеземной жизни. Запуск сразу трех новых аппаратов к Марсу в период его нынешнего противостояния — долгожданное событие, которое в ближайшие месяцы обещает нам новые открытия как в области космонавтики (первый вертолет на Марсе в составе американской экспедиции), так и биологические открытия, к которым подготовлены китайский и американский марсоходы. Опыт их работы позволит более тщательно подготовить российско-европейский марсоход «Экзомарс», запуск которого намечен на 2022 год», — комментирует Владимир Сурдин, старший научный сотрудник Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга и доцент МГУ имени М. В. Ломоносова.

Открытие миров

Еще одно заметное астрономическое событие года — завершение основной миссии орбитального телескопа TESS. Этот инструмент предназначен для поиска экзопланет (планет у других звезд). Основная миссия аппарата продолжалась два года. За это время космическая обсерватория обнаружила более 2100 миров, существование которых предстоит подтвердить независимыми наблюдениями, и 66 планет, которые уже прошли такую проверку.

Отметим, что работа телескопа не завершена: проект перешел в фазу расширенной миссии.

Две тысячи новых миров: что открыла космическая обсерватория TESS

«За 25 последних лет астрономы обнаружили около 4400 экзопланет, причем наибольший вклад внесла работа космического телескопа «Кеплер», исследовавшего малую часть звездного неба. Для полного обзора неба в 2018 году была выведена на орбиту космическая обсерватория нового типа TESS, способная за несколько лет исследовать все небо в поиске землеподобных планет. Она уже обнаружила признаки [наличия] около 2500 планет, детальное исследование которых предстоит провести более мощным космическим обсерваториям. Обсерватория TESS оказалась очень полезным разведчиком, подготавливающим новый рывок в изучении экзопланет», — отмечает Сурдин.

Посланцы черных дыр

Еще одна замечательная новость — разгадка происхождения нейтрино сверхвысоких энергий. Нейтрино — это чрезвычайно легкие элементарные частицы без электрического заряда. Они рождаются во множестве процессов на Земле и в космосе. Однако для астрономов долгое время оставалось неясным, откуда приходят самые энергичные из этих частиц. Специалисты подозревали, что такие нейтрино рождаются в окрестностях сверхмассивных черных дыр в активных ядрах галактик, но доказать эту гипотезу было трудно.

И вот в 2020 году российские астрофизики показали, что нейтрино сверхвысоких энергий приходят как раз с тех направлений, где расположены самые яркие (в радиодиапазоне) сверхмассивные черные дыры.

Объекты в космосе ближе, чем они кажутся: как Земля оказалась на 2000 световых лет ближе к черной дыре

«В статье Александра Плавина, Юрия Юрьевича и Юрия Андреевича Ковалевых и Сергея Троицкого приводятся достаточно убедительные аргументы в пользу того, что те активные ядра галактик, которые являются потенциальными источниками нейтрино, обладают более мощным радиоизлучением, чем среднее для активных галактических ядер. Более того, авторы установили, что для некоторых объектов есть связь между вспышками радиоизлучения и временем прихода нейтрино на Землю. Работа представляется, несомненно, весьма интересной и заслуживающей внимания», — комментирует главный научный сотрудник Физического института РАН и приглашенный научный сотрудник Кембриджского университета Павел Иванов.

Отметим, что месяцем позже вышла еще одна научная работа, авторы которой другим способом обосновали, что источником нейтрино сверхвысоких энергий являются сверхмассивные черные дыры.

Загадочные быстрые радиовсплески

Уходящий год подарил астрономам еще одно открытие. Оно связано с быстрыми радиовсплесками (Fast Radio Bursts или FRB). Природа этих коротких и ярких вспышек радиоизлучения долго оставалась загадкой.

«Еще несколько лет назад количество гипотез о природе FRB было сопоставимо с количеством самих обнаруженных радиовсплесков», — говорит директор Пущинской радиоастрономической обсерватории Астрокосмического центра Физического института РАН Сергей Тюльбашев.

Беззащитные перед космосом: десятиметровый астероид прошел над Землей незамеченным ниже МКС

И вот в 2020 году астрономы впервые определили небесное тело, породившее подобную вспышку. Это оказалась нейтронная звезда со сверхсильным магнитным полем (магнетар) SGR 1935+2154.

«Общая энергетика быстрого радиовсплеска, отождествленного с магнетаром SGR 1935+2154, в десять раз меньше, чем у наблюдаемых внегалактических FRB. Тем не менее гипотеза о том, что быстрые радиовсплески — это вспышки, связанные с магнетарами, стала наиболее предпочтительной», — объясняет Тюльбашев.

Космос для бизнесменов

Много интересного в 2020 году произошло и в области освоения космоса, особенно частными компаниями.

Инвесторы уходят в космос: как развивается коммерческая сторона освоения Вселенной

Так, впервые частная компания доставила астронавтов к МКС. Эта честь принадлежит компании SpaceX и ее космическому кораблю Crew Dragon. Кроме того, SpaceX в течение года несколько раз обновляла рекорды по повторным запускам и посадкам возвращаемой первой ступени ракеты-носителя. На ноябрь 2020 года самая «заслуженная» первая ступень осуществила семь запусков и семь посадок. К слову, этот же запуск оказался юбилейным (сотым) для ракеты Falcon 9. В декабре состоялся ее 101-й запуск, который тоже стал знаковым: впервые к МКС отправилась грузовая версия космического корабля Crew Dragon.

Прекратить сопротивление

Сверхпроводимость — это состояние, в котором электрическое сопротивление строго равно нулю, а значит, не происходит потерь энергии в проводе. Понятно, что сверхпроводящие линии электропередач — мечта энергетиков. Но еще недавно погрузить вещество в сверхпроводящее состояние можно было только при крайне низкой температуре. И вот недавно физики совершили прорыв: добились сверхпроводимости при комнатной температуре (правда, при весьма высоком давлении).

Вселенную лихорадит: температура космоса выросла в несколько раз и чем это может грозить

«Сверхпроводимость при комнатной температуре — мечта, к исполнению которой стремилось не одно поколение физиков с момента открытия сверхпроводимости более века назад. Она позволила бы, например, избавиться от потерь при электропередаче: только в России они составляют около 100 млрд кВтч ежегодно. Американские физики достигли этого, но лишь формально: в микроскопическом объеме материала и при давлениях, в миллионы раз превосходящих атмосферное. Это важная веха на пути к мечте, но пока не ее реализация», — отмечает Александр Львовский, глава Российского квантового центра и профессор Оксфордского университета.

Компьютер квантовой эпохи

Еще один прорыв уходящего года был связан с разработкой квантовых компьютеров. Такой компьютер использует квантовые биты (кубиты), которые могут хранить гораздо больше информации, чем обычные биты. За счет этого квантовые компьютеры потенциально куда мощнее классических. Однако эта технология пока находится в стадии разработки, и количество кубитов в действующих устройствах измеряется всего лишь десятками.

В 2020 году компания Honeywell презентовала самый мощный в истории квантовый компьютер.

Долгая война: как Маск обошел Безоса в космической гонке и почему это еще не конец

«Квантовый компьютер фирмы Honeywell имеет меньшее число кубитов, нежели его конкуренты из Google и Microsoft, но превосходит их по метрике, которая называется квантовым объемом. Эта метрика учитывает не только количество кубитов, но и их стабильность: насколько долго они могут хранить информацию, — рассказывает Львовский. — Важность этой работы заключается, однако, не только в численном превосходстве, но и в том, что компьютер Honeywell построен на совершенно других физических принципах: не сверхпроводящие сети, а ионы в ловушках. Таким образом, теперь на «рынок» реальных квантовых вычислительных устройств вышли две физические платформы, и никто не знает, какая из них в итоге победит».

Пазл в живой клетке

Уходящий год порадовал и биологов. В 2020 году система искусственного интеллекта AlphaFold решила задачу, которая несколько десятилетий не давалась биологам. Речь идет о предсказании трехмерной структуры молекулы белка.

Белки — одни из важнейших веществ в любом живом организме. Это не только строительный материал для клеток, но и катализаторы, управляющие ходом практически всех биохимических процессов. Поэтому пристальное внимание биологов к белкам неудивительно.

Молекула белка представляет собой чрезвычайно длинную цепь из звеньев-аминокислот. Эта длинная «веревка» сворачивается в причудливые трехмерные формы. Форма молекулы белка крайне важна: от нее зависят свойства молекулы, а следовательно, и ее функции в клетке.

«Нет смысла разделять влияние генетики и среды на человека»: Карл Циммер — о том, как связаны неандертальцы и коронавирус

Голубая мечта биологов — научиться предсказывать эту форму по последовательности аминокислот в молекуле. И теперь нейронная сеть AlphaFold справилась с этим, вычислив форму молекулы с точностью, сравнимой с размером атома.

«Предсказание трехмерной структуры белка по аминокислотной последовательности — сложная проблема. Она не поддавалась решению многие десятилетия. Но теперь благодаря прогрессу в области искусственного интеллекта компьютер предсказал структуру молекулы белка с высокой точностью. Это, безусловно, яркое достижение», — отмечает Оксана Галзитская, заведующая лабораторией биоинформатических и протеомных исследований Института белка РАН.

Война с вирусом

Сложно назвать триумфом науки стремительно распространившуюся инфекцию COVID-19, которая к настоящему времени унесла более 1,5 млн жизней. Однако восхищения заслуживает та оперативность, с которой наука взялась за решение возникшей перед ней задачи.

Практически в течение недель был полностью расшифрован геном вируса (еще два десятилетия назад такая работа растянулась бы на месяцы или годы). На основе этих данных во впечатляюще короткие сроки были разработаны тесты на наличие вируса в организме, которые быстро вошли в широкое употребление. Однако, хотя тесты позволяют выявлять коронавирус, но победу над ним могут обеспечить только вакцины. Только в нашей стране были созданы три вакцины от вируса SARS-CoV-2: «Спутник V» (разработчик — Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии имени Н. Ф. Гамалеи), «ЭпиВакКорона» (Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор») и препарат, созданный Федеральным научным центром исследований и разработки иммунобиологических препаратов им. М. П. Чумакова РАН.

Гражданская наука в действии: как ученые-любители помогают исследовать COVID-19, дикую природу и другие галактики

В декабре 2020 года в России началась массовая вакцинация населения из групп риска вакциной «Спутник V» (еще до завершения пострегистрационных испытаний). Также недавно стартовали пострегистрационные испытания «ЭпиВакКороны».

В остальном мире тоже активно разрабатывают вакцины от SARS-CoV-2. Так, сейчас испытываются препараты BNT162b2 от компаний Pfizer и BioNTech и mRNA-1273 от компании Moderna. Первую из этих двух вакцин недавно одобрило к применению Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США.

Мнение автора может не совпадать с позицией редакции

Как SpaceX впервые отправила астронавтов на МКС: фоторепортаж

9 фото

Астрономы сообщили об открытии двух юных планетных систем

Международная команда астрономов под руководством Джорджа Чжоу из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в Кембридже открыла две ранее неизвестные молодые планетные системы, образовавшиеся вокруг звезд возрастом не более 320 миллионов лет.

Статья астрономов опубликована на сайте препринтов arXiv. org, а коротко о ней сообщает Phys.org. Открытие было сделано на основе анализа данных, полученных при помощи космического аппарата TESS. Он предназначен для исследования транзитных экзопланет.

В настоящий момент TESS проводит исследование примерно 200 тысяч ярчайших звезд в окрестностях Солнца. На основе его данных было идентифицировано более 2400 кандидатов на статус экзопланеты. Из них пока только 82 объекта подтверждены.

В новом исследовании астрономы сообщают, что им удалось обнаружить две новые молодые планетные системы. Это произошло в процессе наблюдений за звездами TIC 224225541 (TOI-251) и TIC 146520535 (TOI-942). Возраст каждой из них не превышает 320 миллионов лет, что по меркам Вселенной совсем немного.

В процессе наблюдений в период с августа по декабрь 2018 года исследователи зафиксировали транзитные сигналы, которые выглядели как изменение яркости звезд. Это означает, что в определенные периоды времени некие объекты, вращаясь вокруг звезд, перекрывают их видимость для стороннего наблюдателя.

«Планетарность» зафиксированных транзитных сигналов была подтверждена последующими фотометрическими и спектроскопическими наблюдениями с использованием наземных средств. Это позволило определить, что вокруг юных звезд TOI-251 и TOI-942 вращаются три ранее неизвестных объекта: один так называемый мини-нептун и две экзопланеты размером с Нептун.

«TOI-251 и TOI-942 — это две звезды, демонстрирующие фотометрические и спектроскопические признаки молодости, вмещающие транзитные нептуны, которые были идентифицированы с помощью наблюдений TESS», — написали астрономы в своей статье.

Сообщается, что объект TOI-251 — это звезда G-типа с массой, примерно равной массе нашего Солнца, и радиусом примерно 0,88 радиуса Солнца. Она расположена на расстоянии около 324 световых лет от нас. Эта звезда имеет период вращения 3,84 дня и температуру около 5601 градуса Цельсия. Ее возраст оценивается от 40 до 320 миллионов лет.

Данные TESS указывают на то, что вокруг TOI-251 каждые 4,94 дня обращается мини-Нептун, расположенный на расстоянии около 0,06 астрономических единиц от своей звезды. Этот объект получил обозначение TOI-251b. Подсчитано, что по своим размерам он примерно в 2,74 раза больше Юпитера, но при этом его масса не превышает массы самой большой планеты Солнечной системы.

Что касается объекта TOI-942, то это звезда спектрального класса K, расположенная на расстоянии 498 световых лет от Земли. Ее размер равен размеру Солнца, но ее масса примерно на 21 процент меньше массы нашего светила. Температура этого объекта составляет 4654 градуса Цельсия, а период вращения — около 3,4 дня. Возраст TOI-942 оценивается в диапазоне от 20 до 160 миллионов лет.

Согласно исследованию, вокруг этой звезды вращаются две экзопланеты размером с Нептун, которые получили обозначения TOI-942b и TOI-942c. Первая из них примерно в 4,81 раза больше, чем Юпитер, а ее масса составляет около 2,6 массы Юпитера. Эта планета обращается вокруг своей родительской звезды каждые 4,32 дня на расстоянии около 0,05 астрономических единиц от нее.

Экзопланета TOI-942c имеет радиус, равный 5,79 радиуса Юпитера, а ее масса оценивается чуть менее чем в 2,5 массы Юпитера. Данный объект имеет орбитальный период около 10,16 дней, а от звезды его отделяет расстояние в 0,08 астрономических единиц. Астрономы отмечают, что TOI-251 и TOI-942 являются хорошими примерами молодых звезд, вокруг которых начинают формироваться планетные системы.

путей к открытиям в астрономии и астрофизике на 2020-е годы

пути к открытиям в астрономии и астрофизике на 2020-е годы | Издательство национальных академий

Каковы основные научные задачи астрономии и астрофизики в следующем десятилетии? Пути к открытиям в астрономии и астрофизике на 2020-е годы , последнее десятилетнее исследование национальных академий, определяет наиболее важные научные цели и представляет амбициозную программу наземной и космической деятельности для будущих инвестиций. В отчете рекомендуются важные краткосрочные действия для поддержки основ профессии, а также технологий и инструментов, необходимых для осуществления науки.

Ключевые научные задачи на следующее десятилетие

Миры и солнца в контексте

Приоритетная область: Пути к обитаемым мирам

Понимание связей между звездами и мирами, которые вращаются вокруг них, от зарождающихся дисков пыли и газа до формирования и эволюции, является важной научной задачей на ближайшее десятилетие. Усилия по выявлению пригодных для жизни земных миров в других планетарных системах и поиску биохимических признаков жизни сыграют решающую роль в определении того, существует ли жизнь где-либо еще во Вселенной.

КЛЮЧЕВЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ:

Новые посланники и новая физика

Приоритетная область: Новые окна в Динамическую Вселенную

В течение следующего десятилетия ряд дополнительных наблюдений — от радио до гамма-лучей, гравитационных волн, нейтрино и высоко- энергетических частиц — позволит исследовать самые энергетические процессы во Вселенной и решить более важные вопросы о природе темной материи, темной энергии и космологической инфляции. Эти растущие возможности позволят более тщательно изучить нейтронные звезды, белые карлики, столкновения черных дыр, звездные взрывы и рождение нашей Вселенной.

ОСНОВНЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ:

Космические экосистемы

Приоритетная область: Выявление движущих сил роста галактик

Исследования в ближайшее десятилетие произведут революцию в нашем понимании происхождения и эволюции галактик, от космических сетей газа, которые их питают, до формирование звезд. Новые возможности наблюдения в электромагнитном спектре наряду с вычислениями и теорией помогут разобраться в богатой работе галактик во всех масштабах.

ОСНОВНЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ:

Космические и наземные инициативы

Ключевые рекомендации обзора для космических и наземных инициатив приведены ниже. Полный отчет содержит подробные указания по реализации основных программ и по тому, какие программы или проекты являются наиболее неотложными в своей категории. В отчете подчеркивается, что для здоровой, сбалансированной и дальновидной программы необходим ряд масштабов и возможностей.

Создание следующих великих обсерваторий

Учитывая большие затраты и сроки разработки космических телескопов следующего поколения, десятилетний обзор рекомендует, чтобы НАСА создало Программу развития больших обсерваторий и технологий в качестве нового подхода к планированию и реализации крупных миссий. Программа обеспечит ранние инвестиции в разработку технологий для нескольких концепций миссии, чтобы снизить риски и стоимость проектов, прежде чем они станут слишком сложными, большими и дорогостоящими. Первым участником программы созревания должен стать большой инфракрасный/оптический/ультрафиолетовый космический телескоп. Вторыми участниками должны быть стратегические миссии в дальнем инфракрасном и рентгеновском диапазонах.

Десятилетнее исследование рекомендует большой (~6 м в диаметре) инфракрасный/оптический/ультрафиолетовый космический телескоп с высококонтрастным изображением и спектроскопией в качестве первой миссии, которая войдет в Программу миссии и развития технологий Великих обсерваторий. Это амбициозная миссия, целью которой является поиск биосигнатур экзопланет обитаемой зоны и предоставление нового мощного средства для общей астрофизики. Если миссия и развитие технологий будут успешными, как определено независимым обзором, внедрение должно начаться во второй половине десятилетия с целевым запуском в первой половине 2040-х годов.

Поддержание и сбалансирование науки

Многие из самых захватывающих возможностей в астрофизике с несколькими мессенджерами основаны на наблюдениях переходных астрофизических явлений, обнаруженных с помощью гравитационных волн и нейтрино. Однако эти события также требуют электромагнитных наблюдений по всему спектру для идентификации и дальнейшего изучения. НАСА должно разработать программу миссий малого и среднего масштаба во временной области, чтобы поддерживать необходимый набор космических электромагнитных возможностей, необходимых для изучения переходных и переменных во времени явлений, а также для отслеживания событий с несколькими посланниками.

Большой разрыв в стоимости и возможностях между исследовательскими миссиями среднего класса и крупными стратегическими миссиями является серьезным препятствием для достижения широкого набора научных приоритетов десятилетия. Поэтому НАСА должно учредить новую линейку миссий класса Probe, при этом предложения миссий будут конкурировать на основе приоритетных областей, определенных десятилетними исследованиями. Первые два приоритета для миссий зондового класса должны быть зондом дальнего инфракрасного диапазона и зондом рентгеновского излучения в дополнение к миссии Athena. Первая миссия зондового класса должна начаться в течение этого десятилетия.

Расширение НАСА программы Explorer в ответ на рекомендацию, проведенную Национальными академиями за последнее десятилетие, привело к увеличению количества предложений и запусков, что дало огромный научный результат. НАСА должно поддерживать скорость запуска Explorer на уровне, указанном в New Worlds, New Horizons in Astronomy and Astrophysics .

Узнайте больше об этих рекомендациях в Главе 6 и Главе 7 отчета

Баланс между операциями и наукой

Программа NSF по строительству крупного исследовательского оборудования и объектов (MREFC) финансирует строительство крупных объектов, но оставляет спонсирующие подразделения ответственными за эксплуатацию в течение всего срока службы и затраты на техническое обслуживание. Эти эксплуатационные расходы растут с каждым добавленным новым объектом и значительно ограничат способность NSF финансировать исследовательские гранты и другие научные программы к середине десятилетия, если не будут внесены изменения. NSF должен разработать устойчивый план поддержки эксплуатационных расходов своих астрономических объектов, сбалансированный с финансированием научных исследований. Добавление новых объектов MREFC должно зависеть от реализации этого плана.

Отдел астрономических наук NSF должен установить регулярную частоту пересмотров своего оперативного портфеля с частотой, достаточной для реагирования на изменения в научных и стратегических приоритетах в этой области. Подходящей целью является не менее двух обзоров в десятилетие.

Среднемасштабные программы (~$4–100 млн) жизненно важны для астрономических исследований. NSF должен создать три новых направления в рамках своей программы инноваций среднего масштаба. Первый трек должен быть предназначен для регулярно проводимых открытых конкурсов. Второе направление должно запрашивать предложения в стратегически определенных приоритетных областях, с астрофизикой во временной области в качестве наивысшего приоритета. Третье направление должно предлагать идеи для модернизации и разработки новых приборов на существующих объектах.

Новые крупные объекты

Участие в программе чрезвычайно больших телескопов США (ELT) является рекомендацией наивысшего приоритета для наземной астрономии. ELT обеспечат возможности наблюдения, не имеющие себе равных в космосе или на земле, и позволят сделать огромное количество новых открытий. NSF следует инвестировать как минимум в один, а в идеале в оба ELT — Гигантский Магелланов Телескоп (расположенный в Чили) и Тридцатиметровый Телескоп (расположенный либо на Гавайях, либо на Канарских островах). NSF следует провести внешнюю проверку для оценки финансовой и программной жизнеспособности обоих предложенных проектов ELT в США.

Наблюдения за космическим микроволновым фоном (CMB) сыграли центральную роль в создании стандартной модели космологии, и эти измерения приобретают все большее значение для науки, начиная от изучения галактических экосистем и заканчивая формированием космической структуры. NSF и DOE должны совместно заняться разработкой и реализацией наземного эксперимента следующего поколения с космическим микроволновым фоном (CMB-S4).

Для астрономии очень важно, чтобы Очень большая решетка Карла Янского (JVLA) и Очень длинная базовая решетка (VLBA) были заменены обсерваторией примерно на порядок более чувствительной. NSF должен продолжить программу поддержки научного проектирования, разработки, изучения стоимости и создания прототипов антенн для очень большой решетки следующего поколения (ngVLA). После завершения исследований NSF должен провести обзор для оценки готовности проекта и имеющегося бюджета и приступить к строительству, если это возможно.

Основные виды деятельности в смежных областях

Астрофизика гравитационных волн — одно из самых захватывающих направлений в науке. Поэтапная модернизация объектов текущего поколения, таких как LIGO, и разработка технологий для обсерваторий следующего поколения обещают ответить на фундаментальные вопросы физики и астрономии. Хотя этот проект находится в ведении физического отдела NSF, десятилетний обзор подтверждает важность этого проекта для достижения его научных целей.

Нейтринная обсерватория IceCube-Generation 2 предоставит значительно расширенные возможности для обнаружения нейтрино высоких энергий, позволяя изучать некоторые из самых энергетических явлений во Вселенной. Хотя этот проект находится в ведении физического отдела NSF, десятилетний обзор подтверждает важность этого проекта для достижения его научных целей.

Узнайте больше об этих рекомендациях в Главе 5 и Главе 7 отчета

Поддержка основ астрономии и астрофизики

Люди, составляющие профессию, являются наиболее важным компонентом исследовательского предприятия в области астрономии и астрофизики. Разнообразие является движущей силой инноваций, и область может быть наиболее инновационной только тогда, когда она полностью использует самый широкий спектр человеческих талантов. Десятилетний обзор рекомендует несколько программ для поддержки начинающих исследователей, уделяя особое внимание расширению доступа, устранению барьеров для участия и созданию среды, исключающей домогательства и дискриминацию всех видов.

Разнообразие, справедливость и инклюзивность

НАСА, Национальный научный фонд и Министерство энергетики должны создать межведомственную рабочую группу для разработки согласованного формата и политики регулярного сбора, оценки и публикации демографических данных и показателей.

НАСА, Министерство энергетики и Национальный научный фонд должны учитывать разнообразие проектных групп и участников при оценке грантов для отдельных исследователей, проектных и миссионерских групп, а также сторонних организаций, управляющих объектами.

Астрономическое сообщество должно через Американское астрономическое общество и в партнерстве с другими крупными профессиональными сообществами работать с экспертами из других опытных дисциплин (таких как археология и социальные науки) и представителями местных сообществ, чтобы определить модель участия сообщества астрономии, которая продвигает научные исследования, уважая, расширяя возможности и принося пользу местным сообществам.

НАСА, Национальный научный фонд, Министерство энергетики и профессиональные сообщества должны обеспечить, чтобы их политика честности в отношении научной деятельности рассматривала домогательства и дискриминацию со стороны отдельных лиц как формы неправомерного научного поведения.

Расовое/этническое разнообразие среди преподавателей астрономии остается ужасающим. Финансирующие агентства должны усилить стимулы для улучшения разнообразия среди преподавателей астрономии и астрофизики, например, увеличить количество наград, которые инвестируют в развитие и удержание молодых преподавателей и другие виды деятельности для членов недостаточно представленных групп.

Рабочая сила и обучение

NASA, NSF и DOE должны реинвестировать в программы разнообразия профессиональной рабочей силы на уровне подразделений/управлений. Особенно многообещающими являются программы типа «мост», обеспечивающие поддержку академических переходов в системе высшего образования и в профессиональных кругах.

NASA, NSF и DOE должны внедрить финансирование «стажировок» для студентов и выпускников, чтобы стимулировать приверженность на уровне департаментов/учреждений профессиональному развитию рабочей силы и уделять приоритетное внимание междисциплинарному обучению, разнообразию и подготовке к различным карьерным результатам.

НАСА и Национальный научный фонд должны продолжать и увеличивать поддержку постдокторских стипендий, которые обеспечивают независимость и поощряют развитие научных лидеров, продвигающих разнообразие и инклюзивное превосходство.

Темное небо и защита окружающей среды

Мега-спутниковые созвездия в будущем окажут более существенное влияние на работу в области астрономии и астрофизики. NSF должен работать с соответствующими федеральными регулирующими органами для разработки и внедрения нормативно-правовой базы для контроля воздействия спутниковых созвездий на астрономию.

Чтобы гарантировать, что небо остается открытым для радиоастрономии, NSF в партнерстве с другими агентствами, по мере необходимости, должен поддерживать и финансировать многогранный подход к предотвращению и ослаблению радиочастотных помех.

Изменение климата, вызванное деятельностью человека, станет одной из величайших проблем этого века. Астрономическое сообщество может свести к минимуму свое влияние на климат, сократив выбросы углекислого газа, связанные с путешествиями. Примеры включают дистанционное наблюдение, гибридные конференции и виртуальные конференции.

Узнайте больше об этих рекомендациях в главе 3

Поддержка научных основ астрономии и астрофизики необходима для поддержания сбалансированной программы. Эти инвестиции включают поддержку обработки, архивирования и интерпретации данных; теоретическое моделирование и симуляции; и лабораторный и вычислительный анализы.

Гранты для исследователей и программный баланс

За последнее десятилетие наблюдается растущий дисбаланс между финансированием эксплуатации и технического обслуживания объектов и поддержкой работы ученых. Для поддержки научных исследований, проводимых отдельными исследователями, NSF должен увеличить финансирование грантов на исследования в области астрономии и астрофизики на 30 процентов в течение пяти лет. Это приведет к восстановлению показателей успешности предложений до уровня здоровой конкуренции.

Низкие ставки финансирования как в НАСА, так и в Национальном научном фонде повлияли на возможность проведения теоретических исследований, которые имеют решающее значение для интерпретации практически всех сигналов, получаемых из космоса. Программа НАСА по теории астрофизики должна возобновить ежегодный темп и получить 30-процентное увеличение финансирования в течение 5 лет.

Лабораторные эксперименты имеют решающее значение для измерения параметров, необходимых для интерпретации данных от удаленных астрофизических объектов, таких как характеристика атмосфер экзопланет. НАСА и Национальный научный фонд должны созвать группу экспертов, чтобы определить, какие лабораторные данные необходимы для поддержки обсерваторий следующего поколения; определить ресурсы, которые можно задействовать для удовлетворения этих потребностей; и рассмотреть новые подходы к созданию необходимых баз данных.

Показатели успешных предложений являются важным индикатором сбалансированности программы, особенно когда цель состоит в том, чтобы дать тем, кто делает первые предложения в начале карьеры, реальные шансы на успех. NSF, NASA и DOE должны ежегодно публиковать данные об успешности предложений, а также отслеживать показатели, которые позволяют им статистически анализировать, что поддерживается.

Анализ данных и архивирование данных

Исследователи, наблюдающие с помощью наземных объектов NSF, должны подать заявку на отдельное финансирование для поддержки анализа данных. Это неэффективно и вызывает задержки, препятствуя научной работе самых мощных установок. NSF должен создать механизм для финансирования анализа данных и производства продуктов данных высокого уровня для крупных программ под руководством главных исследователей на астрономических объектах масштаба MREFC.

Вопросы астрофизики все больше выходят за рамки традиционных длин волн, подразделений и агентств, и растет потребность в использовании данных из нескольких архивов. НАСА и NSF должны изучить механизмы для улучшения координации между архивными центрами США и создания централизованной связи для взаимодействия с международными архивными сообществами.

Хотя общественные проекты сделали многое для удовлетворения потребностей в современных конвейерах данных и программном обеспечении для наземных телескопов, NSF может оказать фундаментальную поддержку этим усилиям. NSF и заинтересованные стороны должны разработать план по проектированию, созданию, развертыванию и поддержке конвейеров для получения готовых для науки данных во всех наземных обсерваториях общего назначения.

Узнайте больше об этих рекомендациях в главе 4 отчета.

Наблюдательные возможности для астрономии будут застаиваться без новых технологий и приборов. Ранние и значительные инвестиции в технологии для крупных стратегических миссий и крупных объектов NSF помогут уточнить прогнозы бюджета и рисков до начала строительства и снизить вероятность перерасхода средств и графика.

Достижения прошлого десятилетия

Прошедшее десятилетие было одним из выдающихся открытий в астрономии и астрофизике, в том числе:

Первое прямое обнаружение гравитационного излучения от астрономических источников

Открытие тысяч внесолнечных планет, включая потенциальные земные аналоги, и первые характеристики внесолнечных атмосфер газообразных планет-гигантов.

Первое прямое изображение тени сверхмассивной черной дыры

Шесть Нобелевских премий за открытия, основанные на астрономических данных: темная энергия, гравитационные волны, нейтринные осцилляции, открытие экзопланет, космология и сверхмассивные черные дыры.

Предстоящий запуск космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), который позволит прорывным наукам практически во всех областях астрономии.

Крупные открытия в области образования галактик, звезд, планет.

Об исследовании

Десятилетний обзор определяет наиболее серьезные научные проблемы и границы в области астрономии и астрофизики и представляет всеобъемлющую исследовательскую стратегию для развития астрономии и астрофизики в следующем десятилетии и далее. Это седьмой десятилетний обзор по астрономии и астрофизике, проводимый за всю историю национальных академий, и, как и его предшественники, он послужит руководством для ученых, политиков и агентств, инвестирующих в астрономические науки.

Основная цель этого исследования состояла в том, чтобы составить карту национального и международного научного ландшафта и наметить путь для инвестиций, определяя программы с трансформационным научным потенциалом и новыми возможностями наблюдения. Рекомендации в этом отчете предназначены для поддержки людей, которые продвигают инновации и открытия, а также для продвижения технологий и инструментов, необходимых для осуществления науки. В отчете также рекомендуется поддерживать деятельность в широком диапазоне затрат и сроков, а также деятельность, которая позволяет реализовать будущие дальновидные проекты путем их научной и технической зрелости.

Национальные академии отобрали членов комитета в процессе, независимом от спонсирующих агентств, после создания широкой сети для рекомендаций участников. Члены руководящего комитета в составе 20 человек были выбраны так, чтобы как можно полнее охватить научный охват исследования, диапазон наблюдательных (наземная, космическая и гравитационная астрофизика) и теоретических дисциплин, а также технических и управленческих знаний в области космических и/или наземных средств, а также включать как можно более репрезентативную группу экспертов с точки зрения индивидуальных, институциональных и географических демографических характеристик. Политика национальных академий в отношении потенциальных конфликтов интересов со стороны руководящего комитета и членов комиссии строго соблюдалась. В частности, искали широких и непредубежденных мыслителей, а не сторонников отдельных миссий или подполей.

Этапы сбора информации и обсуждения десятилетнего исследования тщательно координировались. Членам астрономического сообщества было предложено представить официальные документы для опроса, и эти документы легли в основу и отправную точку для всех дискуссий. В начале 2019 года в рамках опроса было получено 573 научных документа, подготовленных более чем 4500 авторами из астрономического сообщества. Второй призыв к техническим документам APC (деятельность, проект и состояние профессии) в июле 2019 г.получил 294 ответа. Каждый технический документ был назначен и прочитан одной или несколькими декадными группами.

Десятилетнее исследование назначило 13 групп, перечисленных ниже. Всего в состав этих комиссий входило 127 человек. Каждая группа подготовила свой собственный отчет с предложениями для рассмотрения руководящим комитетом, поскольку он провел собственное обсуждение, чтобы выработать свои рекомендации для основного отчета. Чтобы подчеркнуть важность панельных отчетов, они были опубликованы вместе с основным отчетом в виде приложений.

Научные панели

Панель по компактным объектам и энергетическим явлениям
Панель по космологии
Панно по галактикам
Группа по экзопланетам, астробиологии и Солнечной системе
Группа по межзвездной среде и формированию звезд и планет
Группа по звездам, Солнцу и звездному населению

Программные панели

Группа поддержки исследований
Группа по электромагнитным наблюдениям из космоса 1
Группа по электромагнитным наблюдениям из космоса 2
Панель оптических и инфракрасных наблюдений с земли
Группа по астрофизике элементарных частиц и гравитации
Группа по радио, миллиметровым и субмиллиметровым наблюдениям с земли

Панель «Состояние профессии»

Группа по состоянию профессии и социальным последствиям

Впервые десятилетнее исследование включало панель, специально посвященную состоянию профессии и ее влиянию на общество. Отчет комиссии, опубликованный в качестве приложения к десятилетнему обзору, предоставил важные данные для рекомендаций руководящего комитета, касающихся рабочей силы и демографических проблем на местах, а также областей, представляющих интерес и важных для сообщества.

Спонсорские агентства проинформировали комитет о возможных бюджетных сценариях, но также попросили комитет быть амбициозным при постановке научных целей. В отчете рекомендуются и оцениваются наиболее приоритетные исследовательские мероприятия, а также приводятся правила принятия решений, если это необходимо, для учета отклонений в прогнозируемом бюджете или других непредвиденных открытий.

Область астрономии и астрофизики готова решить некоторые вопросы, которые настолько велики, что средства и инструменты, необходимые для их решения, требуют обязательств и сроков, превышающих десятилетие. Решение этих проблем требует переосмысления того, как разрабатываются и реализуются крупные миссии. В частности, самые амбициозные стратегические миссии требуют более значительных инвестиций на раннем этапе в отработанные концепции миссии и технологии до принятия, с проверками и корректировками курса на этом пути.

Это десятилетнее исследование спонсировалось Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА), Национальным научным фондом (NSF), Управлением физики высоких энергий Министерства энергетики (DOE) и Управлением космических исследований ВВС (AFOSR). . Все эти федеральные агентства участвуют в различных аспектах программы США по космической и наземной астрономии и астрофизике.

Это исследование было организовано Советом по космическим исследованиям и Советом по физике и астрономии Национальной академии. Узнайте больше о нашей работе, подписавшись на обновления по электронной почте.

Загрузить отчет и ресурсы для отчета

СВЯЗАННЫЕ РЕСУРСЫ:

Авторы:
Изображения на обложке отчета: NASA/ESA; NSF/LIGO/Государственный университет Сономы/A. Симонне; Сотрудничество с Иллюстрис; НАСА Годдард; НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт; NASA/Ames/JPL-Caltech • Изображения на научную тему: ESA/Hubble, M. Kornmesser; Сотрудничество с Event Horizon Telescope; НАСА, ЕКА, STScI/AURA • Космические и наземные инициативы: ЕКА/Хаббл и НАСА ; Обсерватория Рубина/NSF/Aura • Фонды Изображения: iStock ; Сотрудничество с Иллюстрис; NASA Goddard • Изображения достижений: R. Hurt/Caltech-JPL; НАСА/В. Стензель; Сотрудничество с телескопом Event Horizon; ЭСО/л. Calçada/spaceengine.org; Нортроп Грумман; NAOJ

Астрономы обнаружили загадочный пульсирующий объект, который может быть звездой нового класса | Астрономия

Астрономы обнаружили таинственный объект, излучающий луч радиоволн, который пульсирует каждые 20 минут.

Группа исследователей считает, что объект может быть новым классом медленно вращающихся нейтронных звезд со сверхмощным магнитным полем. Повторяющиеся сигналы были обнаружены в течение первых трех месяцев 2018 года, но затем исчезли, что позволяет предположить, что они были связаны с драматическим разовым событием, таким как звездотрясение.

«Это было немного жутковато для астронома, потому что в небе не было ничего подобного», — сказала доктор Наташа Херли-Уокер из узла Международного центра радиоастрономических исследований Университета Кертина, которая возглавляла группу, которая сделала открытие.

Несмотря на необычный характер сигнала, команда считает, что источником, скорее всего, является вращающийся объект, а не технологически развитая цивилизация, простирающаяся через космос.

«Это определенно не инопланетяне», — сказал Херли-Уокер. Команда кратко рассмотрела эту возможность, но исключила ее после того, как определила, что сигнал — один из самых ярких радиоисточников в небе — можно обнаружить в широком спектре частот, а это означает, что для его создания потребовалось бы огромное количество энергии. .

Объект, который, как полагают, находится на расстоянии около 4000 световых лет в плоскости Млечного Пути, также соответствует предсказанному астрономическому объекту под названием «сверхдолгопериодический магнетар», классу нейтронных звезд с самым мощным магнитным полем из всех известный объект во Вселенной.

«Это тип медленно вращающейся нейтронной звезды, существование которой было предсказано теоретически», — сказал Херли-Уокер. «Но никто не ожидал, что их можно будет напрямую обнаружить, потому что мы не ожидали, что они будут такими яркими».

Нейтронная звезда — это темный плотный остаток, оставшийся после того, как сверхмассивная звезда сбросила свой внешний материал в виде сверхновой и подверглась гравитационному коллапсу. Уменьшенные до размеров небольшого города, нейтронные звезды изначально вращаются невероятно быстро — так же, как фигурист ускоряется во вращении, сводя руки, чтобы быть более компактным.

Быстровращающиеся нейтронные звезды можно обнаружить как пульсары, которые вспыхивают и гаснут в течение миллисекунд или секунд.

Со временем нейтронная звезда будет терять энергию и замедляться. «Но по мере того, как они замедляются, вы ожидаете, что они исчезнут», — сказал профессор Эндрю Нортон, астрофизик из Открытого университета. «Как только они упадут ниже теоретического расчета, известного как линия смерти, вы не сможете их увидеть».