Содержание
Эйнштейн, не учите Бога, что ему делать: история создания общей теории относительности
14.03.2017 — Статья
Инженер Вселенной и новый Коперник – так называли Альберта Эйнштейна, придумавшего революционную четырехмерную модель пространства и времени, более известную как общая теория относительности. 25 ноября 1915 года знаменитый физик впервые представил ее в Прусской академии наук в Берлине.
Открытие Альбертом Эйнштейном (Albert Einstein) общей теории относительности (Allgemeine Relativitätstheorie) сто лет назад произвело настоящую революцию в научной среде и вывело понимание человечеством мироустройства на новый уровень.
Новые основы физики
До Эйнштейна на протяжении более 200 лет основой для изучения движения материальных тел и их взаимодействия друг с другом служили три закона Ньютона и его закон всемирного тяготения, опиравшиеся на существование неподвижной системы отсчета – абсолютных и универсальных категорий пространства и времени.
«В конце XIX века все считали, что основная система физики уже состоялась, может быть надо внести еще пару штрихов, но фундамент науки останется неизменным. И вдруг оказалось, что это не так», – говорит руководитель Института им. Макса Планка по истории науки физик Юрген Ренн (Jürgen Renn), один из ведущих экспертов по работам Эйнштейна.
Начало XX века действительно перевернуло научный мир с ног на голову: Вильгельм Рёнтген (Wilhelm Röntgen) открывает рентгеновские лучи, Мария и Пьер Кюри – радиоактивность. В 1905 году Эйнштейн, занимавший на тот момент скромный пост служащего патентного ведомства в швейцарском Берне, опубликовал свою специальную теорию относительности, в которой предложил рассматривать движение тел в пространстве относительно друг друга, не принимая ни один из объектов за систему отсчета, а скорость света в вакууме наоборот назвал постоянной и абсолютной величиной. Из этого вытекает и его знаменитая формула, которую знает каждый школьник: Е = mc2 (где Е – энергия, m – масса, а с – скорость света), согласно которой масса и энергия эквивалентны и ничто не может двигаться быстрее света.
Самая счастливая мысль в жизни
Однако все эти идеи полностью противоречили ньютоновским основам классический механики, и Эйнштейн продолжает совершенствовать свою теорию. «Самая счастливая мысль в моей жизни», как позднее назовет физик общую теорию относительности, пришла к нему в 1907 году: «Я сидел на своем стуле в патентном ведомстве Берна. И вдруг у меня случилось озарение: если человек парит в невесомости, то он не будет ощущать свой собственный вес. Я был ошарашен», – вспоминал затем будущий нобелевский лауреат.
За переезд Эйнштейна в Берлин в 1915 году особенно ратовал другой выдающийся немецкий физик – Макс Планк (Max Planck). Он одним из первых оценил специальную теорию относительности Эйнштейна и помог ему стать членом Прусской академии наук. 25 ноября 2015 года там должна была начаться серия докладов Эйнштейна, однако ученый до последнего не был доволен своими расчетами и предоставил на суд коллег сразу несколько версий своей новой модели.
Мне повезло заметить то, что не заметил жук
За неделю до выступления у него случился очередной инсайт: ученый обратил внимание на необычное смещение орбиты Меркурия, которое не укладывалось в рамки ньютоновского закона всемирного тяготения, зато прекрасно объяснялось его новой теорией.
Эйнштейн предположил, что гравитация возникает в результате искривления пространственно-временного континуума: чем больше масса объекта, тем сильнее его гравитационное поле, а оно в свою очередь влияет на темп времени. «Если жук ползет вдоль искривленного сучка, он не замечает, что сук кривой. Мне повезло заметить то, что не заметил жук», – так объяснял Эйнтштейн своё открытие 9-летнему сыну Эдуарду.
Его идея подверженного деформации четырехмерного пространственно-временного континуума заложила основы современной космологии, сыграла решающую роль в изучении теории Большого взрыва и появления черных дыр во Вселенной, благодаря этому открытию космические корабли сегодня бороздят её просторы, а простые смертные в частности получили бесценный дар спутниковой системы навигации.
До конца своих дней Эйнштейн работал над более масштабной детерминистской моделью мироустройства, позволившей бы проникнуть во все тайны Вселенной. «Квантовая механика действительно впечатляет. Но внутренний голос говорит мне, что это ещё не идеал.
Эта теория говорит о многом, но всё же не приближает нас к разгадке тайны Всевышнего. По крайней мере, я уверен, что Он не бросает кости», – писал физик в 1926 году своему другу и коллеге Нильсу Бору. Ответ Бора был краток: «Эйнштейн, не учите Бога, что ему делать».
И несмотря на это Эйнштейн сам же признавался: «Самое красивое и самое глубокое переживание, которое только доступно человеку, – это ощущение таинственности. Именно оно лежит в основе всего искусства и науки».
Ирина Михайлина
25 ноября исполняется 100 лет общей теории относительности
100 лет назад, 25 ноября 1915 года, Альберт Эйнштейн объявил полные математические подробности общей теории относительности (ОТО). Отдел науки «Газеты.Ru» напоминает о деталях создания этой теории, перевернувшей наши представления о пространстве и времени.
В 1687 году Исаак Ньютон в своем основном труде «Математические начала натуральной философии» вывел закон тяготения. Мир узнал, что между любой парой тел во Вселенной действует сила взаимного притяжения.
После нескольких десятилетий споров и проверок научное сообщество согласилось, что постулат Ньютона позволяет с огромной точностью объяснить и предсказать движения небесных тел. Впервые напрямую закон тяготения подтвердил британский физик и химик Генри Кавендиш. В 1798 году он сконструировал крутильные весы и измерил с их помощью силу притяжения двух сфер, определив гравитационную постоянную, массу и среднюю плотность Земли. Спустя некоторое время закон тяготения стал считаться фундаментальным законом природы.
Все изменил Эйнштейн
Пять загадок физики после бозона Хиггса
Два года назад, 4 июля 2012 года, физики объявили о том, что они обнаружили бозон Хиггса, что подтвердило…
04 июля 12:39
В 1859 году французский астроном Урбен Леверье заметил аномальное смещение перигелия (ближайшей к Солнцу точки орбиты планеты или иного небесного тела Солнечной системы) Меркурия. Благодаря этой аномалии ученые поняли, что закон Ньютона не является абсолютным.
Вопрос о мистическом смещении перигелия Меркурия оставался открытым вплоть до 1915 года — именно тогда легендарный физик Альберт Эйнштейн разработал ОТО, из уравнений которой вытекало точно такое значение отклонения, которое наблюдалось астрономами.
«Эйнштейну пришлось видоизменить законы тяготения в соответствии с принципами относительности, — говорил лауреат Нобелевской премии по физике Ричард Фейнман. — Первый из этих принципов гласит, что расстояние Х нельзя преодолеть мгновенно, тогда как по теории Ньютона силы действуют мгновенно.
Эйнштейну пришлось изменить законы Ньютона.
close
100%
Эти изменения, уточнения очень малы, одно из них состоит вот в чем: поскольку свет имеет энергию, энергия эквивалентна массе, а все массы притягиваются, — свет тоже притягивается и, значит, проходя мимо Солнца, должен отклоняться. Так оно и происходит на самом деле. Сила тяготения тоже слегка изменена в теории Эйнштейна. Но этого очень незначительного изменения в законе тяготения как раз достаточно, чтобы объяснить некоторые кажущиеся неправильности в движении Меркурия».
Байка гласит, что однажды Эйнштейн ехал в бернском трамвае и случайно взглянул на уличные часы. Ученого озарила потрясающая мысль: если бы сейчас трамвай разогнался до скорости света, то для пассажиров часы бы остановились, а времени бы не стало. Эйнштейн понял, что все зависит от точки отсчета, в которой находится наблюдатель, — и это озарение привело к созданию теории относительности.
Мы не знаем, насколько достоверна история про бернский трамвай (как не знаем, падало ли яблоко на голову Ньютона), но уверены в одном: формулирование ОТО — это результат долгого и кропотливого труда Нобелевского лауреата.
Кстати, по другой байке, однажды маленький сын Эйнштейна Эдуард спросил отца, почему он так знаменит. На это ученый ответил:
«Видишь ли, когда слепой жук ползет по поверхности шара, он не замечает, что пройденный им путь изогнут. Мне же посчастливилось заметить это».
На пути к ОТО
В 1905 году Альберт Эйнштейн создал специальную теорию относительности (СТО) — теорию, описывающую движение, законы механики и пространственно-временные отношения при произвольных скоростях движения, меньших скорости света в вакууме, в том числе близких к скорости света.
Согласно СТО, физическое тело, которое движется со скоростью, близкой к скорости света, сжимается, становится тяжелее и стареет намного медленнее.
«А давайте менять саму теорию относительности!»
Премия Грубера, престижнейшая международная премия по космологии, присуждена российскому ученому и его…
11 июля 17:27
Одним из тестов теории является эксперимент Хафеле-Китинга, впервые продемонстрированный в 1971 году. Тогда две пары атомных часов поместили в самолеты, которые дважды обогнули земной шар. После этого «самолетные» часы сравнили с часами, простоявшими все это время в Военно-морской обсерватории США. Оказалось, что
последние отставали от четверки «путешественников» на долю секунды, что соответствует СТО Эйнштейна.
Вскоре ученый решил расширить свою революционную теорию и добавить в нее ускорение. Это заняло у Эйнштейна целое десятилетие: в течение этого времени он сотрудничал с выдающимися коллегами — математиками Давидом Гильбертом и Марселем Гроссманом.
Результатом стали полные математические подробности новой теории — ОТО, объявленные Эйнштейном 25 ноября 1915 года. Макс Борн, лауреат Нобелевской премии по физике и один из создателей квантовой механики, сказал, что
новая теория Эйнштейна — «величайшее достижение человеческого мышления в познании природы, поразительное сочетание философской глубины, физической интуиции и математического искусства».
В ОТО к трем пространственным измерениям добавляется время, и мир становится четырехмерным. Согласно теории, перевернувшей с ног на голову всю физику,
гравитация — это следствие искривления пространства-времени под воздействием массы.
close
100%
Объясняя ОТО гуманитариям, физики часто просят их представить натянутый лист резины, на который опускают массивные шарики. Шарики продавливают резину, и натянутый лист (который олицетворяет пространство-время) деформируется. Согласно ОТО, вся Вселенная — это резина, на которой каждая планета, каждая звезда и каждая галактика оставляют вмятины.
Наша Земля вращается вокруг Солнца словно маленький шарик, пущенный кататься вокруг конуса воронки, образованной в результате «продавливания» пространства-времени тяжелым шаром. Тяжелый шар — это и есть Солнце.
Золотой век относительности
Альберт Эйнштейн утверждал, что из-за искривления пространства-времени путь света, проходящего вблизи массивного тела, должен искривляться. Ученый пояснил, что, например, звезду, расположенную за Солнцем, мы будем видеть в другом месте (поскольку ее свет отклоняется массой Солнца). 29 мая 1919 года астрономы проверили предсказание Эйнштейна во время солнечного затмения и доказали, что физик оказался прав.
ОТО предсказывает существование во Вселенной черных дыр. Черная дыра — это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть ее не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (и сам свет в том числе). Граница, отделяющая черную дыру от всего остального мира, называется горизонтом событий: все, что происходит внутри горизонта событий, скрыто от глаз внешнего наблюдателя.
Сто страниц и три года для Теории всего
Уравнения Эйнштейна имеют смысл, это лишний раз подтвердили ученые, уточнившие условия, при которых работает…
25 октября 11:56
В период с 1960 по 1975 год исследования в ОТО вошли в главное русло теоретической физики (этот период называют «золотым веком ОТО»). Именно во время золотого века ОТО ученые подтвердили, что черные дыры перестают быть чисто теоретическими объектами.
В этот период астрономы открыли квазары, пульсары, а также реликтовое излучение — свидетельство Большого взрыва и последующего расширения Вселенной. Окончанием золотого века принято считать открытие излучения Хокинга — процесса излучения разнообразных элементарных частиц, преимущественно фотонов, черной дырой.
Альберт Эйнштейн разработал ОТО, будучи еще молодым ученым. Он прекрасно понимал, что не может вписать свою революционную теорию в рамки квантовой механики — ведь в квантовой механике рассматривается взаимодействие объектов в едином пространстве-времени, а у Эйнштейна само это пространство формирует гравитацию.
Нобелевский лауреат безумно хотел объединить ОТО и квантовую механику, создав «теорию всего». Однако эта физико-математическая теория и по сей день является гипотетической.
Для того чтобы создать «теорию всего», необходимо объединить четыре фундаментальных взаимодействия: слабое ядерное, сильное ядерное, гравитационное и электромагнитное.
Что такое квантовая гравитация? | Космос
Квантовая гравитация пытается объяснить, как гравитация воздействует на мельчайшие частицы Вселенной.
(Изображение предоставлено Shutterstock)
Гравитация была первой фундаментальной силой, которую признало человечество, но до сих пор остается наименее понятной. Физики могут предсказать влияние гравитации на шары для боулинга, звезды и планеты с исключительной точностью, но никто не знает, как эта сила взаимодействует с мельчайшими частицами или квантами. Почти столетний поиск теории квантовой гравитации — описания того, как сила действует на мельчайшие частицы Вселенной — обусловлен простым ожиданием того, что один свод правил гравитации должен управлять всеми галактиками, кварками и всем, что между ними.
[ Странные кварки и мюоны, о боже! Рассечение мельчайших частиц природы (инфографика) ]
«Если нет теории [квантовой гравитации], то Вселенная — это просто хаос. Это просто случайность», — сказала Нетта Энгельхардт, физик-теоретик из Массачусетского технологического института. «Я даже не могу сказать, что это было бы хаотично или случайно, потому что на самом деле это законные физические процессы».
Грань общей теории относительности
В основе самой сложной проблемы теоретической физики лежит столкновение между двумя величайшими достижениями этой области. Общая теория относительности Альберта Эйнштейна заменила понятие Исаака Ньютона о простом притяжении между объектами описанием материи или энергии, искривляющей пространство и время вокруг него, и близлежащих объектов, следующих по этим изогнутым путям, действуя так, как если бы они притягивались друг к другу. . В уравнениях Эйнштейна гравитация — это форма самого пространства. Его теория сохранила традиционное описание гладкой классической вселенной, где вы всегда можете увеличить масштаб до меньшего участка пространства.
Общая теория относительности продолжает превосходно справляться со всеми испытаниями, которые ей подвергают астрофизики, включая ситуаций, которые Эйнштейн никогда не мог вообразить . Но большинство экспертов ожидают, что теория Эйнштейна когда-нибудь потерпит неудачу, потому что Вселенная в конечном счете кажется неровной, а не гладкой. Планеты и звезды на самом деле представляют собой наборы атомов, которые, в свою очередь, состоят из электронов и связок кварков. Эти частицы слипаются или распадаются, меняя местами другие типы частиц, что приводит к возникновению сил притяжения и отталкивания.
Электрические и магнитные силы , например, исходят от объектов, обменивающихся частицами, известными как виртуальные фотоны. Например, сила, прижимающая магнит к холодильнику, может быть описана как гладкое классическое магнитное поле, но мелкие детали поля зависят от квантовых частиц, которые его создают. Из четырех фундаментальных сил Вселенной (гравитации, электромагнетизма, сильного и слабого ядерных взаимодействий) только гравитации не хватает «квантового» описания.
В итоге никто точно не знает (хотя идей предостаточно), где гравитационные поля возникают или как действуют в них отдельные частицы.
Нечетная сила
Проблема в том, что хотя гравитация удерживает нас на земле и обычно действует как сила, общая теория относительности предполагает, что это нечто большее — форма самого пространства. Другие квантовые теории рассматривают пространство как плоский фон для измерения того, как далеко и быстро летят частицы. Игнорирование кривизны пространства для частиц работает, потому что гравитация настолько слабее, чем другие силы, что пространство кажется плоским, если рассмотреть что-то такое маленькое, как электрон. Эффекты гравитации и искривления пространства относительно очевидны на более мелких уровнях, таких как планеты и звезды. Но когда физики пытаются рассчитать кривизну пространства вокруг электрона, какой бы незначительной она ни была, математика становится невозможной.
В конце 1940-х годов физики разработали технику , называемую перенормировкой, для работы с капризами квантовой механики, которая позволяет электрону разнообразить скучное путешествие бесконечным разнообразием способов.
Например, он может выстрелить фотоном. Этот фотон может разделиться на электрон и его двойника из антиматерии, позитрон. Затем эти пары могут испускать больше фотонов, которые могут разделиться на большее количество близнецов и так далее. В то время как идеальный расчет потребовал бы подсчета бесконечного множества путешествий электрона, перенормировка позволила физикам собрать неуправляемые возможности в несколько измеримых чисел, таких как заряд и масса электрона. Они не могли предсказать эти значения, но могли использовать результаты экспериментов и использовать их для других предсказаний, например, куда движется электрон.
Перенормировка перестает работать, когда на сцену выходят частицы теоретической гравитации, называемые гравитонами. У гравитонов также есть своя собственная энергия, которая создает большее искривление пространства и большее количество гравитонов, которые создают большее искривление, большее количество гравитонов и так далее, что обычно приводит к гигантскому математическому беспорядку.
Даже когда физики пытаются сложить некоторые из бесконечностей вместе для экспериментального измерения, они в конечном итоге утонут в бесконечном количестве стопок.
«Это фактически означает, что вам нужно бесконечное количество экспериментов, чтобы определить что-либо, — сказал Энгельхардт, — и это не реалистичная теория».
Общая теория относительности утверждает, что вселенная представляет собой гладкую ткань, а квантовая механика утверждает, что это неровная смесь частиц. Физики говорят, что не может быть и того, и другого. (Изображение предоставлено Shutterstock)
На практике эта неспособность справиться с кривизной вокруг частиц становится фатальной в ситуациях, когда большое количество массы и энергии искривляет пространство настолько сильно, что даже электроны и им подобные не могут не заметить — например, в случае с черными дырами . Но любые частицы очень близко — или, что еще хуже, внутри — ям пространства-времени, безусловно, знают правила взаимодействия, даже если физики этого не знают.
«Природа нашла способ заставить черные дыры существовать», — написал Робберт Дийкграаф, директор Института перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси, в публикации для института. «Теперь нам предстоит узнать, что природа знает, а мы еще не знаем».
Приведение гравитации в порядок
Используя приближение общей теории относительности (Энгельхардт называл ее «лейкопластырем»), физики разработали представление о том, как могут выглядеть гравитоны, но никто не ожидает увидеть их в ближайшее время. Один мысленный эксперимент предполагает, что потребуется 100 лет экспериментов с помощью коллайдера частиц, такого же тяжелого, как Юпитер, чтобы обнаружить его. Итак, тем временем теоретики переосмысливают природу самых фундаментальных элементов Вселенной.
Одна из теорий, известная как петлевая квантовая гравитация , направлена на разрешение конфликта между частицами и пространством-временем путем разбиения пространства и времени на маленькие кусочки — предельное разрешение, за пределами которого невозможно масштабирование.
Теория струн , другая популярная структура, использует другой подход и заменяет частицы струнами, подобными волокнам, которые математически ведут себя лучше, чем их точечные аналоги. Это простое изменение имеет сложные последствия, но одна приятная особенность заключается в том, что гравитация просто выпадает из математики. Энгельгардт сказал, что даже если бы Эйнштейн и его современники никогда не разработали общую теорию относительности, физики наткнулись бы на нее позже, благодаря теории струн. «Я нахожу это довольно чудесным», — сказала она.
По словам Энгельхардта, теоретики струн обнаружили новые признаки того, что в последние десятилетия они находятся на продуктивном пути. Проще говоря, сама идея пространства может отвлекать физиков от более фундаментальной структуры Вселенной.
Теоретики обнаружили в конце 1990-х годов, что описания простой коробчатой вселенной, включая гравитацию , были математически эквивалентны изображению плоской вселенной только с квантовой физикой (и без гравитации).
Способность переключаться между описаниями предполагает, что пространство может быть не фундаментальным компонентом космоса, а скорее побочным эффектом, возникающим в результате взаимодействия частиц.
Как ни трудно нам, смертным, погруженным в ткань пространства, представить, что связь между пространством и частицами может быть чем-то вроде связи между комнатной температурой и молекулами воздуха. Когда-то физики думали о тепле как о жидкости, перетекающей из теплой комнаты в холодную, но открытие молекул показало, что то, что мы воспринимаем как температуру, «вытекает» из средней скорости молекул воздуха. Пространство (и, что то же самое, гравитация) может аналогичным образом представлять наш крупномасштабный опыт какого-то мелкомасштабного явления. «В рамках теории струн на данный момент есть довольно хорошие указания на то, что пространство действительно возникает», — сказал Энгельхардт.
Но вселенная теории струн в коробке имеет форму, отличную от той, которую мы видим (хотя Энгельхардт сказал, что это различие не может быть решающим фактором, поскольку квантовая гравитация может действовать одинаково для всех возможных форм вселенной).
Даже если уроки вселенной коробок применимы в реальности, математическая структура остается грубой . Физики далеки от того, чтобы разорвать свои теоретические связи с космосом и получить точное описание квантовой гравитации во всей ее неровной красе.
В то время как они продолжают работать над существенными математическими отклонениями в своих соответствующих теориях, некоторые физики питают надежду, что их астрофизические наблюдения могут когда-нибудь подтолкнуть их в правильном направлении. На сегодняшний день ни один эксперимент не отклонился от предсказаний общей теории относительности, но в будущем разнообразный набор из детекторов гравитационных волн, чувствительных к волнам многих размеров, сможет уловить тонкий шепот гравитонов. Однако, по словам Энгельхардта, «моей инстинктивной потребностью было бы смотреть на космос, а не на коллайдеры частиц».
Дополнительные ресурсы:
- Прочтите о другой причине, по которой гравитация так отличается от других сил , написанная астрофизиком Итаном Сигелом для Forbes.
- Посмотрите это видео, объясняющее связь между всплывающей вселенной с гравитацией и «плоской» вселенной без гравитации , от PBS Space Time.
- Посмотрите, как Дон Линкольн из Fermilab объясняет основы петлевой квантовой гравитации .
Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].
Чарли Вуд — независимый журналист, освещающий физические науки как в этой бледно-голубой точке, так и вне ее. Он сотрудничает с Space.com и LiveScience, а также с Popular Science, Scientific American, Quanta Magazine и другими. Сейчас он пишет из Нью-Йорка, но в прошлых жизнях преподавал физику в Мозамбике и английский язык в Японии. Найдите его в Твиттере @walkingthedot.
квазаров: определение и факты о самых ярких объектах во Вселенной
Космический телескоп Хаббл сделал это изображение древнего яркого квазара 3C 273, который находится в гигантской эллиптической галактике в созвездии Девы.
Его свету потребовалось около 2,5 миллиардов лет, чтобы добраться до нас. Несмотря на такое большое расстояние, это по-прежнему один из самых близких квазаров к нашему дому. Это был первый идентифицированный квазар, открытый в начале 19 века.60-х астроном Аллан Сэндидж.
(Изображение предоставлено ЕКА/Хабблом и НАСА)
Сияющие так ярко, что затмевают вмещающие их древние галактики, квазары — это далекие объекты, питаемые черными дырами, масса которых в миллиард раз превышает массу нашего Солнца. Эти мощные динамо-машины очаровывали астрономов с момента их открытия полвека назад.
В 1930-х годах Карл Янский, физик из Bell Telephone Laboratories, обнаружил, что статические помехи на трансатлантических телефонных линиях исходят из Млечного Пути. К 19В 50-х годах астрономы использовали радиотелескопы для исследования неба и связывали их сигналы с видимыми исследованиями неба.
Концепт этого художника иллюстрирует квазар, или кормящую черную дыру, похожую на APM 08279+5255, где астрономы обнаружили огромное количество водяного пара.
Газ и пыль, вероятно, образуют тор вокруг центральной черной дыры с облаками заряженного газа сверху и снизу. (Изображение предоставлено НАСА/ЕКА). Астрономы назвали их «квазизвездными радиоисточниками» или «квазарами», потому что сигналы исходили из одного места, как звезда. Однако это неправильное название; по данным Национальной астрономической обсерватории Японии, только около 10 процентов квазаров излучают сильные радиоволны.
Присвоение им имен не помогло определить, что это за объекты. Потребовались годы исследований, чтобы понять, что эти далекие точки, которые, казалось, указывают на звезды, созданы частицами, ускоренными со скоростями, приближающимися к скорости света.
«Квазары являются одними из самых ярких и самых далеких известных небесных объектов и имеют решающее значение для понимания ранней Вселенной», — говорится в заявлении астронома Брэма Венеманса из Института астрономии Макса Планка в Германии.
Световые струи
Теперь ученые подозревают, что крошечные точечные мерцания на самом деле являются сигналами ядер галактик, которые затмевают родительские галактики.
Квазары живут только в галактиках со сверхмассивными черными дырами — черными дырами, масса которых в миллиарды раз превышает массу Солнца. Хотя свет не может выйти из самой черной дыры, некоторые сигналы могут вырываться вокруг ее краев. В то время как часть пыли и газа падает в черную дыру, другие частицы разгоняются от нее со скоростью, близкой к скорости света. Частицы вылетают из черной дыры струями над и под ней, переносимые одним из самых мощных ускорителей частиц во Вселенной.
«Считается, что квазары формируются в регионах Вселенной, где крупномасштабная плотность материи намного выше средней», — говорится в заявлении астронома Фабиана Уолтера из Института астрономии Макса Планка.
Большинство квазаров были обнаружены на расстоянии миллиардов световых лет от Земли. Поскольку для путешествия требуется световое время, изучение объектов в космосе работает во многом подобно машине времени; мы видим объект таким, каким он был, когда свет покинул его миллиарды лет назад.
Таким образом, чем дальше учёные смотрят, тем дальше в прошлое они могут заглянуть. Большинство из более чем 2000 известных квазаров существовали в начале жизни галактики. В таких галактиках, как Млечный Путь, возможно, когда-то был квазар, который долгое время молчал.
В декабре 2017 года был обнаружен самый далекий квазар, находящийся на расстоянии более 13 миллиардов световых лет от Земли. Ученые наблюдали квазар, известный как J1342+0928, поскольку он появился всего через 690 миллионов лет после Большого взрыва. Эти молодые квазары могут раскрыть информацию о том, как галактики развивались с течением времени.
Квазары излучают энергию в миллионы, миллиарды и даже триллионы электрон-вольт. Эта энергия превышает общий свет всех звезд в галактике. Самые яркие объекты во Вселенной, они сияют от 10 до 100 000 раз ярче, чем Млечный Путь.
«Квазары способны излучать в сотни или даже тысячи раз больше всей энергии, выделяемой нашей галактикой, что делает их одними из самых ярких и энергичных объектов во всей Вселенной», — сообщает НАСА.
Например, если бы древний квазар 3C 273, один из самых ярких объектов на небе, находился в 30 световых годах от Земли, он выглядел бы таким же ярким, как солнце на небе. (Тем не менее, квазар 3C 273, первый идентифицированный квазар, по данным НАСА, находится в 2,5 миллиардах световых лет от Земли. Это один из ближайших квазаров.)
Изучение квазаров долгое время было сложной задачей из-за их связи с трудноизмеримой массой их сверхмассивных черных дыр. Новый метод начал взвешивать самую большую из черных дыр оптом.
«Это большой шаг вперед для науки о квазарах», — говорит Аарон Барт, профессор астрономии Калифорнийского университета в Ирвине. «Они впервые показали, что эти сложные измерения можно проводить в режиме массового производства».
Генеалогическое древо
Квазары относятся к классу объектов, известных как активные ядра галактик (АЯГ). Другие классы включают сейфертовские галактики и блазары. Все три нуждаются в сверхмассивных черных дырах, чтобы привести их в действие.
Сейфертовские галактики представляют собой АЯГ с самой низкой энергией, излучающие всего около 100 килоэлектронвольт (КэВ). Блазары, как и их собратья-квазары, выделяют значительно больше энергии.
Многие ученые считают, что три типа АЯГ — это одни и те же объекты, но с разных точек зрения. В то время как джеты квазаров кажутся направленными в основном под углом в направлении Земли, блазары могут направлять свои джеты прямо на планету. Хотя в сейфертовских галактиках джеты не видны, ученые считают, что это может быть связано с тем, что мы смотрим на них сбоку, поэтому все излучение направлено от нас и поэтому остается незамеченным.
Следите за новостями Нолы Тейлор Редд на @NolaTRedd, в Facebook или Google+. Следуйте за нами на @Spacedotcom, Facebook или Google+.
Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: community@space.