Взрыв в вакууме как выглядит: Может ли взрыв произойти в космосе? — Naked Science

Что такое термобарическая или вакуумная бомба, примененная Россией в Украине?

10 марта 2022

Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Российские термобарические ракетные установки ТОС-1А на оборонной выставке в Москве в 2021 году

Россия применила термобарическое оружие, также известное как вакуумная бомба, в Украине, сообщает Министерство обороны Великобритании.

Термобарическое оружие гораздо более разрушительно, чем обычные взрывчатые вещества аналогичного размера, и оказывает воздействие на любого, кто попадает в радиус их действия.

• Запад боится, что Россия применит неконвенциальные виды вооружений

Применила ли Россия термобарическое оружие в Украине?

Минобороны Великобритании сообщило в «Твиттере», что Россия подтвердила использование системы вооружения ТОС-1А в Украине.

В нем говорится: «ТОС-1А использует термобарические ракеты, создающие зажигательный и фугасный эффекты». Российские военные называют эти подразделения «тяжелыми огнеметами», которые могут стрелять ракетами на расстояние до 9 км.

Посол Украины в США Оксана Маркарова также обвинила Россию в использовании этих боеприпасов во время вторжения.

Как работает термобарическая бомба?

Термобарическая бомба (также называемая вакуумной или аэрозольной бомбой — или топливно-воздушной взрывчаткой) состоит из топливного контейнера с двумя отдельными зарядами взрывчатого вещества.

Его можно запустить как ракету или сбросить с самолета, как бомбу. При попадании в цель первый заряд взрывчатого вещества вскрывает контейнер и распыляет горючую смесь в виде облака.

Это облако может проникнуть в любые проемы зданий или оборонительные сооружения, которые не закрыты герметично.

Затем второй заряд поджигает облако, в результате чего образуется огромный огненный шар, мощная взрывная волна и вакуум, который поглощает весь окружающий кислород. Оружие может разрушать укрепленные постройки, оборудование и убивать или ранить людей.

Термобарические боеприпасы используются для различных целей и бывают разных размеров, включая индивидуальное оружие — гранаты и ручные ракетные установки.

Также были разработаны большие запускаемые с воздуха боеприпасы, специально предназначенные для уничтожения живой силы противника в пещерах и туннельных комплексах — это оружие наиболее эффективно действует в закрытых помещениях.

В 2003 году США испытали 9800-килограммовую бомбу, получившую прозвище «Мать всех бомб».

Четыре года спустя Россия разработала подобное устройство, «Отец всех бомб». Взрыв этого боеприпаса эквивалентен подрыву 44-тонной обычной бомбы, он считается самым большим неядерным взрывным устройством в мире.

• «Мать всех бомб»: мощная, но не самая мощная

Учитывая разрушительное воздействие и эффективность против солдат, окопавшихся в зданиях или бункерах, термобарические бомбы в основном применялись в городских условиях.

Это важно, учитывая события в Украине, где российские войска пытаются взять под контроль столицу Киев и другие крупные города на востоке страны.

Каковы правила войны для термобарических бомб?

Международных законов, прямо запрещающих их использование, не существует, но если страна использует их для поражения гражданского населения в населенных пунктах, школах или больницах, она может быть осуждена за военное преступление в соответствии с Гаагскими конвенциями 1899 и 1907 годов.

Прокурор Международного уголовного суда Карим Хан заявил, что его суд расследует возможные военные преступления в Украине.

Где они использовались раньше?

Термобарические боеприпасы появились во время Второй мировой войны, когда их использовала немецкая армия. Они не получили широкого распространения до 1960-х годов, когда США применили их во Вьетнаме.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Войска США применили термобарические бомбы в Афганистане

США также использовали эти боеприпасы в Афганистане, сначала в 2001 году для уничтожения сил «Аль-Каиды», скрывавшихся в пещерах гор Тора-Бора, а в 2017 году — против сил «Исламского государства» (обе организации признаны террористическими и запрещены в России и многих других странах).

Россия использовала их во время войны в Чечне в 1999 году.

По некоторым данным, режим Башара Асада применял термобарическое оружие российского производства в гражданской войне в Сирии.

Для просмотра этого контента вам надо включить JavaScript или использовать другой браузер

Подпись к видео,

США сбросили на Афганистан «мать всех бомб»

• LIVE: Последние новости в режиме реального времени
• КОНФЛИКТ: Война России с Украиной: что дальше и что будет делать НАТО?
• ЭСКАЛАЦИЯ: Путин перевел силы ядерного сдерживания в особый режим. Что это значит?
• ОЧЕВИДЦЫ: «Kак в XXI веке может быть вообще война?» Жительницы Харькова о бомбежках
• ИЗОЛЯЦИЯ: ЕС отрезал Россию от самолетов. К чему это приведет?
• ПЕРСПЕКТИВЫ: Балтийские страны готовятся к военному конфликту с Россией. Насколько он реален?

Автор фото, Alamy

«Вакуумная» бомба

Через шесть с половиной лет «TechInsider» снова обращается к объемно-детонирующим, термобарическим и прочим «вакуумным» бомбам. За это время нам удалось пообщаться с разработчиками этого удивительного оружия, и полученными знаниями мы хотим поделиться с читателями.

Александр Грек

Мукомольные цеха, предприятия по переработке сахара, столярные мастерские, угольные шахты и самая мощная российская неядерная бомба — что их объединяет? Объемный взрыв. Именно благодаря ему все они могут взлететь на воздух. Впрочем, незачем ходить так далеко — взрыв бытового газа в квартире тоже из этого ряда. Объемный взрыв, пожалуй, один из первых, с которыми познакомилось человечество, и один из последних, которые человечество приручило.

Принцип объемного взрыва совсем не сложен: необходимо создать смесь горючего с атмосферным воздухом и подать в это облако искру. Причем расход горючего будет в несколько раз меньше, чем бризантной взрывчатки для взрыва такой же мощности: объемный взрыв «забирает» кислород из воздуха, а взрывчатка «содержит» его в своих молекулах.

Бытовые бомбы

Как и многие другие виды оружия, объемно-детонирующие боеприпасы своим рождением обязаны сумрачному германскому инженерному гению. В поисках наиболее эффективных способов убийства немецкие оружейники обратили внимание на взрывы угольной пыли в шахтах и попытались смоделировать условия взрыва на открытом воздухе. Угольную пыль распыляли зарядом пороха и потом подрывали. Но очень прочные стены шахт благоприятствовали развитию детонации, а на открытом воздухе она затухала.

После войны разработки достались союзникам, но поначалу не вызвали интереса. Первыми к ним заново обратились американцы, столкнувшись в 1960-х во Вьетнаме с разветвленной сетью тоннелей, в которых скрывались вьетконговцы. А ведь тоннели — это почти те же шахты! Правда, возиться с угольной пылью американцы не стали, а начали использовать самый обычный ацетилен. Этот газ замечателен широкими пределами концентрации, при которых возможна детонация. Ацетилен из обычных промышленных баллонов закачивали в тоннели и потом бросали гранату. Эффект, говорят, был потрясающим.

Мы пойдем другим путем

Американцы снаряжали бомбы объемного взрыва окисью этилена, окисью пропилена, метаном, пропилнитратом и МАРР (смесью метилацетилена, пропадиена и пропана). Уже тогда было установлено, что при срабатывании бомбы, содержащей 10 галлонов (32−33 л) окиси этилена, образовывалось облако топливовоздушной смеси радиусом 7,5−8,5 м и высотой до 3 м. Через 125 мс облако подрывалось несколькими детонаторами. Образующаяся ударная волна имела по фронту избыточное давление 2,1 МПа. Для сравнения: чтобы создать такое давление на расстоянии 8 м от тротилового заряда, требуется около 200−250 кг тротила. На расстоянии 3−4 радиусов (22,5−34 м) давление в ударной волне быстро снижается и составляет уже около 100 кПа. Для разрушения ударной волной самолета требуется давление 70−90 кПа. Следовательно, такая бомба при взрыве способна в радиусе 30−40 м от места взрыва полностью вывести из строя самолет или вертолет на стоянке. Это было написано в специальной литературе, которую читали и в СССР, где тоже начали эксперименты в данной области.

Советские специалисты вначале пытались изобразить немецкий вариант с угольной пылью, но постепенно перешли на металлические порошки: алюминий, магний и их сплавы. В экспериментах с алюминием было обнаружено, что особого фугасного действия он не дает, зато дает замечательное зажигательное.

Отработали и различные окиси (окись этилена и пропилена), но они были токсичны и довольно опасны при хранении ввиду своей летучести: достаточно было небольшого подтравливания окиси, чтобы любая искра подняла арсенал на воздух. В итоге остановились на компромиссном варианте: смеси разных видов горючего (аналогов легких бензинов) и порошка алюминий-магниевого сплава в пропорции 10:1. Однако эксперименты показали, что при шикарных внешних эффектах поражающее действие объемно-детонирующих зарядов оставляло желать лучшего. Первой потерпела фиаско идея атмосферного взрыва для поражения самолетов — эффект оказался ничтожным, разве что «сбоили» турбины, которые тут же перезапускались заново, так как они даже не успевали остановиться. Против бронетехники это вообще не работало, там даже двигатель не глох. Эксперименты показали, что ОДАБ — это специализированные боеприпасы для поражения малостойких к ударной волне целей, прежде всего неукрепленных зданий, и живой силы. И все.

Однако маховик чудо-оружия был раскручен, и ОДАБам приписывались прямо-таки легендарные подвиги. Особо известен случай спуска такими бомбами снежных лавин в Афганистане. Посыпался дождь наград, в том числе самых высоких. В отчетах об операции была упомянута масса лавины (20 000 т) и написано, что взрыв объемно-детонирующего заряда эквивалентен ядерному заряду. Ни много ни мало. Хотя любой горноспасатель спускает точно такие же лавины простыми тротиловыми шашками.

Совсем уж экзотическое применение технологии собирались найти в сравнительно недавнее время, разработав в рамках программ по конверсии объемно-детонирующую систему на основе бензина для сноса хрущевок. Получалось быстро и дешево. Было только одно «но»: сносимые хрущевки располагались не в открытом поле, а в заселенных городах. А плиты при таком взрыве разлетались метров на сто.

«Вакуумные» мифы

Мифотворчество вокруг ОДАБ благодаря некоторым малообразованным журналистам из штабов плавно перекочевало на страницы газет и журналов, а сама бомба получила название «вакуумная». Дескать, при взрыве в облаке выжигается весь кислород и образуется глубокий вакуум, чуть ли не как в космосе, и этот самый вакуум начинает распространяться наружу. То есть вместо фронта повышенного давления, как при обычном взрыве, идет фронт пониженного давления. Был даже придуман термин «обратная взрывная волна». Да что там пресса! В начале 1980-х на военной кафедре моего физфака чуть ли не под подписку о неразглашении какой-то полковник из Генштаба рассказывал о новых видах оружия, применяемых США в Ливане. Не обошлось без «вакуумной» бомбы, которая якобы при попадании в здание превращает его в пыль (газ проникает в мельчайшие щели), а низкое разрежение аккуратно укладывает эту пыль в эпицентр. О! Не эта ли ясная голова собиралась сносить хрущевки таким же способом?!

Если бы эти люди хоть немного учили химию в школе, то догадались бы, что кислород никуда не исчезает — он просто переходит в процессе реакции, например, в углекислый газ с тем же объемом. И если бы он каким-то фантастическим образом просто исчез (а его в атмосфере всего около 20%), то недостаток объема был бы компенсирован другими расширившимися при нагревании газами. И если бы даже из зоны взрыва исчез весь газ и образовался вакуум, то перепад давления в одну атмосферу вряд ли мог бы разрушить даже картонный танк — у любого военного такое предположение просто вызовет смех.

А из школьного курса физики можно было бы узнать, что за любой ударной волной (зоной сжатия) в обязательном порядке следует зона разрежения — по закону сохранения масс. Просто взрыв бризантного взрывчатого вещества (ВВ) можно считать точечным, а объемно-детонирующий заряд в силу большого объема формирует более длительную ударную волну. Именно поэтому воронок он не роет, но деревья валит. А вот бризантного (дробящего) действия вообще практически нет.

Современные боеприпасы объемного взрыва чаще всего представляют собой цилиндр, длина которого в 2−3 раза больше диаметра, наполненный горючим и снабженный зарядом обычного ВВ. Этот заряд, масса которого составляет 1−2% от веса горючего, расположен на оси боезаряда, и подрыв его разрушает корпус и распыляет горючее, образуя топливовоздушную смесь. Смесь должна подрываться после достижения размеров облака, обеспечивающего оптимальное сгорание, а не сразу при начале распыления, потому что вначале кислорода в облаке недостаточно. Когда же облако расширится до нужной степени, его подрывают выбрасываемыми из хвостовой части бомбы четырьмя вторичными зарядами. Задержка их срабатывания составляет 150 мс и выше. Чем больше задержка, тем выше вероятность того, что облако сдует; чем меньше — тем выше риск неполного взрыва смеси из-за недостатка кислорода. Помимо взрывного, могут применяться и другие методы инициирования облака, например химический: в облаке распыляют трифторид брома или хлора, самовоспламеняющиеся при контакте с топливом.

Из кинограмм видно, что взрыв расположенного на оси первичного заряда формирует тороидальное облако из горючего, а значит, максимальный эффект ОДАБ обеспечивает при вертикальном падении на цели — тогда ударная волна «стелется» по земле. Чем больше отклонения от вертикали, тем бóльшая энергия волны уходит на бесполезное «сотрясение» воздуха над целями.

Гигантская фотовспышка

Но вернемся в послевоенные годы, к экспериментам с порошками алюминия и магния. Было обнаружено, что если разрывной заряд не полностью утопить в смеси, а оставить открытым с торцов, то облако практически гарантированно поджигается с самого начала его диспергирования. С точки зрения взрыва это брак, вместо детонации в облаке мы получаем всего лишь пшик — правда, выкокотемпературный. Ударная волна при таком взрывном горении тоже образуется, но значительно более слабая, чем при детонации. Этот процесс получил название «термобарического».

Подобный эффект военные использовали задолго до появления самого термина. Во время Второй мировой войны авиаразведкой с успехом применялись так называемые ФОТАБы — фотографические авиабомбы, начиненные измельченным сплавом алюминия и магния. Фотосмесь детонатором разбрасывается, воспламеняется и сгорает с использованием кислорода воздуха. Да не просто сгорает — стокилограммовый ФОТАБ-100 создает вспышку с силой света более 2,2 млрд кандел длительностью около 0,15 с! Свет настолько яркий, что на четверть часа ослепляет не только вражеских зенитчиков — наш консультант по сверхмощным зарядам посмотрел на сработавший ФОТАБ днем, после чего еще часа три видел зайчиков в глазах. Кстати, упрощается и технология фотографирования — бомбу сбрасывают, затвор фотоаппарата открывают, и через некоторое время весь мир озаряет суперфотовспышка. Качество снимков, говорят, было не хуже, чем в ясную солнечную погоду.

Но вернемся к почти бесполезному термобарическому эффекту. Он так бы и числился вредоносным, если бы не встал вопрос защиты от диверсантов. Была подана идея окружить защищаемые объекты минами на основе термобарических смесей, которые выжгут все живое, но объект не повредят. В начале 1980-х действие термобарических зарядов увидело все военное руководство страны, и практически все роды войск загорелись желанием иметь такое оружие. Для пехоты началась разработка реактивных огнеметов «Шмель» и «Рысь», Главное ракетно-артиллерийское управление сделало заказ на проектирование термобарических боевых частей к реактивным системам залпового огня, ну а войска радиационной, химической и биологической защиты (РХБЗ) решили обзавестись собственной тяжелой огнеметной системой (ТОС) «Буратино».

Мать и отец всех бомб

До недавнего времени самой мощной неядерной бомбой считалась американская Massive Ordnance Air Blast, или более официально — GBU-43/B. Но у MOAB есть другая, неофициальная, расшифровка — Mother Of All Bombs («Мать всех бомб»). Бомба производит огромное впечатление: ее длина 10 м, диаметр 1 м. Столь громоздкий боеприпас предполагается даже сбрасывать не с бомбардировщика, а с транспортного самолета, например с C-130 или C-17. Из 9,5 т массы этой бомбы 8,5 т составляет мощная взрывчатка типа H6 австралийского производства, в состав которой входит алюминиевый порошок (по мощности в 1,3 раза превышающий тротил). Радиус гарантированного поражения — около 150 м, хотя частичные разрушения наблюдаются на расстоянии более 1,5 км от эпицентра. GBU-43/B нельзя назвать высокоточным оружием, но наводится она, как и положено современному оружию, с помощью GPS. Кстати, это первая американская бомба, использующая решетчатые рули, широко применяемые в российских боеприпасах. MOAB задумывалась как преемник знаменитой BLU-82 Daisy Сutter и впервые была испытана в марте 2003 года на полигоне во Флориде. Военное применение подобных боеприпасов, по мнению самих же американцев, довольно ограниченно — ими можно лишь расчищать большие территории от лесных насаждений. Как противопехотное или противотанковое оружие они не слишком эффективны по сравнению, скажем, с кассетными бомбами.

Но пару лет назад устами тогдашнего министра обороны Игоря Иванова был озвучен наш ответ: десятитонный «папа всех бомб», созданный с использованием нанотехнологий. Сами технологии были названы военной тайной, но весь мир упражнялся в остроумии насчет этой вакуумной нанобомбы. Мол, при взрыве распыляются тысячи и тысячи нанопылесосов, которые в зоне поражения и высасывают весь воздух до вакуума. Но где реальная нанотехнология в этой бомбе? Как мы писали выше, в состав смеси современных ОДАБ входит алюминий. А технологии производства алюминиевого порошка для военных применений дают возможность получения порошка с размером частиц до 100 нм. Есть нанометры — значит, есть и нанотехнологии.

Объемное моделирование

В последнее время, с массовым внедрением высокоточных авиабомб, вновь проснулся интерес к объемно-детонирующим зарядам, но на качественно новом уровне. Современные управляемые и корректируемые авиабомбы способны выходить на цель с нужного направления и по заданной траектории. И если горючее распылять интеллектуальной системой, способной менять плотность и конфигурацию топливного облака в заданном направлении, и подрывать его в определенных точках, то мы получим фугасный заряд направленного действия невиданной мощи. Дедушку всех бомб.

Что взорвалось при Большом взрыве / / Независимая газета

Классический сегодня ответ на вопрос «откуда взялась Вселенная?» – в результате Большого взрыва 14 миллиард лет назад.
Иллюстрация NASA

Прошедший ХХ век принес человечеству существенные открытия в области космологии и астрофизики – прежде всего в изучении черных дыр, времени, квантовой теории и Большого взрыва. За 100 лет представление о месте человека во Вселенной изменилось кардинально. Нелегко было XVII веку смириться с подчиненным положением Земли по отношению к Солнцу, а следующим векам принять периферийность Солнечной системы и даже галактики Млечный Путь, а человеку осознать себя пылинкой во Вселенной. Но откуда взялась Вселенная? Кажется, что идея, будто все это получилось из ничего, противоречит логике и здравому смыслу.

Большой взрыв покажут по телевизору

Если мы оставим в стороне гипотезу Бога, то какие варианты ответа на загадку существования мира нам остаются? Возможно, когда-нибудь наука объяснит не только то, как мир устроен, но и почему он устроен именно так. По крайней мере именно на это надеется, например, английский биолог-эволюционист Ричард Докинз. Он ищет ответ в теоретической физике, полагаясь на ускоренное, инфляционное расширение в первые доли секунды после Большого взрыва и на принцип космического отбора вселенных, похожего на принцип естественного отбора Дарвина.

Пока считалось, что Вселенная вечна, ее существование не слишком заботило ученых. Альберт Эйнштейн в своих гипотезах просто принял, что Вселенная вечна, и даже подправил уравнения теории относительности соответствующим образом. Однако с принятием концепции Большого взрыва все изменилось. Эксперименты показывают, что мы живем в расширяющихся и охлаждающихся остатках космического «комка», который взорвался около 14 млрд лет назад. Что могло вызвать этот первоначальный взрыв? И что ему предшествовало – и предшествовало ли что-нибудь вообще? Эти вопросы определенно входят в компетенцию науки. Но любая попытка науки на них ответить натыкается на кажущееся непреодолимым препятствие, известное как «сингулярность».

Предположение, что Вселенная расширяется (вопреки прежней статичной модели),  подтверждено в 1929 году астрономом Эдвином Хабблом на основании наблюдений за спектром звезд. Окончательным подтверждением инфляции Вселенной стало обнаруженное в 1965 году реликтовое излучение, которое осталось со времен Большого взрыва. Любопытно, что поначалу ученые подумали, что причина постоянного шипения в микроволновом диапазоне – деятельность голубей. Если включить телевизор и настроиться между станциями на пустой канал, то примерно 10% черно-белых крапинок на экране вызывается фотонами, которые остались с момента рождения Вселенной. Наглядней доказательство реальности Большого взрыва невозможно придумать – вы можете увидеть остывающие остатки Большого взрыва в собственном телевизоре.

Если проследить историю расширяющейся Вселенной вспять, Вселенная будет уменьшаться, пока в момент Большого взрыва не обратится в сингулярность. Здесь теория Эйнштейна прерывается и не может предсказать начало Вселенной и начало времени. В этой точке действуют исключительно законы квантовой механики: размытые по пространству волны-частицы движутся всеми возможными путями, и Вселенная может иметь бесконечное множество предысторий. Концептуальный тупик в точке Большого взрыва беспокоил космологов, и они стали искать сценарии, позволяющие избежать первоначальной сингулярности.

Новая инфляционная космология

В 1970 году английские физики-теоретики Стивен Хокинг и Роджер Пенроуз показали, что эти попытки не могут увенчаться успехом. Хокинг и Пенроуз начали со вполне логичного предположения о том, что гравитация всегда притягивает, и приняли плотность материи во Вселенной примерно равной измеренной экспериментально. На основе этих двух допущений они доказали, что в начале Вселенной все-таки должна быть сингулярность.

Означает ли это, что тайна происхождения Вселенной останется навсегда неразгаданной? Не совсем так, скорее расчеты Хокинга и Пенроуза показывают, что Большой взрыв не может быть полностью понят классической космологией вроде теории относительности Эйнштейна, потребуются и другие теории.

По словам Хокинга, одно из следствий теории квантовой механики заключается в том, что события, произошедшие в прошлом, не происходили каким-то определенным образом. Вместо этого они могли происходить всеми возможными способами. Это связано с вероятностным характером вещества и энергии согласно квантовой механике: до тех пор, пока не найдется сторонний наблюдатель, материя будет находиться в неопределенности. Стивен Хокинг пишет: «Независимо от того, какие воспоминания вы храните о прошлом в настоящее время, прошлое, как и будущее, неопределенно и существует в виде спектра возможностей».

В начале ХХ века считалось, что наша Вселенная состоит только из галактики Млечный Путь, которая плывет сама по себе в бесконечном пространстве. С тех пор ученые установили, что Млечный Путь – всего лишь одна из сотен миллиардов галактик, и это только в видимой нам части Вселенной. В настоящее время считается, что сам Большой взрыв лучше всего объясняет теория, названная «новая инфляционная космология».

Согласно этой теории, взрывы, создающие вселенные, подобно Большому взрыву, случаются довольно часто. Инфляционная космология полагает, что наша Вселенная (которая возникла 14 млрд лет назад) появилась из пространства-времени уже существовавшей Вселенной и не является единственной физической реальностью, а представляет собой лишь невообразимо крохотную часть Мультивселенной (Мультиверса).

Хотя каждый из миров внутри Мультиверсума имеет начало во времени, вся самовоспроизводящаяся структура в целом может быть вечной – таким образом, мы вновь будто возвращаемся к концепции статичной Вселенной, которая казалась навсегда отброшенной с открытием Большого взрыва.

Тем не менее остается вопрос: почему же существует вся эта материя и энергия? Почему пространство-время нашей Вселенной обладает определенной геометрической формой и имеет конечный возраст? Почему оно насыщено разнообразными физическими полями, частицами и силами? И почему эти поля, частицы и силы подчиняются определенному набору законов, причем довольно запутанному? Разве не проще было бы, если бы не было вообще ничего?

Для бесконечного во времени мира (неважно, соответствует ли он инфляционной или другой теории) не существует необъяснимого «момента творения», в нем нет места «первопричине», нет произвольных начальных условий. Поэтому кажется, что вечный мир удовлетворяет принципу достаточной причины: его состояние в любой момент можно объяснить его состоянием в предыдущий момент.

Так, если в момент Большого взрыва не было никакого перехода от Ничто к Нечто, то нет надобности искать причину, божественную или какую-то иную, которая вызвала к жизни Вселенную? И также нет необходимости ломать голову над поставленным нами вопросом: откуда взялись материя и энергия во Вселенной? Внезапного и фантастического нарушения закона сохранения энергии-массы во время Большого взрыва не было. А Вселенная всегда обладала одинаковой энергией-массой, от нулевого момента и до настоящего времени.

Сумма альтернативных  историй

В классической физике, располагая полными данными о настоящем, мы можем легко восстановить картину прошлого. Это соответствует интуитивному убеждению в существовании лишь единственно определенного прошлого. Но квантовая физика утверждает, что при самом детальном наблюдении настоящего ненаблюдаемое прошлое неопределенно и представляет собой сумму предысторий.

В середине 1940-х годов это коренное отличие квантовой механики от ньютоновской сформулировал физик Ричард Фейнман: в ньютоновской механике движущиеся предметы проходят через фильтр с двумя отверстиями строго определенным путем. Но если на фильтр направить пучок частиц (или даже одну частицу), они/она пройдут через эти отверстия всеми мыслимыми путями: и прямым, и через Альфу Центавра, и через соседний гастроном… Вместо классического детерминизма современная физика здесь имеет дело со случайностью и вероятностью.

Но эта фундаментальная случайность, так беспокоившая Эйнштейна, все же поддается математическому описанию. Фейнман ввел понятие «сумма предысторий» – все возможные пути частиц, по итогам которых мы наблюдаем результаты эксперимента. Мы не можем точно предсказывать не только будущее, но и прошлое – как именно частица попала в конечную точку, но можем рассматривать совокупность всех возможных путей. В итоге основным методом квантовой физики стала «сумма альтернативных историй», то есть учет всех путей с расчетом вероятности каждого.

Поскольку ненаблюдаемое прошлое неопределенно, а наблюдение меняет поведение системы, то выводимое из наблюдений прошлое еще и изменено по сравнению с ненаблюдаемым: наблюдая за системой, мы меняем не только ее настоящее, но и прошлое.

Как возможно сочетание классической физики, имеющей дело с макрообъектами в пространстве-времени, с неопределенностью и непредсказуемостью квантовой механики? Вероятно, происходит примерно то же, что и в специальной теории относительности: теория начинает действовать в «экстремальных обстоятельствах». Такими экстремальными обстоятельствами для движущегося объекта становится приближение к скорости света: скорость начинает влиять на массу, а время замедляется и в конечном счете останавливается.

Квантовая космология

В каком экстремуме квантовые законы и, как следствие, исчезновение измерения времени могут проявиться на уровне Вселенной? Очевидно, когда Вселенная сравнима размерами с атомным ядром. Именно это подразумевает теория Большого взрыва: все начинается с сингулярности – точки, в которой температура, плотность и искривление Вселенной были бесконечны. Из этой точки Вселенная начинает расширяться, и расширение в соответствии с инфляционной моделью продолжается до сих пор. Общая теория относительности Эйнштейна утверждает, что форма пространства-времени определяется распределением энергии и материи. И когда энергия и материя бесконечно сжаты, то и само пространство-время тоже сжато – и оно просто исчезает.

Как именно, можно понять, если учесть, что через неизмеримо малые доли секунды после рождения вся наблюдаемая Вселенная была не больше атома. В таких масштабах классическая физика неприменима: в микромире правят законы квантовой теории. Поэтому космологи стали задаваться вопросом: а что, если квантовую теорию, которая использовалась только для описания субатомных явлений, применить ко всей Вселенной в целом? Так родилась квантовая космология, названная физиком Джоном Гриббином «наиболее значительным шагом вперед в науке со времен Исаака Ньютона».

Квантовая космология предлагает способ обойти проблему сингулярности. Классические космологи полагали, что сингулярность, притаившаяся за Большим взрывом, это что-то вроде точки с нулевым объемом. Однако квантовая теория запрещает столь точно определенное состояние, утверждая, что на самом фундаментальном уровне природа обладает неизбежной размытостью, поэтому невозможно указать точный момент возникновения Вселенной, ее начальное время.

То, что квантовая теория разрешает, еще более интересно, чем то, что она запрещает. А разрешает она спонтанное возникновение частиц из вакуума. Такой способ создания Нечто из Ничто дал квантовым космологам плодотворную идею: что, если сама Вселенная, по законам квантовой механики, возникла из случайной флуктуации? Тогда причина того, что существует Нечто, а не Ничто, состоит в неустойчивости вакуума.

Утверждение физиков о том, что вакуум неустойчив, подчас подвергается нападкам философов. Но физический вакуум и полная пустота – названия разных объектов. Однако о пустоте можно думать не только как об объекте, но и как об описании определенного состояния. Для физика «пустота» описывает такое состояние, когда нет частиц и все поля математически равны нулю. Возможно ли такое состояние в действительности? То есть согласуется ли оно логически с наблюдаемыми физическими реалиями? Возможно ли создать в наполненной Вселенной полную пустоту?

Мир неустойчивой пустоты

Один из наиболее глубоких принципов, лежащих в самой основе нашего квантового понимания природы, это принцип неопределенности Гейзенберга. Он утверждает, что определенные пары свойств связаны друг с другом таким образом, что не могут быть точно измерены вместе. Одна такая пара переменных – координаты и импульс частицы: чем точнее вы установили положение частицы, тем менее точно вам известно значение ее импульса, и наоборот. Другая пара сопряженных переменных – время и энергия: чем точнее вам известен промежуток времени, в течение которого произошло какое-то событие, тем менее точно вы знаете об энергии, связанной с этим событием, и наоборот.

Квантовая неопределенность запрещает точное определение значений поля и скорости изменения этого значения. Пустота, или вакуум, – это состояние, в котором все значения полей постоянно равны нулю, однако принцип неопределенности Гейзенберга говорит, что если мы точно знаем значение поля, то скорость его изменения совершенно случайна, то есть не может быть равна нулю. Таким образом, математическое описание неизменной пустоты несовместимо с квантовой механикой. Точнее, пустота неустойчива, или же чистой пустоты попросту не существует.

Идея, что Вселенная, содержащая сотни миллиардов галактик, могла появиться из пустоты, выглядит невероятной. Как показал Эйнштейн, любая масса представляет собой застывшую энергию. Однако огромному количеству положительной энергии, запертой в звездах и галактиках, должна противостоять отрицательная энергия гравитационного притяжения между ними. В «закрытой» Вселенной (той, которая со временем снова сожмется) положительная и отрицательная энергии должны точно уравновешивать друг друга. Другими словами, общая энергия такой Вселенной равна нулю.

Возможность создания Вселенной из нулевой энергии поражает воображение. С точки зрения квантовой механики Вселенная с нулевой энергией представляет собой интересный случай.

Допустим, что полная энергия Вселенной точно равна нулю. Тогда благодаря взаимосвязи в неопределенности между энергией и временем (как утверждает принцип Гейзенберга) неопределенность во времени становится бесконечной. Другими словами, как только такая Вселенная возникнет из пустоты, то сможет существовать вечно. Что же касается причины, по которой Вселенная возникла, то это просто квантовая вероятность.

Стивен Хокинг в книге «Великий замысел» пишет: «Если полная энергия Вселенной должна всегда оставаться нулевой и необходимо затратить энергию, чтобы создать тело, как может вся Вселенная быть создана из ничего? Вот почему должен существовать такой закон, как гравитация. Так как гравитация притягивает, то энергия гравитации является отрицательной. Необходимо произвести работу, чтобы разделить гравитационно связанную систему, такую как Земля и Луна. Эта отрицательная энергия может быть сбалансирована положительной энергией, необходимой чтобы создать материю, но все не так просто. Отрицательная гравитационная энергия Земли, к примеру, меньше, чем положительная энергия миллиардов частиц, из которых она состоит. Тело, такое как звезда, будет иметь больше отрицательной гравитационной энергии, и чем меньше она (частицы, из которых она состоит, находятся ближе друг к другу), тем больше будет ее отрицательная гравитационная энергия. Но прежде чем отрицательной гравитационной энергии может стать больше положительной энергии вещества, звезда сколлапсирует в черную дыру, и черная дыра будет иметь положительную энергию. Вот почему пустое пространство стабильно. Тела, такие как звезды или черные дыры, не могут так просто появляться из ничего. Но целая Вселенная может!»

С выводами Стивена Хокинга согласна и квантовая механика. Американский ученый русского происхождения Алекс Виленкин в книге «Мир многих миров» показал, что из начального состояния пустоты может спонтанно появиться крохотный кусочек наполненного энергией вакуума. Под действием отрицательного давления этот кусочек энергетического вакуума испытает безудержное расширение. Через пару микросекунд он достигнет космических размеров, испустив поток света и материи, создав Большой взрыв.

Таким образом, по мнению Виленкина, переход от Пустоты к Бытию происходит в два этапа. На первом крохотный кусочек вакуума появляется из вакуума. На втором он раздувается в наполненную материей предшественницу той Вселенной, которую мы сейчас видим вокруг.

На данный момент принципы квантовой механики, управляющие первым этапом, являются самыми надежными принципами в науке. Что касается теории инфляции, которая описывает второй этап, то с момента своего создания в начале 1980-х годов она успешно подтверждена не только теоретически, но и эмпирически – в частности  распределением реликтового излучения, оставшегося после Большого взрыва.

Что же происходит в момент Большого взрыва со временем? Общая теория относительности объединяется с квантовой теорией: искривление времени-пространства настолько велико, что все четыре измерения ведут себя одинаково. Иными словами, времени как особого параметра нет. А если времени нет, то нет и возможности говорить о начале Вселенной во времени, что устраняет проблему творения из Ничего.

Таким образом, сингулярность в начале Вселенной не событие во времени, а скорее временная граница или край. До нее времени не было. Поэтому не было и времени, когда преобладало Ничто. И не было никакого «возникновения» – по крайней мере во времени. Вселенная имеет конечный возраст, хоть и существовала всегда, если под «всегда» подразумевать все моменты времени. Вековой парадокс разрешается. 

Вот как это выглядит, когда взрыв создает золото в космосе

Си-Эн-Эн
—

cnn.com/_components/paragraph/instances/paragraph_43F8A950-E5C7-D79C-06C7-D46AE643F151@published» data-editable=»text» data-component-name=»paragraph»>
Первое наблюдение столкновения нейтронных звезд, обнаруженное в августе 2017 года, создало гравитационные волны, легкие и тяжелые элементы, такие как золото и платина. Но астрономы поняли, что они также были свидетелями килановой, типа взрыва, который создает золото и платину, годом ранее.

Наблюдение 2017 года предоставило доказательства теории о том, что такие мощные взрывы в космосе несут ответственность за создание большого количества тяжелых элементов. Все золото и платина, обнаруженные на Земле, вероятно, были созданы древними килановыми, возникшими в результате столкновений нейтронных звезд.

Поскольку астрономы смогли провести прямое наблюдение в 2017 году, они изменили то, как они ожидали, что киланова будет выглядеть. Поэтому они взяли свои наблюдения и оглянулись на другие события, которые изначально считались чем-то другим.

В частности, они рассмотрели гамма-всплеск августа 2016 года. Событие, названное GRB160821B, было отслежено через несколько минут после обнаружения обсерваторией Нила Герелса Свифт НАСА.

На этом рисунке показана массивная звезда, которая вот-вот взорвется. Взрыв был вызван после того, как его мертвая звезда-компаньон (черная дыра или нейтронная звезда) погрузилась в ядро ​​звезды. Ученые говорят, что черная дыра или нейтронная звезда врезалась в массивную звезду, а затем, продвигаясь внутрь в течение столетий, выбросила спираль материала из атмосферы звезды (на фото вокруг звезды). Когда он достиг ядра звезды, материал из ядра быстро упал на звездный труп, что привело к запуску пары джетов со скоростью, близкой к скорости света. На изображении этого художника показано, как джеты прокладывают туннель сквозь звезду и вскоре вызовут взрыв сверхновой. Через несколько лет сверхновая пробьет большую часть выброшенной спирали, которая примерно в 10 000 раз превышает размер звезды. Это создаст светящийся переходный радиоисточник, наблюдаемый Очень Большой Массивом.

Чак Картер/Caltech

галерея

Чудеса Вселенной

Событие 2017 года не отслеживалось в первые часы, что добавляло интриги событию 2016 года.

Новый анализ события 2016 года был опубликован во вторник в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

«Сначала мероприятие 2016 года было очень захватывающим. Он был поблизости и был виден во все крупные телескопы, включая космический телескоп НАСА «Хаббл». Но это не совпало с нашими прогнозами — мы ожидали, что инфракрасное излучение будет становиться все ярче и ярче в течение нескольких недель», — сказала Элеонора Троя, автор исследования и научный сотрудник факультета астрономии Университета Мэриленда.

Но сигнал исчез через десять дней после события.

Когда команда вернулась и сравнила, как выглядело событие 2017 года с событием 2016 года, «это был почти идеальный матч», — сказал Троя.

Художественное изображение черной дыры, готовой поглотить нейтронную звезду

Carl Knox/OzGrav ARC Centre of Excellence

Черная дыра поглощает нейтронную звезду, вызывая рябь в пространстве и времени

Команда наблюдала киланову в 2016 году, не осознавая этого. Исследователи теперь полагают, что это также было результатом столкновения нейтронной звезды, хотя они также могут быть результатом слияния черной дыры и нейтронной звезды.

Обнаружение события 2016 года не так подробно, как событие 2017 года, но их запись за первые несколько часов позволила получить новые сведения о первых стадиях килановы. Астрономы действительно смогли увидеть объект, образовавшийся после столкновения, которого нет в событии 2017 года.

1 м 2 ч сотрудничества/UC Santa Cruz/обсерватории Карнеги

Ученые, возможно, зафиксировали сильное столкновение нейтронной звезды и черной дыры

«Остаток может быть сильно намагниченной гипермассивной нейтронной звездой, известной как магнетар, которая пережила столкновение, а затем коллапсировала в черную дыру», — сказал Джеффри Райан, соавтор исследования и постдокторант премии Объединенного института космических наук. Университет Мэриленда, факультет астрономии.

«Это интересно, потому что теория предполагает, что магнетар должен замедлять или даже останавливать производство тяжелых металлов, которые являются основным источником инфракрасного светового следа килоновой. Наш анализ показывает, что тяжелые металлы каким-то образом могут избежать гасящего влияния остатка объекта».

Теперь исследователи хотят применить понимание, полученное в ходе этого исследования, к другим предыдущим событиям. Это также улучшит их наблюдения за будущими событиями.

«Очень яркий инфракрасный сигнал от этого события, возможно, делает его самой четкой килоновой, которую мы наблюдали в далекой Вселенной», — сказал Троя. «Меня очень интересует, как меняются свойства килоновой с разными прародителями и конечными остатками. По мере того, как мы будем наблюдать больше таких событий, мы можем узнать, что существует много разных типов килоновых в одном и том же семействе, как и в случае со многими разными типами сверхновых. Так интересно формировать наши знания в режиме реального времени».

Почему США однажды взорвали ядерную бомбу в космосе

Когда ядерная бомба Starfish Prime взорвалась, заряженные частицы от взрыва столкнулись с молекулами в атмосфере Земли, создав искусственное полярное сияние, которое можно было увидеть даже в Новой Зеландии.

Изображение от Science History Images, Alamy Стоковое Фото

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Была кромешная тьма, когда отец Грега Сприггса привел свою семью на самую высокую точку атолла Мидуэй 8 июля 19 года.62. Той ночью на другом атолле в тысяче миль от него американские военные должны были запустить ракету в космос для испытания термоядерной бомбы.

«Он пытался понять, в каком направлении смотреть, — вспоминает Сприггс. «Он думал, что будет это маленькое мерцание, поэтому хотел убедиться, что все его увидят».

Зрители также устраивали «вечеринки, посвященные бомбе» на Гавайях, так как обратный отсчет времени транслировался по коротковолновому радио. Фотографы направляли свои объективы к горизонту и обсуждали лучшие настройки камеры для съемки термоядерного взрыва в открытом космосе.

Оказалось, что взрыв — бомба мощностью 1,4 мегатонны, в 500 раз мощнее той, что упала на Хиросиму, — не был малозаметным.

«Когда взорвалось это ядерное оружие, все небо осветилось во всех направлениях. Было похоже на полдень», — говорит Сприггс. Морская звезда Прайм взорвалась на высоте 250 миль, примерно на высоте, на которой сегодня вращается Международная космическая станция. В течение 15 минут после первоначального взрыва заряженные частицы от взрыва сталкивались с молекулами в атмосфере Земли, создавая искусственное полярное сияние, которое можно было увидеть даже в Новой Зеландии.

« Казалось, что небеса извергли новое солнце, которое вспыхнуло ненадолго, но достаточно долго, чтобы поджечь небо », согласно одному сообщению в Hilo Tribune-Herald . Сопутствующий электромагнитный импульс отключил радиостанции, включил аварийную сирену и заставил уличные фонари на Гавайях отключиться.

В следующем году США, Великобритания и СССР подписали Договор об ограниченном запрещении ядерных испытаний, и космос был свободен от водородных бомб в течение почти 60 лет. Но результаты Starfish Prime служат предупреждением о том, что может произойти, если магнитное поле Земли снова подвергнется воздействию высоких доз радиации либо от другого ядерного оружия, либо от естественных источников, таких как солнце.

Память о том дне осталась у Сприггса, который сейчас работает ученым-оружейником в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии, где он занимается сохранением и анализом архивных видеозаписей ядерных испытаний. «Спустя годы я сказал отцу: «Знаешь, если бы я знал, что стану физиком-ядерщиком, я бы уделял этому больше внимания», — говорит он.

Холодная война накаляется

Годом ранее, в 1961 году, международные переговоры о запрещении ядерных испытаний приняли худший оборот. После трех лет отсутствия испытаний Советский Союз и США нарушили добровольный мораторий, при этом Советы провели 31 экспериментальный взрыв, в том числе «Царь-бомбу», самую большую ядерную бомбу из когда-либо взорванных. Он был запущен 19 октября.61, примерно в 13 000 футов над островом за Полярным кругом.

В то время космическая гонка находилась в зачаточном состоянии, и американские военные без колебаний отправляли в космос почти что угодно. Министерство обороны было в разгаре отдельного проекта по выводу на орбиту 500 миллионов медных игл, чтобы попытаться отразить радиоволны и помочь в дальней связи. Был даже план, который в конечном итоге провалился, — провести ядерный взрыв на Луне.

Ученые и военные интересовались, что произойдет, если ядерный взрыв будет произведен в космосе, особенно как он может взаимодействовать с магнитосферой Земли. Всего двумя годами ранее первый американский спутник Explorer 1 случайно обнаружил, что Земля окружена пончиками интенсивного излучения, удерживаемыми на месте ее магнитным полем. Впоследствии они были названы поясами Ван Аллена в честь Джеймса Ван Аллена, ученого из Университета Айовы, открывшего их.

Звуки поясов Ван Аллена

Зонды Ван Аллена НАСА записали эти хоровые волны в космосе над Землей. Эти волны создаются электронами, движущимися по спирали вдоль силовых линий магнитного поля вокруг Земли. Затем они взаимодействуют с другими электронами в регионе, чтобы разогнать их до более высоких скоростей или толкнуть в верхние слои атмосферы Земли.

«Как сказал Ван Аллен, обнаружив радиационные пояса, космос не пуст, космос радиоактивн», — говорит Дэвид Сибек, ученый из миссии Van Allen Space Probes НАСА. «Открытие Ван Аллена вызвало беспокойство, потому что в нем говорилось, что любой будущий космический корабль или астронавт, которых мы отправим, будут подвергаться воздействию этого излучения. И тогда это было шоком».

Перед испытанием ученые думали, что воздействие Морской звезды Прайм на радиационные пояса Земли будет минимальным. Во время пресс-конференции в мае 1962 года президент Джон Ф. Кеннеди сказал репортерам ироничным тоном: «Я знаю, что вокруг пояса Ван Аллена были волнения, но Ван Аллен говорит, что это не повлияет на пояс. »

Но Ван Аллен ошибся.

Ядерный запуск

После четырехдневных задержек в ожидании идеальной погоды Starfish Prime был запущен на носу ракеты Thor с атолла Джонстон, острова примерно в 750 морских милях к юго-западу от Гавайев. Военные также отправили 27 небольших ракет с научными приборами для измерения их воздействия. Самолеты и катера заняли позицию, чтобы записать тест всеми возможными способами. Были запущены сигнальные ракеты в надежде отвлечь местных птиц от грядущей ослепляющей вспышки.

Ученые уже знали, что ядерный взрыв в космосе ведет себя совершенно иначе, чем на земле, говорит Сприггс. Здесь нет грибовидного облака или двойной вспышки. Люди на земле не чувствуют ударной волны и не слышат никаких звуков. Это просто яркий шар плазмы, который, кажется, меняет цвет, когда заряженные частицы от взрыва выбрасываются в атмосферу магнитным полем Земли. Этот эффект создает красочные искусственные полярные сияния, и поэтому эти высотные ядерные бомбы иногда называли «радужными бомбами».

Было неожиданностью, насколько это было плохо, и как долго это продолжалось, и насколько вредно это было для спутников, которые пролетали через эту область и умирали.

ByDavid SibeckNASA

Поскольку магнитное поле Земли уловило ионизированное излучение от испытания Starfish Prime, оно создало новый искусственный радиационный пояс, который оказался сильнее и дольше, чем предсказывали ученые. Этот неожиданный «пояс морских звезд», просуществовавший не менее 10 лет, уничтожил Telstar 1, первый спутник, транслировавший прямой телевизионный сигнал, и Ariel-1, первый британский спутник.

«Было неожиданностью, насколько это было плохо, и как долго это длилось, и какой ущерб это наносило спутникам, которые пролетали через эту область и умирали», — говорит Сибек.

Fallout

Тем не менее, тест выявил важную информацию о радиации вокруг Земли. Бомба выпустила специальный изотопный индикатор под названием кадмий-190. Его первоначальной целью было отследить последствия испытаний, но он также стал ценным ресурсом для понимания погодных условий в верхних слоях атмосферы.

Испытание также помогло США понять, как обнаруживать ядерные взрывы в космосе, и построить систему, позже названную Vela Hotel, для наблюдения за испытаниями других стран. Такие достижения помогли сделать договор о запрещении ядерного оружия в космосе более реалистичным.

Но в космосе есть и другие мощные источники радиации. По словам Сибека, существует очень небольшая вероятность того, что солнечная вспышка в нужный момент может обрушить на планету такое же количество радиации.

«Он должен быть больше, чем большинство из тех, что мы когда-либо видели на протяжении нашей жизни или в космическую эру», — говорит он. «Но есть [геомагнитные] бури, которые были такими сильными, и мы знаем, что это произошло, потому что люди видели полярные сияния в средних широтах или даже ниже на заре технологической цивилизации».

Крупнейшая из когда-либо зарегистрированных геомагнитных бурь, называемая Кэррингтонским событием, обрушилась на Землю в 1859 году. Она вызвала полярные сияния над Австралией и привела к поражению электрическим током телеграфистов в Америке. Если бы подобная буря обрушилась сегодня, последствия были бы гораздо серьезнее, чем обрыв телеграфных линий.

«От компьютерных чипов и мощности зависит гораздо больше вещей, чем в 1962 году. Вещи в вашем доме, вещи в вашей машине, связь. Было бы намного хуже», — говорит Сибек.

На случай, если в космосе взорвется еще одна ядерная бомба (что маловероятно), Джефф Ривз, научный сотрудник Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико, работает над быстрым способом избавления от радиационных поясов, образовавшихся в результате ядерных взрывов. В его конструкции передатчик, установленный на спутнике, воздействует на захваченное излучение специальными AM-радиоволнами, которые подталкивают заряженные частицы ниже в атмосферу, где они безвредно поглощаются.

«Итак, если бы у вас был пояс «Морская звезда» и нужные космические технологии, — говорит Ривз, — вы могли бы избавиться от этого пояса за пару недель».

Читать дальше

Знакомство с последними каменщиками соборов Англии

• Путешествия

Знакомство с последними каменщиками соборов Англии

Работа каменщика далеко не одномерна.

Эксклюзивный контент для подписчиков

Почему люди так одержимы Марсом?

Как вирусы формируют наш мир

Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу будет исследовать красную планету

Почему люди так одержимы Марсом?

Как вирусы формируют наш мир

Эра собачьих бегов в США подходит к концу

Узнайте, как люди представляли себе жизнь на Марсе на протяжении всей истории

Узнайте, как новый марсоход НАСА будет исследовать красную планету Почему люди так чертовски одержимы Марсом?

Как вирусы формируют наш мир

Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу

Узнайте, как люди представляли себе жизнь на Марсе на протяжении всей истории

Узнайте, как новый марсоход НАСА будет исследовать красную планету

Подробнее

Судебная экспертиза сверхновой: восемь лет спустя взрыв далеко в космосе все еще раскрывает секреты жизни звезд

Международная группа Астрономы раскрыли новые подсказки о загадочном звездном взрыве, который был обнаружен восемь лет назад, но продолжает развиваться, даже когда ученые наблюдают.

Результаты помогают астрономам лучше понять процесс того, как массивные звезды — гиганты, намного превышающие наше собственное Солнце — живут и умирают.

Исследование было опубликовано в The Astrophysical Journal группой под руководством Техасского университета в Остине, в которую вошли ученые из Чикагского университета.

Жизнь 2014C

В 2014 году астрономы внезапно заметили яркое пятно на небе — верный признак того, что в космосе взорвалась звезда.

Когда впервые обнаруживается взрывающаяся звезда, астрономы всего мира начинают следить за ней с помощью телескопов, поскольку испускаемый ею свет быстро меняется со временем. Наблюдая, как она развивается, используя телескопы, которые могут видеть видимый свет, а также рентгеновские лучи, радиоволны и инфракрасный свет, ученые могут определить физические характеристики системы.

Делая это много раз, ученые сгруппировали эти взрывающиеся звезды по категориям. 2014C, как было названо это конкретное событие, выглядело как сверхновая типа Ib. Это то, что происходит, когда умирают самые большие известные звезды во Вселенной.

На самом деле, ученые считают, что 2014C, вероятно, изначально была не одной, а двумя звездами, вращающимися вокруг друг друга, одна больше другой. Более массивная звезда эволюционировала быстрее, расширилась, и ее внешний слой водорода был высосан. Когда в конце концов у него закончилось топливо, его ядро ​​разрушилось, вызвав гигантский взрыв.

Однако наблюдения в первые 500 дней после взрыва показали, что со временем он излучал на 90 225 больше 90 226 рентгеновских лучей, что было необычно и наблюдалось только у небольшого числа сверхновых. «Это предполагало, что ударная волна взаимодействовала с плотным материалом», — сказал Викрам Дваркадас, профессор астрономии и астрофизики Чикагского университета.

Группа намеревалась собрать все данные о 2014C, включая новые данные, полученные ими, а также результаты исследований за последние восемь лет, и составить из них целостную картину того, что произошло со звездой.

Рентгеновское излучение, инфракрасный свет и радиоволны демонстрировали характерную картину увеличения, а затем уменьшения. Между тем, оптический свет, измеренный телескопом Хобби-Эберли в UT Austin, по-видимому, оставался стабильным. Радиосигнал показал, что ударная волна распространяется с очень высокой скоростью, тогда как оптический свет указывал на гораздо меньшую скорость.

Исследователи предположили, что странное поведение связано с плотным облаком водорода вокруг двух звезд, которое осталось от более ранних периодов их жизни.

Когда звезда взорвалась, она произвела ударную волну, распространяющуюся во всех направлениях со скоростью около 67 миллионов миль в час. Когда ударная волна достигла этого облака, на ее поведение повлияла форма облака.

В простейшей модели это облако считается сферическим и симметричным. Однако, если бы облако образовало «бублик» вокруг двух звезд, то есть было бы более толстым вокруг середины, то более толстая часть кольца замедлила бы ударную волну, проявляясь в оптическом свете как более медленно движущийся материал. Между тем, в более тонких областях ударная волна будет устремляться вперед, как это видно на радиоволнах. «Представьте, что вода ударяется о камень в центре реки», — сказал Дваракадас.

Остаются вопросы, говорят ученые, но эта неравномерность может объяснить разную скорость ударной волны, на которую указывают разные длины волн.

Исследование дало ценные сведения об эволюции этих звезд и массе, потерянной этими системами, и, в более широком смысле, о жизни и смерти этих относительно загадочных звезд, заявили ученые.

«В широком смысле вопрос о том, как массивные звезды теряют свою массу, является большим научным вопросом, которым мы занимались», — сказал профессор UT Austin и член группы Дж. Крейг Уилер. «Сколько массы? Где это находится? Когда его выбросили? Каким физическим процессом? Это были макровопросы, которыми мы занимались.

«И 2014C только что оказался действительно важным событием, которое иллюстрирует этот процесс».

Исследование возглавил Бенджамин Томас из Техасского университета в Остине.