Позитроний: новая загадка нашей Галактики (Cnews

Позитроний: новая загадка нашей Галактики (Cnews.ru)
[email protected]
Выпуск № 64
Изображение нашей Галактики в гамма-лучах, полученное космическим телескопом INTEGRAL, свидетельствует о необъяснимо мощных процессах аннигиляции
материи в ее центральных областях. Чтобы объяснить это явление, ученые вынуждены снова привлекать экзотические гипотезы.
Аннигиляция вещества была предсказана П. Дираком в начале прошлого века на основании созданной
им квантомеханической теории электрона. Аннигиляция электрона оказывается возможной только
при наличии у него античастицы — позитрона. Теоретическое предсказание существования позитрона было
экспериментально подтверждено в 1932 г. Карлом Андерсеном, который впервые обнаружил
эту элементарную частицу в космических лучах. За это открытие оба ученых получили Нобелевскую премию.
В процессе аннигиляции электрон-позитронных пар (в зависимости от суммарного спина сталкивающихся частиц) испускаются либо два,
либо три гамма-кванта. В случае слабого взаимодействия, образование большего числа гамма-квантов подавлено из-за малости константы
альфа = 1/137, характеризующей интенсивность протекания электромагнитных процессов. Если относительная скорость электрона и позитрона
невелика, аннигиляции непосредственно предшествует образование промежуточного связанного атомарного состояния (е+е-) — позитрония.
Позитроний нестабилен и распадается на два гамма-кванта в течении 0,1 наносекунды и три гамма-кванта — в течении 100 наносекунд.
В естественных условиях процессы аннигиляции могут происходить вблизи космических источников античастиц, например, активных ядер галактик, пульсаров, сверхновых. Поскольку при этом происходит излучение гамма-квантов, одним из способов наблюдения таких процессов является регистрация гамма-излучения. В случае распада позитрония на два гамма-кванта наблюдается излучение на волне 0,024 ангстрема, которому соответствует энергия каждого из квантов 511 КэВ. Спектр двухфотонного излучения имеет вид линии. В отличие от двухфотонного,
трехфотонное аннигиляционное излучение имеет непрерывный спектр, лежащий ниже 511 кэВ. Анализ этого спектра в сравнении
с интенсивностью линии 511 КэВ четыре года назад позволил ученым сделать вывод о том, что приблизительно 93% всех позитронов аннигилируют с образованием позитрония.
Как сообщает Universe Today, анализ данных европейского космического гамма-телескопа INTEGRAL позволил группе ученых под руководством Юргена Кнодлседера (Jurgen Knodlseder) из Центра исследований космического излучения в Тулузе, Франция, построить наиболее детальную картину галактического излучения на частоте 511 КэВ, которая фактически отражает особенности распределения позитрония в нашей
звездной системе. Оказалось, что его количество в центральной области Галактики, которая имеет вид выпуклой линзы, в пять раз больше, чем
в самом диске и его спиральных рукавах. Еще более интригующим является тот факт, что в центральной области Галактики до сих пор
не обнаружено точечных источников гамма-излучения. Это означает, что позитроны равномерно заполняют эту область пространства, так что
в ней каждую секунду аннигилирует около 15 миллиардов тонн материи. Если наличие небольшого количества позитронов в галактическом диске вполне понятно для ученых — это процессы бета-плюс распада изотопов алюминия и титана, которые являются продуктами остатков сверхновых звезд, то источник столь интенсивного и, главное, сферически симметричного гамма-излучения в настоящий момент является загадкой.
Расчеты показали, что ни один из 40 известных науке объектов, порождающих позитроны — таких как пульсары, черные дыры, остатки сверх-
новых, области звездообразования, сверхмассивные звезды, космические лучи, рентгеновские двойные звезды — не может обеспечить наблюдаемую интенсивность аннигиляционных процессов в центральной области Галактики.
Как всегда, в подобных случаях на помощь приходят экзотические теории, выходящие за пределы стандартной физической модели Вселенной. Одна из них предполагает наличие сети сверхпроводящих струн, «вмороженных» в плазму центральной части Галактики. При увеличении кривизны струны до определенного критического значения происходит ее разрыв, и она начинает двигаться поперек силовых линий галактического магнитного поля, порождая при этом, согласно закону Фарадея, потоки движущихся вдоль струны заряженных частиц, включая позитроны. Как только энергия позитронов превосходит 511 КэВ, они отрываются от струны и начинают свободно диффундировать в пространстве, порождая при аннигиляции равномерно заполняющее область гамма-излучение. Автор этой идеи, Танмей Вачаспати (Tanmay Vachaspati)
Распределение позитрония в нашей Галактике
из Кливлендского университета, штат Огайо, считает, что, поскольку интенсивность
гамма-излучения в линии 511 КэВ строго пропорциональна мощности магнитного поля Галактики, его теория идеально объясняет наблюдаемые
факты.
Вторая гипотеза предполагает существование в Галактике темной материи — экзотической субстанции, наличие которой привлекается
в случае большинства необъяснимых явлений во Вселенной. Так, астрофизики из Оксфордского университета, Великобритания, полагают, что
наблюдаемое гамма-излучение является результатом аннигиляции элементарных частиц темной материи, обладающих свойством суперсимметрии. Руководитель оксфордской научной группы Селин Бем (Celine Boehm) считает, что аномально мощное гамма-излучение из центра Галактики может явиться весомым фактором в пользу разрешения одного из наиболее острых вопросов современной астрофизики.
У Земли объявилась пылкая кузина (Известия науки, Сергей ЛЕСКОВ)
В созвездии Водолея найдена планета, до боли похожая на нашу Землю
Международная группа астрономов, работающая на телескопе Кек в Гавайской обсерватории, обнаружила в созвездии Водолея самую маленькую планету вне пределов Солнечной системы. Планета вращается вокруг звезды Gliese 876, ее диаметр всего в 2 раза больше земного, а
масса превосходит массу Земли в 6-8 раз. Радоваться по поводу скорой встречи с братьями по разуму, однако, преждевременно. Звезда Gliese
876 находится в 15 световых годах от нашего Солнца. Если путешествовать на кораблях типа "Союз", полет займет 5,5 миллиона лет. Это возраст человека от самых далеких наших предков.
Всю жизнь мы считали, что на свете существует восемь планет. Ну, максимум девять, если добавить сомнительный Плутон. Но в 1990-х
годах с планетами начался форменный бум. Сегодня открыто уже около 150 планет. Но жаль - вне пределов нашей Солнечной системы, они называются экзопланетами, или экстрасолнечными планетами. Все экзопланеты зафиксированы по косвенным признакам, исходя из колебаний
положения звезд, которое вызвано гравитационным воздействием планет, неразличимых при наблюдении с Земли. Это так называемое доплеровское смещение, вроде показаний милицейского радара, который ловит лихачей, превышающих скорость на дороге. Астрономы вооружены
лучше гаишников - оптические спектрометры определяют доплеровское смещение линий с точностью до 10 метров в секунду на гигантских расстояниях. Именно такие приборы привели к открытию группы профессора Джеффри Марси на Гавайях
Gliese 876 в созвездии Водолея - одна из ближайших к нам звезд. По классификации она относится к классу коричневых карликов. Это
класс небесных объектов, который занимает промежуточное положение между обычными звездами и собственно планетами. Коричневые карлики были предсказаны в 1963 году, но впервые зафиксированы совсем недавно - в 1995 году. Сегодня на небосклоне обнаружено всего 200 таких карликов, гораздо меньше, чем белых карликов и черных дыр.
Коричневые карлики - совсем дистрофики, их масса меньше, чем у нашего Солнца. Из-за малой массы внутри коричневых карликов невозможны типичные для звезд термоядерные реакции. Свет и тепло выделяются за счет медленного гравитационного сжатия. Астрономы иногда
жалостливо называют их "неудавшимися звездами". Однако именно с таких неудавшихся звезд астрономам в последнее время все чаще улыбаются новые экзопланеты. Как это случилось, к примеру, в 2004 году, когда была впервые сфотографирована так называемая Суперземля
около звезды Мю в созвездии Жертвенника в 50 световых годах от Земли. Суперземля была в 14 раз больше Земли и на тот момент оказалась
самой маленькой экзопланетой.
У карлика Gliese 876 имеются еще две газообразные планеты-гиганта, похожих на наш Юпитер, которые были обнаружены еще раньше.
Вообще большинство экзопланет - это газообразные гиганты вроде Юпитера, которые не имеют ничего общего с Землей. Что касается только
что найденной горячей кузины нашей Земли, то температура на ее поверхности достигает 200-400 C, а год равен всего двум дням. Планета находится к звезде в 50 раз ближе, чем наша Земля к своему Солнцу. И все-таки астрономы уверены, что именно эта планета более всех из найденных похожа на Землю, что придает открытию особенную волнительность. Экзопланеты размером с Землю и даже еще более мелкие уже попадались в объективы телескопов, но они живут около раскаленных нейтронных звезд и совсем не похожи на Землю. Планета же у звезды
Gliese 876 - это каменистый объект с плотной атмосферой, по размеру занимающий положение между Марсом и Ураном.
На заре науки Карл Линней занимался классификацией животных. Сегодня астрономы столь же увлечены классификацией планетных систем, хотя материала у них гораздо меньше, чем было у Линнея. Без такой классификации создать теорию формирования и эволюции Вселенной
невозможно. К тому же, в отличие от Линнея, который занимался чистым описанием, современные классификаторы вооружены мощными спектрометрами и постигают истину не словом, а цифрой, что гораздо эффективнее. Уже можно считать доказанным, что формирование планет рядом со звездами является закономерным этапом их эволюции и наша Солнечная система не уникальна. Общие закономерности планетных систем позволяют предположить, что существование в комфортной "зоне жизни" планет земного типа является редким явлением. Но в принципе
нельзя исключить того, что у некоторых планет в Галактике имеется биосфера.
Что касается новой планеты около звезды Gliese 876, то и на ней, несмотря на адовы условия, жизнь возможна. Планета может быть повернута к своей звезде одной стороной, как смотрит на свои планеты большинство спутников, в том числе Луна на нашу Землю. И на сумеречной линии перехода "день-ночь" температура может оказаться приемлемой для существования неизвестных нам биологических форм жизни.
Ведь даже капризный человек ко всему привыкает.
Неправильное кольцо обломков и пыли порадовало астрономов загадкой
(www.membrana.ru)
Используя высокочувствительную камеру и коронограф, блокирующий свет звезды, орбитального телескопа Hubble, Поль Калас (Paul Kalas) из университета Калифорнии в Беркли (University of California, Berkeley)
и его коллеги-астрономы из других организаций разглядели вокруг Фомальгаута экзотическое пылевое кольцо.
Наблюдение за Фомальгаутом (Fomalhaut, HD 216956) задало учёным настоящую загадку. Они нашли у
звезды невероятно гигантское пылевое кольцо, центр которого не совпадает с самой звездой, а отстоит от
неё на 2,24 миллиарда километров.
Кольцо имеет сложную структуру, очень большой диаметр (38,4 миллиарда километров, что больше поперечника орбиты Плутона), а основная масса материала в нём сосредоточена в узкой, для звёздных пылевых колец, полосе шириной в 3,68 миллиарда километров.
Верхний кадр - исходное изобраАстрономы говорят, что такой картины не наблюдалось бы, если б это кольцо находилось только под жение с телескопа, внизу - точка
центра кольца и его границы (илвлиянием гравитации Фомальгаута, а значит — вокруг него вращается какой-то невидимый тяжёлый объект.
с
сайта
Это не звезда-спутник, даже не коричневый карлик — их бы Hubble обнаружил непосредственно (Фо- люстрация
sciencedaily.com).
мальгаут отстоит от нас всего на 25 световых лет). А это значит, что там есть большая планета, которая, вероятно, движется вблизи внутреннего края пылевого кольца.
Учитывая младенческий возраст Фомальгаута (200 миллионов лет), можно предположить, что истории формирования планетарных систем
могут очень заметно отличаться от звезды к звезде и идти намного разнообразнее, чем предполагали прежние сценарии.
Крошечный холодильник способен достичь температуры почти абсолютного нуля (Известия науки)
Ученые из американского Национального института стандартов и технологий (NIST) разработали крошечную "установку", способную охлаждать объекты до температур, близких к абсолютному нулю.
Микрохолодильник представляет собой пластину размером 25 на 15 микрометров, состоящую из слоев обыкновенного металла, диэлектрика и металла, обладающего свойствами сверхпроводимости. При приложении напряжения наиболее подвижные электроны переходят из
слоя обычного металла к сверхпроводнику, в результате чего достигается резкое понижение температуры пластины и связанного с ней объекта.
В ходе эксперимента исследователи использовали четыре пары микрохолодильников для понижения температуры мембраны из нитрата
кремния толщиной в 0.4 микрометра и помещенного на нее германиевого кубика с длиной ребра в 250 микрометров. При этом объем кубика
примерно в 11 тыс. раз превышал суммарный объем всех холодильных "установок". Тем не менее, несмотря на это, температуру обоих объектов удалось довести до 200 мК.
Предполагается, что микрохолодильники будут в перспективе использоваться для охлаждения криогенных сенсоров, применяющихся в
процессе проведения опытов при сверхнизких температурах.