10 задач современной астрофизики Сергей Попов (ГАИШ МГУ) Список загадок Темное вещество Темная энергия Первичная инфляция Первые звезды и галактики Природа черных дыр Источники космических лучей сверхвысоких энергий 7. Физика недр нейтронных звезд 8. Механизм взрыва сверхновых 9. Формирование и структура экзопланет и их систем 10. Жизнь в Солнечной системе 1. 2. 3. 4. 5. 6. Список загадок Темное вещество Темная энергия Первичная инфляция Первые звезды и галактики Природа черных дыр Источники космических лучей сверхвысоких энергий 7. Физика недр нейтронных звезд 8. Механизм взрыва сверхновых 9. Формирование и структура экзопланет и их систем 10. Жизнь в Солнечной системе 1. 2. 3. 4. 5. 6. Состав вселенной Обычное вещество (протоны, нейтроны) вносит вклад в полную плотность вселенной лишь порядка несколько процентов. Около четверти плотности вселенной связано с темным веществом. Оно состоит из частиц, слабо взаимодействующих друг с другом и с обычным веществом. Мы пока наблюдаем лишь гравитационное действие темного вещества. Около 70 процентов плотности вселенной связано с темной энергией. Из-за нее расширение вселенной идет все быстрее. Природа темной энергии не ясна. Темное вещество Сама идея появилась в 30-гг. благодаря работам Фрица Цвикки. Подсчет массы видимого вещества в скоплениях галактик показывал, что его недостаточно для того, чтобы галактики и газ не разлетелись. http://www.spacedaily.com http://www.philica.com/uploads/images/145/Image/image006.jpg Волокно темного вещества Скопления A222/223. z~0.2 Между скоплениями 18 Мпк. Распределение массы восстанавливается по линзированию. Массы газа не хватит для объяснения массы волокна. 1207.0809 Поиск темной материи 1) Частицы темного вещества пытаются поймать в подземных лабораториях. Есть основания думать, что в ближайшие годы это будет сделано. 2) Также можно искать гамма-лучи от аннигиляции частиц темного вещества Галактика Такие исследования активно ведутся с помощью обсерватории имени Ферми и наземных гамма-телескопов. Фон от далеких галактик Близкие галактики Так же есть надежда найти что-то на LHC История вселенной В начале вселенная была горячей. В течение сотен тысяч лет это были ионизованные водород и гелий. Спустя примерно 370 000 лет после начала расширения вещество рекомбинировало – стало нейтральным. Наступили «темные времена». Постепенно начали появляться первые звезды и квазары. Возникали галактики. Первый свет во вселенной Вселенная расширяется и остывает. Но первые миллионы лет это только газ и темное вещество. С течением времени из флуктуаций в распределении плотности начинают расти сгустки. Наконец, образуются первые звезды. Галактики появляются позже. Первые звезды и галактики Моделирование образования первых звезд Моделирование образования дисковой галактики (А. Кравцов и др.) Перспективы Мы не видим первые звезды и галактики. Нужны новые инструменты. • Новый космический телескоп • Система радиотелескопов SKA • Atacama Large Millimeter Array • Новые рентгеновские спутники Космический телескоп имени Джеймса Вебба Основные типы черных дыр: два реальных и два гипотетических Звездные массы Первичные Сверхмассивные Промежуточные Кандидаты в черные дыры Почему считаем их кандидатами? • нет пульсаций • особенности излучения • ТЯЖЕЛЫЕ! Звездная динамика вокруг Sgr A* С высокой точностью мы знаем динамику внутри центральной угловой секунды. Оценка массы ЧД ~4 106 М0 Было бы здорово открыть радиопульсар около Sgr A* (APOD A. Eckart & R. Genzel ) Как увидеть горизонт? Детектор LIGO Слияние черных дыр В ближайшие несколько лет детекторы LIGO и VIRGO смогут увидеть слияния двойных черных дыр. Можно будет узнать, как взаимодействуют горизонты. Экзопланеты Одним из самых важных открытий последних 20 лет стало обнаружение экзопланет. Первая была открыта в 1994. Сейчас специализированные наземные программы и спутники существенно увеличили число известных планет у других звезд. Сейчас достоверно известно почти 800 экзопланет у более чем 600 звезд http://exoplanet.eu Важно: открытие «горячих юпитеров» было большим сюрпризом для всех! Изображение четырех планеты вокруг HR 8799 Keck II Расстояние 14 а.е. Это меньше, чем у трех других. Похожа на Солнечную 1011.4918 Свежие данные Кеплера В конце февраля этого года в Архиве появилась новая статья, в которой по результатам использования данных за первые 16 месяцев работы спутника говорится уже о 2300 планетных кандидатах. Особенно возросла доля маленьких (менее 2 земных радиусов) планет и доля планет с большими орбитальными периодами. 1202.5852 Что откроют в ближайшие годы? Самое главное – планеты с массой и размером порядка земных в т.н. «зоне обитания». И первые такие объекты уже известны! Планета Kepler-22b Транзитная планета у близкой звезды типа Солнца (класс G5) Радиус 2.25-2.5 земных. Для массы пока есть только верхний предел. Орбитальный период 290 дней. Планета находится в т.н. зоне обитания. Планеты в зоне обитания 1202.5852 Жизнь в Солнечной системе Формально, в зону обитаемости в Солнечной системе попадает только Земля. В некоторых моделях на самом краю оказывается и Марс. Но жизнь может «пробиться» и в довольно экстремальных условиях. Важно, чтобы была жидкая вода (или что-то аналогичное), много воды …. Энцелад – спутник Сатурна Спутник Кассини открыл выбросы, в которых оказалось много воды. Европа – спутник Юпитера Первый хороший кандидат в обитаемые объекты Есть надежда, что под верхней ледяной коркой находится достаточно большой объем воды (океан). Титан – спутник Сатурна У Титана есть достаточно плотная атмосфера. Правда, она состоит из азота и метана. Там есть климат, есть метановые дожди и ... озера. В 2005 году на Титан совершил посадку аппарат «Гюйгенс». Марс – «все в прошлом»? На Марсе уже в 70е искали простейшие формы жизни, но безуспешно. Остаются надежды найти следы прошлой жизни. Другие «тайники жизни» • Венера • Ганимед, Каллисто • Малые тела (кометы и астероиды) «Расписание на завтра» Темное вещество Темная энергия Инфляция Первые звезды и галактики Природа черных дыр Источники космических лучей сверхвысоких энергий 7. Физика недр нейтронных звезд 8. Механизм взрыва сверхновых 9. Формирование и структура экзопланет и их систем 10. Жизнь в Солнечной системе 1. 2. 3. 4. 5. 6.