Физики выяснили, какие объекты самые плотные во Вселенной
Таковыми объявлены протоны
Американские ученые из Национальной ускорительной лаборатории имени Джефферсона в Ньюпорте обнаружили внутри протонов область экстремально высокого давления, в десять раз превышающего давление в центре нейтронных звезд. Таким образом, центр этой частицы представляет собой самую плотную материю, известную на сегодняшний день науке.
Хотя протон относится к элементарным частицам и на сегодняшний день не существует известного способа разделить его на составляющие, он (в отличие, например, от электрона), имеет внутреннюю структуру и состоит из трёх кварков. Ранее уже было известно, что протон состоит из тяжёлой сердцевины и сравнительно разреженной оболочки. Сердцевина, также называемая керном, имеет радиус, примерно равный четырёхтриллионной доле миллиметра. На него приходится около 35 процентов электрического заряда частицы.
До сих пор изучить внутреннюю часть фотона в подробностях было слишком сложно, однако специалисты решили воспользоваться технологией под названием «глубоко-виртуальное комптоновское рассеяние». «Обычное» комптоновское рассеяние представляет собой наблюдение за тем, как частица отражает свет, однако обычные фотоны не обладают достаточной энергией, чтобы проникнуть во внутреннюю часть протона. Специалисты решили эту проблему, использовав виртуальный фотон — частицу, рождающуюся в результате столкновения с протоном высокоэнергетического электрона.
Как оказалось, давление внутри протона достигает 100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 (десять в тридцать пятой степени) паскаль. Как уже упоминалось выше, это на порядок больше давления в ядре нейтронных звёзд и на 23 порядка больше, чем давление, когда бы то ни было созданное человеком в стационарных условиях искусственно.
Исследование было опубликовано в журнале Nature. В перспективе специалисты планируют получить более точное значение давления внутри протона, а также уточнить размеры этой частицы.
Источник
Физики нашли внутри протонов самую плотную форму материи во Вселенной
МОСКВА, 16 мая – РИА Новости. Протоны оказались самой плотной формой материи во Вселенной – давление внутри них, как показывают замеры американских ученых, примерно в 10 раз выше, чем в центре нейтронных звезд. Их выводы были опубликованы в журнале Nature.
По современным представлениям, все элементарные частицы состоят из небольших объектов, которые физики называют кварками и глюонами. Протоны, нейтроны и прочие «тяжелые» частицы, называемые барионами, содержат в себе три кварка. Их меньшие собратья, так называемые мезоны, содержат в себе два элемента – «обычный» кварк и антикварк, базовую составляющую антиматерии.
Кварки связаны между собой мощнейшими силами природы, так называемыми сильными ядерными взаимодействиями. Поэтому в чистом виде они не существуют, и для их «освобождения» необходимы гигантские температуры и энергии, которые существовали только в момент Большого взрыва. По этой причине свойства кварков и глюонов ученые изучают, создавая подобные условия на БАК и других мощных коллайдерах.
Этот феномен, который физики называют «конфайнментом» кварков, сегодня остается главным препятствием для изучения структуры элементарных частиц и поисков ответов на множество «главных вопросов» физики – к примеру, как родилась Вселенная и почему в ней нет антиматерии. Более того, остается непонятным и то, как работают сами сильные ядерные взаимодействия.
Долгое время, как отмечает Буркерт, ученые считали, что внутрь частиц нельзя заглянуть, не разрушая их, так как скрепляющие их взаимодействия в сотни и миллионы раз сильнее, чем гравитация или электромагнетизм, две других фундаментальных силы.
Американские физики нашли способ обойти эту проблему, используя две относительно новые теории, сформулированные Хайнцом Пагельсом и Ричардом Фейнманом в 1960 годах. Первая из них описывает то, как гравитоны, пока еще открытые переносчики гравитации, взаимодействуют с протонами и «уносят» с собой информацию об их структуре. Вторая, в свою очередь, объясняет то, как кварки внутри элементарных частиц влияют на то, в какую сторону те отталкивают пучки электронов, сталкивающиеся с ними.
Как обнаружили Буркерт и его коллеги, обе эти теории были связаны друг с другом, что позволило им составить первую «карту» недр протона, обстреливая сосуд с жидким водородом пучком электронов высокой энергии.
Когда электрон сталкивается с протоном, он передает часть своей кинетической энергии одному из кварков, используя виртуальный фотон, не существующий в реальности. Этот кварк, в свою очередь, выбрасывает в окружающую среду уже настоящую частицу света, чьи свойства будут зависеть от внутренней структуры протона.
Замеряя эти свойства фотонов и то, в какие стороны разлетелись протон и электрон, ученые смогли выяснить, как распределены источники сильных взаимодействий по протону и измерить давление, которое они порождают. Оно составляет фантастические 10 в 35 степени паскаль, что на порядок выше, чем давление в центре самых плотных объектов Вселенной – нейтронных звезд.
В ближайшее время Буркерт и его коллеги планируют «обстрелять» протоны электронами более высоких энергий, что позволит им повысить точность замеров и узнать некоторые другие их свойства, в том числе измерить точные размеры частицы и понять, почему данные по их радиусу, полученные разными способами, существенно расходятся.
Источник
Самые массивные объекты во Вселенной
Глядя на ночное небо понимаешь, что ты лишь песчинка в бескрайнем пространстве космоса.
Но, многие из нас могут также задаться вопросом: какой объект, из известных на сегодняшний день, является самым массивным во Вселенной?
В некотором смысле ответ на этот вопрос зависит от того, что мы понимаем под словом “объект”. Астрономы наблюдают структуры, такие как Великая стена Геркулес-Северная Корона – колоссальная нить газа, пыли и тёмной материи, содержащая миллиарды галактик. Её протяжённость составляет около 10 миллиардов световых лет, таким образом эта структура может носить имя самого крупного объекта. Но не всё так просто. Классификация этого скопления, как уникального объекта проблематична из-за того, что трудно точно определить, где она начинается и где заканчивается.
На самом деле в физике и астрофизике “объект” имеет чёткое определение, сказал Скотт Чепмен (Scott Chapman), астрофизик из Университета Дэлхаузи в Галифаксе:
“Это нечто, связанное вместе собственными гравитационными силами, например, планета, звезда или звёзды, вращающиеся вокруг общего центра масс.
Используя это определение становится, немного легче понять, что является самым массивным объектом во Вселенной. К тому же это определение может быть применено к различным объектам в зависимости от рассматриваемой шкалы.
Фото северного полюса Юпитера, полученное аппаратом Пионер 11 в 1974 году. Авторы и права: NASA Ames.
Для нашего относительно крошечного вида, планета Земля, с её 6 септиллионами килограммов, кажется огромной. Но это даже не самая большая планета в Солнечной системе. Газовые гиганты: Нептун, Уран, Сатурн и Юпитер значительно крупнее. Масса Юпитера, например, составляет 1,9 октиллиона килограмм. Исследователи обнаружили тысячи планет, вращающихся вокруг других звёзд, в том числе много таких на фоне которых наши газовые гиганты выглядят маленькими. Обнаруженная в 2016 году, HR2562 b – самая массивная экзопланета, приблизительно в 30 раз массивнее, чем Юпитер. При таком размере астрономы не уверены, следует ли считать её планетой или отнести к классу карликовых звёзд.
При этом звёзды могут вырасти до огромных размеров. Самой массивной, известной звездой является R136a1, её масса от 265 и 315 раз больше массы нашего Солнца (2 нониллиона килограмм). Расположенная на расстоянии 130 000 световых лет от Большого Магелланова Облака – нашей спутниковой галактики, эта звезда настолько ярка, что свет, который она излучает, фактически разрывает её. Согласно исследованию 2010 года электромагнитное излучение, исходящее от звезды настолько мощное, что может уносить материал с её поверхности, заставляя звезду терять около 16 земных масс каждый год. Астрономы точно не знают, как могла сформироваться такая звезда, и как долго она будет существовать.
Огромные звёзды, расположенные в звёздных яслях RMC 136a, находящихся в туманности Тарантула, в одной из наших соседних галактик – Большом Магеллановом облаке, в 165 000 световых годах от нас. Авторы и права: ESO / VLT.
Следующими массивными объектами являются галактики. Диаметр нашей собственной галактики Млечный Путь составляет около 100 000 световых лет, она содержит примерно 200 миллиардов звёзд, общим весом около 1,7 триллионов солнечных масс. Однако Млечный Путь не может конкурировать с центральной галактикой кластера Феникс, расположенной в 2,2 миллионах световых лет, и содержащей около 3 триллионов звёзд. В центре этой галактики находится сверхмассивная чёрная дыра – самая большая из когда-либо обнаруженных – с примерной массой в 20 миллиардов Солнц. Сам кластер Феникс является огромным скоплением, состоящим приблизительно из 1000 галактик с общей массой около 2 квадриллионов Солнц.
Но даже этот кластер не может конкурировать с тем, что, вероятно, является самым массивным объектом, из когда-либо обнаруженных: галактический протокластер, известный как SPT2349.
“Мы выиграли джекпот обнаружив эту структуру”, – сказал Чепмен, руководитель команды, обнаружившей нового рекордсмена. “Более 14 очень массивных отдельных галактик, находящихся в пространстве ненамного большем, чем занимает наш Млечный Путь”.
Этот кластер начал формироваться, когда Вселенной было менее полутора миллиардов лет. Отдельные галактики в этом скоплении в конечном итоге объединятся в одну гигантскую галактику, самую массивную во Вселенной. И это всего лишь верхушка айсберга, сказал Чепмен. Дальнейшие наблюдения показали, что общая структура содержит около 50 спутниковых галактик, которые в будущем будут поглощены центральной галактикой. Масса предыдущего рекордсмена, известного как El Gordo Cluster, составляет 3 квадриллиона Солнц, однако SPT2349, вероятно, перевешивает его, по крайней мере, в четыре-пять раз.
То, что такой огромный объект мог образоваться, когда Вселенной было всего 1,4 миллиарда лет, сильно удивило астрономов, поскольку компьютерное модели предполагали, что для формирования таких крупных объектов должно потребоваться намного больше времени.
Учитывая, что люди исследовали только небольшую часть неба, вероятно, ещё более массивные объекты могут скрываться далеко во Вселенной.
Источник
Всё, что нужно знать о нейтронных звёздах. Самое плотное вещество во вселенной.
Нейтронная звезда — последний этап жизни звезды, следующий после образования сверхновой , говорящей о конце её дальнейшей эволюции. После того, как образуется вспышка сверхновой, у звезды два пути: стать чёрной дырой или нейтронной звездой.
В этой статье вы узнаете, почему нейтронные звёзды получили такое название, что у них общего с чёрными дырами, как появляются эти уникальные объекты, почему они являются самыми плотными, с ядром какого атома сопоставима их плотность, из чего они состоят, а также то, что влияет на их формирование.
Нейтрон — это элементарная квантовая частица, находящаяся в ядре любого атома. Из таких частиц и состоит нейтронная звезда. В процессе гравитационного коллапса протоны и электроны сливаются под действием собственной массы звезды и образуют сверхтекучую жидкость из нейтронов. Состоит из внутреннего и внешнего ядра, внутренней и внешней коры и, как и все звёзды, из атмосферы.
Внутреннее ядро представляет собой неизученную часть звезды, и о его строении можно только строить гипотезы. Предположительно это кварковая материя. Внешнее ядро состоит из сверхтекучих нейтронов с небольшой примесью сверхпроводящих протонов. Внутренняя и внешняя кора — тяжёлые ядра металлов и сверхтяжёлые ядра, а также с примесью сверхтекучих нейтронов. Атмосфера звезды состоит из плазмы.
100000000000000000 килограммов на кубический метр — средняя плотность нейтронной звезды при радиусе не более 15 километров. Такая плотность обусловлена тем, что материя резко сжимается после охлаждения сверхновой, и она сопоставима с плотностью ядра унуноктия . Если масса звезды была слишком большой, то при охлаждении образуется сингулярность , а из неё и чёрная дыра с огромной гравитацией.
Надеюсь, эти материалы были вам полезны.
Пишите вопросы и предложения на почту: ilavryonov@yandex.ru
Не возбраняется использование в научно-исследовательских работах при указании источника, а также как основы для создания нового творческого продукта.
Источник
12 крупнейших объектов во Вселенной
Вселенная огромна, и в ней немало крупных объектов. Планеты, звезды, галактики, кластеры галактик — везде есть свои рекордсмены. Вот некоторые из этих удивительных “самых больших” и “самых массивных”.
Крупнейшая экзопланета — GQ Lupi b
Когда в 2005 году астрономы впервые заметили GQ Lupi b, они не сразу смогли определить, чем является этот объект. Тело находилось от своей молодой звезды в 2,5 раза дальше, чем Плутон от Солнца, а по размеру было либо огромной планетой, либо коричневым карликом, то есть маленькой звездой.
Дальнейшие наблюдения позволили определить, что GQ Lupi b все же является планетой с радиусом в 3,5 раза больше радиуса Юпитера. Это крупнейшая экзопланета из когда-либо обнаруженных.
Крупнейшая звезда — UY Scuti
UY Scuti — гигантская звезда, радиус которой в 1700 раз больше радиуса Солнца. Если поместить ее в центр Солнечной системы, то звезда бы заканчивалась где-то за орбитой Юпитера. А ее газ и пыль достигали бы границ системы, растягиваясь на 400 а.е.
Крупнейшая туманность — Туманность Тарантул
Тарантул — крупнейшая известная туманность и самый активный регион формирования звезд в наших окрестностях галактики. Объект расположен в 170 000 световых лет от Земли в Большом Магеллановом Облаке — маленькой галактике-спутнике Млечного пути. В самой широкой своей части туманность растягивается на 1800 световых лет. Вот такие вот яркие звездные ясли.
Крупнейшая пустота — Эридановый Войд
В 2004 году астрономы заметили на картах WMAP гигантское пустое пространство. Это пятно, растянувшееся на 1,8 миллиарда световых лет, была на удивление пустым — без звезд, газа. пыли и даже темной материи. Сами войды не являются чем-то необычным, но ученые до сих пор не нашли объяснения, как мог образоваться настолько огромный войд.
Крупнейшая галактика — IC 1101
Диаметр нашего Млечного пути — около 100 000 световых лет, что является в общем-то средним размером для спиральных галактик. Крупнейшая известная галактика — IC 1101 — в 50 раз больше и в 2000 раз массивнее. Она растягивается на 5,5 миллиона световых лет. Если поместить ее на место Млечного пути, то ее граница был лежала за Андромедой — нашей ближайшей галактикой.
Крупнейшая черная дыра — TON 618
Сверхмассивные черные дыры, вроде как, лежат в центре каждой галактики, и по массе могут в миллионы раз больше Солнца. Крупнейшая сверхмассивная черная дыра является квазаром. Ее официальное название — TON 618. Ее масса — около 66 миллиардов масс Солнца.
Крупнейшие галактические выхлопы — пузыри Ферми
В 2010 году астрономы с помощью телескопа Ферми обнаружили рядом с галактикой Млечный путь гигантские структуры. Эти пузыри достигали в диаметре 25 000 световых лет (четверть ширины Млечного пути). На данный момент ученые считают, что это останки древнего периода активного поглощения энергией нашей черной дырой.
Крупнейший единый объект — протокластер SPT2349–56
Давным-давно, когда Вселенная была в 10 раз моложе, 14 галактик начали сливаться и в процессе образовали гигантский протокластер SPT2349–56 . Все они находятся в пространстве, которое лишь в три раза больше Млечного пути. В итоге должна получиться галактика с массой 10 триллионов масс Солнца. Дополнительные наблюдения выявили, что вокруг этих галактик крутятся еще 50.
Крупнейшее скопление галактик — Сверхскопление Шепли
Еще в 1930-х годах астроном Харлоу Шепли обнаружил это огромное скопление галактик. В скопление входят 8000 галактик с суммарной массой более 10 миллионов миллиардов солнечных. По данным ЕКА, это крупнейшая структура в нашей местной Вселенной.
Крупнейшее сверхскопление — Ланиакея
Наш Млечный путь является малой частью гигантского сверхскопления галактик под названием Ланиакея. У кластера нет официальных границ, но принято считать, что в нем состоят 100 000 галактик с суммарной массой около 100 миллионов миллиардов солнечных. Диаметр скопления — более 520 миллионов световых лет.
Крупнейшее скопление квазаров — Huge-LQG
Квазары сами по себе довольно большие. Не удивительно, что и скопления получаются очень внушительными. Крупнейшее скопление квазаров называют Огромной Большой Группой Квазаров, или Huge-LQG. Оно состоит из 73 квазаров с суммарной массой около 6,1 квинтиллиона солнц. Его диаметр — около 4 миллиардов световых лет.
Крупнейшая структура — Великая стена Геркулес — Северная Корона
Объект “Великая стена Геркулес — Северная Корона” часто считают крупнейшей известной структурой во Вселенной. Длина объекта — около 10 миллиардов световых лет, он состоит из нескольких миллиардов галактик. Открыли Стену в 2013 году по гамма-излучению.
И еще одна структура, о которой не стоит забывать — Космическая сеть газа. Недавно был сделан первый снимок, и он пока что является единственным доказательством существования Сети .
Источник