Джекпот! Ученые открывают 300000 новых далеких галактик

Астрономы обнаружили сотни тысяч прежде неизвестных науке галактик, сообщается в нескольких новых исследованиях. Этот гигантский набор данных позволит исследователям глубже понять рождение и рост сверхмассивных черных дыр (СМЧД), эволюцию столкновений между скоплениями галактик и многие другие космические события, считают члены научной команды, совершившей это открытие. Эта команда состоит из более чем 200 астрономов из 18 стран, которые совместно анализируют данные, собранные в рамках первого этапа обзора неба, проводимого при помощи сети радиотелескопов Low Frequency Array (LOFAR), управление которой осуществляет Нидерландский институт радиоастрономии (известный как ASTRON). Большинство телескопов сети LOFAR находятся на территории Нидерландов, однако система охватывает также многие европейские страны, включая Германию, Францию и Соединенное Королевство. Исследователи открыли и нанесли на карты 300000 радиоисточников, почти все из которых, как указывают ученые, являются экстремально далекими галактиками. Основным источником наблюдаемого радиоизлучения являются джеты стремительно движущегося материала, удаляющегося со стороны СМЧД, расположенных в центрах этих галактик.

Эти новые наблюдения также позволяют глубже понять процессы столкновения между скоплениями галактик. Эти гигантские столкновения приводят к ускорению частиц, находящихся в космосе, до сверхвысоких скоростей, в результате чего формируются зоны радиоизлучения протяженностью в миллионы световых лет.

Однако и это еще отнюдь не все результаты, полученные исследователями при проведении этой работы.

«Система LOFAR показывает нам, что в некоторых случаях скопления галактик, которые не находятся в процессе слияния, также могут испускать такое излучение, хотя уровень его интенсивности при этом оказывается значительно ниже – настолько низким, что мы не могли его зарегистрировать ранее, - рассказала Аннализа Бонафеде (Annalisa Bonafede), член научной группы из Болонского университета, Италия. – Это открытие говорит нам о том, что помимо столкновений между скоплениями галактик есть и другие космические события, которые могут приводить к разгону частиц до сверхвысоких скоростей».

Philosophy: What exactly is a black hole?

A black hole is conventionally thought of as an astronomical object that irrevocably consumes all matter and radiation which comes within its sphere of influence. Physically, a black hole is defined by the presence of a singularity, i.e., a region of space, bounded by an 'event horizon', within which the mass/energy density becomes infinite, and the normally well-behaved laws of physics no longer apply. However, as an article in the January issue of the journal Nature Astronomy demonstrates, a precise and agreed definition of this 'singular' state proves to be frustratingly elusive. Its author, Dr. Erik Curiel of the Munich Center for Mathematical Philosophy at Ludwig-Maximilians-Universitaet, summarizes the problem as follows: "The properties of black holes are the subject of investigations in a range of subdisciplines of physics - in optical physics, in quantum physics and of course in astrophysics. But each of these specialties approaches the problem with its own specific set of theoretical concepts." Erik Curiel studied Philosophy as well as Theoretical Physics at Harvard University and the University of Chicago, and the primary aim of his current DFG-funded research project is to develop a precise philosophical description of certain puzzling aspects of modern physics. "Phenomena such as black holes belong to a realm that is inaccessible to observation and experiment. Work based on the assumption that black holes exist therefore involves a level of speculation that is unusual even for the field of theoretical physics."

However, this difficulty is what makes the physical approach to the nature of black holes so interesting from the philosophical point of view. "The physical perspective on black holes is itself inextricably bound up with philosophical issues relating to ontological, metaphysical and methodological considerations," says Curiel.


"Surprising" and "eye-opening" insights

During the preparation of his philosophical analysis of the concept of black holes for Nature Astronomy, the author spoke to physicists involved in a wide range of research fields. In the course of these conversations, he was given quite different definitions of a black hole.

Importantly, however, each was used in a self-consistent way within the bounds of the specialist discipline concerned. Curiel himself describes these discussions as "surprising" and "eye-opening".

For astrophysicist Avi Loeb, "a black hole is the ultimate prison: once you check in, you can never get out." On the other hand, theoretical physicist Domenico Giulini regards it as "conceptually problematical to think of black holes as objects in space, things that can move and be pushed around."

Curiel's own take-home-message is that the very diversity of definitions of black holes is a positive sign, as it enables physicists to approach the phenomenon from a variety of physical perspectives. However, in order to make productive use of this diversity of viewpoints, it will be important to cultivate a greater awareness of the differences in emphasis between them.

Черные дыры помогут открыть новые сверхлегкие частицы

Некоторые теории, выходящие за рамки Стандартной модели физики элементарных частиц, предсказывают существование новых сверхлегких частиц, массы которых значительно меньше самых легких из известных науке. Они очень слабо взаимодействуют с обычной материей, поэтому их трудно обнаружить с помощью коллайдеров и детекторов темной материи. Однако в новой работе ученые показали, что такие частицы могут быть обнаружены в сигналах гравитационных волн, возникающих в результате слияния черных дыр. Статья исследователей опубликована на сайте препринтов статей ArXiv.org. Природа состоит из двух типов частиц, один из которых физики называют фермионами (они составляют твердую материю), а другой бозонами (они отвечают за распространение взаимодействия). Сверхлегкие бозоны могут образовывать большие конденсаты вокруг быстро вращающихся черных дыр в процессе, называемом сверхизлучением. Черную дыру, несущую такое бозонное облако, иногда называют «гравитационным атомом», потому что ее конфигурация очень напоминает протон-электронную структуру в атоме водорода, но в гораздо большем масштабе. В случае атома водорода переходы между этими различными уровнями энергии могут быть индуцированы при воздействии лазерного излучения на атом. Когда энергия лазера подобрана точно, электрон может «перепрыгнуть» из одного состояния в другое. 

Аналогичный эффект может произойти для гравитационного атома, если он является частью пары черных дыр, вращающихся вокруг друг друга. В этом случае гравитационное влияние второй черной дыры будет играть роль «лазера» и вызывать переходы между энергетическими состояниями бозонного облака.

В последние годы физики смогли измерить гравитационные волны, которые возникают, когда две черных дыры сливаются в одну. Как теперь показывают ученые, наличие переходов энергетических уровней в гипотетическом бозонном облаке будет вызывать характерный «отпечаток» в сигналах гравитационных волн, создаваемых такими сливающимися черными дырами. Наблюдение такого «отпечатка» было бы важным подтверждением для теорий, предсказывающих сверхлегкие бозонные частицы. Хотя текущие наблюдения гравитационных волн еще недостаточно чувствительны, чтобы наблюдать эффект, это станет целью будущих экспериментов.