вторник, 28 октября 2014 г.

"Галактическая сага". Часть 8. Пропало 80% УФ света Вселенной


    Астрономы обнаружили пропажу 80% света Вселенной

    «Астрономы обнаружили странный дефицит ультрафиолетового света во Вселенной. Наблюдения, сделанные телескопом Hubble показали, что во Вселенной отсутствует большое количество света. По подсчётам экспертов, "пропало" около 80%.
    "Это можно сравнить с тем, как если бы вы находились в большом, хорошо освещенном помещении, но посмотрели вокруг и увидели лишь несколько 40-ваттных лампочек, – говорит Джуна Коллмейер (Juna Kollmeier) из института Карнеги, ведущий автор исследования. – Откуда весь этот свет идёт? Источник нам неизвестен".
    В ходе своей работы научно-исследовательская группа из астрономов и астрофизиков проанализировала водород, преодолевающий огромные расстояния пустого пространства Вселенной.
    Когда на атомы водорода воздействует имеющий определённую энергию поток ультрафиолетового света, они превращаются из электрически нейтральных атомов в заряженные ионы. Астрономы были удивлены, когда обнаружили гораздо больше ионов водорода, чем можно было бы объяснить известным количеством ультрафиолетового света во Вселенной, который идёт в первую очередь от квазаров.
    Разница оказалась поражающей (в 400%), причём глобальный недостаток присутствует только в близлежащих к Млечному Пути, относительно хорошо изученных частях космоса. Когда телескопы сосредоточились на галактиках, расположенных в миллиардах световых лет от нас (по которым астрономы изучают юность нашей Вселенной), всё выглядело нормально. Тот факт, что количество света, необходимое для ионизации водорода Вселенной, нормально в ранней Вселенной, но развивается локально, ещё больше озадачил учёных.

Галактика NGC 6745Как ни странно, несоответствие проявляется только в близлежащем к Млечному Пути, относительно хорошо изученном космосе
    Несоответствия были выявлены с помощью проведённого на суперкомпьютерах моделирования межгалактического газа, а также анализа последних наблюдений спектрографом космических явлений. Правда, всё ещё может оказаться, что моделирование не отражает реальность. Но и это само по себе было бы удивительно – ведь межгалактический водород является тем компонентом Вселенной, который считался достаточно хорошо изученным.
    Ультрафиолетовый свет, который превращает нейтральный водород в ионы, называют ионизирующими фотонами. Как известно, приходит он только из двух источников во Вселенной: квазаров и самых горячих молодых звёзды.
    Но этого количества УФ-света недостаточно для создания всего требуемого света: наблюдения показывают, что ионизирующие фотоны молодых звёзд всегда поглощаются газом их галактики, поэтому он никак не может влиять на межгалактический водород. Число же известных квазаров значительно ниже, чем нужно для создания такого количества ионов водорода.
    Такую недостачу учёные называют кризисом недопроизводства фотонов. Не хватает примерно 80% ионизирующих фотонов, но также неизвестен и их экзотический новый источник, который несёт ответственность за пропавшие фотоны.

    Это может быть, например, загадочная тёмная материя, которая удерживает галактики вместе, и при этом её никто никогда не смог зарегистрировать напрямую. Её частицы могут распадаться на составляющие, и в ходе этого процесса производить недостающее количество ультрафиолетового света». (15 июля 2014, 15:20). 

    Cosmic Accounting Reveals Missing Light Crisis

    «Something is amiss in the Universe. There appears to be an enormous deficit of ultraviolet light in the cosmic budget.
    The vast reaches of empty space between galaxies are bridged by tendrils of hydrogen and helium, which can be used as a precise “light meter.” In a recent study published in The Astrophysical Journal Letters, a team of scientists finds that the light from known populations of galaxies and quasars is not nearly enough to explain observations of intergalactic hydrogen. The difference is a stunning 400 percent.
    "It's as if you're in a big, brightly-lit room, but you look around and see only a few 40-watt lightbulbs," noted Carnegie’s Juna Kollmeier, lead author of the study. "Where is all that light coming from? It’s missing from our census."
    Strangely, this mismatch only appears in the nearby, relatively well-studied cosmos. When telescopes focus on galaxies billions of light years away (and therefore are viewing the universe billions of years in its past), everything seems to add up. The fact that this accounting works in the early universe but falls apart locally has scientists puzzled.
    The light in question consists of highly energetic ultraviolet photons that are able to convert electrically neutral hydrogen atoms into electrically charged ions. The two known sources for such ionizing photons are quasars - powered by hot gas falling onto supermassive black holes over a million times the mass of the sun - and the hottest young stars.
    Observations indicate that the ionizing photons from young stars are almost always absorbed by gas in their host galaxy, so they never escape to affect intergalactic hydrogen. But the number of known quasars is far lower than needed to produce the required light.
    “Either our accounting of the light from galaxies and quasars is very far off, or there’s some other major source of ionizing photons that we’ve never recognized,” Kollmeier said. “We are calling this missing light the photon underproduction crisis. But it’s the astronomers who are in crisis - somehow or other, the universe is getting along just fine.”
    The mismatch emerged from comparing supercomputer simulations of intergalactic gas to the most recent analysis of observations from Hubble Space Telescope’s Cosmic Origins Spectrograph. “The simulations fit the data beautifully in the early universe, and they fit the local data beautifully if we’re allowed to assume that this extra light is really there,” explained Ben Oppenheimer a co-author from the University of Colorado. “It's possible the simulations do not reflect reality, which by itself would be a surprise, because intergalactic hydrogen is the component of the Universe that we think we understand the best.”
    “The most exciting possibility is that the missing photons are coming from some exotic new source, not galaxies or quasars at all,” said Neal Katz a co-author from the University of Massachusetts at Amherst.
    For example, the mysterious dark matter, which holds galaxies together but has never been seen directly, could itself decay and ultimately be responsible for this extra light.
    "You know it's a crisis when you start seriously talking about decaying dark matter!" Katz remarked.
    “The great thing about a 400% discrepancy is that you know something is really wrong,” commented co-author David Weinberg of The Ohio State University. “We still don't know for sure what it is, but at least one thing we thought we knew about the present day universe isn't true.”
    Whether the explanation is exotic or not, astronomers will be working hard to shed light on the mystery.
    Other co-authors on the study are Francesco Haardt of the Università dell’Insubria, Romeel Davé of the University of the Western Cape, Mark Fardal of University of Massachusetts Amherst, Piero Madau of University of California Santa Cruz, Charles Danforth of the University of Colorado, Amanda Ford of University of Arizona, Molly Peeples of the Space Telescope Science Institute, and Joseph McEwen of The Ohio State University». (July 8, 2014). 

    Missing Light Crisis .


    «Computer simulations of intergalactic hydrogen in a "dimly lit" universe (left) and a "brightly lit" universe (right) that has five times more of the energetic photons that destroy neutral hydrogen atoms. Hubble Space Telescope observations of hydrogen absorption match the picture on the right, but using only the known astronomical sources of ultraviolet light produces the much thicker structures on the left, and a severe mismatch with the observations. Image is credited to Ben Oppenheimer and Juna Kollmeier». (Original).  

    «Компьютерное моделирование межгалактического распределения водорода в слабо освещенной ультрафиолетом вселенной (слева) и сильно освещенной вселенной (справа). В правой модели присутствует в пять раз больше активных фотонов, которые разрушают нейтральные водородные атомы. Наблюдения телескопа Хаббл соответствуют право картина, а учет только известных астрономических источников ультрафиолетового света сохраняет намного более толстые космические структуры слева. В этих двух вариантах и заключается несоответствие. Источник: Ben Oppenheimer and Juna Kollmeier». 

    Кризис недопроизводства фотонов: откуда идет лишний ультрафиолет

    «Некоторые ученые утверждают, что в нашей вселенной все же что-то может быть не так. По их мнению, существует огромный дефицит ультрафиолетового излучения. Под дефицитом они понимают отношение предполагаемого ультрафиолета к тому, что мы наблюдаем на самом деле. Дело в том, что между галактиками и их скоплениями существуют обширные пространства пустоты, соединенные узкими ручейками водорода и гелий. Исследователи научились использовать эти нитки газа в качестве «экспонометров». Недавние исследования утверждают, что количество света приходящего от известного числа галактик, не достаточно для того, чтобы объяснить поведение межгалактического водорода. Различие в теории и в действительности может составлять ошеломляющие 400 процентов.
    «Это - как будто вы находитесь в большой, ярко освещенной комнате, но посмотрев по сторонам вы видите только несколько лампочек на 40 ватт. Откуда приходит весь остальной свет, кто его источник?», - Джуна Коллмайер, автор работы.
    Удивительно то, что это несоответствие проявляет себя только в местном хорошо изученном космическом пространстве. Когда внимание телескопов устремляется на галактики, удаленные на миллиарды световых лет от нас (а потому демонстрируют состояние вселенной миллиарды лет в прошлом), все выглядит вполне правдоподобно. Тот факт, что в ранней вселенной все складывается хорошо, а в нашей нет, как раз и является озадачивающим для ученых. Рассматриваемый свет состоит из очень энергетически сильных ультрафиолетовых фотонов, которые в состоянии преобразовать электрически нейтральные атомы в электрически заряженные ионы. Известны два основных источника таких фотонов - квазары - галактики с супермассивными черными дырами - и самые молодые горячие звезды. Наблюдения показывают, что ионизирующие фотоны молодых звезд почти всегда поглощаются газом в их собственной галактике, таким образом, они никак не могут повлиять на распределение межгалактического водорода. Остаются только квазары, но их число намного ниже, чем необходимо, чтобы произвести весь наблюдаемый ультрафиолет. Так в чем проблема?
    «Или наши расчеты и модели об излучении галактик и квазаров далеки от действительности, или есть некий другой, причем основной, источник ионизирующих фотонов, который мы никогда ранее не наблюдали. Мы даже назвали этот недостающий свет «кризис недопроизводства фотонов. Но если судить строго - это все мы астрономы сейчас в кризисе, вселенная же себя чувствует хорошо», - продолжает Коллмайер.
    Впервые это несоответствие проявило себя во время сравнения моделирования межгалактического газа на суперкомпьютере с новыми данными анализа наблюдений с помощью спектрографа на телескопе Хаббл.
    «Моделирование очень хорошо соответствует данным по ранней вселенной, и оно соответствует нашему времени, если мы предполагаем, что помимо галактик существует и еще какой-то источник ультрафиолетового излучения. Возможно, наше моделирование вообще не соответствует действительности, что само по себе было бы удивительным, поскольку межгалактический водород является компонентом вселенной, который мы изучили лучше всех. Самое удивительно, что недостающие фотоны, скорее всего, действительно приходят из таинственного неизвестного источника, не от квазаров и не от галактик», - Бен Оппенгеймер, соавтор работы.
    Так, например, в этом процессе может быть замешана пресловутая таинственная темная материя, которая соединяет галактики в группы, но никогда ранее не фиксировалась. Она могла самостоятельно распасться и в конечном счете излучить этот ультрафиолет.
    «Знаете, это действительно кризис, раз уж мы стали говорить о распаде темной материи, не увидев ее саму. Но разница в 400 процентов это не просто случайность! Это даже не погрешность. Это говорит нам о том, что во вселенной действительно что-то не так. Могу с уверенностью сказать, пока мы поняли точно только одну вещь: то, что мы считали правильным, на самом деле неправильно», - Дэвид Вайнберг из Университета штата Огайо». (10.07.2014). 

    «"Галактическая сага". Часть 9. Взрывающаяся галактика M82 (NGC 3034)». http://artefact-2007.blogspot.ru/2015/07/9-m82-ngc-3034.html

    «Where has all the light in the universe gone?» (09 Jul 2014). 
    «Астрономы не досчитались 80% света во Вселенной». ("09.07.2014, 18:50"). 

5 комментариев:

  1. "Несоответствия были выявлены с помощью проведённого на суперкомпьютерах моделирования межгалактического газа, а также анализа последних наблюдений спектрографом космических явлений. Правда, всё ещё может оказаться, что моделирование не отражает реальность."
    Разумеется, не отражает, но в другом смысле, чем думают авторы исследования. Моделирование - это такой процесс, где в комп закладываются, кроме исходных данных, ещё много констант, параметров; значения многих из них, если не всех, выбираются произвольно, исходя из действующей, обычно "единственно верной", теории. В данном случае - гипотезы об эпохе реионизации (ионизации первичного водорода) на начальном этапе Большого взрыва. И результат этого исследования - ещё одно опровержение теории БВ. Избыток ионов водорода (протонов), мощный поток солнечного (звёздного) ветра, в котором преобладают как раз протоны и электроны, постоянно идёт от каждой звезды, особенно молодых звёзд.
    Так что это - несоответствие теории наблюдениям, и даже моделирование не помогло.
    vpreunov@yandex.ru

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. vpreunov
      Спасибо за комментарий. Еще одно сообщение с новостной ленты СМИ с упоминанием заинтересовавшей Вас темы:

      "Американские ученые совместно с коллегами из Бразилии обнаружили галактику, в которой происходит интенсивный процесс образования звезд, - сообщается в журнале Space.com. Плотная область звездообразования галактики J0921+4509 воспроизводит процессы, свойственные ранней Вселенной. По данным наблюдения галактика в год производит множество светил, общая масса которых достигает приблизительно 50 солнечных; в галактике образовывается в 33 раза больше звезд, чем в Млечном пути.

      Ведущий автор исследования, проводимого в Университете Джонса Хопкинса, сказал: «Высокая плотность звезд в компактной области галактики J0921+4509 образовалась в результате взрыва, причиной которого могла послужить черная дыра».

      Несколько сотен тысяч лет после Большого взрыва, газообразный водород во Вселенной стал нейтральным - протоны и электроны сформировали пары. Любое излучение быстро нейтрализовалось, создавая «темную» зону наблюдения для астрономов. К концу первого миллиарда лет, излучение известное под названием Лиман Континуума (Lyman continuum) ионизировало водород, что заново открыло Вселенную для наблюдений.

      Галактики ранней Вселенной находятся на расстоянии почти 13 миллиардов световых лет от Млечного Пути. J0921+4509 же находится на расстоянии 3 млрд световых лет от Земли, что открывает ученым уникальную возможность получить детальное представление о звездообразовании в галактике и ранней Вселенной в целом.

      Ученые проанализировали спектры излучения галактики при помощи телескопа «Хаббл» (Hubble). Однако с введением нового, современного телескопа «Уэбб» (Webb) они смогут продолжить исследования, изучив новые источники образования ранней Вселенной". ("Галактика возрождает процессы ранней Вселенной". 14.10.2014). http://ziv.ru/nauka/18246-galaktika-vozrozhdaet-protsessyi-ranney-vselennoy.html

      Также на эту тему:

      1. "Leaky Galaxy Mimics First Light in Early Universe". (October 09, 2014, 02:01pm ET). http://www.space.com/27393-leaky-galaxy-mimic-early-universe.html

      2. "A local clue to the reionization of the universe". (Sanchayeeta Borthakur, Timothy M. Heckman, Claus Leitherer, Roderik A. Overzier. "Science" 10 October 2014: Vol. 346 no. 6206 pp. 216-219). http://www.sciencemag.org/content/346/6206/216

      Удалить
  2. Уважаемый Фёдор. А это - ещё одно свидетельство некорректности теории. Согласно ей, галактики образовались миллиардов 12-13 лет назад, путём поглощения карликовых галактик, и расстояние до них такое же, св. лет. А тут - почти рядом (в космологическом масштабе) с нами, да ещё совсем молодая галактика, да звёзды в ней пекутся как блины, а поглощаемых карликов не видно. Эти учёные делают "хорошую мину при плохой игре", радуясь возможности изучить такую замечательную галактику.
    В соседней с нами галактике Андромеды вблизи её центра открыты сотни молодых горячих гигантов, которые там образуются тоже прямо на глазах. Но
    результатов исследований что-то не видно в СМИ, одно короткое сообщение.
    vpreunov

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. "Огромные пустоты космоса между галактиками соединяются шлейфами водорода и гелия, которые можно использовать в качестве «светометра». В одном из недавних исследований, опубликованном в "Astrophysical Journal Letters", команда ученых сообщила, что света, производимого галактиками и квазарами, недостаточно, чтобы объяснить наблюдения за межгалактическим водородом. Разница составляет внушительные 400%.

      «Разница в 400 процентов говорит, что вы серьезно в чем-то ошиблись, - говорит Дэвид Вайнберг из Университета штата Огайо. - Мы до сих пор не знаем, в чем, но есть по крайней мере один факт о современной вселенной, которого мы не понимаем».

      «Вы будто находитесь в большом, ярко освещенном помещении, но оглядываетесь и видите только несколько 40-ваттных лампочек, - отмечала Джуна Коллмейер, ведущий автор исследования. - Откуда берется весь этот свет? Мы не знаем».

      Как ни странно, это несоответствие проявляется только в ближайшем и относительно хорошо изученном космосе. Когда телескопы сосредотачиваются на галактиках в миллиардах световых лет от нас (то есть видят Вселенную, какой она была миллиарды лет назад), все сходится. Расчеты ученых отлично работают на примере юной Вселенной, но разваливаются на части при локальном применении.

      Свет, который находится под вопросом, состоит из высокоэнергетических ультрафиолетовых фотонов, которые способны преобразовывать электрически нейтральные атомы водорода в электрически заряженные ионы. Двумя известными источниками таких ионизирующих фотонов являются квазары - разгоняемые горячим газом, попадающим в сверхмассивную черную дыру - и горячие молодые звезды.

      Наблюдения показывают, что ионизирующие фотоны юных звезд почти всегда поглощаются газом в своей родной галактике, поэтому никогда не утекают с последующим влиянием на межгалактический водород. Но число известных квазаров слишком мало, чтобы производить весь имеющийся свет.

      «Либо наши подсчеты света галактик и квазаров далеки от истины, либо есть какой-то другой крупный источник ионизирующих фотонов, который мы пока не обнаружили, - говорит Коллмейер. - Мы называем эту нехватку света кризисом недопроизводства фотонов. Но кризис только у астрономов - у Вселенной все в порядке».

      Несоответствие вытекает из сравнения суперкомпьютерных моделирований межгалактического газа с последним анализом наблюдений космического телескопа Хаббла. «Моделирование шикарно согласует данные в юной Вселенной и хорошо согласовало локальные данные, если бы мы допускали, что этот лишний свет на самом деле есть, - объясняет Бен Оппенгеймер, соавтор работы из Колорадского университета. - Возможно, моделирование не отражает реальности, что в принципе было бы удивительно, потому что межгалактический водород - один из компонентов Вселенной, который, как мы думаем, мы отлично понимаем».

      «Самая интересная возможность в том, что пропажа фотонов может быть обусловлена некоторыми экзотическими новыми источниками, не галактиками и не квазарами, - говорит Нил Катц из Массачусетского университета в Амхерсте. - К примеру, темная материя, которая удерживает галактики вместе, может распадаться и производить дополнительный свет. Знаете, когда вы начинаете серьезно говорить о распаде темной материи, это уже кризис». (3 марта 2015 в 20:30). http://hi-news.ru/space/propavshij-svet-v-nablyudaemoj-vselennoj-mozhet-obyasnit-ekzoticheskij-istochnik.html

      Удалить
  3. "…когда вы начинаете серьёзно говорить о распаде тёмной материи [в попытках объяснить наблюдательные факты], это уже кризис".
    Есть, есть ещё всё-таки в науке здравомыслящие учёные, которые не боятся высказаться откровенно о некоторых "артефактах" современной теоретической мысли (правда, обычно несколько эзоповым языком).

    ОтветитьУдалить