Автор: Автор

Звёздные скопления появляются в результате коллапса гигантских молекулярных облаков, состоящих в основном из водорода, гелия и небольших примесей пыли. Такие облака имеют характерные размеры от нескольких до десятков световых лет и температуры порядка ‑263 – ‑253 °C.

Формирование звёздных скоплений — это многоэтапный процесс, происходящий внутри гигантских молекулярных облаков, где под действием гравитации рождаются группы звёзд (с общим происхождением)

Что такое звёздные скопления

• Шаровые скопления — древние (обычно миллиарды лет), плотные группы звезд, содержащие от сотен тысяч до миллионов звёзд
• Рассеянные скопления — молодые (относительно), рыхлые группы из сотен звёзд, постепенно распадающиеся.

Этапы формирования звёздных скоплений

1. Гигантское молекулярное облако

Процесс начинается в огромных облаках газа и пыли. Эти облака холодные  и достаточно плотные, чтобы стать областями звездообразования.

2. Гравитационный коллапс

Неустойчивость в облаке (ударная волна сверхновой, столкновение облаков, прохождение через рукав галактики) запускает сжатие. Облако фрагментируется на десятки–сотни уплотнений — будущих протозвёзд.

3. Одновременное звездообразование

В течение нескольких миллионов лет в облаке рождаются тысячи звёзд. Это и создаёт скопление — группу объектов одного возраста и химического состава.

4. Динамическая релаксация

После рождения звёзды начинают гравитационно взаимодействовать, перераспределяя энергию. Скопление принимает устойчивую форму:

• массивные звёзды смещаются к центру,
• лёгкие — к периферии. Этот этап длится ~100 млн лет.

Моделирование формирования скоплений

Современные исследования используют компьютерные симуляции, учитывающие:

• гравитационные взаимодействия между звёздами,
• аккрецию (процесс приращения массы небесного тела путём гравитационного притяжения материи) массы,
• влияние окружающей среды. Такие модели помогают сопоставлять теорию с наблюдениями реальных скоплений.

Существует два основных типа звёздных скоплений, различающихся по плотности и возрасту. Открытые (рассеянные) скопления состоят из нескольких десятков‑сотен (реже тысяч) молодых звёзд, распределённых относительно свободно, их радиусы порядка 1–5 парсек (1 парсек примерно 30,86 триллиона километров), а гравитационная связь между звездами слабая, поэтому со временем скопления распадаются под действием приливных сил галактики и внутренних звёздных ветров.

Шаровое звёздное скопление образуют гораздо более плотные и массивные системы, содержащие от нескольких сотен тысяч до миллионов звёзд, с радиусами до 30 парсек. Они формировались в более ранние эпохи Вселенной, когда гравитационные условия позволяли собрать большое количество материи в единую, почти сферическую конфигурацию, поэтому большинство шаровых звёздных скоплений являются очень старыми, их возраст часто превышает 10 млрд лет.

Итак, звёздные скопления рождаются в холодных молекулярных облаках, где гравитационный коллапс приводит к одновременному образованию множества звёзд. Их дальнейшая эволюция определяется балансом между гравитационным удержанием и разрушительным воздействием звездных ветров, радиации и суперновых (взрывы сверхновых звезд), что определяет, останутся ли они рассеянными (открытыми) скоплениями или превратятся в долгоживущие астрономические системы (шаровое звёздное скопление).

Почему скопления важны?

Звёздные скопления служат «естественными лабораториями» для проверки теорий звёздной эволюции. Поскольку звезды в скоплениях образованы почти одновременно и из одинакового материала, любые различия в их свойствах (масса, светимость, спектр) можно приписать только различиям в массе и внутренней динамике, а не внешним факторам.

Кроме того,  шаровые скопления, будучи одними из самых древних объектов во Вселенной, дают ключ к изучению условий ранней галактики, а открытые скопления позволяют отследить процесс звездообразования в текущей эпохе.

Квантовый компьютер – это устройство, которое использует свойства микромира, такие как суперпозиция и запутанность, для выполнения вычислений. Вместо обычных битов, принимающих значение только 0 или 1, в квантовом компьютере работают кубит — элемент, способный одновременно находиться в нескольких состояниях.

Как это работает

Суперпозиция позволяет одному кубиту представлять одновременно 0 и 1. Обычный компьютер выполняет операцию последовательно, в ходе операции компьютер выбирает между 0 и 1. Квантовый компьютер способен выполнять различные операции одновременно, а не последовательно.

Проще говоря, квантовый компьютер способен действовать намного быстрее (в определенных ситуациях), просчитывать определенные задачи с огромной скоростью.

Запутанность связывает кубиты так, что измерение одного мгновенно влияет на состояние другого, независимо от расстояния между ними. Интерференция используется в алгоритмах, чтобы усиливать правильные ответы и подавлять ошибочные.

Основные подходы к построению квантового компьютера

Сверхпроводящие схемы  (сверхпроводящие квантовые вычисления)— кристаллы, охлаждённые до нескольких десятков милликельвин, где ток течёт без сопротивления.

Ионные ловушки — отдельные атомы, удерживаемые электромагнитными полями; их внутренние уровни служат кубитами.

Фотонные схемы (Фотонные квантовые компьютеры) — отдельные частицы света, чья поляризация или временные импульсы кодируют информацию.

Твердотельные спиновые кубиты — дефекты в кристаллах, где спин электрона является кубитом.

Что уже умеют делать квантовые компьютеры?

Алгоритм факторизации (аналог Шора) показывает, что факторизация больших чисел может выполняться гораздо быстрее, чем на обычных компьютерах, что может поставить под вопрос современные системы шифрования.

Алгоритм поиска (аналог Гровера) ускоряет поиск нужного элемента в неструктурированном массиве, сокращая количество проверок до корня из общего числа.

Моделирование химических систем позволяет рассчитывать энергетические уровни молекул с точностью, недоступной классическим методам, что ускорит поиск новых лекарств и материалов.

Оптимизационные задачи (гибридные схемы, где квантовый процессор решает часть задачи) применяются в логистике, финансах и планировании.

Трудности и проблемы

Устойчивость к шуму – квантовые состояния легко разрушаются внешними возмущениями (температура, магнитные поля). Сейчас время сохранения когерентности измеряется в микросекундах‑миллисекундах.

Коррекция ошибок – необходимы специальные коды, где один логический кубит состоит из множества физических, но сейчас требуется слишком много кубитов, чтобы реализовать полноценную защиту.

Связи между кубитами – построить схему, где каждый кубит может взаимодействовать с нужными ему соседями, сложно из‑за ограничений в геометрии и технологии.

Большинство известных алгоритмов требуют большого количества кубитов и низкого уровня ошибок. Поэтому сейчас ищут практические задачи, где даже небольшие устройства (от 50 до 200 кубитов) могут дать высокий результат.

Как будет развиваться

Текущий этап развития иногда называют шумные промежуточные квантовые устройства.

Этап «шумные промежуточные квантовые устройства»– это период, когда доступны машины со сотней‑двумястами кубитами без полной коррекции ошибок. Их используют в сочетании с обычными компьютерами, решая отдельные подсекции сложных задач.

Гибридные вычисления – обычный процессор выполняет большую часть работы, а квантовый ускоритель обрабатывает узкие места, где требуется экспоненциальный рост вариантов.

Масштабирование – к 2030‑м годам планируется создание систем с несколькими тысячами кубитов, что позволит перейти  к более широкому применению.

Выводы

Квантовый компьютер – это принципиально иной тип вычислительной машины, способный решать задачи, недоступные классическим устройствам, за счёт использования квантовых эффектов.

Сейчас он находится в стадии активного развития: пока существуют ограничения по стабильности и количеству кубитов, но уже есть подтверждённые примеры ускорения в факторизации, поиске и моделировании в химии.

В ближайшие годы вероятно будет развиваться именно гибридный подход, где квантовые ускорители работают совместно с привычными вычислителями, постепенно приближая нас к практическому использованию этой новой технологии.

Чёрная дыра — это область пространства‑времени, где гравитация настолько сильна, что ничто, даже свет, не может покинуть её, если пересёк границу, называемую горизонтом событий. Иначе говоря, скорость убегания (минимальная скорость, необходимая для того, чтобы тело преодолело гравитационное притяжение небесного тела) из этой области больше скорости света, а по законам физики превысить скорость света нельзя.

Внутри чёрной дыры, по классической общей теории относительности Эйнштейна, есть:

• сингулярность — точка (или область), где плотность и кривизна пространства‑времени формально становятся бесконечными;
• горизонт событий — поверхность «точки невозврата», за которой траектории света и частиц неизбежно ведут внутрь.

Важно: чёрная дыра — не «дыра» в пространстве, а особое состояние гравитационного поля. Снаружи она ведёт себя как очень массивный объект: притягивает, искривляет свет, влияет на орбиты.

Как чёрная дыра устроена?

1. Пространство‑время и гравитация

По общей теории относительности гравитация — это искривление пространства‑времени массой и энергией. Если масса достаточно сильно сжата, кривизна становится настолько экстремальной, что образуется чёрная дыра — область, из которой все возможные пути (геодезические) ведут внутрь.

2. Горизонт событий

Горизонт событий — это воображаемая поверхность вокруг чёрной дыры, на которой:

• скорость убегания равна скорости света;
• никакой сигнал, пересёкший её, не может вернуться наружу.

Для внешнего наблюдателя объект, падающий к горизонту событий, как будто «останавливается» и краснеет (гравитационный красный сдвиг), но в собственной системе отсчёта он спокойно пересекает горизонт и летит дальше внутрь.

3. Сингулярность

В центре (в классической модели) находится сингулярность — место, где наши текущие законы физики перестают работать. Время останавливаются.  Но это в теории. На практике – на текущий момент нет никакого способа это проверить.

Основные типы чёрных дыр по массе

Астрономы обычно делят чёрные дыры на несколько категорий.

1. Звёздные

Масса: примерно от нескольких до десятков масс Солнца.

Вероятное происхождение: коллапс массивной звезды.

Когда звезда с массой от нескольких до десятков масс Солнца исчерпывает термоядерное топливо, её ядро перестаёт поддерживаться давлением излучения. Гравитация «побеждает», ядро стремительно сжимается, формируется сверхновая (вспышка сверхновой). Если оставшееся ядро достаточно массивно, оно не может стабилизироваться как нейтронная звезда и коллапсирует в чёрную дыру.

Такие чёрные дыры мы обнаруживаем:

• по рентгеновскому излучению от аккреционного диска (газ, падающий на чёрную дыру, сильно нагревается);
• по гравитационным волнам при слиянии двух чёрных дыр

2. Сверхмассивные

Масса: от миллионов до миллиардов масс Солнца. Расположение: почти в каждом центре крупной галактики (в том числе в центре Млечного Пути — Стрелец A*).

Сверхмассивные чёрные дыры:

• управляют динамикой центральных областей галактик;
• «питаются » газом, звёздами, иногда другими чёрными дырами;
• могут создавать квазары (и почти всегда их создают) — чрезвычайно яркие активные ядра галактик.

Их происхождение до конца не ясно, но есть несколько сценариев:

• рост из «семян» — первоначальных звёздных чёрных дыр, которые долго аккрецировали вещество;
• коллапс гигантских газовых облаков в ранней Вселенной;
• слияние множества чёрных дыр и плотных звёздных скоплений.

3. Промежуточные

Масса: от сотен до сотен тысяч масс Солнца.

Это «недостающая ступень» между звёздными и сверхмассивными чёрными дырами. Доказательства их существования:

• наблюдения компактных источников рентгеновского излучения;
• гравитационные волны от слияний массивных объектов.

Считается, что они могут образовываться:

• при слиянии множества звёздных чёрных дыр в плотных скоплениях;
• при коллапсе очень массивных звёзд или газовых облаков.

4. Первичные

Гипотетические чёрные дыры, которые могли образоваться в первые доли секунды после Большого взрыва из-за флуктуаций плотности в ранней Вселенной.

Их масса могла бы быть:

• от очень маленькой (астероидной)
• до звёздной и выше.

Такие объекты рассматриваются как возможные кандидаты на часть тёмной материи, но прямых доказательств пока нет.

Типы чёрных дыр по физическим параметрам

В рамках общей теории относительности есть несколько идеализированных типов чёрных дыр:

• Шварцшильдовская — невращающаяся, незаряженная (только масса).
• Керровская — вращающаяся, незаряженная.
• Рейсснера–Нордстрёма — заряженная, невращающаяся.
• Керр–Ньюмана — вращающаяся и заряженная.

Реальные астрофизические чёрные дыры, вероятно, вращаются (имеют момент импульса) и практически не имеют электрического заряда (плазма вокруг быстро его компенсирует).

Как чёрные дыры появляются (вероятные механизмы образования)?

1. Коллапс массивных звёзд

1. Массивная звезда живёт, сжигая водород, затем более тяжёлые элементы.
2. В конце жизни в ядре образуется железо, которое уже не даёт энергии при термоядерном синтезе.
3. Давление излучения падает, гравитация побеждает, ядро коллапсирует.
4. Внешние слои звезды взрываются как сверхновая, ядро превращается в нейтронную звезду или чёрную дыру — в зависимости от массы.

2. Слияние компактных объектов

Две нейтронные звезды или две чёрные дыры могут:

• вращаться друг вокруг друга;
• терять энергию через гравитационные волны;
• в итоге слиться в одну более массивную чёрную дыру.

Такие события мы уже наблюдаем по гравитационным волнам.

3. Коллапс гигантских газовых облаков

В ранней Вселенной могли существовать огромные облака газа, которые:

• не успевали превратиться в звёзды;
• коллапсировали целиком или частично;
• образовывали массивные «семена» для будущих сверхмассивных чёрных дыр.

Это один из сценариев объяснения того, как сверхмассивные чёрные дыры успели вырасти так быстро.

4. Первичные флуктуации плотности

Если в первые моменты после Большого взрыва были области с сильно повышенной плотностью, они могли:

• стать неустойчивыми;
• коллапсировать в чёрные дыры без участия звёзд.

Это гипотетический механизм образования первичных чёрных дыр.

Что происходит рядом с чёрной дырой?

Аккреционный диск

Газ, пыль, вещество, звёзды, попадающие в гравитационное поле чёрной дыры, не падают сразу внутрь, а:

• закручиваются;
• нагреваются до огромных температур;

Именно по этому излучению часто и «видят» чёрные дыры. Ниже изображение-макет черной дыры.

Релятивистские струи (джеты) у квазаров

У некоторых чёрных дыр (особенно сверхмассивных) наблюдаются струи плазмы, выбрасываемые вдоль оси вращения — джеты (релятивисткие струи):

• они могут простираться на тысячи световых лет;
• связаны с магнитными полями и вращением диска/дыры;
• делают активные ядра галактик и квазары невероятно яркими.
• такие джеты могут быть опасны для нашей планеты, если попадут прямо в нее

Может ли чёрная дыра исчезнуть?

Да. Чёрные дыры постепенно теряют массу, излучая энергию за счёт квантовых флуктуаций у горизонта событий. Этот процесс называется испарением Хокинга. Когда масса падает до нуля, чёрная дыра исчезает.

У горизонта событий вакуум «кипит» виртуальными парами частица–античастица. Обычно они мгновенно аннигилируют, но рядом с чёрной дырой:

• одна частица может упасть внутрь,
• другая — улететь наружу, становясь реальной.

Это выглядит как излучение, а чёрная дыра теряет массу, потому что «упавшая» частица имеет эффективно отрицательную энергию.

Испарение чёрных дыр (Хокингово излучение)

По квантовой теории поля на фоне искривлённого пространства чёрная дыра:

• может излучать слабое тепловое излучение — излучение Хокинга;
• терять массу;
• За очень длинный срок — полностью испариться.

Для астрофизических чёрных дыр это излучение крайне слабое, но для гипотетических маленьких первичных чёрных дыр оно может быть существенным.

Как видны чёрные дыры с Земли?

С земли видна не сама чёрная дыра, но видны её эффекты:

• движение звёзд вокруг невидимого массивного объекта (как в центре Млечного Пути);
• рентгеновское излучение аккреционных дисков;
• гравитационные волны от слияний;
• гравитационное линзирование — искривление света далёких объектов;

Космологическая инфляция — это гипотеза о том, что впервые ≈ 10⁻³⁶ – 10⁻³² секунды после Большого взрыва Вселенная прошла через чрезвычайно быстрый, почти экспоненциальный рост своего масштаба. Этот короткий (относительно), но интенсивный этап расширения Вселенной дает возможность решить сразу нескольких фундаментальных проблем классической модели Вселенной, которые трудно объяснить без него.

Во-первых, наблюдаемая однородность космического микроволнового фона (практически одинаковая температура по всему небосклону) требует, чтобы различные «регионы » ранней Вселенной успели «пообщаться» между собой и выровняться. Без космологической инфляции световые сигналы не могли пересечь расстояния между этими областями за время, предшествующее образованию микроволнового фона; следовательно, их температура могла бы сильно различаться.

Инфляционный рост, растягивая пространство в десятки и сотни порядков, помещает изначально очень маленькую, уже успевшую установиться в термодинамическом равновесии часть пространства в масштаб наблюдаемой Вселенной, тем самым обеспечивая её однородность.

Во-вторых, геометрическая плоскость, которую можно измерить. Весь космос выглядит почти «плоским», то есть его кривизна близка к нулю. Это не значит, что всё лежит в одной плоскости — это о локальной геометрии пространства‑времени («евклидовость» на больших масштабах). Геометрическая плоскость не является естественным исходом в классическом космологическом описании. В обычных условиях небольшие отклонения от плоскости растут со временем, что может привести к сильному искривлению пространства. Инфляция же «размазывает» любую начальную кривизну, делая её столь малой, что её невозможно обнаружить в пределах наблюдаемого объёма.

Третья проблема заключается в предсказанных тяжёлых топологических объектах, таких как магнитные монополи, которые появляются в некоторых теориях. Если бы такие частицы образовались в обычных условиях, их плотность была бы огромной, и они бы уже были обнаружены. Космологическая инфляция снизила бы их численность до практически нулевой, разгоняя их распределение так, что шанс встретить хотя бы одну монополю становится очень мал.

Механизм инфляции обычно связывают с особым скалярным полем, иногда называемым инфлатонным полем. Когда значение этого поля находится в определённой части своей потенциальной «энергетической ямы» (потенциальной ямы), плотность энергии поля почти не меняется, а давление становится отрицательным и почти равно по модулю энергии. В рамках общей теории относительности именно такие условия приводят к ускоренному расширению пространства.

Несмотря на успех в объяснении вышеупомянутых проблем и на соответствие наблюдательных данных, инфляция остаётся гипотезой, требующей дальнейшей проверки. Наиболее прямой способ подтвердить её — обнаружить первичные гравитационные волны, которые должны были быть созданы в тот же момент, когда происходили квантовые флуктуации поля.

Поиск этих волн ведётся в поляризационных данных микроволнового фона, но пока окончательного доказательства нет. Кроме того, выбор формы потенциальной энергии инфляционного поля остаётся открытым: существует множество вариантов, каждый из которых предсказывает слегка различные детали спектра возмущений и конечного количества этапов ускоренного расширения.

Таким образом, космологическая инфляция представляет собой мощный концептуальный механизм, который позволяет связать микроскопический мир квантовых флуктуаций с макроскопическими свойствами нашей Вселенной: её однородность, плоскостность и структуры.

Астероиды — малые небесные тела Солнечной системы, преимущественно состоящие из камня и металлов; они значительно меньше планет по массе и размеру.

Большинство находится в поясе между орбитами Марса и Юпитера, но встречаются и вне его: околоземные астероиды, «троянцы» в точках Лагранжа, «кентавры» между орбитами между Юпитером и Нептуном и дальние малые тела за Нептуном.

По составу выделяют углеродистые— тёмные и богатые углеродом, силикаты с минералами оливина и пироксена, металлические с высоким содержанием железа и никеля, а также редкие классы, каждый со своими спектральными особенностями. Размеры варьируют от метров до порядка тысячи километров (Церера ≈ 940 км); малые объекты обычно неправильной формы, у крупных преобладает почти сферическая форма. Внутреннее строение может быть монолитным или представлять собой рыхлую гравитационную «груду обломков»; у некоторых сохранились признаки дифференциации — ядро и кора.

Поверхность астероидов обычно покрыта реголитом — грунтом, образованным постоянной «бомбардировкой» микрометеоритами; ударные кратеры очень распространены на поверхности астероидов. .

Орбитальная эволюция «управляется» гравитационными возмущениями (особенно от Юпитера), орбитальными резонансами и термическими эффектами (например, эффект Ярковского). Столкновения между астероидами приводят к образованию семейств с общими орбитальными и спектральными признаками — остатки разрушенных небесных тел.

Методы изучения включают визуальные, инфракрасные и радионаблюдения; спектроскопия позволяет выявлять минеральный состав, радар помогает понять форму, размеры и скорость вращения.

Космические миссии предоставили детальные карты и образцы — возврат образцов с астероидов Рюгу и Бенну дал ценную лабораторную информацию о составе этих тел. Очень важные наблюдаемые параметры — альбедо, спектральные особенности (например, признаки гидратации или минералов железа), период вращения и ориентация оси.

Потенциальная угроза от астероидов оценивается по их сближению с орбитой Земли и размерам; под определение потенциально опасных объектов подпадают те, что пролетают ближе ~0.05 астрономических единиц и имеют диаметр порядка сотен метров и более.

Астероиды представляют практическую ценность как источники металлов  и воды, что делает их потенциально важными для космической добычи ресурсов и обеспечения длительных миссий.

Потенциально опасные для Земли астероиды

Бенну— диаметр ~490 м; имеет небольшую вероятность столкновения в XXII веке (многочисленные наблюдения уточняют орбиту).

1950 DA (1950 ДА) — крупный, металлический, диаметром ~1 км; имеет очень малую вероятность столкновения в будущем.

Апофис — диаметр ~370 м; ранее вызывал беспокойство, сейчас риск столкновения на ближайшие столетия отсутствует, после уточнений орбиты.

Таутатис— сложная орбита, относительно частые сближения с Землёй в прошлом.

Астероид 2024 YR4 (Астероид 2024 ЮР4) — околоземный объект, обнаруженный 27 декабря 2024 года. Примерный диаметр ~30–65 м. Возможно, хоть и крайне маловероятно, столкновение с Землей 22 декабря 2032 года.

Астероиды и кометы

Астероиды и кометы — оба относятся к малым телам Солнечной системы, но различаются по составу, поведению и происхождению.

Астероиды преимущественно каменисто‑металлические: в их составе доминируют силикатные минералы и железо‑никель, поверхность тёмная или серая, и при приближении к Солнцу они не образуют комы или хвоста. Кометы содержат значительные количества льда (воду, диоксид углерода, угарный газ) вместе с пылью и органическими веществами; при нагреве ближе к Солнцу лёд сублимирует, формируя газовую кому вокруг ядра и видимый хвост из газа и пыли.

По орбитам и местам происхождения астероиды чаще всего обитают в поясе между Марсом и Юпитером, а также встречаются в виде околоземных астероидов, троянцев и кентавров. Кометы в основном происходят из более отдалённых районнов: короткопериодные — из пояса Койпера и рассеянного диска, длиннопериодные — из облака Оорта; их орбиты обычно более эксцентричны и склонны к большим наклонам.

Физически астероиды могут быть монолитными или представлять собой рыхлые объекты, покрытые реголитом (от постоянного ударного воздействия). Кометы, как правило, более пористы, их поверхности активно изменяются под действием солнечного нагрева — возникают выбросы пыли, эрозия.

С точки зрения наблюдаемости, астероиды видны главным образом за счёт отражённого солнечного света, а спектроскопия и радар помогают определить их состав, форму и вращение. Кометы заметно оживают вблизи Солнца за счёт яркой комы и хвоста, а спектры показывают эмиссионные линии газов и продуктов разложения (таянья) льда.

Большие объекты обоих типов могут представлять опасность при столкновении; кометы сложнее обнаруживать заранее из‑за долгих и часто неустойчивых орбит, тогда как астероиды чаще становятся предметом регулярного мониторинга из‑за их числа и близости.

Границы между классами не всегда чёткие: существуют активные астероиды или главные поясные кометы — тела пояса, проявляющие кометную активность, а также дегазированные или иссушенные ядра комет, которые выглядят как астероиды.

Пояс астероидов — часть Солнечной системы между орбитами Марса и Юпитера, где вращается большое число небольших тел (астероидов).

Космическое положение и масштаб

Пояс расположился в зоне между орбитами Марса (примерно 1,5 астрономических единиц от Солнца) и Юпитера (около 5,2 астрономических единиц). Эта область занимает большой объём (расстояние), однако плотность тел в ней остаётся крайне низкой: в среднем астероиды находятся на расстоянии около одного миллиона километров друг от друга. Суммарная масса пояса составляет лишь небольшую часть массы Луны, отдельные крупные тела дают поясу большую часть общей массы.

Состав и типы объектов

Большинство объектов в поясе каменистые тела, делящиеся на несколько основных спектральных классов.

• Темные, углеродосодержащие астероиды, обычно более примитивные и менее изменённые сюрпризами солнечной радиации.
• Силикатные, более светлые тела, богатые железом и магнием.
• Есть также редкие типы, состоящие в значительной степени из металлов, такие как никель и железо. Самыми массивными среди них является астероид Церера (диаметр около 950 км) и крупные астероиды Веста, Паллада и Гигея; их совокупная масса превышает половину всей массы пояса.

Формирование и динамика

Пояс возник из протопланетного диска, когда планетезимали (космические тела около протопланетного диска, увеличивающиеся путем приращения) в этой области не сумели собрать достаточную массу для формирования полноценной планеты.

Гравитационное влияние Юпитера сыграло решающую роль: оно постоянно возмущало орбиты крупных тел, разбивая их на более мелкие фрагменты и препятствуя дальнейшему слиянию. Этот процесс назвали «планетезимальными остатками», и он оставил после себя разреженный, но динамический «диск» малых тел, чьи орбиты продолжают изменяться под действием как Юпитера, так и взаимных столкновений.

История исследований

Первое открытие в поясе — Церера в 1801 году, которую тогда приняли за новую планету. В последующие столетия астрономы постепенно обнаруживали всё больше астероидов; к началу XXI  века их число превысило несколько сотен тысяч.

Космические миссии позволили изучить их гораздо детальнее. Пионер 10 в 1972 году стал первым аппаратом, пролетевшим сквозь пояс, а позднее миссии Галилео предоставили непосредственные данные о поверхности, составе и гравитационных свойствах отдельных объектов. Эти наблюдения подтвердили гипотезу о смешанном каменно-металлическом составе и показали, что некоторые астероиды обладают внутренней дифференциацией (разделения вещества на слои с разной плотностью и составом), похожей на ту, что наблюдается у планет.

Риски

Многие метеориты, падающие на Землю, из этой области, поскольку небольшие фрагменты (астероиды), выброшенные в результате столкновений, могут со временем пересекать орбиту нашей планеты.

Некоторые из объектов (астероидов) классифицируются как потенциально опасные и находятся под наблюдением программ раннего предупреждения. Кроме того, астероиды рассматриваются как потенциальные  источников металла и редкоземельные элементов, могут стать важным ресурсом для будущих космических миссий, позволяя сократить необходимость транспортировать материалы с Земли.

Заключение

Пояс астероидов — это не просто скопление случайных камней, а важная часть Солнечной системы, хранящая сведения о её ранних этапах. Его изучение помогает понять процесс формирования планет, оценить риски исходящие от космических объектов и открывает новые перспективы для использования ресурсов за пределами Земли.

Гравитационные волны — это одно из самых красивых и фундаментальных явлений современной физики.

Гравитационные волны — это колебания кривизны пространства‑времени, которые распространяются (подобно волнам) со скоростью света. Они возникают, когда массивные объекты ускоряются: сливаются чёрные дыры, сталкиваются нейтронные звёзды, вращаются двойные системы.

Впервые гравитационные волны были непосредственно обнаружены (прямое обнаружение) в сентябре 2015 года. Косвенные свидетельства существования гравитационных волн были известны с 1970-х годов

Что происходит со временем в гравитационной волне

Когда проходит гравитационная волна:

• интервалы времени слегка растягиваются и сжимаются,
• ритм любых процессов (например, колебаний атомов) чуть‑чуть меняется,
• часы в разных точках пространства‑времени начинают идти не совсем синхронно.

Что мы узнали благодаря гравитационным волнам

Гравитационно‑волновая астрономия открыла новую эпоху:

• подтверждено существование чёрных дыр звёздных масс, о которых раньше только предполагали
• впервые измерены слияния нейтронных звёзд
• впервые увидели, как образуются тяжёлые элементы (золото, платина)
• проверена общая теория относительности в экстремальных условиях

В целом если гравитационная волна пройдет (проходит) через Землю, она не нанесет никакого ущерба, однако есть одно исключение – очень сильная волна. Такая волна может уничтожить инфраструктуру или всю планету, однако на текущий момент это крайне маловероятно, по близости не зафиксировано объектов, которые могли бы запустить такую волну.

Магнетизм — это проявление того, как движущиеся электрические заряды создают вокруг себя особую область — магнитное поле. Когда электроны (элементарная частица с отрицательным электрическим зарядом) внутри вещества движутся определённым образом, вещество начинает вести себя как магнит.

В каждом атоме электроны вращаются и вокруг ядра, и вокруг собственной оси. Это вращение создаёт маленькие «микромагниты». В большинстве материалов эти микромагниты ориентированы хаотично и взаимно гасят друг друга. Но в некоторых веществах — например, железе — они могут выстраиваться в одном направлении. Тогда возникает макроскопический магнит.

Магнитное поле действует на другие движущиеся заряды и токи. Именно поэтому проводник с током может притягиваться или отталкиваться от магнита. Это описывается силой Лоренца — фундаментальным законом, который связывает заряд, скорость и магнитное поле.

Магнетизм тесно связан с электричеством: изменение магнитного поля способно создавать электрический ток. Это явление лежит в основе работы генераторов и описывается законом Фарадея. А взаимодействие токов и магнитных полей — основа электродвигателей, что связано с законом Ампера.

Магнетизм можно наблюдать повсюду: в работе компаса, в магнитных замках, в жёстких дисках, в электродвигателях, в МРТ. Даже Земля — в определенном смысле огромный магнит, и её магнитное поле защищает нас от солнечного ветра.

Как работает магнит

Магнит работает благодаря тому, что в некоторых веществах — например, железе, кобальте, никеле — электроны внутри атомов имеют несбалансированные магнитные моменты (Ситуации, когда в материале магнитные поля атомов, ионов или электронов не полностью компенсируют друг друга).

В ферромагнетиках существуют области — домены, где миллиарды атомов выстроены одинаково. Когда внешнее магнитное поле заставляет магнитное поле частиц повернуться в одном направлении, вещество становится магнитом.

Почему Земля — магнит

Земля — «гигантский магнит» из-за процессов в её ядре. Внутреннее ядро твёрдое, а внешнее — жидкое и состоит в основном из расплавленного железа и никеля.

Когда жидкий металл движется, он переносит электрические заряды. Движение заряженной проводящей жидкости создаёт магнитное поле — это называется геодинамо.

Потоки расплава закручиваются из-за вращения Земли (эффект Кориолиса), образуя огромные вихри. Эти вихри поддерживают магнитное поле, которое простирается далеко в космос и защищает нас от солнечного ветра

Геодинамо — это механизм, благодаря которому внешнее жидкое ядро Земли создаёт её магнитное поле. Это один из самых мощных процессов в планетарной физике.

Геодинамо работает, потому что во внешнем ядре Земли находится расплавленное железо и никель, которые ведут себя как электропроводящая жидкость. Когда такая жидкость движется, она переносит электрические заряды. А движение зарядов создаёт магнитное поле. Но чтобы это поле было устойчивым и огромным, как у Земли, нужны три ключевых условия.

Первое — источник энергии для движения расплава. Когда железо в ядре затвердевает, оно выталкивает лёгкие элементы (например, серу, кислород) во внешнее ядро. Это создаёт мощные конвекционные потоки: горячее вещество поднимается вверх, холодное опускается вниз. Эти потоки — двигатель геодинамо.

Второе — вращение планеты. Из-за вращения возникает эффект Кориолиса, который закручивает конвекционные потоки в спирали. В результате жидкое железо движется не хаотично, а организованно — формируются огромные вихри, похожие на торнадо, только из металла. Именно эта упорядоченность позволяет магнитному полю не распадаться.

Третье — самоподдерживающийся характер процесса. Как только в ядре появляется слабое магнитное поле (даже случайное), движущаяся жидкость усиливает его. Это называется эффектом динамо: движение проводника в магнитном поле создаёт ток, а ток создаёт новое магнитное поле. Получается замкнутый цикл, который может существовать миллиарды лет. Это поле в значительной степени защищает Землю от солнечного ветра, космической радиации и помогает удерживать атмосферу.

Как создают постоянные магниты

Чтобы сделать постоянный магнит, берут ферромагнитный материал и помещают его в очень сильное внешнее магнитное поле.

Это поле заставляет магнитные поля частиц материалов выстроиться одинаково. Затем материал охлаждают или фиксируют так, чтобы домены не смогли вернуться в хаос. Чем «жёстче» структура кристаллической решётки, тем лучше она удерживает ориентацию доменов — поэтому неодимовые магниты такие сильные.

Процесс обычно включает:

• плавку сплава,
• прессование порошка в магнитном поле,
• спекание,
• окончательную намагниченность в сверхсильном поле.

Так получают магниты, которые могут сохранять свойства десятилетиями.

Гравитация — это то, что держит человека на Земле и заставляет планеты вращаться вокруг Солнца. Но если расписывать подробно, это гораздо глубже, чем просто «сила притяжения». Существуют различные определения и подходы к пониманию того, что такое гравитация.

Классическое понимание: гравитация по Ньютону

Закон всемирного тяготения

Ньютон описал гравитацию как силу притяжения между любыми телами, имеющими массу. Математически:

F=G*((m_1*m₂)/r²)

• F — сила притяжения;
• m1,m2 — массы тел;
• r — расстояние между ними;
• G — гравитационная постоянная (G≈6,67⋅10⁻¹¹ м³/(кг⋅с²)).

Смысл:

• чем больше масса объекта — тем сильнее притяжение;
• чем дальше тела (объекты) — тем слабее притяжение (обратно пропорционально квадрату расстояния).

Гравитационное поле и потенциальная энергия

Вокруг любого тела с массой существует гравитационное поле. Гравитационное поле потенциально: работа силы не зависит от пути, а только от начальной и конечной точки. Это даёт закон сохранения полной энергии (кинетическая + потенциальная).

Гравитационное поле — это физическое поле, через которое осуществляется гравитационное взаимодействие между массами.  В теории Эйнштейна гравитационное поле — это не отдельная сила, а свойство пространства‑времени

Современное понимание: гравитация по Эйнштейну

Ньютоновская система хорошо работает при малых скоростях и слабых полях. Но она «ломается», когда:

• скорости близки к скорости света;
• гравитационные поля очень сильные (чёрные дыры, нейтронные звёзды, магнетары);
• нужно учитывать точные орбиты (например, Меркурия).

Общая теория относительности

Эйнштейн предложил другую теорию, объясняющую гравитацию

Гравитация — это не сила, а искривление пространства‑времени массой и энергией.

Искривление пространства и времени — это одно из ключевых положений общей теории относительности Эйнштейна. Это не метафора, а буквальная физическая реальность: масса, энергия и давление изменяют геометрию пространства‑времени, а тела движутся по этим искривлениям так, как будто их «тянет» сила.

Пространство и время объединяются в четырёхмерное пространство‑время. Масса и энергия «гнут» его, а тела движутся по геодезическим — «прямым линиям» в искривлённом пространстве‑времени.

Образ:

• представьте резиновый лист;
• положите на него небольшой шар с достаточным весом — лист прогнётся;
• маленький шарик, катящийся рядом, будет двигаться по кривой траектории — не потому, что его «тянет», а потому что поверхность искривлена.

Искривление пространства‑времени частично (или полностью) объясняет:

• орбиты планет
• чёрные дыры
• расширение Вселенной
• гравитационные линзы
• гравитационные волны
• замедление времени

Это фундаментальная структура реальности. Время и пространство — гибкие, динамичные.

Общая теория относительности (Уравнения Эйнштейна)  связывает:

• кривизну пространства‑времени;
• распределение массы и энергии.

Эффекты гравитации в общей теории относительности

Общая теория относительности предсказывает явления, которых нет в классике:

• Смещение перигелия Меркурия — орбита Меркурия чуть «поворачивается» со временем; Ньютон не мог это объяснить, Общая теория относительности объясняет.
• Отклонение света — луч света изгибается вблизи массивных объектов (гравитационное линзирование).
• Замедление времени в гравитационном поле — чем сильнее поле, тем медленнее течёт время  
• Гравитационные волны — «рябь» в пространстве‑времени, распространяющаяся со скоростью света  

Гравитация — «самая слабая»

Гравитация — самое слабое из четырёх фундаментальных взаимодействий (сильное, слабое, электромагнитное, гравитационное).

Но:

• она действует на любые массы;
• у неё нет «заряда» противоположного знака (масса всегда положительна);

Поэтому на космических масштабах именно гравитация влияет на:

• образование планет, звёзд, галактик;
• эволюцию Вселенной;
• коллапс звёзд в белые карлики, нейтронные звёзды, чёрные дыры.

Нулевая гравитация (или микрогравитация)

Состояние, при котором вес тела минимален или отсутствует ощущение силы тяжести; объекты в свободном движении, ощущение невесомости. Обычно нет опорной точки.

Квантовая гравитация

На малых масштабах (уровень элементарных частиц) нужна квантовая теория гравитации — но теории пока нет в завершённом виде.

Есть кандидаты:

• теория струн;
• петлевая квантовая гравитация;
• другие подходы.

Но пока гравитация — единственное фундаментальное взаимодействие, которое не вписано полностью в стандартную квантовую картину.

Проще

• В ньютоновской картине: гравитация — сила, которая тянет тела друг к другу.
• В эйнштейновской картине: гравитация — эффект, который заставляет тела двигаться по кривым траекториям в искривлённом пространстве‑времени.

Блазар — один из самых удивительных объектов во Вселенной. Это активное ядро галактики, в центре которой обычно находится сверхмассивная чёрная дыра, которая выбрасывает релятивистскую струю (джет) точно в нашу сторону (или с небольшим углом). Из‑за этого мы видим блазар, как очень яркий, переменный и энергетически мощный источник.  Название «блазар» предложил Эдвард Шпигель (1978).

Блазар и квазар фактически это один и тот же объект. Разница в том, что у блазара релятивистский джет (струя) направлен на Землю или почти точно на Землю, тогда как квазар с Земли виден под другим углом.

Что делает блазар уникальным?

1. Релятивистская струя (джет) направлена прямо на Землю

Это ключевой момент. Плазма в джете движется со скоростью до 99% скорости света, и из-за эффекта Доплера её излучение усиливается в десятки–сотни раз. Поэтому блазары выглядят ярче, чем любые другие активные ядра.

2. Сверхмассивная чёрная дыра в центре

Масса — от миллионов до миллиардов солнечных. Аккреционный диск вокруг неё разогревается до миллионов градусов и становится источником энергии джета. Аналогичная черная дыра обычно есть и в центре Галактике, где расположен квазар.

3.  Переменность

Для блазаров переменность — одна из ключевых характеристик: они могут «вспыхивать» и «тускнеть» в течение часов или даже минут. Переменность в астрономии означает, что яркость объекта меняется со временем — иногда плавно, иногда резко, иногда хаотично.

Сколько всего блазаров?

По современным каталогам известно порядка 5000–6000 блазаров, но точное число зависит от используемого каталога и критериев отбора. Блазары трудно классифицировать: у многих слабые линии, и их легко спутать с переменными звёздами.

Медоед — одно из самых бесстрашных животных на планете. Животное небольшого размера, но очень агрессивное, хитрый и выносливый хищник, который способный отбиться даже от крупных врагов (или напасть на них)

Медоед — хищное млекопитающее из семейства куньих, единственный представитель рода Mellivora (Мелливора). Он обитает в Африке, Южной и Юго‑Восточной Азии, включая Казахстан. Его называют также ратель, медовый барсук, лысый барсук.

• Длина тела: 60–77 см
• Хвост: 17–30 см
• Вес: 7–13 кг, иногда до 16–18 кг
• Телосложение: коренастое, мускулистое
• Окрас: светлая спина и тёмное брюхо

Толстая кожа и грубая шерсть делают его почти неуязвимым для укусов пчёл и даже зубов некоторых хищников.

Медоед встречается:

• по всей Африке, южнее Сахары
• в Южной и Юго‑Восточной Азии
• в Казахстане и Туркменистане (в Красной книге)

Несмотря на название, мед — лишь часть рациона. Медоед — всеядный хищник, который ест: ядовитых змей, мелких млекопитающих, птиц, черепах, личинок

Он устойчив к змеиному яду: укус кобры может парализовать его на несколько часов, но после он приходит в нормальное состояние.

Медоед занесён в Книгу рекордов Гиннесса как самое бесстрашное млекопитающее в мире. Медоед очень агрессивен, имеет толстую кожу, мощные челюсти, способен нападать на животных гораздо крупнее себя, умеет вырываться из ловушек и открывать некоторые замки (не шутка!)

Он может отбиться даже от леопарда или льва, если те не  будет драться до конца, а предпочтут уйти, встретив агрессивное сопротивление. Медоед  активен ночью или в сумерках. Быстро роет норы. Очень умён: умеет использовать предметы, чтобы выбраться из вольеров

Медоед — мастер рытья. Он может выкопать нору за 3–5 минут. Нора — это его база: там он спит, прячет добычу.

Он использует:

• собственные норы,
• заброшенные норы сурков, дикобразов, мангустов,
• трещины в земле,
• дупла.

У медоеда почти нет естественных врагов. Иногда на него охотятся:

• леопарды
• гиены
• крупные питоны

Но чаще всего хищники предпочитают не связываться: медоед дерётся до конца и способен нанести серьёзные раны.

Андроид — это человекоподобный робот, созданный так, чтобы напоминать человека внешне, движениями и иногда поведением.

Чем андроид отличается от других роботов?

Чтобы не путать термины:

• Андроид — похож на человека: лицо, руки, походка, мимика.
• Гуманоидный робот — имеет человеческую форму, но не обязательно похож на человека

Термин андроид впервые появился в 1728 году в энциклопедии Циклопедия. Но популярным стал благодаря научной фантастике XX века — особенно Филипа Дика и Айзека Азимова.

Сегодня слово часто используют:

• в робототехнике
• в кино
• в философии искусственного сознания
• в обсуждениях будущего ИИ (искуственного интелекта)

Андроид — это одна из самых сложных форм робототехники, и его устройство напоминает гибрид биологии, механики и вычислительных систем.

Первые андроиды в научной фантастике появились ещё в XIX–XX веках, но настоящий расцвет начался с золотого века фантастики.

Айзек Азимов сформулировал «три закона робототехники«, которые стали фундаментом для образа разумных машин.

Андроид строится на основе внутреннего «скелета», который примерно соответствует пропорциям человеческого тела. Обычно этот каркас изготавливают из легких, но достаточно прочных материалов, таких как алюминиевые сплавы, углеродное волокно или композиты. На этот каркас устанавливаются сервоприводы, редукторы и шарнирные соединения, которые функционируют как искусственные суставы. Каждый сустав — это механизм, способный контролировать угол, скорость и силу движения андроида. В некоторых моделях андроидов суставы работают плавно, имитируя человеческую походку, наклоны головы, движения пальцев и даже микрожесты.

Снаружи каркас покрывается искусственной кожей — силиконовой или полимерной, иногда многослойной, чтобы имитировать упругость человеческой кожи. Под ней располагаются мягкие подложки, создающие ощущение мышц и тканей. Лицо — самая сложная часть: под ним скрывается сеть микросервоприводов, которые двигают брови, веки, губы и щёки, создавая мимику. Современные андроиды способны выражать удивление, радость, задумчивость, улыбку благодаря десяткам микродвигателей, работающих синхронно.

Внутри головы обычно располагаются камеры высокого разрешения, инфракрасные сенсоры и микрофоны, которые позволяют андроиду видеть, слышать и ориентироваться в пространстве.

В груди или спине обычно находится вычислительный блок — набор процессоров, графических ускорителей и нейронных модулей, которые обрабатывают зрение, речь, движения и поведение. Это «мозг» андроида, работающий на алгоритмах машинного обучения и системах принятия решений.

Движение андроида осуществляется за счёт системы питания, включающей высокоплотные аккумуляторы или подключение к внешнему источнику энергии. Контроллеры распределяют энергию по всему роботу, контролируя нагрузку на каждый привод, что помогает избежать перегрева и обеспечивает гладкость движений. Внутри корпуса протянулись кабели, чем-то напоминающие нервную систему: они связывают сенсоры, приводы и вычислительные модули в одну слаженную сеть.

Речь андроида создаётся синтезатором голоса, а восприятие речи — системой микрофонов и моделей распознавания. Некоторые андроиды способны поддерживать зрительный контакт, отслеживать эмоции собеседника и адаптировать поведение под ситуацию. Это достигается благодаря программным модулям, которые анализируют выражение лица, позу, тон голоса и контекст разговора.

Всё это делает андроида не просто машиной, а сложным человекоподобным устройством, в котором каждая деталь — от суставов пальцев до алгоритмов поведения — создана для того, чтобы приблизить его к человеческому облику.

Современный андроид — это прежде всего робот, созданный так, чтобы максимально точно воспроизводить человеческое тело, движения, а иногда и голос. В самых продвинутых моделях суставы управляются так тонко, что андроид может пожать руку, не сжав её слишком сильно, или аккуратно взять хрупкий предмет.

Мегалодон — это гигантская акула (вымершая), один из крупнейших хищников, живших в море, за всю историю Земли. Он жил на Земле примерно от 23 до 2,6 млн лет назад. Название вида происходит от греческих слов «мегас» («большой») и «одонтус» («зуб»), как следует из названия, у хищника очень большие зубы.

В древности Мегалодона можно был встретить почти по всему миру (в воде, естественно) — его окаменелости находят в Европе, Африке, обеих Америках и Австралии. Он предпочитал тёплые прибрежные воды, но мог заходить и в более холодные регионы. Наиболее часто ученые находят зубы мегалодона.

Размер зуба мог достигать 18-19 сантиметров. Зубы мегалодона находят по всему миру, включая места, где сейчас суша. (А вот это весьма любопытно).

Длина взрослой особи могла составлять 14–16 метров, но есть предположения о том, что размер мог достигать 24 метров. Вес — около 30–40 тонн или даже больше. Мегалодон мог съедать более тонны пищи в день.

Долгое время считалось, что мегалодон похож на большую белую акулу. Но современные исследования показывают, что он был подлиннее и постройнее, чем белая акула. Больше мегалодон напоминал крупную песчаную акулу-мако.

Обычно он охотился на:

• китов
• дельфинов
• крупных рыб
• морских черепах

Почему мегалодон вымер?

Точные причины неизвестны. Наиболее популярные гипотезы

• Похолодание климата
• Исчезновение крупных китов, основной добычи
• Конкуренция с предками современных белых акул и косаток
• Размеры мегалодонов, которым требовалось много еды

Левиафан Мелвилла единственный хищник, который мог убить мегалодона в прямом бою. Скорее всего, они конкурировали за еду и иногда вступали в схватки.

Почему он был опасен даже для мегалодона

• Длина: 13–17 м (как крупный мегалодон).
• Вес: до 50 тонн.
• Зубы: до 36 см, самые большие зубы среди всех хищников в истории.
• Интеллект: как у современных китов → высокий уровень тактики.

Также для мегалодона опасность представляли статьи косаток.

Существует ли мегалодон сегодня?

Научных доказательств существования мегалодона на сейчас — нет. Последние надёжные следы его присутствия датируются 2,6 млн лет назад

Квазар — это активное ядро галактики, в центре которой находится сверхмассивная чёрная дыра, поглощающая вещество (газ). Когда газ, вещество падают на чёрную дыру, они разогреваются до миллионов градусов и начинают светиться ярче, чем вся галактика. Квазары являются самыми яркими объектами во Вселенной. Их видно на огромном расстоянии.

Квазар может светить как 100 триллионов Солнц. При этом сам объект размером всего с Солнечную систему. Масса таких чёрных дыр — от 10⁶ до 10¹⁰ масс Солнца. Многие квазары  выбрасывают струи плазмы (джеты), которые движутся почти со скоростью света. Ниже макет квазара.

История

История открытия квазаров — это сложная цепочка событий, в которой ученые шаг за шагом сталкивались с объектами, которые не вписывались ни в одну известную группу космических объектов.

Всё началось в конце 1950‑х, когда радиотелескопы стали находить яркие источники радиоволн. Они были настолько мощными, что их можно было обнаружить на огромных расстояниях, но когда астрономы пытались увидеть их в оптическом диапазоне, они выглядели как обычные звёзды — маленькие, точечные, без галактической структуры. Эти странные объекты получили названия вроде 3C 48 и 3C 273.

Когда был получен спектр 3C 48, он оказался неясным: линии были яркими, но не совпадали ни с одним известным элементом. Казалось, что объект состоит из «неизвестной материи». Несколько лет астрономы  пытались понять, что это вообще такое, пока в 1963 году Мартен Шмидт, изучая спектр 3C 273, не заметил, что линии совпадают со спектром водорода — но сдвинуты в красную сторону. Это означало, что объект находится на огромном расстоянии, в миллиардах световых лет, и при этом светит ярче целой галактики.

Так появилось слово «квазар» «квазизвёздный радиоисточник». Вскоре стало ясно, что квазары — это не звёзды, а активные ядра далёких галактик, питаемые сверхмассивными чёрными дырами. Это открытие стало первым крупным доказательством существования сверхмассивных чёрных дыр.

Структура квазара

1. Сверхмассивная чёрная дыра

Большая масса: от миллиона до десятков миллиардов масс Солнца.

2. Аккреционный диск

Газ, пыль и звёзды, попадающие на аккреционный диск, разогреваются до миллионов градусов. Этот диск — главный источник света квазара.

3. Релятивистские струи (джеты)

Струи плазмы, выбрасываемые вдоль магнитных полюсов чёрной дыры. Скорость — до 99,9% скорости света. Длина — тысячи световых лет.

4. Диск из пыли

Плотный диск из газа и пыли – один из уникальных признаков квазара (расположен дальше, чем аккреационный диск). От того, под каким углом мы его видим, зависит вид объекта (квазар, сейфертова галактика, блазар).

Очень ярко

Квазары — самые «эффективные машины» по созданию энергии во Вселенной. То есть чёрная дыра превращает массу в энергию в десятки раз эффективнее, чем звёзды.

Квазар может светить как 100 триллионов Солнц, будучи размером всего с Солнечную систему.

Формирование квазара начинается с того, что в центре галактики уже существует сверхмассивная чёрная дыра. Она может быть спокойной миллиарды лет. Но в какой-то момент что‑то происходит, например, галактика сталкивается с другой, или около черной дыры проходит гигантское облако газа, или внутренние процессы выбрасывают огромное количество вещества к центру.

Газ начинает сближаться с чёрной дырой, но не падает прямо внутрь — он закручивается, образуя огромный вращающийся диск. Этот диск постепенно уплотняется, нагревается, и температура поднимается до миллионов градусов. Галактика, которая раньше была обычной, внезапно вспыхивает так ярко, что её видно через половину Вселенной.

Вокруг диска поднимаются мощные магнитные поля. Они закручивают плазму в гигантские спирали и выбрасывают её наружу узкими (относительно) струями — джетами, которые летят почти со скоростью света. Эти джеты могут пронзать межгалактическое пространство на тысячи световых лет, создавая огромные светящиеся структуры.

Вокруг всего этого хаоса формируется толстый тор из пыли и газа. Он скрывает часть света, и то, что мы видим с Земли, зависит от того, под каким углом мы смотрим. Если мы смотрим прямо на диск — это квазар. Если сбоку — это уже другой тип активного ядра, хотя физика внутри та же.

Пока газ продолжает попадать на аккреционный диск, квазар остаётся невероятно ярким. Он может затмить всю свою галактику, сияя как триллионы Солнц. Но это состояние не вечно. Когда запас газа (или материи) иссякнет, диск постепенно потускнеет, джеты (релятивистские струи) исчезнут, и ядро галактики снова станет спокойным. Квазар «выключается», оставляя после себя обычную галактику с тёмной чёрной дырой в центре.

Роль квазаров во Вселенной

Квазары:

• «регулируют» рост галактик
• «выдувают» газ, подавляя звездообразование
• создают ударные волны на сотни тысяч световых лет
• служат маяками для измерения расширения Вселенной

Точное число подтверждённых квазаров — порядка нескольких сотен тысяч, но число кандидатов в квазары превышает миллион.

Пульсар, согласно наиболее популярной теории, это быстро вращающаяся нейтронная звезда, которая испускает узкие пучки электромагнитного излучения. Когда такой пучок направлен в сторону Земли, мы видим регулярные импульсы — отсюда и название «пульсар». Пульсар иногда называют космическим маяком, ведь он регулярно шлет электромагнитные сигналы в глубины Вселенной.

Пульсары —  источники радио, оптического, рентгеновского, гамма излучений. Первый найденный пульсар (в 1967 году) первоначально был назван LGM-1 (ЛДжиМ-1), что являлось сокращением от сочетания — маленькие зелёные человечки. Изначально предполагалось, что регулярные импульсы имеют искусственное происхождение. Что-то регулярно слало в направлении Земли сигналы и выглядело подозрительно. Вскоре была выдвинута теория, что ученые нашли маяки внеземных цивилизаций.

Пульсар работает, как маяк, потому что его магнитная ось наклонена относительно оси вращения.  В этом и заключается основное отличие от обычной нейтронной звезды.

Кора нейтронной звезды — очень прочная, но под чудовищным давлением. Иногда она ломается, и пульсар внезапно ускоряется.

Вокруг некоторых пульсаров есть планетные системы. Первая подтверждённая экзопланета была найдена не у обычной звезды, а именно у пульсара

Как образуются пульсары?

Пульсар появляется после взрыва сверхновой, когда ядро массивной звезды коллапсирует в нейтронную звезду. Если такая звезда обладает сильным магнитным полем и быстро вращается, она становится пульсаром. А если вращается еще быстрее, она может стать магнетаром.

Есть, конечно, и альтернативные теории. В частности, как уже было сказано, в прошлом пульсары связывали и  с другими цивилизациями. Кроме того, согласно другой теории, пульсары могли быть белыми карликами, которые испускают сигналы.

Впоследствии теория о белых карликах нашла частичное подтверждение, выяснилось, что некоторые из них действительно могут вести себя, как пульсары.

Удивительная точность

Пульсар испускает сигналы с определенной периодичностью, удивительной точности. Именно в связи с этим возникла теория о других цивилизациях. Изначально было трудно поверить, что звезда может испускать сигналы с идеальной периодичностью.

Диапазон периодов:

Миллисекундные пульсары: 1–10 миллисекунд

Обычные радиопульсары: 0,1–2 секунды

Медленные пульсары: 5–10 секунд

Рекордно медленные: до 23 секунд

Типы пульсаров

Радиопульсары — самые «распространённые», излучают в радиодиапазоне.

Рентгеновские пульсары — часто в двойных системах, «питаются» аккрецией вещества.

Миллисекундные пульсары — самые быстрые и стабильные.

Магнитары — пульсары с экстремально сильным магнитным полем

Загадочное молчание

Пульсары «замолкают» по нескольким физическим причинам, и современные исследования показывают, что существует несколько разных механизмов исчезновения или ослабления импульсов.

Когда пульсар теряет энергию, его вращение замедляется. При определённо низкой скорости магнитное поле уже не может разгонять частицы, и генерация радиолучей прекращается. Некоторые пульсары «выключаются», когда начинают поглощать вещество от соседней звезды.

Сколько их?

Сейчас известно около 3500 пульсаров. Точная цифра меняется почти еженедельно

Нейтрино — одно из самых загадочных и фундаментальных частиц во Вселенной. Это частица, которая почти не взаимодействует с материей, проходит сквозь планеты, звёзды, галактики.

Что такое нейтрино

Нейтрино — это элементарная частица с очень малой массой и нулевым электрическим зарядом. Она относится к семейству лептонов, как электрон, но ведёт себя иначе.

Главная особенность нейтрино — оно почти никак не взаимодействует с материей. Чтобы нейтрино «столкнулось» с каким-либо атомом, этой частице нужно пройти толщу свинца размером в несколько световых лет.

Свойства нейтрино

Нейтрино обладает набором уникальных характеристик, которые делают частицу одним из самых необычных объектов для изучения.

Оно не имеет электрического заряда, поэтому не взаимодействует с электромагнитными силами. Оно имеет массу, но настолько маленькую, что долгое время считалось массы у частицы нет. Оно может вступать только в слабое ядерное взаимодействие. Оно движется почти со скоростью света, особенно если рождается в процессе ядерной реакции.

Эти свойства делают нейтрино идеальным «посланником» из самых далеких областей космоса – от далеких звёзд, сверхновых, чёрных дыр.

Откуда берутся нейтрино

Нейтрино рождаются в огромных количествах в ходе самых разных процессах:

Внутри Солнца — в термоядерных реакциях. В сверхновых — когда звезда взрывается, до 99% энергии уходит в виде нейтрино. В атмосфере Земли — когда космические лучи сталкиваются с молекулами воздуха. В ядерных реакторах — как побочный продукт распада. В ранней Вселенной — нейтрино существовали уже через секунду после Большого взрыва.

Три вида нейтрино и их превращения

Существует три типа нейтрино:

• электронное
• мюонное
• тау‑нейтрино

И самое удивительное: нейтрино могут превращаться друг в друга во время движения. Это явление называется осцилляциями нейтрино.

Открытие осцилляций стало важным этапом изучения, потому что оно доказало: нейтрино имеют массу, пусть и очень маленькую.

Как их обнаруживают

Поймать нейтрино — очень сложная задача. Поэтому детекторы — это огромные подземные сооружения, заполненные водой, льдом или специальными жидкостями.

Самые известные:

• Super‑Kamiokande («Супер-Камиоканде») в Японии
• IceCube (АйсКуб) на Южном полюсе

Они ловят редкие вспышки света, возникающие, когда нейтрино всё‑таки сталкивается с атомом.

Нейтрино впервые «нашли» путем теоретического прогноза, а потом, спустя примерно четверть века, экспериментально обнаружили. История открытия нейтрино начинается с теоретической догадки и заканчивается экспериментом, который подтвердил существование частицы, почти не взаимодействующей с материей.

В 1920‑х физики столкнулись с загадкой: при бета-распаде ядер электроны вылетали с непрерывным спектром энергий, хотя по законам сохранения энергии распад должен был давать фиксированную энергию. Это выглядело так, будто энергия «пропадает».

В декабре 1930 года Вольфганг Паули предложил новую гипотезу: при бета-распаде рождается ещё одна частица, нейтральная, почти безмассовая и крайне трудноуловимая. Она уносит недостающую энергию. Паули назвал её «нейтроном», но позже Энрико Ферми переименовал её в нейтрино — «маленький нейтральный» по‑итальянски.

Расчёты показывали, что нейтрино взаимодействует с веществом настолько слабо, что может пройти толщу свинца толщиной в световой год, не столкнувшись ни с одним атомом. Поэтому долгое время считалось, что обнаружить нейтрино практически невозможно.

Настоящий научный прорыв произошёл в 1956 году. Фредерик Райнес и Клайд Коуэн поставили эксперимент возле ядерного реактора — мощного источника антинейтрино. Они использовали реакцию обратного бета-распада.

Антинейтрино сталкивалось с протоном, рождая позитрон и нейтрон. Позитрон аннигилировал, создавая два гамма‑кванта, а нейтрон через доли миллисекунды захватывался ядром кадмия, испуская ещё один гамма‑квант. Таким образом, первыми, кто наблюдал нейтрино стали Фредерик Райнес и Клайд Коуэн.

Телескопы

Homestake (Хоумстейк) — первый солнечный нейтринный телескоп

Это был первый в истории телескоп, созданный специально для наблюдения нейтрино из космоса. Его построил Рэймонд Дэвис.

Он использовал огромный резервуар с 615 тоннами перхлорэтилена. Когда солнечное нейтрино взаимодействовало с хлором, образовывался атом аргона — и именно его Дэвис улавливал.

Этот телескоп впервые показал, что поток солнечных нейтрино в три раза меньше, чем прогнозировалось в теоритической модели. Так родилась «солнечная нейтринная проблема», решённая только спустя десятилетия открытием осцилляций нейтрино.

Kamiokande (Камиоканде) — первый телескоп, увидевший вспышку сверхновой

Детектор Kamiokande (Камиоканде)  был построен в подземной шахте и содержал 3000 тонн ультрачистой воды.

Он стал первым нейтринным телескопом, который:

• зарегистрировал атмосферные нейтрино
• помог доказать, что нейтрино могут менять типы
• В 1987 году Камиоканде поймал 11 нейтрино от взрыва сверхновой.

 Super-Kamiokande («Супер-Камиоканде» )— телескоп, который доказал осцилляции нейтрино

«Супер-Камиоканде»  стал первым телескопом, который:

• помог доказать осцилляции нейтрино
• показал, что нейтрино имеют массу

 AMANDA (Аманда) — первый подлёдный нейтринный телескоп

AMANDA (Аманда)  был построен на Южном полюсе. Впервые в истории детектор использовал толщу антарктического льда как среду для регистрации вспышек света от нейтрино.

Он стал прототипом для гигантского телескопа IceCube.

IceCube (АйсКуб) — телескоп, который видит нейтрино из других галактик. АйсКуб — это уже более современный телескоп. Он впервые в истории «увидел»:

• нейтрино экстремальных энергий
• нейтрино от блазара TXS (ТХС)  0506+056
• космические нейтрино, пришедшие из-за пределов Млечного Пути

Первые нейтринные телескопы были построены глубоко под землёй, чтобы космические лучи не мешали наблюдениям.

 Почему нейтрино важны

Нейтрино — ключ к пониманию многих сложных вопросов физики:

Они помогают изучать процессы в недрах Солнца. Они могут рассказать о ранней Вселенной. Они помогают искать тёмную материю. Они проверяют фундаментальные законы природы.

Нейтрино — это «посланники» из мест, куда зачастую невозможно заглянуть никаким другим способом

Квантовая химия — это дисциплина на стыке химии и философии, которая объясняет химические явления через законы квантовой механики. Она помогает объяснить процессы, которые невозможно понять с точки зрения классической химии: почему атомы образуют именно такие связи, откуда берутся спектры, почему молекулы имеют определённую форму, как электроны распределяются в пространстве.

Что изучает квантовая химия

Квантовая химия исследует строение атомов и молекул, основываясь на уравнении Шрёдингера и поведении электронов как квантовых объектов. Квантовая химия сформировалась из уравнения Шрёдингера, но на этом история дисциплины не заканчивается. Когда речь заходит о релятивистских эффектах, особенно для тяжёлых атомов, высокоточных расчётов, обычно применяется уравнение Дирака.

Квантовая химия объясняет:

• как формируются химические связи, почему они формируются именно так
• почему молекулы имеют определённую структуру
• как распределяются электронные облака
• почему вещества обладают цветом, запахом
• реакции на уровне электронов

Основная идея: электроны — это волны

В квантовой химии электрон — волновая функция (Это не волна, как на воде, а фактически речь идет о математическом распределении вероятности), распределённая в пространстве. Это распределение определяет:

• длину связи
• её прочность
• форму молекулы
• реакционную способность

Чтобы описать молекулу, обычно решают уравнение Шрёдингера. Решение даёт:

• уровни энергии
• форму атомных (электронных)  орбиталей
• распределение электронов
• свойства молекулы

 Методы квантовой химии

Существует несколько подходов, каждый со своими преимуществами.

• Метод Хартри–Фока — базовый, относительно быстрый, но в значительной степени приближённый
• Теория функционала плотности — популярный метод сегодня
• Пост‑Хартри–Фок — более точный метод, чем метод Хартри–Фока
• Квантовая динамика — моделирование движения атомов

Все методы квантовой химии — от Хартри–Фока до пост‑Хартри–Фока — приблизительные. Точное решение уравнения Шрёдингера для молекул невозможно получить аналитически, кроме молекулы водорода. В настоящий момент методы квантовой химии продолжают развиваться, появляются новые методы.

Все методы на текущий момент — это компромисс между:

• точностью
• вычислительной сложностью
• размером анализируемой системы

Методы квантовой химии дают отличную точность, когда система:

• небольшая (до десятков атомов)
• не имеет сильной корреляции электронов
• не содержит сверхтяжёлых элементов
• не находится в экстремальных условиях

Где применяется квантовая химия

Она используется там, где важно понять поведение вещества на уровне электронов:

• разработка лекарств
• создание катализаторов
• моделирование материалов
• изучение наноструктур
• разработка батарей и солнечных элементов
• исследование атмосферной химии
• квантовое моделирование биомолекул

Эмиссионный спектр

Эмиссионный спектр — это один из самых фундаментальных феноменов в физике и химии. Он показывает, какие именно длины волн излучает атом или молекула, когда электроны переходят с более высоких энергетических уровней на более низкие.

Согласно теориям квантовой химии, электроны в атомах занимают дискретные энергетические уровни. Эмиссионный спектр — это экспериментальное подтверждение этого факта.

Сверхмассивная чёрная дыра — это чёрная дыра обычно с массой от миллионов до миллиардов масс Солнца, находящаяся почти в каждой галактике (очень часто в центре Галактики), включая Млечный Путь. Она создаёт настолько сильное гравитационное поле, что ничто, даже свет, не может покинуть её горизонт событий.

Что делает её «сверхмассивной»

• Масса: примерно от 10⁶ до 10¹⁰ масс Солнца.
• Расположение: почти всегда — в центре галактики.

Как они образуются?

Сверхмассивная чёрная дыра формируется не так, как обычная звёздная черная дыра. Она слишком велика, чтобы быть просто «остатком звезды». Учёные пока не пришли к единому мнению, как появляются сверхмассивные черные дыры, но есть несколько ведущих гипотез.

Прямой коллапс гигантского газового облака

В ранней Вселенной существовали огромные облака водорода и гелия массой в сотни тысяч–миллионы Солнц. Если такие облака не успевали превратиться в звёзды, они могли сжаться целиком, образовав «зародыш» чёрной дыры массой 10⁴–10⁶ Солнц.

Это объясняет, почему уже через 500–700 миллионов лет после Большого взрыва существовали квазары с массой >10⁹ Солнц.

Коллапс сверхмассивной первичной звезды

В ранней Вселенной могли существовать звёзды массой 10 000–100 000 Солнц. Такие звёзды нестабильны и могут «быстро» коллапсировать в чёрные дыры огромной массы.

Слияние множества звёздных чёрных дыр

В плотных звёздных скоплениях ранней Вселенной десятки и сотни чёрных дыр могли:

• сталкиваться,
• сливаться,
• постепенно накапливать массу.

Этот процесс медленнее, но он длиться миллиарды лет.

Быстрый рост через аккрецию

Как только появляется «зародыш» чёрной дыры, она начинает расти, поглощая:

• газ,
• пыль,
• звёзды,
• другие чёрные дыры.

Аккреционный диск вокруг неё разогревается до миллионов градусов и светится ярче всей галактики — так появляются квазары

Слияние галактик

Когда сталкиваются две галактики, их центральные чёрные дыры: сближаются, образуют двойную систему, в итоге сливаются в одну сверхмассивную.

Как они влияют на галактики?

Сверхмассивные чёрные дыры не просто поглощают окружающую материю, они активно влияют на эволюцию галактик:

• Регулируют звездообразование — нагревают газ, мешая образованию новых звёзд.
• Создают джеты и ветры, выбрасывая вещество далеко за пределы галактики.
• Определяют структуру галактики — масса чёрной дыры коррелирует со скоростями

В центре Млечного Пути находится Стрелец A* — сверхмассивная чёрная дыра массой примерно в 4 миллиона раз больше массы Солнца.

Сверхмассивная чёрная дыра и «обычная» (звёздная) чёрная дыра существуют по одним и тем же физическим законам, но масштабы, происхождение и влияние на окружающий мир у них радикально разные.

Сверхмассивная чёрная дыра — это гигант с массой в миллионы–миллиарды Солнц, живущий (обычно) в центре галактик, а звёздная чёрная дыра — это остаток коллапса одной массивной звезды, обычно массой в несколько–десятков Солнц.

Разошлись ничьей

Долгие годы считалось, что любой объект, попавший в зону притяжения сверхмассивной черной дыры, будет уничтожен. Но как оказалось – нет. В 2013 году астрономы обнаружили магнетар всего в 0.1 светового года от Стрельца A*. Это экстремально близко — по галактическим меркам почти вплотную.

Магнетар — один из самых прочных объектов во Вселенной. Он выдерживает давление в 10³⁴ Паскалей, плотность выше, чем у атомного ядра, магнитное поле до 10¹⁵ гаусс.

Магнетар оказался критически близко к черной дыре, но все же этого оказалось недостаточно, его не затянуло внутрь.

А что внутри черной дыры?

Точно неизвестно, есть разные теории. Например, точка бесконечной плотности, где законы физики перестают работать. Или же внутри черной дыры материя переходит в новое состояние, возможно — в другую область пространства-времени. Или чёрная дыра может быть входом в кротовую нору — туннель в другую часть Вселенной или в другую вселенную.

Принцип неопределённости Гейзенберга гласит, что невозможно одновременно точно знать положение и импульс частицы. Чем точнее измеряется одно, тем менее определённым становится другое. Это не недостаток методов исследования, а фундаментальное свойство квантового мира

Причина — волновая природа материи. Частицы на квантовом уровне ведут себя как волны.

• Волна, нерастянутая (короткая) в пространстве → имеет широкий спектр импульсов (нет точного импульса).
• Волна с точно определённым импульсом → растянута в пространстве, положение неопределённо

Пример

Чтобы увидеть электрон, нужно «подсветить» его фотоном. Но фотон, взаимодействуя с электроном, меняет его импульс. То есть сам акт измерения неизбежно вносит неопределённость в процессе измерения. Это не техническая проблема — это фундаментальный закон природы

А если проще?

В квантовом мире нельзя одновременно точно знать, где находится частица и с какой скоростью она летит. Хочешь увидеть электрон — нужно подсветить его светом. Но свет — это тоже частицы (фотоны), и когда они «бьют» по электрону, они его толкают. Пытаясь зафиксировать положение, придется повлиять на сам объект.

Кто разработал?

Принцип неопределённости разработал Вернер Гейзенберг — немецкий физик, один из создателей квантовой механики. Он сформулировал принцип неопределённости в 1927 году. В 1920‑х физики пытались представить электрон как маленький шарик, который летает вокруг ядра по орбитам, как планеты. Но эксперименты показывали, что электрон ведёт себя как волна.

Гейзенберг понял: в квантовом мире измерение — это не наблюдение, а активное воздействие. Когда ты пытаешься измерить положение электрона, ты неизбежно «касаешься» его фотоном. Это вмешательство в процесс меняет его импульс. Гейзенберг не пытался доказать, что «мы плохо измеряем». Он показал, что основы квантовой механики нашего мира не позволяют иметь точные значения обеих величин одновременно.

А причем тут Шредингер?

Шрёдингер и Гейзенберг создали две разные квантовые механики:

• волновая механика Шрёдингера
• матричная механика Гейзенберга

И оказалось, что они примерно эквивалентны. Принцип неопределённости — это то место, где обе теории говорят одно и то же, просто по-разному.

Магнетар (или магнитар) — это особый тип нейтронной звезды с удивительно сильным магнитным полем, самым мощным из всех известных во Вселенной. По сути, это «звезда‑магнит», в диаметре 20-30 км, но с массой, сравнимой или большей, чем у Солнца.

Магнетары —  источники жёсткого рентгеновского и гамма‑излучения. Жесткой границы между видами излучения нет, поэтому считается, что магнетары обладают излучением этих двух типов.

В отличие от классических пульсаров, многие магнетары либо очень слабо, либо вообще не излучают в радиодиапазоне, поэтому астрономы  долго не могли их «увидеть», в отличие от пульсаров.

Время от времени на магнетарах происходят вспышки гамма-излучения. О чем речь? Магнетар способен выбрасывать огромные потоки энергии (похожие на струю) в определенном направлении. Именно так в 1998 году и удалось подтвердить сам факт существования магнетара. А в 2004 году один из потоков добрался до Земли, планету спасло лишь огромное расстояние до источника выброса струи. Будь магнетар ближе, планета могла быть уничтожена.

Обычная вспышка магнетара, длящаяся доли секунды, может выделить столько энергии, сколько Солнце излучает за год.

Впервые гамма‑излучение магнетара  зафиксировали 5 марта 1979 года (только много позже стало ясно, что источником являлся магнетар).  Два советских аппарата Венера‑11 и Венера‑12 зарегистрировали резкий всплеск гамма‑излучения.

Кора магнетара

Твёрдая, чрезвычайно прочная (железная, по оценкам, в миллиарды раз прочнее стали). Сокрушительное магнитное поле деформирует кору магнетара, пока та не начинает трескаться — происходит звездотрясение (аналог землетрясения). Вероятно, из образовавших трещин и происходит направленный выброс энергии.

Схватка, от которой может «задрожать » даже Галактика

Магнетар фактически единственное космическое тело, которое может оказать сопротивление черной дыре. Известно, что тела, попавшие в зоне притяжения черной дыры – затягиваются, разрушаются, поглощаются. Но магнетар не так прост.  Из-за очень сильного магнитного поля, он может дать бой неудержимой силе притяжения черной дыры.

В 2013 ученые зафиксировали такое противостояние, магнетар, попавший в зону притяжения Стрельца A* — сверхмассивной чёрной дыры с массой более 4 миллионов Солнц, смог дать ей отпор. До настоящего момента магнетар продолжает вращаться вокруг этой черной дыры (с учетом, конечно, того, что свет оттуда доходит до нас с задержкой).

Как появляются?

Магнетары плохо изучены, точно сказать, как появляются такие космические объекты, затруднительно. В соответствии с наиболее убедительной версией, магнетары появляются после взрыва сверхновой звезды.  Массивная звезда взрывается – а новорожденная звезда может стать магнетаром, если вращается очень быстро.

Как появляются? Конкурирующие теории

Слияние двух нейтронных звезд может привести к появлению черной дыры, но не всегда, так же в результате этого космического процесса может родиться и магнетар.

Указанная теория не единственная, есть разные теории, например, теория тихого коллапса, согласно которой, если ядро звезды начинает стремительно вращаться, звезда может стать магнетаром. Согласно другой версии, магнетар может появиться в результате трансформации пульсара.

Магнетар против Пульсара — ключевые различия

Магнетар — излучает благодаря распаду сильнейшего магнитного поля. Магнитное поле 10¹⁴–10¹⁵ Гаусса «ломает» кору, вызывает звездотрясения, вспышки энергии, нагрев. Активная жизнь ~10 тыс. лет.

Пульсар — излучает за счёт потери энергии вращения. Он как космический «маяк»: быстро вращается и посылает радиолучи. Магнитное поле 10¹¹–10¹³ Гаусс — в тысячи раз слабее, чем у магнетара. Очень стабилен, может жить миллионы лет.

А сколько их всего?

Признано существование 24 магнетаров. Также есть еще 6 «кандидатов» в магнетары. Согласно некоторых прогнозам, магнетаров быть намного больше.

Обычные магнетары имеют магнитные поля порядка 10¹⁴–10¹⁵ Гаусса ≈10¹⁰–10¹¹ Тесла. Но у Swift J0243.6+6124 (Свифт Джей 0243.6+6124)  поле оказалось в 10–15 раз сильнее, чем у обычных магнетаров.

Роль магнетаров в современной астрофизике

Магнетары — естественные «лаборатории» экстремальной астрофизики: сверхплотной материи, сверхпроводимости, сверхсильных магнитных полей и квантовой электродинамики в сильных полях.

В 2020 году появились убедительные доказательства связи магнетара в нашей Галактике с миллисекундным радиовсплеском. Это стало важным аргументом в пользу того, что хотя бы часть быстрых радиовсплесков во Вселенной порождается магнетарами.

Понимание того, как часто и при каких условиях образуются магнетары, помогает уточнять модели эволюции массивных звёзд и статистику сверхновых.