Наша планета Земля в Солнечной системе - относительно спокойное место на краю галактики Млечный Путь. Здесь мы находимся далеко от разрушительных событий в космосе, которые могут одним моментом уничтожить всю жизнь на планете. Мы расскажем о самых мощных феноменах Вселенной, а так же представим визуальные результаты их численного моделирования.
Разрушение звезды сверх-массивной черной дырой
В центрах галактик обычно происходит самое настоящее "месиво". Считается, что у каждой галактики в центре находится сверх-массивная черная дыра. Масса такого объекта может достигать миллиард Солнц. Своим притяжением она удерживает множество звезд, а затем разрывает их, просто размазывает в спагетти, если те подойдут слишком близко. Часть звезды "засасывает", а остатки разлетаются по космическому пространству. Вот, как это выглядит:
Сверхновые
Ничто не вечно в этом мире. Звезды рождаются и гаснут. Когда у звезды заканчивается термоядерное топливо, она под действием силы тяжести "падает" сама на себя, после чего отскакивает, образуя огромный взрыв: Сверхновая типа II. Если такой взрыв произойдет в нашей галактике, то он может может стать сопоставимым по яркости с Солнцем на небе. Произойдя в одной из соседних звездных систем, сверхновая запросто уничтожит жизнь на нашей планете, наступит конец света. Следующая симуляция такого события позволяет понять, что происходит при Сверхновых типа II:
Так же существуют Сверхновые типа I, которые происходят в двойных системах. В них взрыв происходит после того, как звезда поглотит слишком много материи своего компаньона. Вообщем, вывод - не надо быть слишком жадными. Участь таких звезд представлена в анимации от NASA:
Столкновение звезд в двойной системе
Большинство звездных систем - двойные. То, что у нас на небе всего-лишь одна звезда, Солнце, достаточно редкая ситуация. После того, как звезды вспыхивают сверхновыми, остаются лишь безжизненные компактные объекты. В зависимости от массы звезды, компактными объектами могут быть белые карлики, нейтронные звезды, или черные дыры. Давайте посмотрим, что происходит при слиянии нейтронных звезд.
Нейтронные звезды - это вся масса и энергия огромной звезды в кусочке пространства, всего-лишь размером с город. В последние моменты перед слиянием звезды вращаются со скоростью 60,000 оборотов в минуту. Ниже представлена анимация такого события:
Сталкивающиеся звезды разбрасывают свое вещество по всем сторонам, а так же на пару секунд образуют мощные струи жесткой гамма-радиации в плоскости, перпендикулярной плоскости вращения. Следующее видео - это реальная симуляция слияния нейтронных звезд:
Нейтронная звезда в представлении художника:
Первые мгновения рождения Вселенной, сверх-высокие энергии элементарных частиц
Трудно представить, что имело место в самом начале рождения Вселенной. Было ли вообще "начало", было ли что-то до "начала", и откуда все появилось. Однако, нам известно, что в первые мгновения Вселенная была невероятно горячей и плотной. Там не то, чтобы звезд и планет не было, а даже атомы и молекулы не могли сформироваться. Все пространство было горячее и плотнее вещества внутри звезд. Свет просто не мог вырваться из объятий материи из-за экстремальной плотности. Это был совсем другой мир.
Достоверно воссоздать такие условия - очень сложная задача. Для этого работают и совершенствуются ускорители элементарных частиц, которые воссоздают условия первых мгновений Большого Взрыва в лабораторных условиях. Измеряя поведение частиц в таких условиях мы узнаем много нового о нашем мире. Следующее видео - симуляция эксперимента на Большом Адронном Коллайдере (LHC):
Однако, условия начала Большого Взрыва можно найти не только в лаборатории. Оказывается, каждый день Землю бомбардируют космические лучи: высоко-энергетичные протоны, электроны и атомные ядра. Они достигают сверх-высоких энергий, на которых далеко не хватит мощности Большого Адронного Коллайдера. Человека от воздействия таких лучей защищает атмосфера Земли. Попадая в атмосферу, одна такая частица вызывает цепную реакцию, превращаясь в ливень частиц с меньшей энергией. Этот ливень "размазывается" на несколько километров по поверхности, всего лишь от одной частицы. Детекторы на поверхности Земли затем измеряют энергию ливня, исходя из которой можно вычислить энергию начальной частицы. Приведем пример симуляции "ливня":
Попадая в атмосферу, скорость таких частиц не превышает скорость света в вакууме, но превышает скорость света в атмосфере. Из-за этого атмосфера производит, так называемое, излучение Вавилова-Черенкова, которое тоже регистрируют наземные детекторы. Оно имеет голубоватый свет. Говорят, что его иногда можно увидеть невооруженным глазом.
Темная Энергия, разрывающая Вселенную на части
Нобелевская Премия по физике 2011 года присуждена Солу Пермуттеру, Брайену Шмидту и Адаму Риссу за установление факта, что наша Вселенная расширяется... с ускорением. Влияет на это загадочная, не изученная темная энергия, характеризующаяся космологической постоянной Λ в уравнениях Теории Относительности Эйнштейна. Напомню, что хоть физические объекты не могут превысить скорость света, пространство может расширятся с любой скоростью. Через миллиарды лет это приведет к тому, что галактик на небе будет видно все меньше, и меньше. Когда-то в пределах видимости останутся только звезды из нашей галактики. Затем и наша галактика начнет разлетаться в разные стороны, и звезды на небе перестанут быть видны. К счастью, произойдет такой апокалипсис очень не скоро. Но это еще не все.
В определенный момент, если ускорение расширения пространства продолжится, то оно превзойдет силы взаимодействия между молекулами и атомами (ядерные и электромагнитные силы). И тогда темная энергия просто разорвет все вещество во Вселенной. Научной компьютерной симуляции таких процессов еще никто не создал, поэтому это была бы отличная идея проекта для молодых аспирантов или профессоров, читающих эту статью ;) . Возможно, взаимодействие темной энергии с веществом в экстремальных сценариях покажет что-то интересное. Однако, есть интересная анимация такого процесса, на примере чашки капучино:
Спасибо за внимание!
Если вам понравилась статья - подписывайтесь на канал!
