1. Подледный океан на Европе предложили найти по следам выхода воды на поверхность Ученые экспериментально выяснили, как обнаружить на спутнике Юпитера Европе следы недавнего выхода воды на его покрытую льдом поверхность: после быстрого замерзания в этой воде должен прослеживаться минерал, который на Земле встречается в соленых озерах. На первый взгляд, трудно представить, что летающее вокруг далекого Юпитера небесное тело меньше Луны может скрывать в себе хоть каплю незамерзающей воды. Тем не менее именно такое подозрение сохраняется и с годами только укрепляется насчет Европы — одного из четырех галилеевых спутников Юпитера. Он целиком покрыт водяным льдом, что отчетливо видно по спектру отраженного от поверхности света. По оценкам на основе сравнения размеров и массы луны, вода в том или ином виде покрывает Европу слоем примерно 100-километровой толщины. Целый список внешних признаков и явлений позволяет предполагать, что эта вода не насквозь промерзла. К примеру, характер расположения трещин на поверхности луны считают возможным признаком напряжения из-за не совсем синхронного движения ледяной «скорлупы» и ее содержимого. Проще говоря, похоже, что лед плавает. Кроме того, работавший в 1995-2003 годах в системе Юпитера зонд «Галилео» зафиксировал, что внутри магнитосферы газового гиганта у Европы возникает индуцированное магнитное поле, и это означает наличие внутри спутника вещества, которое хорошо проводит электричество. Таким веществом вполне может оказаться соленая вода. Стоит отметить, что соль прослеживается на поверхности Европы. Чтобы добраться до предполагаемого океана, нужно преодолеть серьезное препятствие — ледяную корку. Предположительно, ее толщина может достигать десятков километров. Пока инженеры изобретают способы ее пробурить или «протопить», планетологи ищут убедительные признаки возможного выхода воды на поверхность Европы. Стоит упомянуть, что в 2019 году на спутнике действительно удалось зафиксировать возможные выбросы водяного пара, но сохраняются некоторые сомнения в их происхождении: не вполне исключено, что это лишь результат сублимации поверхностного льда, то есть его перехода в газообразное состояние. Так происходит, когда нет достаточного атмосферного давления. Недавно ученые из Бернского университета (Швейцария) поделились на этот счет интересной идеей в статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv.org . Они считают, что убедительным признаком водного извержения на Европе может стать наличие в ее льдах минерала под названием гидрогалит (NaCl•2H₂О). Это каменная соль, в кристаллах которой заключены молекулы воды. На Земле ее можно встретить в пересыхающих соленых водоемах: Мертвом море, Большом Соленом озере. С помощью эксперимента ученые попытались выяснить, что должно происходить на Европе при возникновении гейзера: они заморозили капли соленой воды, а потом подвергли их интенсивному облучению в вакууме. Образовавшийся лед начал сублимировать, и тогда в нем стал прослеживаться гидрогалит. В то же время, по расчетам, он может сохраняться на поверхности Европы лишь 5-10 лет: радиация быстро разрушает его кристаллы. Значит, обнаружение на спутнике этого минерала будет означать, что из-под его льдов совсем недавно выходила вода. При этом отсутствие гидрогалита на Европе не означает необходимости немедленно перечеркнуть гипотезу подобных извержений — они просто могут происходить редко. 2. Молодые звезды «оживили» галактики — спутники Млечного Пути Астрономы долго считали небольшие сфероидальные галактики, гравитационно связанные с Млечным Путем, древними и «мертвыми» — то есть системами, лишенными газа и неспособными к звездообразованию. Однако недавно молодые светила возрастом до двух миллиардов лет обнаружили в гало нашей Галактики и в ее ближайших спутниках, что противоречит устоявшимся представлениям об эволюции этих систем. В тусклых и разреженных популяциях карликовых сфероидальных галактик астрономы привыкли видеть лишь остатки древнего звездного населения, возрастом более шести миллиардов лет. Эти небольшие системы, как считалось, могли растерять необходимый для звездообразования материал вскоре после своего формирования. Высокие скорости звезд и малая светимость позволяли приписывать галактикам массу, превышающую видимую в десятки и даже сотни раз. Вот почему ученые предположили, что карликовые галактики «выжили» в гравитационном поле Млечного Пути благодаря окружающему их гало темной материи. Однако результаты нового исследования, текст которого представлен на сервере препринтов Корнеллского университета, перевернули привычную картину: проанализировав данные, полученные с помощью космической обсерватории «Гайя» и обзорного телескопа VLT, астрономы обнаружили в этих карликовых галактиках яркие молодые звезды, возраст которых не превышает двух миллиардов лет. Это означает, что карликовые галактики-спутники могли сохранять газ и поддерживать звездообразование вплоть до недавнего (по космическим меркам) прошлого. Исследовательская группа под руководством Франсуа Аммер (François Hammer) из Парижской обсерватории (Франция) проанализировала орбиты слабо связанных между собой карликовых галактик. Результаты показали, что многие из них попали под гравитационное влияние Млечного Пути всего два–три миллиарда лет назад и, вероятно, утратили оставшийся газ в результате взаимодействия с его гало. Именно тогда прекратилось звездообразование, оставив в структурах этих карликовых систем отпечаток последнего всплеска звездной активности. Таким образом, исследователи заключили, что «молодые» светила в карликовых сфероидальных галактиках родились до того, как гравитация Млечного Пути лишила их «топлива». Этот сценарий меняет существующие представления о спутниках нашей Галактики — и в некотором смысле «воскрешает» их из мертвых. Более того, если галактики-спутники действительно подверглись притяжению Млечного Пути сравнительно недавно, вопрос о количестве темной материи в них придется пересмотреть. Впрочем, как и другие существующие представления об их массе, динамике и эволюции. 3. Физики представили новую оценку минимальной массы для частицы тёмной материи Физики оценили минимальную массу одной частицы темной материи в карликовой галактике Лев II и получили значение в 2,2×10^-21 электронвольт. Ученые получили такой результат после анализа кинематического движения звезд в спутнике Млечного Пути, полагая, что темная материя состоит из бозонов одного вида. Новая оценка стала самой универсальной на сегодняшний день, поскольку основывалась на базовых принципах квантовой механики. Результаты исследования опубликованы в Physical Review Letters. Физики давно предполагают существование темной материи, но в явном виде ее пока не нашли: ученые не увидели ни ее саму с помощью детектора LZ, ни даже темных фотонов, порожденных ее взаимодействием. В связи с этим исследователи идут на самые различные ухищрения с целью охарактеризовать параметры неуловимого феномена. Например, для оценки минимальной массы одной частицы темной материи достаточно потребовать, чтобы длина волны де Бройля в конкретной галактике была меньше вириального радиуса этой галактики. Для так называемых карликовых галактик эта оценка составила примерно 10^-22 электронвольт, что дало физикам общее представление о порядке величины, но не стало окончательным и точным пределом. Тим Циммерман (Tim Zimmermann) из Университета Осло совместно с коллегами из Великобритании и Нидерландов использовал данные о вращении звезд в галактике Лев II — карликовом спутнике Млечного Пути, чтобы восстановить статистический ансамбль волновых функций темной материи и соответствующие ей профили плотности. Исследователи воспользовались принципом неопределенности Гейзенберга: они предположили, что произведение массы одной частицы темной материи на дисперсию ее скорости и пространственную протяженность, в которой она существует, должно быть больше, чем полторы постоянных Планка. Ученые использовали конкретные значения скорости и радиуса, полученные в результате анализа кинематических данных карликовой галактики Лев II: в распоряжении авторов оказался набор из пяти тысяч точек, для каждой из которых физики восстановили волновую функцию. Затем они сравнили реконструированные волновые функции с пространственным распределением звезд в галактике и проварьировали массу бозона до тех пор, пока оба распределения не стали статистически неразличимыми. В результате исследователи получили минимальную массу одной частицы темной материи в 2,2×10^-21 электронвольт с доверительным интервалом 95 процентов. Авторы работы подчеркнули, что приведенная ими оценка стала самой универсальной среди существующих сегодня исследований, поскольку исходила только из общих физических принципов и не использовала предположения о космологии или сложной нелинейной динамике темной материи. Ученые также отметили, что если предполагаемые частицы темной материи относятся к фермионам, то в таком случае нижняя оценка массы будет построена на принципе запрета Паули и составит примерно 120 электронвольт на том же наборе наблюдательных данных. 4. Новые признаки тектонической активности обнаружили на Венере Данные об особенностях строения поверхности Венеры указывают на то, что под ее корой все еще происходят тектонические процессы. Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, основано на переработке архивных данных миссии NASA «Magellan», которая в начале 1990-х годов картографировала планету с помощью радиолокации. Хотя Венера не имеет тектонических плит, как Земля, ее поверхность все же деформируется под действием магмы, поднимающейся из мантии. Одним из ключевых признаков этого процесса являются так называемые короны – гигантские, овальные образования диаметром в десятки или сотни километров. Считается, что они формируются там, где горячие мантийные потоки сталкиваются с литосферой, поднимая и разрывая ее. Такие структуры часто окружены концентрическими трещинами и напоминают следы древних взрывов под поверхностью. Исследователи разработали трехмерные модели, имитирующие различные сценарии формирования корон, и сопоставили их с данными по гравитации и топографии от миссии NASA «Magellan». Особое внимание уделили 75 коронам – в 52 из них были обнаружены признаки наличия горячей, менее плотной мантийной породы под поверхностью. Это может означать, что в этих зонах продолжаются активные процессы, включая прототипы субдукции – одного из главных механизмов тектоники плит на Земле. Кроме субдукции, возможно, здесь присутствует и другой процесс – провал плотных участков литосферы в глубины мантии, известный как «капельная тектоника». Местами под толщей коры могут находиться мантийные плюмы, способные вызывать извержения. Особый интерес к этим структурам объясняется тем, что подобные процессы, вероятно, происходили и на молодой Земле – до формирования привычной системы тектонических плит. Таким образом, Венера может служить своеобразным «временным окном» в далекое геологическое прошлое нашей планеты. Ученые связывают большие надежды с будущей миссией NASA VERITAS, запуск которой запланирован не ранее 2031 года. Этот аппарат будет оснащен новейшими инструментами для высокоточной гравиметрии, радиолокационного картографирования и спектроскопии. Он поможет детально изучить внутреннюю структуру Венеры и, возможно, окончательно прояснить происхождение загадочных корон.
Эпицентр знаний
интересный космос
1. Подледный океан на Европе предложили найти по следам выхода воды на поверхность
Ученые экспериментально выяснили, как обнаружить на спутнике Юпитера Европе следы недавнего выхода воды на его покрытую льдом поверхность: после быстрого замерзания в этой воде должен прослеживаться минерал, который на Земле встречается в соленых озерах.
На первый взгляд, трудно представить, что летающее вокруг далекого Юпитера небесное тело меньше Луны может скрывать в себе хоть каплю незамерзающей воды. Тем не менее именно такое подозрение сохраняется и с годами только укрепляется насчет Европы — одного из четырех галилеевых спутников Юпитера. Он целиком покрыт водяным льдом, что отчетливо видно по спектру отраженного от поверхности света.
По оценкам на основе сравнения размеров и массы луны, вода в том или ином виде покрывает Европу слоем примерно 100-километровой толщины. Целый список внешних признаков и явлений позволяет предполагать, что эта вода не насквозь промерзла. К примеру, характер расположения трещин на поверхности луны считают возможным признаком напряжения из-за не совсем синхронного движения ледяной «скорлупы» и ее содержимого. Проще говоря, похоже, что лед плавает.
Кроме того, работавший в 1995-2003 годах в системе Юпитера зонд «Галилео» зафиксировал, что внутри магнитосферы газового гиганта у Европы возникает индуцированное магнитное поле, и это означает наличие внутри спутника вещества, которое хорошо проводит электричество. Таким веществом вполне может оказаться соленая вода. Стоит отметить, что соль прослеживается на поверхности Европы.
Чтобы добраться до предполагаемого океана, нужно преодолеть серьезное препятствие — ледяную корку. Предположительно, ее толщина может достигать десятков километров. Пока инженеры изобретают способы ее пробурить или «протопить», планетологи ищут убедительные признаки возможного выхода воды на поверхность Европы.
Стоит упомянуть, что в 2019 году на спутнике действительно удалось зафиксировать возможные выбросы водяного пара, но сохраняются некоторые сомнения в их происхождении: не вполне исключено, что это лишь результат сублимации поверхностного льда, то есть его перехода в газообразное состояние. Так происходит, когда нет достаточного атмосферного давления.
Недавно ученые из Бернского университета (Швейцария) поделились на этот счет интересной идеей в статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv.org . Они считают, что убедительным признаком водного извержения на Европе может стать наличие в ее льдах минерала под названием гидрогалит (NaCl•2H₂О). Это каменная соль, в кристаллах которой заключены молекулы воды. На Земле ее можно встретить в пересыхающих соленых водоемах: Мертвом море, Большом Соленом озере.
С помощью эксперимента ученые попытались выяснить, что должно происходить на Европе при возникновении гейзера: они заморозили капли соленой воды, а потом подвергли их интенсивному облучению в вакууме. Образовавшийся лед начал сублимировать, и тогда в нем стал прослеживаться гидрогалит.
В то же время, по расчетам, он может сохраняться на поверхности Европы лишь 5-10 лет: радиация быстро разрушает его кристаллы. Значит, обнаружение на спутнике этого минерала будет означать, что из-под его льдов совсем недавно выходила вода. При этом отсутствие гидрогалита на Европе не означает необходимости немедленно перечеркнуть гипотезу подобных извержений — они просто могут происходить редко.
2. Молодые звезды «оживили» галактики — спутники Млечного Пути
Астрономы долго считали небольшие сфероидальные галактики, гравитационно связанные с Млечным Путем, древними и «мертвыми» — то есть системами, лишенными газа и неспособными к звездообразованию. Однако недавно молодые светила возрастом до двух миллиардов лет обнаружили в гало нашей Галактики и в ее ближайших спутниках, что противоречит устоявшимся представлениям об эволюции этих систем.
В тусклых и разреженных популяциях карликовых сфероидальных галактик астрономы привыкли видеть лишь остатки древнего звездного населения, возрастом более шести миллиардов лет. Эти небольшие системы, как считалось, могли растерять необходимый для звездообразования материал вскоре после своего формирования. Высокие скорости звезд и малая светимость позволяли приписывать галактикам массу, превышающую видимую в десятки и даже сотни раз. Вот почему ученые предположили, что карликовые галактики «выжили» в гравитационном поле Млечного Пути благодаря окружающему их гало темной материи.
Однако результаты нового исследования, текст которого представлен на сервере препринтов Корнеллского университета, перевернули привычную картину: проанализировав данные, полученные с помощью космической обсерватории «Гайя» и обзорного телескопа VLT, астрономы обнаружили в этих карликовых галактиках яркие молодые звезды, возраст которых не превышает двух миллиардов лет. Это означает, что карликовые галактики-спутники могли сохранять газ и поддерживать звездообразование вплоть до недавнего (по космическим меркам) прошлого.
Исследовательская группа под руководством Франсуа Аммер (François Hammer) из Парижской обсерватории (Франция) проанализировала орбиты слабо связанных между собой карликовых галактик. Результаты показали, что многие из них попали под гравитационное влияние Млечного Пути всего два–три миллиарда лет назад и, вероятно, утратили оставшийся газ в результате взаимодействия с его гало. Именно тогда прекратилось звездообразование, оставив в структурах этих карликовых систем отпечаток последнего всплеска звездной активности.
Таким образом, исследователи заключили, что «молодые» светила в карликовых сфероидальных галактиках родились до того, как гравитация Млечного Пути лишила их «топлива». Этот сценарий меняет существующие представления о спутниках нашей Галактики — и в некотором смысле «воскрешает» их из мертвых.
Более того, если галактики-спутники действительно подверглись притяжению Млечного Пути сравнительно недавно, вопрос о количестве темной материи в них придется пересмотреть. Впрочем, как и другие существующие представления об их массе, динамике и эволюции.
3. Физики представили новую оценку минимальной массы для частицы тёмной материи
Физики оценили минимальную массу одной частицы темной материи в карликовой галактике Лев II и получили значение в 2,2×10^-21 электронвольт. Ученые получили такой результат после анализа кинематического движения звезд в спутнике Млечного Пути, полагая, что темная материя состоит из бозонов одного вида. Новая оценка стала самой универсальной на сегодняшний день, поскольку основывалась на базовых принципах квантовой механики. Результаты исследования опубликованы в Physical Review Letters.
Физики давно предполагают существование темной материи, но в явном виде ее пока не нашли: ученые не увидели ни ее саму с помощью детектора LZ, ни даже темных фотонов, порожденных ее взаимодействием. В связи с этим исследователи идут на самые различные ухищрения с целью охарактеризовать параметры неуловимого феномена. Например, для оценки минимальной массы одной частицы темной материи достаточно потребовать, чтобы длина волны де Бройля в конкретной галактике была меньше вириального радиуса этой галактики. Для так называемых карликовых галактик эта оценка составила примерно 10^-22 электронвольт, что дало физикам общее представление о порядке величины, но не стало окончательным и точным пределом.
Тим Циммерман (Tim Zimmermann) из Университета Осло совместно с коллегами из Великобритании и Нидерландов использовал данные о вращении звезд в галактике Лев II — карликовом спутнике Млечного Пути, чтобы восстановить статистический ансамбль волновых функций темной материи и соответствующие ей профили плотности.
Исследователи воспользовались принципом неопределенности Гейзенберга: они предположили, что произведение массы одной частицы темной материи на дисперсию ее скорости и пространственную протяженность, в которой она существует, должно быть больше, чем полторы постоянных Планка. Ученые использовали конкретные значения скорости и радиуса, полученные в результате анализа кинематических данных карликовой галактики Лев II: в распоряжении авторов оказался набор из пяти тысяч точек, для каждой из которых физики восстановили волновую функцию. Затем они сравнили реконструированные волновые функции с пространственным распределением звезд в галактике и проварьировали массу бозона до тех пор, пока оба распределения не стали статистически неразличимыми. В результате исследователи получили минимальную массу одной частицы темной материи в 2,2×10^-21 электронвольт с доверительным интервалом 95 процентов.
Авторы работы подчеркнули, что приведенная ими оценка стала самой универсальной среди существующих сегодня исследований, поскольку исходила только из общих физических принципов и не использовала предположения о космологии или сложной нелинейной динамике темной материи. Ученые также отметили, что если предполагаемые частицы темной материи относятся к фермионам, то в таком случае нижняя оценка массы будет построена на принципе запрета Паули и составит примерно 120 электронвольт на том же наборе наблюдательных данных.
4. Новые признаки тектонической активности обнаружили на Венере
Данные об особенностях строения поверхности Венеры указывают на то, что под ее корой все еще происходят тектонические процессы. Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, основано на переработке архивных данных миссии NASA «Magellan», которая в начале 1990-х годов картографировала планету с помощью радиолокации.
Хотя Венера не имеет тектонических плит, как Земля, ее поверхность все же деформируется под действием магмы, поднимающейся из мантии. Одним из ключевых признаков этого процесса являются так называемые короны – гигантские, овальные образования диаметром в десятки или сотни километров. Считается, что они формируются там, где горячие мантийные потоки сталкиваются с литосферой, поднимая и разрывая ее. Такие структуры часто окружены концентрическими трещинами и напоминают следы древних взрывов под поверхностью.
Исследователи разработали трехмерные модели, имитирующие различные сценарии формирования корон, и сопоставили их с данными по гравитации и топографии от миссии NASA «Magellan». Особое внимание уделили 75 коронам – в 52 из них были обнаружены признаки наличия горячей, менее плотной мантийной породы под поверхностью. Это может означать, что в этих зонах продолжаются активные процессы, включая прототипы субдукции – одного из главных механизмов тектоники плит на Земле.
Кроме субдукции, возможно, здесь присутствует и другой процесс – провал плотных участков литосферы в глубины мантии, известный как «капельная тектоника». Местами под толщей коры могут находиться мантийные плюмы, способные вызывать извержения.
Особый интерес к этим структурам объясняется тем, что подобные процессы, вероятно, происходили и на молодой Земле – до формирования привычной системы тектонических плит. Таким образом, Венера может служить своеобразным «временным окном» в далекое геологическое прошлое нашей планеты.
Ученые связывают большие надежды с будущей миссией NASA VERITAS, запуск которой запланирован не ранее 2031 года. Этот аппарат будет оснащен новейшими инструментами для высокоточной гравиметрии, радиолокационного картографирования и спектроскопии. Он поможет детально изучить внутреннюю структуру Венеры и, возможно, окончательно прояснить происхождение загадочных корон.