Турбулентность и «комковатость» молодой Вселенной разрешили парадокс массы первых звезд
Два хорошо обоснованных метода оценки размера самых первых светил в нашей Вселенной дают оценки с разбросом на порядки. Эта проблема беспокоила астрофизиков последние два десятилетия, и объяснить ее без усложнения космологических теорий казалось невозможным. Однако тайваньские ученые с помощью американского суперкомпьютера нашли сравнительно простое решение — добавить в симуляцию изначального газа Вселенной немного сверхзвуковой турбулентности.
Все звезды делятся на три поколения, или населения. Самое молодое — первое, к нему принадлежит и наше Солнце. Звезды первого населения зародились в газопылевых облаках, которые появились в результате превращения звезд второго населения в сверхновые. Те, в свою очередь, сформировались из продуктов смерти звезд третьего населения. Чем моложе поколение звезды, тем больше в ней металлов в астрофизическом смысле, то есть химических элементов тяжелее водорода и гелия.
Первичный нуклеосинтез Большого взрыва породил только водород с гелием (а еще гомеопатические количества дейтерия, гелия-3 и лития-7). Звезды третьего населения в своих ядрах выработали немного углерода (и первые четыре периода таблицы Менделеева), что позволило уже второму населению запустить нуклеосинтез у себя внутри «на полную катушку». Подавляющее большинство химических элементов периодической таблицы, кроме водорода и рукотворных элементов, выработали именно взрывающиеся сверхновые звезд второго населения и наиболее быстро горящие представители первого населения.
Древнейшие звезды, которые удалось зафиксировать человеческими телескопами, — экстремально бедные металлами (EMP/XMP) светила второго населения, самые первые представители своего поколения. Они появились примерно 13 миллиардов лет назад, то есть менее чем через миллиард лет после Большого взрыва. Звезд третьего населения мы пока не смогли наблюдать — слишком давно и быстро они сгорали: их свет если и доходит до Земли, то невероятно слаб для существующих телескопов.
Мы знаем, что звезды третьего населения не имели металлов в своем составе, а значит, были огромными и горели очень быстро. Именно металлы (точнее, углерод) позволяют звездам второго и первого населений быть сравнительно компактными и поддерживать термоядерную реакцию в своих недрах миллиарды лет. Древнейшие светила на их фоне исчезали буквально за мгновение: среднее время существования звезды третьего населения не превышало миллиона лет. Но насколько большими они были — вопрос открытый.
Симуляции условий в ранней Вселенной дают оценку массы типичной звезды третьего населения в 100 солнечных. При этом разброс размеров — от 50 до 1000 солнечных масс. Тогда как анализ состава известных звезд второго населения, экстремально бедных металлами, дает совсем иные показатели. Они образовались в облаках газа и пыли, которые остались после смерти звезд массой от 12 до 60 солнечных масс. Это неприятное расхождение между теорией и косвенными данными наблюдений требует разрешения уже два десятилетия.
Астрофизики Чинг-Яо Танг (Ching-Yao Tang) и Ке-Джун Чен (Ke-Jung Chen) из Института астрономии и астрофизики Академии Синика (ASIAA, Тайвань) предложили новый подход к моделированию, объясняющий парадокс. Результаты их расчетов и подробное описание разработанной методики опубликованы в рецензируемом журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Ранее облака первичного газа моделировали с учетом дозвуковой турбулентности. Тайваньские ученые пришли к выводу, что в этом и заключается ошибка: они использовали более детализированную модель для расчетов и сверхзвуковую турбулентность. Получившаяся картина происходящего в молодой Вселенной стала гораздо лучше согласовываться с данными наблюдений известных XMP. В общих чертах процесс выглядит следующим образом.
Гало темной материи, возникшие из-за гравитационных неоднородностей в ранней Вселенной, увлекали за собой первичный газ. Его потоки не сразу собирались в однородные плотные облака, как это происходило в более ранних симуляциях. Вместо этого в них возникала турбулентность, которая разрывала поток на несколько частей. В результате образовывалось несколько «комков» массой от 22 до 175 солнечных. А уже внутри них спустя непродолжительное время формировались первые звезды массой от восьми до 58 Солнц.
Более того, исследователи показали, что могут воспроизвести результаты более ранних моделей, не изменяя основные параметры своей симуляции. Для этого достаточно лишь понизить разрешение расчетов турбулентности либо сделать ее дозвуковой.
Таким образом, новая работа не противоречит предыдущим в фундаментальных вопросах, но открывает новые горизонты для детального изучения условий в ранней Вселенной. Правда, чтобы обсчитать столь сложную вычислительную задачу, потребовался суперкомпьютер Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (LBNL, США).
Telegram 
Дзен 
VK Физтехи разработали стохастический вариант метода Франк—Вульфа для моделирования равновесного распределения транспортных потоков. Особенность нового подхода — использование случайных фрагментов из большого массива данных — ускоряет вычисления, при этом в экспериментах метод показывает качество решения, сопоставимое с классическими алгоритмами.
Исследователи впервые подробно описали молекулярный «якорь», с помощью которого малярийный паразит проникает в клетки крови, и создали белок, блокирующий заражение. Оказалось, структура паразита сложнее и он активно перестраивает мембрану хозяина, чтобы проникнуть внутрь.
Наша планета имеет шансы уцелеть во время превращения Солнца в красного гиганта и избежать полного уничтожения в термоядерном пекле. Финальная судьба Земли определится хрупким балансом между гравитационным притяжением раздувающегося светила и потерей им своей массы, из-за которой хватка звезды ослабнет и позволит планете отодвинуться на более безопасную орбиту.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии