Нобелевская премия по физике за 2019 год — Новости науки

Лауреатами Нобелевской премии по физике этого года стали канадско-американский ученый Джеймс Пиблз (James Peebles) из Принстонского института, награжденный за «теоретические открытия в физической космологии» и швейцарские астрологи Мишель Майор (Michel Mayor) и Дидье Кело (Didier Queloz) из Женевского института — за открытие первой экзопланеты на орбите вокруг солнцеподобной звезды.

Джеймс Пиблз, Мишель Майор, Дидье Келоз © Niklas Elmehed/Nobel PrizeДжеймс Пиблз, Мишель Майор, Дидье Келоз
© Niklas Elmehed/Nobel Prize

Физическая космология

Джеймса Пиблза именуют главным участником становления современной научной космологии в 1960-е годы, а его книжка «Физическая космология» (1-ое издание – 1971 год, в 1975 году вышел российский перевод) вдохновила целое поколение физиков заняться развитием данной области не только лишь методом теоретических суждений, да и при помощи наблюдений и измерений.

Пиблз стал первым, кто сообразил, что температура реликтового излучения несет информацию о том, сколько материи появилось в итоге Огромного взрыва, и что по чертам реликтового излучения можно реконструировать ход эволюции Вселенной в ранешние эры ее существования. Его заинтересовывало не только лишь, как складывалась судьба атомов опосля огромного взрыва, да и как отразилось развитие Вселенной в ее сегодняшней крупномасштабной структуре — скоплениях галактик. В 1960-х до Джеймса Пиблза это были две почти не связанные области: одни ученые пробовали моделировать развитие Вселенной в итоге Огромного взрыва и находили информацию в лишь что открытом реликтовом излучении, остальные изучили доступные наблюдению галактики.

Он сделал вывод, что индивидуальности поведения атомов и фотонов опосля Огромного взрыва могут разъяснить, как формировались 1-ые галактики. Для этого ему необходимо было применить законы сходу нескольких областей физики: общей теории относительности, термодинамики и теории распространения света.

Историк физики Педро Феррейра ведает: «Совместно с Джер Ю, своим аспирантом из Гонконга, он написал полный набор уравнений, позволяющих проследить за эволюцией Вселенной от первых моментов опосля Огромного взрыва до наших дней. Вселенная Пиблса начиналась с однородного жаркого состояния, в каком фактически отсутствовали импульсы, возмущающие изначальную смесь газа и света. Но по мере собственного развития эти возмущения наталкивались на давление со стороны хаотичной липкой плазмы, состоящей из вольных электронов и протонов. Вселенная шла волнами, как поверхность пруда, пока электроны и протоны не слились вместе, сформировав водород и гелий. Опосля этого наступила последующая стадия: атомы и молекулы стали собираться в группы, сжимаясь под действием силы тяжести, образуя рассеянные по пространству-времени частицы массы и света. Это были возникшие опосля Огромного взрыва галактики и галактические скопления. <…> Решая уравнения Вселенной как согласованное единое целое, Пиблс и Ю отыскали новейший мощнейший метод исследования общей теории относительности Эйнштейна: следить, как галактики распределяются в пространстве, образуя крупномасштабную структуру Вселенной, и применять эту информацию для построения модели начала и развития пространства-времени». Опосля этого Джеймс Пиблз улучшал полученную модель по мере поступления новейших данных из наблюдений — сначала, о распределении галактик и их скоплений.

Еще одна неувязка завлекала Пиблза. Еще в 1930-х годах астролог Фриц Цвики отметил, что скорость вращения галактик очень велика для их массы. Такое расхождение меж массой и скоростью нашла и Вера Рубин при наблюдениях Галактики Андромеды. Было совсем неясно, как при таковой скорости вращения гравитационное притяжение центра галактики может удержать звезды. Вместе с Джереми Острайкером Пиблз опубликовал работу «A Numerical Study of the Stability of Flattened Galaxies: or, can Cold Galaxies Survive?» (1973). Они конструировали галактики в виде скопления частиц, связанных гравитационным взаимодействием. Но каждый раз выходило, что вращение галактики обязано вызвать ее распад. Чтоб разъяснить стабильность галактик, Пиблз и Острайкер представили, что они должны быть погружены в «гало» — шарообразную область из материи, обладающей массой, но труднодоступной для наблюдения. При всем этом модели предвещали, что масса таковой материи («черной материи», как сейчас ее именуют) будет больше, чем масса видимой материи в галактике. Также Пиблз и Острайкер определили условие, при котором в спиральной галактике появляется перемычка («бар») — скопление ярчайших звезд, пересекающее галактику в центре. Таковая перемычка есть приблизительно у трети наблюдаемых спиральных галактик. Ученые установили, что перемычка возникает, когда соотношение кинетической энергии к общей гравитационной энергии галактики больше, чем 0,15 (аспект Острайкера — Пиблза).

С 1982 года Джеймс Пиблз начал работу над новейшей моделью эволюции Вселенной, которая учитывала наличие черной материи. Она известна как модель «прохладной черной материи» (Cold Dark Matter, CDM). Независимо от него в том же году схожие концепции выдвинули Джон Бонд, Алекс Салаи, Майкл Тернер, Джордж Блюменталь, Х. Пагельс и Джоэл Примак. Реконструкцией эволюции отдельных галактик и их скоплений в рамках данной концепции занимались позднее Марк Дэвис, Джордж Эфстатиу, Саймон Уайт и Карлос Фрэнк. «Прохладная» в этом случае означает, что частички данной черной материи движутся медлительнее по сопоставлению со скоростью света. Частички эти неофициально именуют «вимпами» (WIMP от Weakly Interacting Massive Particle — «слабовзаимодействующая владеющая массой частичка»). Создатели модели CDM считают, что прохладная черная материя составляет приблизительно 84,54 % вещества во Вселенной. Пробы экспериментального обнаружения вимпов начались в 2010-е годы.

Хотя модель с 1982 года подверглась значимым уточнениям (к примеру, вначале Пиблз исходил из догадки о возрасте Вселенной в 7 млрд лет, тогда как современные данные демонстрируют, что Большенный взрыв произошел 13,799 ± 0,021 миллиардов годов назад). Тем не наименее модель CLM на данный момент более обширно принята в качестве разъяснения того, как из однородной структуры опосля Огромного взрыва появилась сегоднящая крупномасштабная структура Вселенной со скоплениями галактик, разбитыми областями незаполненного места. В современном виде эта модель учитывает к тому же черную энергию и носит заглавие ΛCDM (Lambda-Cold Dark Matter), так как черная энергия описывается в уравнениях гравитационного поля Эйнштейна космологической неизменной Λ.

Пегас 51b

6 октября 1995 года Мишель Майор и Дидье Кело на конференции во Флоренции объявили о собственном открытии: они нашли планетку у жёлтого лилипута Пегас 51. В том же году вышла их статья в журнальчике Nature. Стоит упомянуть, что экзопланета Пегас 51b стала не только лишь первой, отысканной у звезды, похожей на Солнце, да и совершенно первой из экзопланет, существование которых было доказано (сделали это в течение недельки опосля сообщения о открытии Пол Батлер и Джеффри Марси из Обсерватории имени Джеймса Лика в Калифорнии, несколько позднее сами открывшие пару экозопланет около солнцеподобных звезд). Экзопланеты находили и ранее, первой в истории стала планетка Палитра Цефея A b, которую открыли в 1988 году Брюс Кэмпбелл, Гордон Уолкер и Стефенсон Янг, но независящее доказательство их открытия вышло только в 2002 году. Было еще несколько планет, открытых ранее, чем Пегас 51b, но опять-таки доказательства их существования были получены позднее.

Наблюдения, приведшие к открытию, Майор и Кело проводили в Обсерватории Верхнего Прованса (Observatoire de Haute-Provence), расположенной приблизительно в 100 километрах к северо-востоку от Марселя, с помощью спектрографа ELODIE. Объектом их наблюдений стала солнцеподобная звезда Пегас 51 (масса — 1,2 Солнца, радиус — 1,02 Солнца, светимость — 1,05 Солнца, температура — 5790 кельвинов), находящаяся на расстоянии 48,9 светового года. Они отметили конфигурации круговой скорости звезды Пегас 51, которая, как оказывается, совершала покачивания с периодом 4,23 суток. Эти покачивания вызывала обращающаяся вокруг звезды планетка. Из-за орбитального движения планетки звезда сдвигалась в сторону относительного их общего центра тяжести, а это вызывало доплеровское смещение в доходившем до наблюдателей свете звезды.

Открытая планетка находится весьма близко от собственной звезды, всего в восьми миллионах км (расстояние от Солнца до Земли — 150 миллионов км). Другими словами к звезде Пегас 51 эта планетка размещена не только лишь поближе, чем Земля к Солнцу, но даже поближе, чем Меркурий. Она оказалась газовым гигантом, схожим Юпитеру. До открытия планетки Пегас 51b астрологи даже на теоретическом уровне не подразумевали, что планеты-гиганты могут существовать на короткопериодических орбитах. Когда же о ней сделалось понятно, поиски таковых планет немедля активировались и принесли значимые результаты. Позднее экзопланеты подобного типа были названы «жаркими юпитерами». В свою очередь, это сделалось предпосылкой пересмотра существовавших теорий формирования планет. Так что открытие Майора и Кело — это не попросту обнаружение одной экзопланеты, пусть даже и первой в собственном типе, а значимый импульс для развития астрономии.

На данной планетке вправду весьма горячо, температура там составляет приблизительно 1284 кельвинов.Масса планетки Пегас 51b составляет приблизительно половину массы Юпитера либо около 150 масс Земли. Значимая масса планетки препятствует тому, чтоб солнечный ветер со звезды сдувал ее атмосферу. Исследователи считают, что радиус Пегаса 51b больше, чем у Юпитера, невзирая на наименьшую массу, из-за раздувания перегретой атмосферы. В 2015 году астрологи Европейской Южной обсерватории в Чили смогли провести спектральное исследование планетки Пегас 51b в видимом спектре.

Источник: Максим Руссо polit.ru

Оставьте ответ

Ваш электронный адрес не будет опубликован.