Странное расширение Вселенной объяснили нашим проживанием в «пустыне»

Одна из крупнейших проблем современной физики — загадка скорости расширения Вселенной. По одному методу измерения она выходит одной, по другому — совсем иной. С физической точки зрения так быть не может. Новая работа утверждает, что на самом деле проблема вполне решаема. Достаточно предположить, что наша часть Вселенной по какой-то неизвестной причине крайне обеднена материей.
Реликтовое излучение

Карта реликтового излучения по данным космической обсерватории «Планк». Красная полоса в центре — засветка от Млечного пути, диска нашей галактики / ©Wikimedia Commons

В 1990-х годах астрономы обнаружили, что Вселенная расширяется, причем с ускорением. Открыли это, наблюдая за красным смещением сверхновых типа Ia.

Они взрываются с практически одинаковой энергией, поэтому, сравнивая светимость разных сверхновых между собой, просто выяснить, насколько они удалены от Земли.

После создания «карты расстояний» астрономы сравнили красное смещение излучения всех этих сверхновых. Оказалось, что длина волн света от более дальних из них больше, чем следует ожидать в статичной Вселенной. Объяснить это можно только в том случае, если Вселенная расширяется с определенной скоростью.

Через десяток лет данные сверхновых проверили иным способом – анализом параметров реликтового излучения из ранней Вселенной. Неожиданно оказалось, что расширение пространства-времени регистрируют оба метода, но вот скорость его почему-то разная, что физически невозможно.

В поисках ошибок измерений, чувствительность обоих методов неоднократно совершенствовали. Но, несмотря на все уточнения, расхождения оставались слишком большими. По первому методу пространство диаметром в 3,26 миллиона световых лет расширяется на 74,0 километра в секунду, а по второму — только на 67,4 километра в секунду.

Лукас Ломбризье (Lucas Lombriser) из Женевского университета (Швейцария) предложил неожиданное и довольно изящное решение проблемы. Он обратил внимание на то, что для расчетов скорости расширения Вселенной по реликтовому излучению используется предположение, что материя (скопления галактик) в пространстве распределена равномерно.

Между тем, на сегодня это скорее гипотеза, чем доказанный научный факт. Действительно, большинство ученых считает, что на больших масштабах такое распределение должно быть равномерным. Но наблюдательных фактов за этой убежденностью пока нет.

Галактика М106, часто используемая для калибровки дистанций до далеких объектов Вселенной / ©NASAГалактика М106, часто используемая для калибровки дистанций до далеких объектов Вселенной / ©NASA

Исследователь в своей статье в Physics Letters B рассчитал такой вариант строения Вселенной, когда Галактика, в которой мы живем, находится внутри пузыря диаметром в четверть миллиарда световых лет. Причем плотность материи внутри него вдвое ниже, чем вне. По его расчетам, гравитационное воздействие материи внутри этой «пустыни» на пролетающее через нее излучение будет заметно слабее, чем в случае Вселенной без «пузырей».

В результате реликтовое излучение из ранней Вселенной будет доходить до Земли заметно искаженным по своим параметрам. У земного наблюдателя будет складываться ощущение, что Вселенная расширяется медленнее, чем она это делает на самом деле. То есть скорость ее расширения по сверхновым ближе к истине, а по реликтовому излучению — занижена.

Новая гипотеза весьма значима для современной космологии. В отличие от других объяснений «странной» скорости расширения пространства, она не требует изобретения некоей «новой физики», а оперирует уже известными законами. Но решая одну проблему, она может породить другую, только уже не у физиков, а у астрономов.

Предположительно, диаметр Вселенной около 90 миллиардов световых лет. Наличие в ней «пустынь» типа той, в которой живем мы, означает, что во Вселенной возможны неоднородности огромных размеров. Такая ситуация не могла сложиться сама по себе: что-то должно было предопределить «пустынность» нашего сектора пространства-времени. Какой фактор на это повлиял, каковы точные границы «пустыни», в которой мы живем, — все это вопросы, на которые пока лишь предстоит найти ответы.

Источник ➝

Меловые отложения рассказали о тропиках в Антарктиде

Изображение дождевого леса в Антарктиде в период Мелового потепления (визуальная реконструкция по материалам палеоклиматических исследований)

Alfred-Wegener-Institut/J. McKay; это изображение доступно по лицензии CC-BY 4.0.

Члены полярной экспедиции PS104 стали первыми исследователями, которые смогли пробурить скважину в поперечном шельфе на западе ледника Пайн-Айленд и извлечь из нее отложения мелового периода. Керн отбирался с глубины 30 метров ниже уровня дна океана и оказался ценной находкой для седиментологического, палеоклиматологического и фитолитического анализа.

Полученные данные позволили с высокой точностью смоделировать условия окружающей среды и структуру экосистемы дождевых лесов, покрывавших Антарктиду 88 миллионов лет назад. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Поздний Мел был одним из самых теплых периодов за последние 140 миллионов лет. Это обусловлено высоким содержанием двуокиси углекислого газа в атмосфере, составляющим в то время около 1000 ppm (нынешний уровень находится в пределах 400 ppm). Ученые не могли утверждать наверняка, что представлял собой растительный покров Антарктиды в то время и возможно ли существование полярного льда в таких условиях. Извлечение древних отложений на этом материке чрезвычайно затруднено, и таких данных было накоплено очень мало. В 2017 году на дне залива Амундсена удалось развернуть дистанционно управляемую буровую установку MARUM-Me­Bo70 и добраться до глубины на 30,7 метров ниже морского дна, с которой был извлечен керн с меловыми отложениями.


 

Иоганн Клагес (Johann P. Klages) и его коллеги исследовали керн с помощью компьютерной томографии и ряда других методов, которые позволили установить минералогический состав отложений и их стратификацию, а также определить виды растений по их окаменелым корням и образцам пыльцы.

 

Местоположение и глубина керна, отобранного в заливе Амундсена

    

Ученые пришли к выводу, что экосистема западной части Антарктиды была очень развитой и представляла собой умеренный тропический хвойный лес, окруженный обширными речными системами. Была обнаружена пыльца хвойных деревьев семейства Podocarpaceae и Araucariaceae и большого количества папоротников, в том числе древовидных из рода Cyathea. Также были найдены фитолиты покрытосеменных растений из рода Beauprea. Пресные водоемы в этом дождевом лесу были заселены цианобактериальными матами, а низменности заполнялись временными торфяными болотами.

 


Климат был умеренным, но достаточно теплым, чтобы обеспечить существование тропических лесов в 900 километрах от Южного полюса. Среднегодовая температура составляла 13 градусов Цельсия, а средняя температура самого теплого летнего месяца достигала 18,5 градусов Цельсия. Ежегодно в этой местности выпадало около 1120 миллиметров осадков.

 


Столь мягкий климат на высокой широте, где в году более четырех месяцев продолжается полярная ночь, требует сочетания двух факторов — повышенной концентрации углекислого газа в атмосфере и густого растительного покрова. Плотная растительность приводит к снижению альбедо и высокому поглощению солнечной энергии. Это исключает существование морского и материкового ледяного покрова в Антарктиде и вокруг нее в позднем меловом периоде. Специалисты настаивают на том, что нельзя недооценивать вклад льда в текущее состояние климата, и важно корректно учитывать его влияние при моделировании. Существующий Антарктический ледяной щит связан с климатической системой по принципу положительной обратной связи: чем больше его размеры, тем сильнее он отражает солнечное излучение и охлаждает атмосферу. Это приводит к его дальнейшему росту. Таяние льдов Антарктики приведет к обратному эффекту: альбедо и отражение лучей снизятся, и на фоне этого продолжится таяние щита.

Палеоклиматические исследования показали, что нынешняя концентрация углекислого газа в атмосфере побила рекорд за последние 3 миллиона лет. Ранее был опубликована наша статья «Зеленая Антарктида», где рассказывается о коллекциях ископаемых растений и животных, обитавших на континенте в прошлом.

Картина дня

))}
Loading...
наверх