В новом выпуске подкаста StarTalk астрофизик Нил Деграсс Тайсон и комик Негин Фарсад принимают в гостях Мордекая-Марка Мак Лоу, специалиста по компьютерному моделированию из Американского музея естественной истории. Речь пойдет о том, как современные симуляции переворачивают наши представления о «спокойном» космосе, открывая мир, наполненный катастрофическими столкновениями галактик, гигантскими каменными планетами вокруг черных дыр и невидимой паутиной темной материи.
💻 Искусство симуляции: Вселенная в «песочнице» 0:00
Мордекай-Марк Мак Лоу — один из первых сотрудников кафедры астрофизики Американского музея естественной истории . Его специализация — создание сложных компьютерных моделей, которые позволяют увидеть процессы, недоступные для наблюдения в реальном времени из-за их колоссальной длительности.
Ключевые особенности его работы:
- Численное моделирование: Использование математических уравнений теоретиков для расчета последствий, которые невозможно вычислить на бумаге .
- Вселенная как песочница: Компьютерные программы позволяют воссоздавать поведение целых секторов космоса, меняя параметры и наблюдая за результатом .
- Проверка реальностью: Симуляции не считаются достоверными, пока их результаты не будут сопоставлены с реальными астрономическими наблюдениями .
По словам Мак Лоу, симуляция — это способ справиться с ситуациями, когда физические процессы становятся слишком «запутанными» для традиционной математики .
💥 «Раздавленные жуки» и столкновения галактик 3:51
Долгое время астрономы изучали «Атлас пекулярных галактик» Халтона Арпа, недоумевая, как природа могла создать объекты столь странных форм. Нил Деграсс Тайсон сравнивает их с «размазанными по стеклу жуками» . Благодаря компьютерным моделям выяснилось, что это не «испорченные» галактики, а результат столкновений.
Важные факты о галактических ДТП:
- Звезды почти никогда не сталкиваются. По аналогии Мак Лоу, если бы в США летали всего четыре шмеля, шанс их столкновения был бы выше, чем шанс столкновения двух звезд при слиянии галактик .
- Газ ведет себя иначе. В отличие от звезд, газовые облака сталкиваются, порождая мощные ударные волны и вспышки звездообразования . Нил Деграсс Тайсон сравнивает это со столкновением двух горячих зефирок, которые слипаются в одну .
- Итог столкновения. Со временем хаотичные «кляксы» превращаются в стройные эллиптические галактики. По мнению Мак Лоу, практически каждая галактика во Вселенной когда-то пережила столкновение — именно так они и растут .
☀️ Почему черные дыры — самые яркие объекты? 9:09
Парадокс заключается в том, что объекты, которые не выпускают свет, являются центрами самых ярких явлений — Активных ядер галактик (AGN) или квазаров. Мордекай-Марк Мак Лоу объясняет это механизмом аккреции:
- Сжатие и нагрев: Газ, падающий в черную дыру, сжимается до экстремальных состояний, разогреваясь до миллиарда градусов по Фаренгейту .
- Излучение: При такой температуре материя светится не только в видимом спектре, но и в рентгеновском и гамма-диапазонах .
- Масштаб: Самые мощные квазары могут иметь массу в миллиард солнечных масс — это в тысячу раз больше, чем черная дыра в центре Млечного Пути .
Нил Деграсс Тайсон отмечает, что наш собственный «домашний» монстр (Стрелец А*) сейчас ведет себя скромно, так как ему «нечего есть», но данные со спутника Fermi указывают на мощный выброс энергии всего 5 миллионов лет назад .
🌑 Миллионы планет в пасти монстра 16:02
Одним из самых сенсационных результатов недавних исследований Мак Лоу и его коллег стала модель формирования планет в дисках вокруг сверхмассивных черных дыр .
Основные выводы исследования:
- Количество: В аккреционном диске AGN достаточно пыли, чтобы сформировать не 8 планет, а около миллиона .
- Размер: Это не обычные камни. Исследователи обнаружили возможность формирования твердых планет массой с Юпитер .
- Условия: Гравитация на поверхности таких миров может в 10 раз превышать земную .
- Жизнь: Спикеры сошлись во мнении, что такая среда крайне враждебна для биологии из-за жесткого рентгеновского излучения, если только не существует некая «гамма-биология» в стиле Халка .
☄️ Кометы-«песчаные замки» и загадка кратеров 23:40
Обсуждая прочность космических тел, эксперты вспомнили комету Шумейкеров — Леви 9, которая врезалась в Юпитер. Это событие доказало, что многие небесные тела — это не монолитные скалы, а «груды щебня» или, по удачному сравнению Негин Фарсад, «песчаные замки» .
Сила, разорвавшая комету на 21 фрагмент, была ничтожной — она эквивалентна давлению слоя воды толщиной в 1/8 дюйма . Также Мак Лоу напомнил о вкладе Джина Шумейкера, который доказал, что кратеры на Луне имеют ударное, а не вулканическое происхождение. Идеально круглая форма кратеров объясняется тем, что при ударе на огромной скорости происходит взрыв, который всегда формирует круг, под каким бы углом ни летел объект .
✨ Как зажечь Юпитер и создать звезду 35:12
Слушатели часто спрашивают: можно ли превратить Юпитер во второе Солнце? Мордекай-Марк Мак Лоу дает четкие цифры:
- Коричневые карлики: Если увеличить массу Юпитера в 13–15 раз, начнется горение дейтерия. Это будет короткая и тусклая вспышка .
- Настоящая звезда: Чтобы запустить полноценный термоядерный синтез водорода, Юпитеру нужно стать в 80 раз тяжелее .
Интересная деталь: в недрах звезд нет «камней». Если у Юпитера есть твердое ядро, то при превращении в звезду оно просто испарится, превратившись в смесь ионов и свободных электронов .
🕸️ Темная материя и космическая паутина 40:48
При моделировании галактик ученым приходится учитывать темную материю, которая составляет около 85% всей массы, ответственной за гравитацию . В симуляциях она вводится либо как массивные частицы, взаимодействующие только гравитационно, либо как заранее заданное поле .
Мак Лоу подчеркивает:
- Все видимое нами (звезды, газ, планеты) — это лишь «пена на океане» темной материи .
- Темная материя распределена неравномерно, образуя «космическую паутину» с плотными нитями и огромными пустотами (войдами), где материи почти нет .
🌙 Редкость больших лун 47:30
Наша Луна уникальна своей массой относительно планеты. По словам Мак Лоу, современные симуляции пока не могут точно сказать, насколько часто встречаются такие системы в других частях Вселенной .
Однако модель «Гигантского столкновения» (удар протопланеты Тейя по молодой Земле) считается «шокирующе успешной» . Именно она объясняет, почему состав лунных пород так похож на земной: Луна буквально сделана из оторванного куска нашей планеты .
🌌 Итог: Вселенная как величественный хаос 51:40
Завершая беседу, Мордекай-Марк Мак Лоу подтвердил свой тезис десятилетней давности: «Вселенная гораздо страннее, чем мы могли вообразить» . Вместо «упорядоченного и величественного места», каким её описывали учебники столетней давности, мы видим пространство, полное турбулентности и катастроф.
Тем не менее, по мнению Нила Деграсса Тайсона, настоящая красота кроется в том, что весь этот невообразимый хаос порождается всего лишь несколькими фундаментальными законами физики, такими как законы динамики жидкостей и газов .
