Более того, сам алгоритм обращения времени тоже может в будущем сделать квантовый компьютер точнее. "Наш алгоритм можно доработать и использовать для проверки программ квантового компьютера, а также для устранения помех и сбоев в его работе", - заключил Андрей Лебедев.
Тайны экзопланет и бродячие звезды
Данные космического телескопа "Gaia" позволили астрономам "отмотать время назад" и выяснить, что экзопланета, изгнанная из своей системы в далеком прошлом, была спасена оказавшейся по близости двойной звездой, оградившей ее от блуждания в полной темноте.
"Одной из загадок далеких планетных систем являются миры, которые вращаются вокруг своих звезд под большим наклоном к плоскости диска, в котором были рождены. Возможным объяснением этому является воздействие пролетающих мимо звезд, однако ранее у нас не было доказательств таких событий. Теперь же мы получили свидетельства того, что такое вторжений имело место в одной из систем нашей Галактики", - рассказывает Пол Калас, ведущий автор исследования из Калифорнийского университета (США).
Существование некоторых специфических аспектов нашей Солнечной системы, среди которых облако Оорта, карликовые планеты на странных орбитах и, если она действительно существует, Планета Девять, возможно, связано со вторжением звезды, произошедшим в далеком прошлом. Однако с тех пор прошло много времени, и все прямые свидетельства такого события, скорее всего, уже были стерты. Поэтому в поисках косвенных доказательств астрономы обращают свой взор на молодые системы, которые могут хранить следы прошлых воздействий.
Одной из таких целей стала система звезды HD 106906, которая проживает на расстоянии около 300 световых лет от Земли в направлении созвездия Южный Крест. В 2015 году у нее была открыта превосходящая по массе Юпитер в 11 раз экзопланета HD 106906 b на весьма необычной орбите: она вращается под углом 21 градус к плоскости диска, содержащего весь остальной материал в окружении светила, и в момент обнаружения планета была удалена от звезды на 738 астрономических единиц. Такое расположение явно указывало на какой-то процесс, нарушивший стройность системы.
В 2017 году теоретики предположили, что причиной столь необычного расположения HD 106906 b является либо взаимодействие с другой планетой, либо вторжение проходящей мимо звезды. Пол Калас и его команда заявляют, что справедливо и то, и то.
Звезда HD 106906 и двойная система, которая спасла HD 106906 b от блуждания в темноте пространства. Credit: Paul Kalas
Чтобы это выяснить, астрономы проанализировали данные наблюдений "Gaia" за звездами в окружении HD 106906. Отмотав время назад и отследив пути 461 кандидата, исследователи выбрали одного, который 3 миллиона лет назад проходил рядом со звездой HD 106906 и мог повлиять на ее систему.
"Мы нашли двойную звезду, которая могла бы дать HD 106906 b дополнительный гравитационный "пинок", второй после того, как она практически была выброшена из системы. Он предоставил планете второй шанс и позволил ей остаться в системе, а не улететь прочь", - пояснил Пол Калас.
Изучение окружения HD 106906, как отмечают исследователи, позволяет заглянуть в прошлое Солнечной системы, когда наши планеты-гиганты выбрасывали на ее окраины бесчисленные кометы, многие из которых становились межзвездными, подобно Оумуамуа, а некоторые, благодаря близкому пролету звезды или звезд, оставались дома.
"Эта цепь событий могла сохранить самый примитивный материал Солнечной системы в глубокой заморозке вдали от Солнца, который на протяжении миллиардов лет остается в первозданном виде", - заключил Пол Калас.
Самые далекие сверхмассивные черные дыры
Астрономы из Японии, Тайваня и Принстонского университета (США) обнаружили 83 квазара, питаемых сверхмассивными черными дырами в далекой Вселенной, в момент времени, когда ее возраст составлял менее 10 процентов от текущего значения. Открытие значительно увеличивает число космических монстров, известных в ту эпоху, и впервые показывает, насколько они были распространены. Кроме того, оно дает новое представление о влиянии черных дыр на физическое состояние газа в первый миллиард лет истории Вселенной.
"Примечательно, что такие массивные плотные объекты смогли сформироваться так скоро после Большого взрыва. Понимание того, как черные дыры образовывались в ранней Вселенной и насколько они были распространены, является открытой проблемой современных космологических моделей", - рассказывает Майкл Стросс, участник исследования из Принстонского университета.
Сверхмассивные черные дыры, найденные в центрах галактик, могут быть в миллионы или даже миллиарды раз массивнее Солнца. Хотя они распространены сегодня, неясно, когда они впервые образовались и сколько их существовало в ранней Вселенной.
Сверхмассивная черная дыра становится видимой, когда поглощение газа заставляет ее сиять как "квазар". Предыдущие исследования обнаруживали только наиболее яркие из них с самыми "тяжелыми" черными дырами, однако в данных, полученных с помощью прибора "Hyper Suprime-Cam" (HSC) на телескопе "Subaru", астрономы идентифицировали популяцию более тусклых квазаров, приводимых в действие черными дырами с массами, сопоставимыми с большинством черных дыр, наблюдаемых в современной Вселенной.
Определив кандидатов в квазары, команда провела интенсивную наблюдательную кампанию, используя три телескопа: "Subaru", "Gran Telescopio Canarias" и "Gemini South Telescope". Опрос выявил 83 неизвестных очень далеких квазара. Вместе с 17 квазарами, определенными ранее в регионе исследования, ученые обнаружили, что на кубический гига-световый год приходится примерно одна сверхмассивная черная дыра. Расстояние до вновь обнаруженных квазаров составило около 13 миллиардов световых лет, то есть они уже существовали в период младенчества Вселенной, спустя 800 миллионов лет после Большого взрыва.
Считается, что водород во Вселенной когда-то был нейтральным, но был расщеплен на составляющие его протоны и электроны через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, когда родились звезды первого поколения, галактики и сверхмассивные черные дыры. Тем не менее астрономы не знают, что произвело невероятное количество энергии, необходимое для этого процесса. Гипотетически, в ранней Вселенной было гораздо больше квазаров, чем было обнаружено до этого момента, и именно их излучение реионизировало водород.
Однако, как пишут исследователи, вновь обнаруженные квазары показывают, что это не так, их число по-прежнему не объясняет реионизацию. Поэтому она была вызвана другим источником энергии, скорее всего, многочисленными галактиками, которые начали формироваться в молодой Вселенной. Но все же благодаря далеким квазарам исследователи больше узнают о формировании и ранней эволюции сверхмассивных черных дыр, сравнивая измеренную плотность числа и распределение светимости с предсказаниями теоретических моделей.
Основываясь на результатах, достигнутых к настоящему моменту, команда с нетерпением ожидает обнаружения еще более далеких черных дыр и датирования момента, когда во Вселенной появился первый сверхмассивный монстр.
Галактика без темной материи
Наблюдая за группой эллиптической галактики NGC 1052, проживающей на расстоянии 65 миллионов световых лет от Земли в направлении созвездии Кита, астрономы обнаружили вторую на сегодня галактику, содержащую малое количество темной материи или вовсе лишенную этой таинственной субстанции.
"Находка показывает, что обнаруженная в 2018 году галактика NGC1052-DF2, лишенная темной материи, не является исключением, и существует целый класс таких объектов. Однако происхождение этих больших, тусклых галактик с избытком ярких шаровых звездных скоплений и явным отсутствием темной материи в настоящее время неясно", - пишут авторы исследования.
Общепринятая теория формирования галактик говорит о том, что для их образования необходимо присутствие значительного количества темной материи, а точнее гало из нее, и неожиданное открытие NGC1052-DF2, состоящей только из барионного вещества, вызвало огромное количество дебатов в последующих публикациях. Первоначальные результаты были тщательно проверены, подвергнуты критике, но в итоге веских аргументов "против" так и не нашлось.
Вычисляя массу
Галактики чем-то напоминают айсберги: часть, которую мы можем наблюдать, очень мала по сравнению с той, что скрыта от нас. Поэтому оценка массы, позволяющая выявить их важные свойства, сводится к двум этапам. Сначала астрономы суммируют весь свет, видимый в галактике, и преобразуют его в эквивалентную ему звездную массу. Хотя в этом подходе есть много оговорок, поскольку он сильно зависит от типа звезд, отвечающих за основную светимость галактики, он все же дает необходимую точность вычислений.
Однако звездная масса - это лишь верхушка галактического айсберга, и чтобы измерить общую массу галактики (включая материю, не излучающую свет) ученые переходят ко второму этапу, в рамках которого проводят измерения скорости движения объектов внутри и вокруг нее под влиянием гравитации.
Для спиральных галактик, похожих на Млечный Путь, в котором большинство объектов вращаются в одном и том же направлении, оценка общей массы сводится к простому измерению круговой скорости движения звезд вдали от центра и применению теоремы вириала. В эллиптических и карликовых галактиках все немного сложнее: звезды движутся в случайных направлениях. В таких случаях астрономы прибегают к получению дисперсии скоростей (статистический разброс величин скорости около среднего значения для группы объектов), что также позволяет вычислить общую массу. Поскольку эти подходы основываются на движении объектов, результирующая масса называется динамической.
Оказывается, что динамическая масса галактики обычно в 5 - 10, а в некоторых случаях до нескольких сотен раз больше, чем "видимая" масса. Причиной этого значительного расхождения, по мнению астрономов, является наличие большого, совершенно невидимого компонента галактики под названием "гало темной материи". Текущее понимание образования галактик и крупномасштабных структур во Вселенной основывается на предположении, что все они формируются в ореолах темной материи.