Естествознание в декабре

Килоновая волнуется

// Слияние нейтронных звёзд возмутило пространство-время

Резко взмахните рукой. Поздравляем! Вы создали гравитационную волну, то есть пустили рябь по пространству-​времени. (В теоретической физике это модель пространства, в которой помимо ширины, высоты и длины есть ещё одно измерение — время.) Если по нему с ускорением движется какой-​то объект, он деформирует матрицу пространства, подобно яблоку, брошенному на натянутую эластичную ткань. Впервые явление гравитационного искажения пространства-​времени описал Альберт Эйнштейн в 1915 году в общей теории относительности.

Но вам, читатель, обольщаться не стоит: производимые взмахами рук гравитационные возмущения ничтожно малы, так что засечь их невозможно даже с помощью самых точных детекторов. Впрочем, Эйнштейн не верил и в то, что удастся «увидеть» гравитационные волны, образующиеся при движении самых массивных во Вселенной космических тел и чёрных дыр. Хоть они и создают куда более значительные искажения, величина гравитационных волн в этом случае тоже несущественна — в разы меньше радиуса протона.

Однако в 2015 году гравитационные колебания всё-​таки зафиксировали. Волны, вызванные слиянием двух чёрных дыр, засекла лазерная интерферометрическая гравитационная обсерватория (­LIGO), над созданием которой с 1990-х ­трудился огромный международный кол­лектив, в том числе российские учёные: с физического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова и из нижегородского Института прикладной физики РАН. Нынешней осенью это событие отметили Нобелевской премией по физике — получили её основатели проекта ­LIGO Райнер Вайсс, Барри Бэриш и Кип Торн.

После первого, сенсационного случая учёные ещё несколько раз регистрировали аналогичные сигналы — самые интересные результаты принесли последние наблюдения.

В августе 2017-го детекторы ­LIGO и Virgo зафиксировали гравитационную волну. Через две секунды в той же области звёздного неба произошёл сильный гамма-​всплеск (мощнейший во Вселенной взрывной выброс энергии). К наблюдениям подключились две космические гамма-​обсерватории INTEGRAL и Fermi, а также более 70 наземных, работающих в разных диапазонах электромагнитного спектра, в том числе сеть роботов-​телескопов ­МАСТЕР Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга МГУ.

Совместными усилиями учёные вычислили источник возмущения и его вероятную локализацию: начало гравитационным колебаниям положило слияние двух нейтронных звёзд в галактике NGC4993 созвездия Гидра.

Нейтронные звёзды в последнее время вызывают повышенный интерес у астрофизиков. Однако пока устройство этих загадочных объектов обсуждается преимущественно на теоретическом уровне.

Лет тридцать назад было выдвинуто предположение, что слияние нейтронных звёзд может сопровождаться ярчайшим взрывом, которому позднее дали название — килоновая. Считалось, что, как и любой взрыв, килоновая живёт недолго, но за это время выбрасывает в космос огромное количество тяжёлых химических элементов и излучает мощнейшие гамма-​всплески.

Так вот, зафиксированные этим летом гравитационные колебания и гамма-​излучение, почти синхронно исходившие из одного источника, в некоторой мере подтвердили догадки астрофизиков. Дальнейшие наблюдения за предполагаемой килоновой c помощью наземных телескопов добавили ещё несколько аргументов в пользу этой теории: учёные увидели выброс химических элементов, среди которых были уран, платина, золото и др. (общая масса выброса оказалась в несколько раз больше массы Юпитера!).

По сути, это событие подтвердило, что в астрономии началась новая эпоха: если раньше Вселенную исследовали в основном инструментами, работающими в электромагнитном спектре (оптические, радио-, инфракрасные, рентгеновские, гамма-​телескопы), то теперь появился дополнительный метод — гравитационный, основанный на невероятно точных измерениях детекторов ­LIGO и Virgo.

Источник: The LIGO Scientific Collaboration and The Virgo Collaboration et al. — GW170817: Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral // Physical Review Letters. Published online 16 October 2017.

34 000 лет назад запрещали инцест

// Что выяснили генетики, изучив останки людей верхнего палеолита

Любопытные подробности о репродуктивном и социальном поведении ранних представителей современного человека (Homo sapiens sapiens) выяснила международная группа учёных, в составе которой были российские антропологи из МГУ им. М. В. Ломоносова и Института этнологии и антропологии им. Миклухо-​Маклая РАН.

Исследователи изучали останки древних людей, живших на стоянке Сунгирь (Владимирская область). Это самая северная из известных стоянок человека верхнего палеолита (50–10 тыс. лет назад). По числу ценных находок она превосходит все стоянки этого периода вместе взятые. Забавно, что обнаружили её случайно — в 1955 году при строительстве кирпичного завода. Копая котлован, рабочие наткнулись на кости мамонта и сообщили об этом начальству. С того момента эту территорию заняли учёные.

За шестьдесят с лишним лет археологи и палеонтологи обнаружили более 90 000 предметов и несколько захоронений, а в одном из них — хорошо сохранившиеся скелеты двух подростков, живших 34 000 лет назад (обычно находили лишь фрагменты костей, зубы).

Останки детей, а также взрослых обитателей ­стоянки изучили генетики: они сравнили между собой геномы сунгирцев и сопоставили их c геномами древних ­людей, живших приблизительно тогда же, но в других районах, а также с геномами представителей современных племён охотников-​собирателей. Оказалось, что генетическое разнообразие сунгирцев сравнимо с таковым у современных сообществ, ведущих традиционный образ жизни. То есть сунгирцы каким-​то образом избегали скрещивания с ближайшими родственниками (до третьего колена). По-​видимому, уже 34 000 лет назад существовали запрет на инцест и практика обмена женщинами или мужчинами между племенами.

У неандертальцев, живших на Алтае примерно в то же время, подобные традиции, скорее всего, отсутствовали: частота близкородственного скрещивания в их популяции значительно выше. Возможно, это обстоятельство стало одной из причин вымирания неандертальцев и повсеместного расселения Homo sapiens sapiens.

Источник: Martin Sikora, Andaine Seguin-​Orlando, Vitor C. ­Sousa et al. — Ancient genomes show social and reproductive ­behavior of early Upper Paleolithic foragers // Science. Published online 5 October 2017.

Торнадо бродит по России

// Составлена карта отечественных смерчей

240 раз прошёлся по России торнадо с 2001 по 2017 год. Такую цифру назвали учёные из Института физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН и Пермского государственного национального исследовательского университета, проанализировав спутниковые снимки Урала и европейской части страны, а также карты изменения лесного покрова в результате повала деревьев сильным ветром. Выходит, торнадо — типичное для России явление. Исследователи зафиксировали даже несколько смерчей третьей категории интенсивности — это торнадо, длина пути которого достигает 50–80, а ширина — 2 км. Такое явление не редкость в США. О том, что столь мощные смерчи бывают и у нас в стране, мы не знали, так как пока они не подходили к населённой местности. Все случаи торнадо учёные внесли в базу на сайте tornado.maps.psu.ru.

Источник: Andrey Shikhov, Alexander Chernokulsky. A satellite-​derived climatology of unreported tornadoes in forested regions of northeast Europe // Remote Sensing of Environment. Published online 5 October 2017.

Опубликовано в журнале «Кот Шрёдингера» №11-12 (37-38) за ноябрь-декабрь 2017 г.

_{Подписаться на «Кота Шрёдингера»}