Новости науки

Млечный Путь скрыт от одной трети человечества

Млечный Путь, чарующая звездная река, правившая ночным небом и воображением человека с незапамятных времен, сейчас ни что иное, как память, для одной трети человечества и для 80% американцев, согласно новому глобальному атласу светового загрязнения авторства итальянских и американских ученых.

Световое загрязнение является одной из самых распространенных форм загрязнения окружающей среды. Вездесущие искусственные источники света в большинстве развитых стран создают световой туман, проглатывающий звезды и созвездия ночного неба.

«У нас уже есть целые поколения американцев, которые никогда не видели Млечный Путь, – говорит Криз Элвидж, научный сотрудник NCEI Национального управления океанических и атмосферных исследований, Боулдер, Колорадо. – Млечный Путь – наша связь с космосом, и она потеряна».

Элвидж с Кимберли Бо Колорадского университета в Боулдере вместе составляют команду, которая недавно обновила глобальный атлас светового загрязнения, опубликованный в Science Advances. В исследовании использовались спутниковые изображения в высоком разрешении и точные измерения яркости ночного неба. Труд произвел наиболее точную оценку глобального влияния светового загрязнения когда-либо.

Атлас также использует данные со спутника Suomi NPP.

Световое загрязнение обрело наибольший размах в таких странах, как Сингапур, Италия и Южная Корея, тогда как Канада и Австралия сохранили наиболее темные ночные небеса. Что же касается Западной Европы, то лишь небольшая часть ее оказалась нетронутой – это Шотландия, Швеция и Норвегия. Несмотря на обширные нетронутые регионы американского Запада, почти половина США испытывает влияние светового загрязнения.

К счастью, уровень светового загрязнения можно контролировать установкой блокирующих свет щитов, снижая таким образом освещенность до минимума, либо простым выключением источников света.

Источник

Астрономы проникают в тайну происхождения необычных сверхновых

Используя данные, полученные при помощи телескопов Optical and Infrared Synergetic Telescopes for Education and Research (OISTER), расположенных на территории Японии, Масаюки Яманака из Конанского университета, Япония, с сотрудниками показал, что происхождение необычных сверхновых может быть объяснено при помощи «аккреционного сценария». Исследователи открыли аномально мощное инфракрасное излучение, идущее со стороны «необычной сверхновой» SN 2012dn, которое до настоящего времени никогда не наблюдалось для сверхновых типа Ia. В результате проведения подробного анализа ученые выяснили, что это инфракрасное излучение испускает материал, выброшенный из родительской системы.

Сверхновые типа Ia характеризуются постоянной при переходе от одной вспышки к другой светимостью, поэтому используются в качестве «стандартных свечей» при измерениях космических расстояний вселенского масштаба. Так называемые «необычные сверхновые» этого типа, однако, характеризуются аномально высокой яркостью, по поводу происхождения которой ученые до сих пор не пришли к единому мнению. Сегодня предлагаются две основные версии происхождения необычных сверхновых типа Ia: «аккреционный сценарий» и «сценарий слияния». Первый из этих механизмов предполагает, что в родительской системе сверхновой присутствуют белый карлик и звезда-компаньон, которая постепенно теряет материю, перетекающую на белого карлика до его взрыва, в то время как альтернативный сценарий предполагает взрывное объединение двух белых карликов.

Обнаруженное в ходе наблюдений сверхновой SN 2012dn ИК-излучение, указывающее на присутствие извергнутого из родительской системы газа в окрестностях сверхновой, таким образом, стало свидетельством в пользу «аккреционного сценария» происхождения необычных сверхновых типа Ia, считают авторы работы. Часть материи, перетекающей от нормальной звезды к белому карлику, рассеялась в окрестностях системы и стала источником наблюдаемого ИК-излучения, поясняют они.

Работа вышла в журнале Publications of the Astronomical Society of Japan.

Источник

Физики создали порошок, превращающий тепло в свет

МОСКВА, 9 июн – РИА Новости. Немецкие ученые открыли необычное вещество, которое способно поглощать инфракрасное излучение и тепло и превращать его в обычный белый свет, идентичный по спектру и другим характеристикам галогеновым лампам, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.

За последние 10-15 лет ученые создали несколько необычных веществ, фотонных кристаллов, плазмонных резонаторов и прочих структур, превращающих волны одного вида электромагнитного излучения в другой его тип.

К примеру, в 2012 году физики из США создали прибор, превращающий свет в микроволновое излучение, а в 2014 году другая группа ученых разработала прототип "инфракрасных" световых линз, экспериментируя с кусочками графена.

Стефани Денен (Stefanie Dehnen) из Марбургского университета (Германия) и ее коллеги добавили к их числу вещество, способное превращать тепловое излучение в обычный свет, изучая различные молекулы, обладающие нелинейными оптическими свойствами. Подобные вещества, как объясняют ученые, могут менять длину волны и другие свойства излучения благодаря тому, как их электроны взаимодействуют друг с другом и с фотонами видимого света, инфракрасного излучения, рентгена и других видов электромагнитных волн.

Необычное соединение открытое Денен и ее коллегами, представляет собой "пирамиду" из атомов олова, окруженную "решеткой" из атомов серы. Эта структура нестабильна по своей природе, поэтому ученым пришлось окружить ее "лесом" из органических молекул, соединенных хвостами с "пирамидой" из серы и олова.

Каждый компонент играет свою роль в генерации света –  электроны в "хвостах" органики поглощают энергию ИК-излучения, а олово и сера излучают ее в виде волн видимого света.

 

© Фото: Nils W. Rosemann

Установка, в которой ученые проверяли свойства "светоносного" порошка

В нормальном состоянии это вещество представляет собой белый порошок, который остается стабильным и химически нейтральным до очень высоких температур, превышающих 300 градусов Цельсия. Его можно растворить в органическом стекле и получить  окна, которые будут светить ярким белым светом при облучении инфракрасным лазером.

Подобный "порошок", по словам физиков, фактически идентичен по характеристикам своего излучения обычным галогенным лампам с "теплым" светом, однако у него есть два преимущества – его молекулы вырабатывают более направленный поток света, похожий на луч лазера. Также они в разы эффективнее обычных ламп с точки зрения энергопотребления. Кроме того, у данного вещества более естественный и приятный глазу спектр, чем у светодиодов.

Открытие, как считают ученые, поможет человечеству заметно удешевить производство источников освещения. Теперь промышленники смогут заменить дорогие белые светодиоды на относительно дешевые инфракрасные лазеры, покрытые тонким слоем подобного порошка.

Источник

Физики из США усомнились в существовании "пятой силы природы"

МОСКВА, 9 июн – РИА Новости. Следы возможного существования необычно легких бозонов и связанных с ними "пятой силы природы", обнаруженные венгерскими физиками в прошлом году, скорее всего являются фикцией, считает физик Натали Уолчовер, опубликовавшая статью в журнале Quantum Magazine.

В конце прошлого года Атилла Краснахоркаи (Attila Krasznahorkay) из Института ядерной физики Венгерской академии наук в Дебрецене и его коллеги опубликовали статью, в которой они рассказали о необычных результатах наблюдений за тем, что происходит при переходе атома бериллия-8 из возбужденного в нормальное состояние при синтезе бериллия во время бомбардировки листа лития протонами.

При определенных обстоятельствах этот процесс приводит к рождению не фотонов, а пар электрон-позитрон, своеобразных нестабильных мини-атомов из частиц материи и антиматерии. Сам по себе этот факт не является необычным, однако венгерские ученые выяснили, что при некоторых обстоятельствах подобные распады идут при участии некой пятой фундаментальной силы, в дополнение к гравитации, электромагнетизму, слабым и сильным ядерным силам.

Как отмечает Уолчовер, переносчик этой силы, который сторонники его существования называют Х-бозоном, обладает крайне малой массой, и поэтому ученые должны были открыть его десятилетия назад, чего, на самом деле, не произошло. Уже только один этот факт, по ее словам, должен заставить нас задуматься о том, есть ли он на самом деле.

Даже если эта частица является "протонофобной", как утверждают американские коллеги Краснахоркаи, то в таком случае она должна была быть найдена в ходе экспериментов на БАК, где подобные необычные частицы физики целенаправленно искали до перезапуска коллайдера.

Другой физик, Оскар Навилья-Кунсик (Oscar Naviliat-Cuncic) из университета штата Мичиган (США), обратил внимание на то, что в последние 10 лет сотрудники Института ядерной физики ВАН опубликовали сразу несколько статей, в которых они заявляли об обнаружении легких бозонов с массой в 12-13 МэВ. По своим свойствам они были аналогичны тому, который был найден в распадах бериллия-8, однако ни одна частица не была подтверждена впоследствии.

Сами венгерские ученые заявляют, что эти несуществующие бозоны возникли в результате неправильных измерений массы Х-бозона, с чем Навилья-Кунсик не согласен и что он считает невозможной вещью с точки зрения современных методов ядерной физики. Представители журнала Physical Review Letters, где была опубликована статья об этом открытии, в свою очередь считают, что в статье нет ошибок и что она достойна рассмотрения и публикации.

Окончательное разрешение этой дискуссии будет возможным, в чем соглашаются все ученые, и сторонники, и противники существования Х-бозона, только через год, когда коллаборация DarkLight завершит эксперимент по поискам "протонофобных" частиц.

Источник

Российские физики сделали квантовую телепортацию двусторонней

МОСКВА, 9 июн – РИА Новости. Физики из Российского квантового центра показали, что телепортация в квантовом мире может идти не в одну, а сразу в две стороны, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review A.

Квантовая телепортация была впервые описана на теоретическом уровне в 1993 году группой физиков под руководством Чарльза Бенетта. По их идее, атомы или фотоны могут обмениваться информацией на каком угодно расстоянии в том случае, если они были "запутаны" на квантовом уровне. Для осуществления этого процесса необходим обычный канал связи, без которого мы не можем прочитать состояние запутанных частиц, из-за чего такую "телепортацию" нельзя использовать для передачи данных на астрономические расстояния.

До недавнего времени физики предполагали, что подобная телепортация возможна только в одну сторону. Алексей Федоров из Российского квантового центра в Москве и его коллеги показали, что на самом деле этот процесс может иметь двусторонний характер.

 При использовании стандартной процедуры квантовой телепортации отправитель-"Алиса" и получатель-"Боб" обладают двумя частицами, "запутанными" между собой на квантовом уровне. Если "Алиса" хочет телепортировать какую-то другую частицу "Бобу", то она одновременно замеряет состояние, в котором находились обе ее частицы, и передает их по обычной линии связи "Бобу". 

Во время этого замера связь между "запутанными" частицами разрушается, и частица "Боба" переходит в те состояния, в которых находилась частица "Алисы" во время телепортации. Чтобы узнать, в каком именно состоянии она находилась, необходимы данные замеров, которые "Боб" может использовать для получения данных о свойствах частицы.

"В рамках нашего подхода мы предложили некоторые модификации этого протокола: теперь "Алиса" и "Боб" действуют более симметрично и "нежно",  – поясняет Федоров.

Федоров и его коллеги обнаружили, что двухстороннюю телепортацию можно осуществить, если замерять состояния частиц при помощи техники так называемых "слабых" измерений, придуманной относительно недавно, в 90 годах прошлого века.

Этот тип измерений не обладает высокой точностью, но позволяет сохранить запутанность для двусторонней передачи и получения квантовой информации. Подобная передача не проходит бесследно для частиц – получатель и отправитель передают друг другу не полную информацию об этих частицах, а ее несовершенные копии.

По словам ученых, подобная двусторонняя телепортация будет интересна не только с точки зрения практики, улучшения работы систем квантовой связи и шифрации, но и теоретикам и ученым, занимающимся фундаментальной физикой.

Источник

Под облаками на экзопланетах может скрываться вода

Поиски воды на экзопланетах имеют большое значение, представляя особенный интерес в случае «горячих юпитеров», планет, массы которых сравнимы с массой крупнейшей планеты Солнечной системы, но которые лежат на очень узких орбитах вокруг родительских звезд. Температуры на поверхностях этих планет могут достигать 2000 градусов Цельсия, поэтому вода на них может находиться лишь в форме водяного пара.

Астрономы обнаружили немало горячих юпитеров, в атмосферах которых присутствует вода, однако на других из этих планет воды обнаружено не было вовсе. В новом исследовании ученые из Лаборатории реактивного движения НАСА, США, предприняли попытку выяснить, что общего имеют между собой атмосферы всех этих гигантских планет.

Исследователи изучили в своей работе группу горячих юпитеров, состоящую из 19 планет, наблюдения которых проводились при помощи космического телескопа НАСА «Хаббл». Они обнаружили, что атмосферы примерно половины из этих планет были заблокированы от наблюдений облаками.

«Целью нашего исследования было определить, имеются ли у атмосфер этих планет общие свойства», - сказала Айшварья Лайер из Лаборатории реактивного движения НАСА.

Основным выводом из этой работы стало то, что почти для каждой из изученных планет облака блокируют от наблюдений примерно половину атмосферы. Исследователи отмечают, что пока не могут точно определить природу этих облаков, включая химический состав их вещества.

Результаты этого исследования могут помочь при выборе целей для будущих наблюдений при помощи строящегося в настоящее время космического телескопа «Джеймс Уэбб». Экзопланеты с толстым слоем облаков, блокирующим от наблюдений воду и другие вещества, станут с учетом этих новейших результатов менее приоритетными в списке потенциальных целей для исследования.

Работа опубликована в журнале Astrophysical Journal.

Источник

Компьютерное моделирование пролило свет на исчезновение красных гигантов

Недавнее компьютерное моделирование, проведенное Технологическим институтом Джорджии, дало исчерпывающие объяснение тому, почему мы наблюдаем в центре Млечного Пути много молодых звезд, но так мало старых. Согласно теории, останки старых красных гигантов все еще там – просто они недостаточно яркие для обнаружения телескопами.

Симуляции Института проверяют возможность того, что красные гиганты потускнели вследствие потери десятков процентов массы миллионы лет назад во время повторяющихся столкновений с аккреционным диском в галактическом центре. Само наличие в том регионе молодых звезд, наблюдаемых астрономами сегодня, есть знак того, такой аккреционный диск действительно имел место в центре галактики, т.к. считается, что молодые звезды были образованы из него всего несколько миллионов лет назад.

Исследование опубликовано в июньском выпуске the Astrophysical Journal. Это первое компьютерное моделирование теории, представленной публике в 2014 году.

Астрофизики Института создали модели красных гигантов схожие с теми, что, как полагают, пропали из галактического центра – звезды возрастом в миллиарды лет и в десятки раз больше нашего Солнца. Они прогнали их через компьютерную реализацию аэродинамической трубы для симуляции столкновений с газовым диском, который однажды занимал большую часть пространства в 0,5 парсеках от центра галактики. Исследователи изменяли орбитальную скорость и плотность диска, чтобы вычислить условия, необходимые для нанесения непоправимого ущерба красным гигантам.

«Красные гиганты могли потерять значительную часть своей массы только при условии, что диск был неимоверно массивным и плотным», – поясняет Тамара Богданович, старший преподаватель Института и один из руководителей исследования. – Такой плотный, что гравитация и без сторонней помощи разнесла бы диск в любом случае, образовав скопления масс, ставшие строительными элементами для нового поколения звезд».

Симуляции предполагают, что красные гиганты по многу раз врезались в диск, иногда затрачивая на один проход дни, а то и недели. Вещество с поверхности звезд срывало каждый проход, пока звезда разносила диск на части.

По словам бывшего студента Института Томаса Фореста Киффера, ведущего автора исследования, это процесс, имевший место с 4 по 8 млн. лет назад, то есть он одного возраста с молодыми звездами, наблюдаемыми нами в центре Млечного Пути сегодня.

«Есть только одно объяснение тому факту, что подобное происходило в столь малом промежутке времени. Оно заключается в том, что в те времена диск был по меньшей мере в 100 или даже в 1000 раз тяжелее всех образовавшихся от него звезд», – объясняет Киффер.

Столкновения также, вероятно, снизили кинетическую энергию красных гигантов по крайней мере на 20-30%, сократив полуоси их орбит и подтянув их ближе к сверхмассивной черной дыре Млечного Пути. В то же время столкновения скручивали поверхности и придавали красным гигантам дополнительный крутящий момент, которые обычно известны своим медленным вращением в уединении.

«Мы знаем не очень многое об условиях, которые привели к последнему эпизоду звездообразования в галактическом центре, и о том, могла ли эта область галактики вместить столько газа, – говорит Тамара Богданович. – Если это так, мы ожидаем, что центр в настоящее время содержит едва детектируемые красные гиганты с малыми орбитами, вращающиеся быстрее обычного. Если нам удастся обнаружить хоть немного таких красных гигантов, хотя бы слегка выглядывающих в область обнаружения, это станет прямым подтверждением гипотезы таких столкновений и позволит нам больше узнать о происхождении Млечного пути».

Источник

Астрономы: черные дыры могут быть "кротовыми норами", а не "тупиками"

МОСКВА, 8 июн – РИА Новости. Человек или объект, попадающий в черную дыру, может оказаться не в "тупике", где его разорвет на части, а пролететь через нее в некий иной мир; черные дыры могут быть "кротовыми норами", соединяющими два разных пространства, говорится в статье, опубликованной в журнале Classical and Quantum Gravity.

"Мы получили подобный результат, когда переосмыслили то, что представляет собой гравитация и структура пространства-времени. С точки зрения практики мы отбросили одно из предположений, диктуемых теорией относительности, – то, что черная дыра представляет собой сингулярность – что не является обязательным следствием ее выкладок", — заявил Диего Рубейра-Гарсия (Diego Rubeira-Garcia) из Астрофизического института Португалии в Лиссабоне.

Теория относительности предсказывает, что во Вселенной могут существовать так называемые сингулярности – точки, обладающие бесконечно высокой плотностью и какой угодно массой. Частным случаем сингулярности являются хорошо известные всем черные дыры.

Такие объекты, в соответствии с принципом "космической цензуры" Пенроуза-Хокинга, невозможно увидеть, так как они будут отделены от всей остальной Вселенной горизонтом событий – сингулярность находится внутри воображаемой сферы, из которой даже свет не сможет выбраться из-за сверхсильного притяжения черной дыры. Исполнение этого принципа крайне важно для физики, так как открытие "голой сингулярности", хотя бы в теоретическом виде, будет означать, что вся современная физическая наука является неправильной.

Получив такой необычный результат, физики заинтересовались тем, сможет ли материя пройти через данный тоннель и при этом не быть разорванной на части, не несущие в себе никакой информации о том, чем она являлась до попадания в черную дыру. Данный вопрос волнует многих ученых, однако точный ответ на него мы вряд ли получим в обозримом будущем.

Таким образом, попадание в черную дыру не будет "тупиком" – материя, которая будет через нее двигаться, будет попадать в какой-то иной мир или уголок Вселенной, связанный с черной дырой "кротовой норой". Подобная интерпретация внутренней природы черных дыр, как признают ученые, является неортодоксальной, и она, скорее всего, будет встречена жесткой критикой со стороны научного сообщества.

Источник

Снимок: Таинственная небесная структура в форме петли в микроволновом диапазоне

50 лет назад ученые обнаружили феномен, получивший название Петля I. Сегодня мы до сих пор не до конца разрешили тайну формирования этой гигантской небесной структуры, однако теперь у нас есть лучшее на сегодняшний день её изображение, полученное при помощи спутника «Планк» Европейского космического агентства.

Петля I представляет собой почти круговое по форме образование, покрывающее около трети всего неба. В действительности оно является, по всей видимости, сферическим «пузырем», составляющим в поперечнике не менее 100 угловых градусов. Однако абсолютный размер этой структуры до сих пор остается невыясненным, так как неизвестно расстояние до «пузыря»: согласно оценкам, центр «пузыря» может находиться на расстоянии от 400 до 25000 световых лет от нас.

Эта структура наблюдается во многих диапазонах электромагнитного спектра, начиная от радиоволн и заканчивая гамма-излучением. Спутник «Планк» наблюдал Петлю I в микроволновом диапазоне. На представленном здесь снимке цвета обозначают поляризацию волн, то есть направление колебаний вектора амплитуды в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

Согласно самой распространенной версии, выдвигаемой учеными, Петля I находится сравнительно близко к Земле. Если эта версия верна, то это загадочное образование может быть связано с OB ассоциацией звезд Скорпиона-Центавра, областью пространства, в которой происходит образование очень массивных звезд. Петля I может представлять собой остатки сверхновой, гигантский «пузырь», сформировавшийся в результате взрывов звезд внутри OB ассоциации.

Источник

Первая жизнь во Вселенной могла зародиться на углеродных планетах

Наша Земля состоит из силикатных горных пород и железного ядра, окруженных тонким слоем, в котором сосредоточились вода и жизненные формы. Однако первые потенциально обитаемые планеты нашей Вселенной могли существенно отличаться по составу от нашей планеты. В новом исследовании продвигается идея, состоящая в том, что в ранней Вселенной формировались углеродные планеты, в состав пород которых входили графит, карбиды и алмазы. Астрономы могут обнаружить эти «алмазные» планеты на орбитах вокруг звезд редкого класса.

«В нашей работе мы показываем, что даже звезды с небольшим содержанием углерода могут располагать планетными системами», - говорит главный автор исследования и магистрант Гарвардского университета, США, Натали Мэшиан.

Ранняя Вселенная состояла в основном из водорода и гелия, и в ней недоставало более тяжелых химических элементов, таких как углерод и кислород – без которых жизнь в тех формах, в каких она нам известна, не могла существовать. Лишь после того как первые звезды взорвались как сверхновые и рассеяли по Вселенной тяжелые элементы, жизнь стала возможной - на планетах, обращающихся вокруг звезд второго поколения.

Мэшиан и её научный руководитель Ави Лоуэб из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра исследовали необычный класс древних звезд, известных как обогащенные углеродом бедные металлами звезды (carbon-enhanced metal-poor stars, или CEMP). Эти «анемичные» звезды содержат в 100000 раз меньше железа, чем наше Солнце, что фактически свидетельствует о том, что эти звезды сформировались еще до того, как межзвездное пространство было усеяно тяжелыми элементами в значительных количествах.

Углеродные планеты при наблюдениях из Солнечной системы трудно отличить от других планет земного типа, так как они имеют примерно такие же массы и размеры. Для обнаружения таких планет ученым будет необходимо исследовать состав их атмосферы, в котором должны преобладать метан и монооксид углерода, указывают авторы статьи.

Работа вышла в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society и доступна онлайн на сервере препринтов arxiv.org.

Источник

Астрономы открывают гигантскую планету, «раскручивающую» свою звезду

Гигантский «горячий юпитер» был недавно обнаружен международной командой астрономов во главе с Калояном Пеневым из Принстонского университета, США. Эта вновь обнаруженная экзопланета, получившая обозначение HATS-18b, представляет собой любопытный экземпляр планеты, «раскручивающей» при помощи приливных сил родительскую звезду. Более того, эта планетная система может стать для исследователей превосходной природной лабораторией, позволяющей проверить теории взаимодействия между звездами и планетами.

Для обнаружения экзопланет, обращающихся вокруг звезды HATS-18, команда использовала роботизированный телескоп Automated Telescope Network-South (HATSouth) венгерского производства, при помощи которого было получено свыше 10000 снимков этой солнцеподобной звезды. Эта наблюдательная кампания проводилась в 2011-13 гг. Также астрономы провели серию дополнительных спектроскопических наблюдений в 2015 г., используя 2,3-метровый телескоп обсерватории Сайдинг-Спринг, Австралия, и 2,2-метровый телескоп MPG/ESO, находящийся в Чили.

Используя метод радиальных скоростей, ученые показали присутствие массивной планеты на орбите вокруг звезды HATS-18. Согласно исследователям радиус вновь обнаруженной планеты составляет 1,34 радиуса Юпитера, а её масса в два раза превышает массу самой крупной планеты Солнечной системы. Орбитальный период планеты HATS-18b составляет всего лишь 0,84 суток – планета является типичным примером так называемого «горячего юпитера», массивной газовой планеты, движущейся по очень узкой орбите вокруг родительской звезды.

Самым интригующим фактом, обнаруженным в этом исследовании, стало ускорение вращения звезды, вызванное действием приливных сил массивной планеты. Как считает Пенев, моделирование этого «раскручивающего» действия планеты позволит получить интересные сведения об эффективности приливного рассеяния.

Исследование появилось на сервере предварительных научных публикаций arxiv.org.

Источник

Инопланетная жизнь большинства экзопланет, скорее всего, гибнет в молодости

[Основывается на беседе Адитьи Чопры (Aditya Chopra) и Чарли Лайнвивера (Charley Lineweaver) Австралийского национального университета]

Астрономы обнаружили множество экзопланет вокруг близлежащих к нам звезд. Оказалось, что планеты размером с Землю в обитаемых зонах встречаются довольно часто.

И так, имея десятки или даже сотни миллиардов потенциально обитаемых планет в пределах нашей галактики, мы снова задаем вопрос: одиноки ли мы?

Действительно, поиск инопланетной жизни стал Святым Граалем для следующего поколения телескопов и космических полетов на Марс и далее. Но не слишком ли оптимистичны наши поиски инопланетной жизни?

Многие ученые и обозреватели приравнивают «больше планет» к «больше инопланетных форм жизни». Однако суровые условия формирования и эволюции скалистых планет наводят на мысль о том, что большинство форм инопланетной жизни, скорее всего, погибают на стадии микроорганизмов.

Как поиски останков вымерших динозавров осложнены тем фактом, что останки не проявляют никакой активности, так и окаменевшие миллиарды лет назад микроорганизмы не так легко обнаружить дистанционным сканированием атмосфер экзопланет.

«Горлышко Гайи»

[Горлышко Гайи – гипотеза повсеместного раннего вымирания, является одной из возможных решений парадокса Ферми; название происходит от сложного этапа в формировании жизни, пройденного когда-то жизнью на Земле; Гайа – греческая богиня земли]

В исследовании, опубликованном в журнале Astrobiology, мы [Адитья Чопра и Чарли Лайнвивер] утверждаем, что раннее вымирание жизни является нормой во Вселенной. Объясняется это тем, что ранние условия, пригодные для формирования жизни, могут оказаться недолговечными.

В нашей модели «Горлышка Гайи» планеты должны быть длительное время населены, чтобы условия на них в будущем оказались пригодными для жизни. Так что даже если повсеместное возникновение жизни является обыденным явлением, то продолжительное существование жизни может оказаться редким явлением.

Марс, Венера и Земля в свои первые миллиарды лет были значительно сильнее похожи друг на друга, чем мы можем наблюдать сегодня. Даже если лишь одна из этих планет стала родительницей жизни, тяжелая бомбардировка астероидами могла расселить жизнь средь остальных планет.

Однако уже спустя 1,5 миллиарда лет после своего образования Венера испытала необратимый перегрев, а Марс – необратимое охлаждение. Если на Марсе и Венере когда-то и существовала жизнь, то она быстро вымерла.

Мы считаем, что переохлаждение или перегрев пригодных для жизни землеподобных планет – их частая доля.

Крупные столкновения с астероидами и большие вариации в количестве воды и парниковых газов могут приводить к неизбежным уничтожениям условий для поддержания жизни.

Карбонатно-силикатный цикл, вносящий в наше время огромный вклад в дестабилизацию климата на Земле, 3 миллиарда лет назад, возможно, бездействовал или по крайней мере играл ничтожную роль.

Тем не менее, жизнь на Земле, возможно, имела необычную способность обеспечивать стабильность за счет подавления приближающихся негативных изменений условий на планете.

Нам, возможно, следует благодарить хаотичную эволюцию сообществ микроорганизмов, которые населяли нашу планету на раннем этапе ее формирования, за спасение нас от наступления непригодных для дальнейшей жизни условий, которые сделали бы Землю чрезмерно горячей или наоборот – чрезмерно холодной.

Как только жизнь распространилась по всей Земле, ранний обмен веществ живых организмов с внешней средой начал корректировать состав парниковых газов в атмосфере. Не случайно, что метан, диоксид углерода, водород и вода – наши мощные парниковые газы, а также реагенты и продукты обмена веществ ранних цианобактериальные маты и биопленки.

Возникновение способности жизни регулировать первоначально небиологические механизмы (что мы зовем «Регуляцией Гайи») может быть наиболее значимым фактором, ответственным за продолжительное существование жизни на Земле.

Абиотические обитаемые зоны являются временными

Земля не единственная планета в нашей галактике с жидкой водой на поверхности, с источниками энергии и питательными веществами, необходимыми для зарождения жизни.

Несмотря на то, что Вселенная наполнена звездами и планетами, пригодными для зарождения жизни, отсутствие каких-либо доказательств существования внеземной жизни предполагает, что даже если жизнь возникает во Вселенной без особых усилий, то ее поддержание может быть затруднено.

Наша работа бросает вызов традиционным представлениям, что только лишь физически обоснованные обитаемые зоны обеспечивают стабильные условия для поддержания жизни на протяжении многих миллиардов лет.

Несмотря на то, что «составители обитаемых зон» имеют в своих моделях различные регуляторы, ответственные за атмосферные и геофизические свойства, стабилизирующие условия жизни планет в коротких временных масштабах, они по большей части предпочли проигнорировать роль биологических процессов в поддержании пригодности планеты для жизни на протяжении миллиардов лет.

Это отчасти вызвано тем, что вся сложность взаимодействий сообществ микроорганизмов, обеспечивающих стабильность экосистем, на текущий момент недостаточно изучены.

Мы предполагаем, что даже если жизнь появляется на планете, она редко развивается достаточно быстро, чтобы начать регуляцию парниковых газов, необходимую для поддержания температуры на поверхности совместимой с поддержанием воды в жидком состоянии и, следовательно, с поддержанием жизни.

Поддержание жизни на изначально покрытой водой скалистой планете в зоне обитаемости сродни оседланию дикого быка. Большинство наездников падает наземь. Таким образом, обитаемые планеты могут быть редкими во Вселенной не потому, что жизнь зарождается редко, а потому, что обитаемые среды трудно поддерживать в течение первого миллиарда лет.

Жизнь часто гибнет молодой

Наше предположение о том, что Вселенная может быть наполнена мертвыми формами инопланетной жизни, может разочаровать некоторых, но Вселенная никому не обязана.

Нам не следует ожидать обнаружения технологически развитых или космических цивилизаций, потому что нет никаких доказательств того, что биологическая эволюция неизбежно ведет к появлению высокоразвитого интеллекта. И субъективные философские представления о жизни во Вселенной не должны влиять на наши оценки вероятности существования жизни за пределами Земли.

Поверхностно может показаться, что наши идеи подрывают такие проекты, как SETI и недавно анонсированный проект Breakthrough Listen.

Тем не менее, мы всецело поддерживаем SETI, потому что, когда мы исследуем новые регионы космоса, мы часто находим неожиданное.

В своей книге «Голубое пятнышко» Карл Саган напомнил нам, что «во всей необъятности космоса нет ни единого намека на то, что помощь придет извне и спасет нас от нас самих».

За два десятилетия с публикации книги мы узнали, что наш космический задний двор кишит «пятнышками» всех цветов радуги. Может случится так, что приступив к поискам инопланетной жизни все большими и все лучшими телескопами, мы обнаружим лишь зловещие, давно мертвые планеты, заваленные останками микроорганизмов.

Источник

Звезды растут как капуста

первые в мире ученые использовали методы теории сетей для решения астрономической задачи — объяснения начальной функции масс, показывающей, как соотносится число небольших и крупных звезд в галактиках и других звездных системах. Работа исследователей опубликована в последнем выпуске журнала The Astrophysical Journal.

«Подобные методы применялись в различных областях науки — от социологии и информатики до молекулярной биологии, но никогда в астрофизике», — комментирует Игорь Чилингарян.

Начальная функция масс звезд — это функция, показывающая, какую долю от общего числа звезд в звездной системе составляют звезды данной массы (то есть соотношение числа крупных и небольших звезд в галактиках). Закон распределения начальных масс звезд был получен эмпирически физиком-теоретиком и астрофизиком Эдвином Солпитером в 1955 году (этот закон получил название «функция масс Солпитера»). Солпитер первым определил начальную функцию масс звезд в окрестностях Солнца. Выведенный им закон гласит, что распределение звезд с массой больше одной солнечной описывается степенным законом с показателем степени –2,35, то есть звезды с массой в десять солнечных встречаются примерно в 10^2,35 = 220 раз реже, чем звезды, похожие на Солнце.

Игорь Чилингарян, Андрей Клишин

Модель межзвездной среды с фрактальным распределением плотности, где обозначены плотные молекулярные облака, из которых формируются протозвезды, и показаны гравитационные силы, которые они создают

Знание того, как именно звезды в звездной системе распределяются по массам, для астрономов очень важно. Звездные системы можно сравнить с большой семьей, все члены которой постоянно взаимодействуют между собой: они определенным образом делят между собой жизненное пространство, а если испытывают какое-либо внешнее воздействие, то подчиняются ему согласно одним законам. Для того чтобы лучше понимать, как именно члены такой «семьи» воздействуют друг на друга,

астрономам важно знать, из каких звезд состоит эта «семья», то есть располагать данными о том, сколько звезд какой массы присутствует в звездной системе.

Ученые представили вбирающую в себя газ из диффузной межзвездной среды систему плотных облаков, из которых затем образуются звезды, как пространственную сеть, растущую по следующему принципу предпочтительного присоединения: чем больше связей имеет узел, тем активнее он формирует новые связи. В случае с облаком межзвездной среды связи — это гравитационные силы, которые действуют между плотными молекулярными облаками, из которых затем формируются звезды.

Игорь Чилингарян, Андрей Клишин

Та же область, что на первой картинке, но цветами показаны зоны, где гравитация каждого из плотных молекулярных облаков доминирует. Частичка межзвездной среды, показанная маленьким квадратиком, может присоединиться к каждому из плотных облаков с вероятностью, пропорциональной гравитационной силе, создаваемой им.

«Вместо того чтобы описывать процесс роста каждой индивидуальной протозвезды, мы представили всю систему как пространственную сеть, которая растет по принципу предпочтительного присоединения, и использовали математические методы из теории сетей. Мы показали, что степенной закон, которому подчиняется форма начальной функции масс, формируется вне зависимости от начального распределения протозвезд по массам, при условии что распределение плотности в облаке межзвездной среды фрактальное, что прямо следует из теории турбулентности, разработанной известным советским математиком Андреем Колмогоровым. С объектами, имеющими фрактальное или самоподобное распределение плотности, люди встречаются ежедневно. К таким объектам относятся облака в земной атмосфере, снежинки и даже некоторые фрукты и овощи, например цветная капуста и капуста брокколи», — комментирует Игорь Чилингарян.

Таким образом, ученые смогли при помощи восьми уравнений и без привлечения не имеющих физического обоснования дополнительных параметров теоретически объяснить форму начальной функции масс звезд.

По словам Игоря Чилингаряна, ранее это делалось исключительно в рамках «классических астрофизических методов» — в больших сериях статей на десятках страниц сложных вычислений в сотнях уравнений.

Теория случайных сетей — это наука, активно развивающаяся на протяжении последних 15–20 лет. Как следует из ее названия, занимается она изучением свойств сетей как математических объектов, вне зависимости от того, какая реальная система понимается в качестве сети. Так, теорию сетей можно использовать

для описания электрической сети как набора подстанций и линий электропередачи, взаимодействия множества белков внутри клетки живого организма, связей между пользователями в социальной сети, такой как Facebook, или даже во всем интернете, а также для общения в научных коллаборациях.

«Данная работа — первая в своем роде, и она создает основу для нового междисциплинарного аспекта в астрофизике. В дальнейшем мы планируем развивать это семейство методов и использовать их для решения целого спектра астрофизических задач в области исследования механизмов звездообразования и в наблюдательной космологии (исследование крупномасштабной структуры распределения вещества во Вселенной)», — заключает Игорь Чилингарян.

Источник

Астросейсмологи «прислушиваются» к древним звездам Млечного пути

Астрофизики из Бирмингемского универсиета, Великобритания, смогли зарегистрировать звуки, которые издают самые древние звезды нашей галактики.

Эта исследовательская группа из Школы физики и астрономии Бирмингемского университета сообщает об обнаружении резонансных акустических колебаний в звездах скопления М4, являющегося одним из самых древних известных скоплений звезд нашей галактики, возраст которого составляет примерно 13 миллиардов лет.

Используя данные, полученные при помощи космического телескопа НАСА/ЕКА «Кеплер», команда изучила резонансные колебания звезд при помощи метода, известного как астросейсмология. Эти колебания приводят к крохотным изменениям яркости звезды и вызываются звуковыми волнами, заключенными внутри звезд. Измеряя высоту тонов этой «звездной музыки», ученые могут определить массу и возраст индивидуальных звезд.

Это открытие открывает широкие перспективы использования метода астросейсмолоии для изучений ранней истории нашей Вселенной.

Доктор Андреа Миглио из Школы физики и астрономии Бирмингемского университета, являющийся главным автором нового исследования, сказал: «То, что мы смогли «услышать» древнейшие звезды нашей Вселенной – это поистине уникальное открытие! Звезды, которые мы изучали, по сути, представляют собой «ископаемые», оставшиеся со времени формирования нашей галактики, и мы надеемся, что в будущем при помощи этого метода мы раскроем немало секретов, связанных с происхождением спиральных галактик, подобных нашей».

Соавтор исследования доктор Гай Дэвис, также из Школы физики и астрономии Бирмингемского университета, сказал: До сих пор мы владели информацией о возрастах лишь относительно молодых звездах, а теперь мы показали, что астросейсмология позволяет получать точную информацию о возрасте самых древних звезд Галактики».

Работа вышла в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Источник

Галактики выбрасывают тяжелые элементы в гало и глубокий космос

Согласно новому исследованию, проведенному под руководством Колорадского университета в Боулдере, галактики впустую растрачивают огромные объемы тяжелых элементов, образующихся в процессе звездообразования, выбрасывая те на расстояния до миллиона световых лет в окружающие их гало и межгалактическое пространство.

Исследование, недавно опубликованное онлайн в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, показывает, что больше атомов кислорода, углерода и железа находится в вытянутых газовых гало за пределами галактик, чем внутри самих галактик, в результате чего галактики испытывают нехватку сырья для формирования новых звезд и планет.

«Раньше мы полагали, что все эти объемы тяжелых элементов идут на рождение следующих поколений звезд и планетных систем, – говорит Бенджамин Оппенгеймер, научный сотрудник Центра астрономии и астрофизики Колорадского университета в Боулдере и ведущий автор исследования. – Как выясняется, галактики не слишком увлекаются вторичной переработкой».

Принято считать, что практически невидимый резервуар газа, окружающий галактики, известный как ближнее межгалактическое пространство (БМП, circumgalactic medium), играет центральную роль во внешнем обмене веществ галактик, но точный механизм подобного взаимодействия пока неизвестен. Размеры типичной галактики колеблются от 30 000 до 100 000 световых лет, в то время как БМП может растягиваться до миллиона световых лет.

Исследователи использовали данные Cosmic Origins Spectrograph (COS), спектрографа стоимость 70 миллионов долларов, разработанного Колорадским университетом и построенного в Боулдере, штат Колорадо, Ball Aerospace & Technologies Corp, с целью изучения состава БМП.

COS использует ультрафиолетовую спектроскопию для изучения эволюции Вселенной; установлен на космическом телескопе «Хаббл».

Спиральные галактики, как наш Млечный Путь, активно участвуют в звездообразовании и имеют голубоватый цвет, в то время как эллиптические галактики практически не участвуют в звездообразовании и выглядят красными. Оба типа галактик содержат в себе от десятков до сотен миллиардов звезд, образующих тяжелые элементы.

После проведения компьютерного моделирования, исследователи обнаружили, что БМП обоих типов галактик содержит в себе более половины всей массы тяжелых элементов галактики.

«Замечательное сходство галактик в наших симуляциях, над которыми работает команда COS, позволяет нам интерпретировать наблюдения с большей уверенностью», – заявил Роберт Крейн, научный сотрудник Ливерпульского университета имени Джона Мурса, член Королевского общества университетских исследований и соавтор исследования.

Результаты компьютерного моделирования также дают объяснение тому удивительному наблюдению COS, что вокруг эллиптических галактик значительно меньше кислорода, чем вокруг спиральных галактик.

«БМП эллиптических галактик горячее – говорит Йооп Шей, профессор Лейденского университета Нидерландов и соавтор исследования. – Высокие температуры, превышающие миллион градусов по Кельвину, снижают долю иона кислорода O+5, детектируемого COS».

В противоположность этому, температура газа БМП спиральных галактик составляет всего 300 000 градусов Кельвина, что приблизительно в пятьдесят раз горячее поверхности Солнца.

«Чтобы запустить все эти тяжелые элементы в БМП, требуется огромное количество энергии от сверхновых и сверхмассивных черных дыр, – объяснил Оппенгеймер. – Это суровый и длительный процесс, который может занимать более 10 миллиардов лет, что означает, что наблюдаемый нами высокоионизированный кислород в нашей галактике был там еще до рождения Солнца».

Источник

МФТИ: лазер помог физикам увидеть сверхбыстрые изменения в молекулах

МОСКВА, 6 июн – РИА Новости. Ученые из МФТИ и их коллеги из Японии и Китая научились "заглядывать" внутрь молекул при помощи фемтосекундного лазера и наблюдать за изменениями в их структуре, которые длятся миллиардные доли миллиардной доли секунды, говорится в двух статьях, опубликованных в журнале Physical Review Letters.

"Пока аттосекундная физика находится в стадии фундаментальной науки, и практических применений у подобных наблюдений мало. Но можно предположить, что мы в будущем сможем "стрелять" лазером в нужный момент в нужное место, обеспечивая контролируемый исход химического превращения”, — заявил Олег Толстихин из Московского Физтеха в Долгопрудном.

Толстихин и физики из университета Нагойи (Япония) и университета Вуханя (Китай) смогли проследить за тем, как молекула оксида азота распадается на кислород и азот при столкновении с фотоном и затем объединяется назад через несколько аттосекунд (10 в минус 18 степени).

Как отмечают ученые, изучать подобные процессы крайне тяжело из-за их скоротечности, поэтому физикам приходится применять различные нетривиальные приборы и схемы проведения эксперимента, для того чтобы сделать их "видимыми" для наших приборов.

Один из таких методов заключается в использовании туннельной ионизации. Облучая молекулу NO при помощи слабого ультрафиолетового импульса, ученые переводили электроны в ней в возбуждённое состояние. После этого следовала мощная инфракрасная вспышка лазера, которая заставляла электрон покинуть молекулу благодаря эффекту квантового туннелирования.

Оторвавшись от молекулы под действием сильного лазерного поля, электрон возвращался обратно и "разбивал" молекулу на положительный ион азота и атом кислорода. Затем ученые измеряли распределение ионов азота, что позволило им измерить то, как поляризация импульса лазера влияла на вероятность распада молекулы NO. Результаты эксперимента хорошо согласуются с предсказаниями асимптотической теории туннельной ионизации.

 

© Фото: Олег Толстихин

Фотография молекулы NO до и после ее возбуждения

Получив подобные результаты, Толстихин и его коллеги разработали методику наблюдений за молекулами, используя подобный подход, который они описали во второй статье. Теоретический анализ этого процесса показал, что данный прием позволяет наблюдать, что произошло с атомом или молекулой за время между вылетом электрона и его возвращением к иону с аттосекундным разрешением, и даже получать голографическую трехмерную "фотографию" того, как выглядела молекула до столкновения.

Это, как надеются авторы статьи, дает надежду на то, что подобные наблюдения за самыми быстрыми процессами в мире физики можно будет вести и для других молекул и атомов.

Источник

Снимок: «Сумеречная зона» Плутона раскрывает свои секреты

Космический аппарат НАСА «Новые горизонты» сделал этот завораживающий снимок Плутона всего лишь через несколько минут после максимального сближения с карликовой планетой, состоявшегося 14 июля 2015 г. Этот снимок был получен под большим фазовым углом, то есть в такой конфигурации, когда Солнце, Плутон и космический аппарат находятся почти на одной линии. Свет нашей звезды проникает сквозь атмосферу Плутона близ краев его диска и подсвечивает слои атмосферной дымки. Южные части равнин, покрытых льдом из азота, которые носят неофициальное название равнин Спутник, а также горы, неофициально называемые горами Норгея, видны на серповидном участке поверхности Плутона в верхней части снимка.

На врезке справа вверху подробно изображен серповидный участок поверхности Плутона с интригующим ярким пятном (в центральной части врезки), простирающимся на десятки километров, которое может оказаться отдельно расположенным низколежащим облаком атмосферы Плутона; если это так, то оно станет первым обнаруженным на Плутоне облаком. Согласно моделям атмосферы Плутона формирование в ней метановых облаков принципиально возможно.

На врезке справа внизу изображены детали «ночной» стороны Плутона, подсвеченной атмосферной дымкой. Здесь на поверхности доминируют неровные широкие долины и высокие скалы.

Снимок был сделан при помощи камеры Ralph/Multispectral Visual Imaging Camera (MVIC) с расстояния примерно 21550 километров от поверхности Плутона, примерно через 19 минут после момента максимального сближения космического аппарата с карликовой планетой. Разрешение снимка составляет 430 метров на один пиксель.

Источник