Эта зловещая рука, которую можно видеть на снимке, - настоящая загадка для ученых. Форма этой туманности случайно похожа на руку человека, а ученые все еще пытаются понять, каким образом небольшая звезда смогла стать источником такого большого образования, которое видно в рентгеновском свете. 

Звезда-пульсар PSR B1509-58 (или B1509, для краткости) – это 19-километровые останки звезды гораздо большего размера, которая взорвалась, оставив после себя быстро вращающуюся нейтронную звезду. Энергия уходит в основном через эмиссию нейтрино (или нейтральных частиц), еще небольшое количество теряется из-за бета-распада, или радиоактивного процесса, когда заряженные частицы покидают атомы. Используя новую модель, ученые обнаружили, что из-за эмиссии нейтрино уходит так много энергии, что ее уже не должно оставаться для бета-распада, благодаря которому исходит рентген-излучение, которое мы видим на этом снимке или в других ситуация. И все же это происходит.

“Ученые заинтригованы: что же все-таки дает энергию этим массивным взрывам. Когда мы найдем объяснение этому, мы сможем узнать больше о фундаментальных силах природы, особенно в астрономическом масштабе”, - заявляет Питер Моллер (Peter Moller) сотрудник теоретического отдела Национальной Лаборатории Los Alamos, который принимал участие в исследовании. 

Все более ранние исследования показывают, что для того, чтобы лучше понимать, что происходит на поверхности этих объектов, компьютерные модели должны стремиться к тому, чтобы “описать форму каждого отдельного нуклида” (или атома, который в своем ядре имеет определенное количество протонов и нейтронов), - потому, что не все эти нуклиды являются простыми сферами.

Используя приборы в Los Alamos, ученные создали базы данных нуклидов с разными характеристиками бета-распада. Затем они применили эту базу данных к модели, созданной в Государственном Университете Мичигана, чтобы увидеть, какая энергия будет высвобождаться, когда звезды начнут срастаться или сходиться.

Результаты были неожиданными: оказалось, что радиоактивной деятельности будет достаточно для того, чтобы питать энергией рентген-лучи. 

Требуются дополнительные исследования, с помощью Устройства для Редких Изотопных Лучей (Facility for Rare Isotope Beams), которое должно быть создано в Университете Мичигана к 2020 году.

Источник

Ученые Университета Вашингтона выяснили, что атмосферная особенность, которую Земля имеет наряду с Юпитером, Сатурном, Ураном и Нептуном, скорее всего, типична для миллиардов планет. 

Сначала, немного истории: известно, что, чем выше, тем более холодным и разреженным становится воздух. Однако в 1902 году ученый Леон Тейсеран де (Léon Teisserenc de Bort) обнаружил точку на высоте 15240 м, - там воздух перестает охлаждаться и начинается его нагревание. 

Он назвал эту невидимую границу «тропопаузой», и изобрел термины "стратосфера" – для атмосферы, которая находится выше границы, и "тропосфера" - для нижнего слоя, в котором мы живем – эти термины используются по сей день. 

Затем, в 1980-х годах, космический аппарат NASA обнаружил, что тропопаузы характерны для таких планет, как Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, а так же для самой большой луны Сатурна – Титана. Интересно, что эта невидимая граница проходит на одном и том же уровне в атмосфере этих, таких разных, миров – там, где давление составляет около 0.1 бар, или одну десятую давления на поверхности Земли. 

Теперь астрономы Тайлер Робинсон (Tyler Robinson) и Дэвид Кэтлинг (David Catling) в труде, опубликованном 8 декабря в журнале Nature Geoscience, объяснили это явление, используя основы физики, чтобы показать, как это происходит, и предположить, что тропопауза, возможно, характерна для миллиардов планет и их лун с плотной атмосферой.

"Объяснение лежит в физике инфракрасного излучения", - говорит Робинсон. Атмосферные газы собирают энергию, впитывая инфракрасный свет с освещенной солнцем поверхности скалистой планеты или из более глубоких частей атмосферы не имеющих поверхности планет, таких, как Юпитер.

Используя аналитическую модель, Кэтлинг и Робинсон показывают, что на большой высоте атмосферы становятся прозрачными для теплового излучения – из-за низкого давления. Над тем уровнем, где давление около 0.1 бар, поглощение видимого, или ультрафиолетового, света становится причиной того, что гигантские планеты – а вместе с ними Земля и Титан – становятся теплее по мере того, как возрастает высота. 

Отсюда можно вывести правило – что на границе атмосферы и стратосферы давление равно приблизительно 0.1 бар,- которое будет справедливо для атмосфер планет, в которых газы стратосферы поглощают ультрафиолетовый или видимый свет. 

Астрономы могут использовать это открытие для экстраполяции определенных значений температуры и давления на поверхность различных планет и выяснять, являются ли эти миры гипотетически пригодными для жизни, - то есть, допускают ли значения температуры и давления существование воды на планете с твердой поверхностью.

"Тогда у нас уже будет что-то, с чего можно начать характеристику этого мира. Мы знаем, что температуры возрастают, начиная с тропопаузы, и у нас есть модели, по которым, как мы считаем, они могут возрастать, - значит, мы можем, начав с этого, рассчитать температуру над поверхностью планеты", - говорит Робинсон. 

Источник

Марсоход Curiosity (Кьюриосити) нашел свидетельство существования на Марсе древнего озера, в котором жизнь могла существовать на протяжении долгого периода – возможно, в течение миллионов лет. 

Ученые считают, что озеро с пресной водой высохло около 3,7 миллиардов лет назад, а это значит, что условия Марса были благоприятными для жизни не так давно, как принято было считать.

Водой когда-то была покрыта небольшая часть кратера Гейла, протяженность которого составляет 154 километра, и который ровер исследует с тех пор, как коснулся поверхности Красной Планеты в августе 2012 года. 

Основная задача миссии Curiosity, стоимость которой составляет 2,5 миллиарда долларов, - определить, существовала ли когда-либо в кратере Гейла микробная жизнь. Команда марсохода объявила о том, что эта цель достигнута, несколько месяцев назад: по словам ученых, место, расположенное недалеко от посадочной площадки ровера, - Залив Желтого Ножа (Yellowknife Bay), на самом деле миллиарды лет назад был обитаемым.

Новые результаты, о которых было объявлено 9 декабря, подтверждают это открытие, дополняя картину местности, какой она была в древности. 

Ее удалось составить благодаря анализу, которому Curiosity подверг мелко-частичные осадочные породы, найденные им в Yellowknife Bay –оказалось, что это иловый известняк, который формируется в спокойной воде. 

Известняк содержит минералы глины, которые сформировались в осадке на дне древнего озера. Так же удалось обнаружить некоторые химические элементы, наличие которых говорит о том, что образцы породы были сформированы в то время, когда планета была пригодна для жизни: минералы серы, азот, водород, кислород, фосфор и углерод.

Теоретически, в озере могли жить микробы, которые относятся к классу хемолиавтотрофов, - бактерий, которые используют диоксид углерода в качестве единственного источника углерода и добывают энергию, разрушая камни и минералы. На Земле хемолиавтотрофы обычно обнаруживаются в областях, в которых нет доступа солнечному свету, таких, как пещеры и гидротермальные источники на дне океана.

Ученые считают, что марсианское озеро было неглубоким, его приблизительные размеры – 50 километров в длину и 5 – в ширину. Исходя из толщины осадочных отложений, команда ученых установила, что озеро существовало в течение как минимум тысяч лет, а, возможно, и намного дольше.

То, что на ободе кратера Гейла мало следов атмосферных воздействий, говорит о том, что во время существования этого озера эта область была довольно холодной, возможно, озеро постоянно было покрыто слоем льда.

Источник

Ученые научно-исследовательского центра JILA разработали метод вращающихся электрических и магнитных полей вокруг молекулярных ионов, при помощи которого можно измерить, насколько круглой является форма крошечных электронов. Ученые подчеркивают, что это изобретение может иметь огромное влияние на развитие науки и понимание принципов Вселенной. 

Результаты этого исследования были 6 декабря опубликованы в издании Science. В его основе лежит новый метод вращения, - с его помощью ученые измеряли, насколько круглой является форма электронов – то есть, насколько постоянным является заряд электрона между его полюсами. Главной целью исследования на данный момент является демонстрация возможностей новой технологии, которая в конечном итоге может позволить проводить наиболее точные измерения момента электрического диполя электронов, а так же может быть использована в создании моделей.

Десятилетия назад физики считали, что все электроны – идеально круглой формы. В 1980 году возникла идея о том, что они могут быть слегка ассиметричны, однако считалось, что их момент электрического диполя слишком мал, чтобы его можно было заметить. Сейчас ученые пытаются обозначить границы электрического дипольного момента – для того, чтобы подтвердить или, наоборот исключить определенные гипотезы. Пока экспериментальный лимит намного больше, чем должен быть момент электрического диполя электронов, если исходить из стандартной физической модели. 

Техника вращающегося поля может быть использована в экспериментах с квантовой информацией, потому что квантовый бит может дольше удерживать информацию на уровнях электрической и магнитной энергии, чем в обычных квантовых состояниях. Способность манипулировать взаимодействием молекулярных ионов так же может облегчить моделирование других квантовых систем, основанных на вращении. Кроме того, новая техника может быть использована для исследования любых изменений фундаментальных природных «постоянных» со временем, - тех, которые используются в научных подсчетах.

Источник

Две главных коллаборации, работающие на Большом адронном коллайдере, представили новые результаты по распаду бозона Хиггса на фундаментальные частицы материи — кварки и лептоны. Их совместные данные впервые доказывают, что этот распад действительно идет, и служат дополнительным свидетельством в пользу того, что обнаруженный бозон Хиггса — самый стандартный из всех ожидавшихся вариантов.

Открытие бозона Хиггса на Большом адронном коллайдере стало самым ярким экспериментальным достижением в физике элементарных частиц за последнее время. Для физиков это означало долгожданный переход от десятилетий поисков к изучению характеристик этого бозона. Они надеялись, что, обнаружив какие-то необычные его свойства, какие-то отклонения от предсказаний Стандартной модели, они смогут впервые почувствовать то фундаментальное устройство нашего мира, которое должно лежать под этой классической картиной. К сожалению, после того как первое воодушевление угасло, стало ясно, что полученные данные пока не демонстрируют никакого отличия от стандартного бозона Хиггса. Подробные сводки данных см. на страницах Поиск бозона Хиггса: результаты и Изучение бозона Хиггса.

«Элементы» неоднократно рассказывали, что такое хиггсовский механизм, отголоском которого является бозон Хиггса. Для этой новости полезно особо подчеркнуть одно его свойство. Изначально хиггсовский механизм был придуман лишь для того, чтобы давать массы калибровочным бозонам (то есть W- и Z-бозонам, переносчикам слабого взаимодействия) и не нарушать при этом другие важные свойства калибровочной теории. В такой формулировке не требовалось, чтобы то же самое поле Хиггса давало еще массы частицам вещества — кваркам и лептонам, то есть известным сейчас фундаментальным фермионам.

В рамках Стандартной модели, где больше просто нечему обеспечить фермионам массивность, эту дополнительную повинность тоже «навесили» на поле Хиггса. Именно поэтому стандартный бозон Хиггса должен «уметь» распадаться не только на W- и Z-бозоны, но и на фермионы. Наиболее частыми среди этих распадов должны быть распады на фермионы, самые тяжелые из доступных по закону сохранения энергии, — на b-анти-b-пару и на тау-анти-тау-лептонную пару (рис. 1). Если же отойти от Стандартной модели, то в неминимальных вариантах теории вполне допустимы ситуации, когда хиггсовских полей несколько, так что одно из них дает массу W- и Z-бозонам, а другие — фермионам. Поэтому вполне могло бы получиться, что какой-то определенный бозон Хиггса, который кажется вполне стандартным при распаде на W- и Z-пары, будет вести себя необычно в распадах на фермионы или даже вообще не захочет на них распадаться. Это было бы очень ярким проявлением Новой физики.

Теперь важный момент: тот хиггсовский бозон, который был открыт в 2012 году, был надежно зарегистрирован только в распадах на бозоны. Либо это распад на два фотона (H → γγ), либо распад на два Z-бозона с их последующим распадом на четыре лептона (H → ZZ → 4l), либо распад на два W-бозона, с их последующим распадом на лептоны (H → WW → lνlν). Сводку результатов по состоянию на июль этого года см. в новостиОбновлены данные ATLAS и CMS по хиггсовскому бозону («Элементы», 07.07.2013).

Распады на фермионы до сих пор не были надежно зарегистрированы. Некоторые намеки на распады на b-кварки и на тау-лептоны в данных, конечно, прослеживались, но статистическая значимость этих намеков была невелика, меньше 3 стандартных отклонений (3σ). Связано это было с тем, что такие распады не слишком сильно бросаются в глаза. Во-первых, их вероятность не очень велика, а во-вторых, это не такие уже и «чистые» события распада — ведь для их регистрации нужно анализировать не только лептоны, но и адроны. Даже тау-лептон регистрируется не непосредственно, а через свои продукты распада, и в большинстве случаев они включают адроны. По этой причине «выцарапывать» эти события из всей накопленной статистики гораздо труднее, поскольку физикам приходится бороться с сильным фоном от похожих событий, но без хиггсовского бозона.

Отдельной строкой надо еще упомянуть результаты Тэватрона: в 2012 году он тоже стал видеть намеки на хиггсовский бозон в b-анти-b-канале распада на уровне статистической значимости почти 3σ.

Сейчас обе крупнейшие коллаборации наконец-то завершили анализ распадов на эти частицы. В конце ноября и начале декабря в ЦЕРНе прошли два семинара, на которых сначала ATLAS, а потом и CMS сообщили о своих результатах по измерению распада бозона Хиггса на фермионы. Краткие сводки результатов доступны также на страницах хиггсовских данных ATLAS и CMS. Впрочем, до появления полновесных статей эти данные следует считать предварительными. Кроме того, два месяца назад коллаборация CMS уже представляла свои данные по измерению распада хиггсовского бозона на b-кварки.

Обе коллаборации для этого анализа обработали весь накопленный к настоящему моменту объем статистики. Поиск распада бозона Хиггса на тау-лептоны велся всеми доступными способами — через адронные и через лептонные распады каждого тау. Всего было найдено несколько тысяч событий, похожих на рождение двух тау-лептонов, но в основном это был фон: рождение и распад Z-бозона на два тау-лептона или на лептоны и адроны, рождение и распад топ-кварков и некоторые другие процессы (рис. 2). Сколько среди них настоящих хиггсовских событий, без дополнительного анализа сказать невозможно. В этом кропотливом анализе заключалась основная трудность работы. После того как он был завершен, оказалось, что хиггсовских событий получается примерно столько же, сколько и ожидалось от стандартного бозона Хиггса.

Рис. 2. Распределение всех найденных событий с двумя тау-лептонами по инвариантной массе этой пары. Разным цветом на гистограмме показаны ожидаемые вклады разных фоновых процессов; в основном всё забивает рождение и распад Z-бозона. Точками показаны реальные данные. Вставка в углу показывает, что будет, если из всех данных вычесть ожидаемый фон — останется красная штрихованная гистограмма, которая и показывает вклад хиггсовского бозона. Изображение с сайтаtwiki.cern.ch

В случае распада на b-кварки требовалось регистрировать рождение не одиночного бозона Хиггса, а его в паре с W- или Z-бозоном (так называемое WH- или ZH-рождение, см. рис. 1 на странице Рождение и распад хиггсовского бозона). При этом дополнительный бозон детектируется через свой лептонный распад, а в оставшемся адронном потоке требуется выделять две b-струи, порожденные b-кварками.

Для удобного представления полученных результатов физики вычисляют отношение реально зарегистрированных распадов бозона Хиггса в какой-то набор частиц к предсказаниям Стандартной модели и обозначают его через μ. Значение μ = 1 отвечает полностью стандартному бозону Хиггса, значение μ = 0 означает, что бозон Хиггса вообще не зарегистрирован в этом канале распада, значение μ существенно больше 1 означает, что этот распад усилен. Поиск Новой физики в этих распадах — это, фактически, поиск хоть какого-то примера, в котором измеренное значение μ статистически достоверно отличалось бы от единицы.

Предыдущие сводки измеренных величин μ приведены на страничке Изучение бозона Хиггса. Новые значения μ для распадов на b-анти-b-пары и на тау-лептоны, полученные коллаборациями ATLAS и CMS, таковы:

ATLAS:   μ_ττ = 1,4^+0,5_−0,4;    μ_bb = 0,2^+0,7_−0,2; 
CMS:   μ_ττ = 0,87 ± 0,29;    μ_bb = 1,0 ± 0,5.

Для тау-лептонной пары статистическая значимость сигнала составила 4,1σ (ATLAS) и 3,4σ (CMS). Иными словами, оба детектора вместе доказали, что распад хиггсовского бозона на тау-лептоны действительно идет и что он вполне похож на стандартный, поскольку μ_ττ вполне согласуется с единицей. Что касается распада на b-кварки, то здесь две группы пока дают непохожие результаты. Данные ATLAS пока что вообще не указывают на этот распад, в то время как CMS видит этот распад ровно на том уровне, который ожидается в Стандартной модели. Впрочем, погрешности тут велики, поэтому ни о каком серьезном расхождении речи пока не идет.

Что же получается в итоге? Во-первых, если объединить все данные, то можно считать доказанным, что бозон Хиггса действительно распадается на фундаментальные частицы материи, а не только на бозоны-переносчики электрослабых взаимодействий. Во-вторых, измеренные вероятности распадов и здесь вполне согласуются со Стандартной моделью. Конечно, точность тут не слишком велика, но никаких существенных отклонений от Стандартной модели не видно.

Таким образом, развитие событий по-прежнему идет по пессимистическому сценарию. LHC обнаружил бозон Хиггса, очень похожий на стандартный, и не видит никаких экспериментальных указаний на физику за пределами Стандартной модели. Конечно, сам коллайдер в этом не виноват — он-то работает отлично, просто природа оказалась именно такова. Это значит, что скорее всего никаких исключительно ярких открытий в свойствах бозона Хиггса ожидать на LHC не стоит. Если что-то выходящее за рамки Стандартной модели и будет обнаружено, то оно будет проявляться лишь как небольшое отличие и вряд ли сможет обладать большой статистической значимостью. Существенные новости тут стоит теперь ожидать только ближе к концу 2015 года, когда коллайдер заработает на повышенной энергии и будет обработана первая порция новых данных.

Источник

Наука. Видеоролик, в котором показано как изменялись магнитные поля Солнца за последние 16 лет, опубликован на сайте NASA. Магнитные полюса каждые 11-12 лет меняются местами и эта периодичность получила название солнечные циклы. По мнению ученых магнитные поля возникают из-за ионизированной плазмы, находящейся на глубине 700 тыс. км от поверхности Солнца. Перед каждой сменой полюсов на Солнце наблюдается максимальная активность корональных выбросов, вспышек и пятен. В ближайшее время ожидается очередной переворот солнечных магнитных полюсов. Ученые утверждают, что этот переворот полюсов не вызовет сильных магнитных бурь, потому что наблюдается самая слабая активность Солнца за последние 100 лет.

Источник

Способность орбитальных телескопов видеть большие области Земли одновременно сделала их незаменимыми для нужд человечества: таких, как составление прогноза погоды или отслеживание глобальных природных бедствий. Даже при том, что конструкция телескопов постоянно изменяется и модифицируется в соответствии с требованиями времени, кое-что осталось неизменным со времен Galileo: использование стекла для линз и зеркал, то есть оптика. Для получения изображений с высоким разрешением обычно нужны зеркала из стекла большого диаметра, - толстые, дорогие и трудоемкие в изготовлении. Так как растет нужда в снимках с орбиты со все более высоким разрешением, мы неизбежно приближаемся к моменту, когда стеклянные зеркала станут слишком дорогими, большими и тяжелыми даже для самых больших ракет, которые могли бы вывести их на орбиту.

Программа DARPA"s Membrane Optical Imager for Real-Time Exploitation (MOIRE) program (мембранная оптическая система отображения для работы в реальном времени) направлена на решение этой проблемы: ученые, работающие в ней, ищут способ создания технологий, которые дали бы будущим орбительным телескопам с высоким разрешением снимать фото и видео Земли с геосинхронной земной орбиты – с расстояния около 35 000 километров над поверхностью Земли. Поэтому сейчас разрабатываются такие технологии, которые могли бы сделать орбитальные телескопы не такими дорогими и более транспортабельными – легче по весу. 

В настоящее время программа находится во второй, финальной фазе: недавно был успешно продемонстрирован наземный прототип, в котором было использовано несколько принципиально новых технологий, в том числе новая легкая полимерная мембранная оптика, которая заменила стеклянные зеркала. Возможности мембранной оптики раньше считались слишком скромными для того, чтобы ее можно было использовать на орбите. Теперь же ученые смогли увеличить ее светосильность почти в два раза – с 30 до 55 процентов. 

Мембрана считается менее светосильной, чем стекло, однако ее вес так же намного меньше, что позволяет создавать линзы большего размера, устраняя этот недостаток. Кроме того, малый вес мембраны позволил создать оптику, которая весит в семь раз меньше традиционной стеклянной с таким же разрешением, - а это означает уменьшение стоимости запуска за счет использования ракет-носителей более легкого класса. Все это делает мембранную оптику очень подходящей для использования в космических телескопах.

Источник

Астероид, который упал на Землю в окрестностях Челябинска в феврале этого года, до сих пор является предметом исследований ученых. Не так давно сразу три научных труда, посвященных ему, были опубликованы в изданиях Nature и Science. В них описываются новые аспекты, которые позволяют наиболее подробно воссоздать картину событий того февральского утра. 

Первые сведения о падении «из первых рук» удалось получить от множества видеорегистраторов, которые зафиксировали это событие. К этому так же добавились данные камер видеонаблюдения, а потом стало известно, что траекторию полета метеорита можно проследить на снимках космических спутников.

Яркость метеорита позволила определить мощность воздушного взрыва, которая эквивалентна более чем 500 килотонн тротилового эквивалента, - во много раз сильнее, чем бомба, которая разорвалась над Хиросимой. 



Метеорит, который упал на Землю, относится к классу обыкновенных хондритов. Он сформировался около 4, 5 миллиарда лет назад, в ранний период развития Солнечной Системы, в астероидном поясе между Марсом и Юпитером, откуда до Земли добирался более 1,2 миллиона лет. Изучение фрагментов метеорита, в том числе, и его огромного осколка, упавшего в озеро Чебаркуль, позволило изучить его историю. Ученые считают, что этот метеорит был частью более крупного астероида, который, вполне возможно, до сих пор находится в Солнечной системе. К такому мнению исследователи пришли, просчитав траекторию упавшего астероида. Это мнение подтверждают измерения радиоактивности продуктов распада в минералах метеорита: они показывают, что, скорее всего, он уже пострадал от сильного столкновения, случившегося приблизительно через 115 миллионов лет после формирования Солнечной Системы. 

Источник

Ученые обнаружили редкие, похожие на биение сердца пульсации, исходящие от сверхмассивной черной дыры. Возможно, они позволят лучше изучить природу этих необыкновенных объектов.

Профессор Даченг Лин (Dacheng Lin) и профессор Джимми Ирвин (Jimmy Irwin), работающие на факультете физики и астрономии в Университете Алабамы, в сотрудничестве с тремя учеными из Франции изучили черную дыру, масса которой приблизительно в 100000 раз больше массы Солнца, - эта работа была недавно опубликована в издании Astrophysical Journal Letters.

"Такие сигналы от сверхмассивных черных дыр очень важны для понимания связи между черными дырами разной массы, однако обычно их очень трудно обнаружить. До этого случая это удавалось сделать лишь дважды, и наш сигнал – намного сильнее, чем в тех двух случаях", - говорит Лин. 

Для своего исследования ученые использовали данные, предоставленные космической обсерваторией Европейского космического Агентства XMM-Newton. Черная дыра, которую они изучали, находится на расстоянии 1,7 миллиардов световых лет от Земли в центре отдаленной галактики. 

На момент наблюдений черная дыра «съедала» материю почти на максимальном уровне. Ученые Университета Алабамы запросили дополнительные данные от XMM-Newton, пытаясь понять, почему черная дыра поглощает так много материи. 

"Возможно, близлежащая звезда проходила слишком близко к черной дыре, поэтому черная дыра разорвала ее, и туда стало падать большое количество газа", - говорит Лин. 

Происхождение пульсации, или «квазипериодическую рентгеновскую оксилляцию», как называют ее ученые, определить непросто. Одно из объяснений этому: когда вещество падает по направлению к черной дыре, формируется плоский диск. Этот диск является источником высокоэнергичных рентген-лучей. По мере того, как благодаря поглощению большого количества вещества циклически изменяется структура диска, изменяется и интенсивность рентген-излучения, которое исходит от него. 

"Такие оксилляции – норма для черных дыр с массой до 20 раз больше солнечной, однако довольно редко встречаются у сверхмассивных черных дыр. Черные дыры – возможно, самые необычные объекты во Вселенной, они такие компактные, гравитация вокруг них настолько сильна, что там может происходить огромное количество интересных физических феноменов, таких, как похожий на биение сердца рентген-сигнал, который мы обнаружили в этом случае", - добавляет Лин.

Источник

Энергия, необходимая для смены магнитной ориентации отдельного атома, что определяет его магнитную стабильность и полезность во множестве устройств будущего, может модифицироваться за счет смены электрического сцепления атома с соседними металлами.

Этот поразительный результат был опубликован в издании Nature Nanotechnology учеными из Лондонского центра нанотехнологий, Иберийской лаборатории нанотехнологий, университета Сарагосы из Института Макса Планка.

Любой, кто держит в руках два магнита, может испытать, как они взаимно притягиваются и отталкиваются, в зависимости от относительной ориентации магнитных полюсов. Тот факт, что полюса в магнитах располагаются вдоль определенного направления вместо беспорядочной ориентации, известен как магнитная анизотропия. Это свойство используется в самых разных устройствах, от стрелок компаса до накопителей жестких дисков.

«Для больших кусков магнита магнитная анизотропия определяется, прежде всего, их формой. Атомы, формирующие материал магнитов, также имеют магнитную природу, и потому обладают собственной магнитной анизотропией. Однако они настолько малы, что приписать им какую-либо форму практически невозможно, и магнитной анизотропией атома обычно управляет его местоположение и заряд соседних атомов», подчеркнул доктор Джоакин Фернандо-Россье.

С помощью сканирующего туннельного микроскопа — инструмента, который позволяет наблюдать и управлять отдельными атомами на поверхности, ученые обнаружили новый механизм управления магнитной анизотропией в атомном масштабе.

В ходе эксперимента ученые заметили существенные изменения магнитной анизотропии отдельных атомов кобальта в зависимости от их местоположения на медной поверхности, покрытой атомарно тонким слоем нитрида меди.

Эти изменения коррелировали со значительными изменениями в интенсивности другого явления — эффекта Кондо, который является результатом электрического сцепления между атомами магнита и соседнего металла. С помощью теоретического и компьютерного моделирования ученые установили, что помимо обычных структурных механизмов электронные взаимодействия между металлической подложкой и магнитными атомом также играют значительную роль в определении магнитной анизотропии.

«Электрическое управление свойством, которое прежде настраивалось лишь с помощью структурных изменений, дает существенно новые возможности в создании наименьших устройств для обработки информации, хранения данных и для систем датчиков», сказал доктор Сайрус Ирджибейдин.

В отличие от наиболее распространенных механизмов данный вклад в магнитную анизотропию может быть настроен электрически с помощью того же процесса, что запускает многие транзисторы, а именно полевого эффекта.

Результаты исследования особенно актуальны, поскольку способствуют усилиям по поиску материальных систем с большей магнитной анизотропией, свободных от редкоземельных элементов — редких материалов, добыча которых оказывает серьезное влияние на окружающую среду.

Источник

Как в квантовом мире появляется классическая температура? Физики из Венского технологического университета смогли непосредственно пронаблюдать зарождение и распространение температуры [то есть, хаотического движения атомов] в квантовой системе. Что примечательно, квантовые свойства утрачиваются даже когда квантовая система полностью изолирована и не связана с внешним миром

Квантовая и классическая физика: от микроскопическому к макроскопическому миру
Связь между микроскопическим миром квантовой физики и нашим повседневным опытом до сих пор непонятна. Если измерить квантовую систему, она неизбежно возмущается и теряет часть своих квантовых свойств.

Облако атомов, к примеру, можно «настроить» так, что каждый атом одновременно находится в двух различных местах, образуя идеальную квантовую суперпозицию. Как только местонахождение атомов измеряется, суперпозиция уничтожается – остаются лишь атомы на определенных местах, ведущие себя как классические объекты.

То есть, переход от квантового поведения к классической физике инициируется измерением – контактом с внешним миром. Но что случится, если ничего не будет влиять на квантовую систему извне? Проявятся ли в ней классические свойства?

Беспорядок в квантовом мире
«Мы изучаем облака из нескольких тысяч атомов. Они достаточно мало, чтобы успешно изолировать их, но достаточно велики, чтобы изучать исчезновение квантовых свойств», - объясняет Тим Ланген (Tim Langen), ведущий автор работы, член исследовательской группы профессора Йорга Шмидмайера (Jörg Schmiedmayer).

В рамках эксперимента облака атомов были разделены на две половинки. Через некоторое время их сравнивали. Так ученые могут измерить квантовую механическую связь между облаками. Сначала она совершенна: все атомы пребывает в высоко упорядоченно квантовом состоянии. Но в большом облаке из тысяч частиц, такой порядок долго не выдерживается.

Утрата квантовых свойств без влияния извне 
По мере взаимодействия атомов друг с другом, с определенной скоростью начинает распространяться беспорядок. Атомы в областях, где уже царит беспорядок, теряют свои квантовые свойства. Им можно присвоить температуру – совсем как в классическом газе. «Скорость распространения беспорядка зависит от количества атомов», - говорит Ланген. Так можно выявить четкую границу между регионами, которые можно описать классической температурой и регионами, где квантовые свойства остаются неизменными.

Через какое-то время беспорядок распространяется по всему облаку. Знаменательно то, что утрата квантовых свойств происходит исключительно по внутренним причинам. «Раньше такое поведение лишь предполагалось, но наши эксперименты показывают, что природа на самом деле так себя ведет», - замечает Шмидмайер.

Облака атомов: отдельный мир
В некотором смысле, облако атомов ведет себя как самостоятельная миниатюрная Вселенная. Оно изолировано от внешней среды – следовательно, его поведение определяется исключительно внутренними свойствами. Начав с полностью квантового механического состояния, облако через некоторое время становится «классическим», хотя оно эволюционирует по законам квантовой физики. Именно поэтому эксперимент не только помогает понять поведения больших облаков атомов – он объясняет, почему наш мир выглядит так «классически», несмотря на то, что им управляют квантовые законы.

На иллюстрации: смесь серых и красных атомов обозначает нарастание беспорядка в системе с регулярной скоростью.

Источник

Колоссальные потоки супер-горячей плазмы в виде спиралей были обнаружены на Солнце. Это открытие увенчало поиски подтверждения ее существования, которые длились почти 50 лет.

Эти гигантские солнечные плазменные спирали, - ширина каждой как минимум 100 000 километров, - могут стимулировать образование сильномагнитных областей на Солнце, связанных с солнечными вспышками и другими извержениями солнечного вещества.

Из-за внутреннего нагрева Солнца вещество поднимается на поверхность, где остывает до температуры, близкой к температуре окружающего космоса, и опять опускается вовнутрь. Этот цикл известен как конвекция, а зоны, где он происходит, называют конвективными ячейками. 

Вращение Солнца вокруг собственной оси вызывает крупнейшие ячейки конвекции, которые формируют спиралевидные узоры.

Конвекция уже проявляется на поверхности Солнца в виде двух структур – гранул, шириной около 1 000 км, и супергранул, ширина которых составляет 30 000 км. Жизненный цикл гранул – около 10 минут, а вещество в них течет со скоростью примерно 10 800 км/ч; супергранулы «живут» дольше - 24 часа, однако и течение вещества в них более медленное 1 800 км/ч.

Ученые предположили, что на Солнце могут существовать и еще более крупные конвективные ячейки, живущие в течение десятилетий и достигающие 200 000 км, охватывая, таким образом, всю конвективную зону звезды.

Сложность в поиске этих гигантских ячеек состоит в их маленькой скорости, из-за чего сложно определить их влияние на солнечную поверхность. Наконец, с помощью Лаборатории Солнечной Динамики NASA, ученым удалось обнаружить эту огромную структуру.

Исследователи следили за движениями супергранул сутками. Это помогло им определить общую картину течения, образованную гигантскими ячейками.

Материя в них течет со скоростью около 30 км/ч. Ширина этих спиралей – около 100 000 километров, а их жизненный цикл равен приблизительно трем месяцам. Как и ожидалось, последствия вращения Солнца привели к тому, что ячейки движутся по часовой стрелке на севере и против нее – на юге. В перво м и во втором случае области вокруг находятся под высоким давлением.

Теперь ученые планируют исследовать, насколько сильно это гигантские ячейки влияют на активные зоны поверхности Солнца и каким образом это отражается на космической погоде.

Ученые Лиза Аптон (Lisa Upton), Дэвид Хатавей (David Hathaway) и Оуэн Коулгроув (Owen Colegrove), занимающиеся этим исследованием, подробно описали свои выводы в выпуске журнала Science от 6 декабря.

Источник

В основном современные ученые сходятся во мнении, что наша Луна появилась в результате того, что планета, размер которой был сравним с размером Марса, столкнулась с Землей. В результате этого удара появилось множество осколков (в основном – осколков планеты, столкнувшейся с Землей), которые были отброшены в космическое пространство и позже объединились в диск, а затем, случайным образом, - в Луну, какой мы знаем ее сегодня. 

Робин Кэнап (Robin Canup), профессор Юго-Западного Исследовательского Института в Колорадо, отмечает, что проблема этой теории – в том, что на самом деле состав Луны, по крайней мере, ее поверхности, намного больше похож на земной, чем следует из этой теории. Образцы силикатов, которые были получены в результате пилотируемых миссий, например, имеют тот же самый изотопный состав, как на Земле. Возможно, что тело, которое столкнулось с Землей, по составу было очень похоже на нашу планету, однако это кажется маловероятным, учитывая разницу составов Земли и, к примеру, Марса. Для того, чтобы иметь лучшее представление о том, как обстоят дела, человечеству нужно отправить миссию на Венеру, считает Кэнап. Если бы, отправившись туда и взяв образцы изотопов с этой планеты, мы обнаружили бы, что они похожи по составу на земные, это могло бы оказать огромную помощь ученым в понимании того, почему Луна и Земля так похожи друг на друга.

Между тем, ученые рассматривают и другие теории, которые могли бы объяснить не только то, как Луна образовалась и как проходило ее развитие, но так же, каким образом Луна и Земля развивались вместе, благодаря чему появилась между ними та связь, которую мы можем наблюдать сейчас. Некоторые ученые полагают, что, возможно, столкновение произошло между двумя объектами, подобными Земле, а может быть, давным-давно Земля вращалась вокруг собственной оси намного быстрее, в результате чего после небольшого столкновения вокруг от Земли откололось много осколков, которые позже образовали Луну. 

Главное, что Кэнап подчеркивает в своей работе: если мы хотим лучше понимать свою планету, нам так же необходимо разобраться с Луной. А для этого нам нужно больше данных – и начать со сбора образцов с Венеры, по ее мнению, было бы неплохо.

Источник

Несмотря на то, что комета Исон (ISON) теперь представляет собой не что иное, как облако ледяных осколков, в эти дни в небе все же можно увидеть комету, правда, другую: комета C/2013 R1 (Лавджой /Lovejoy), которая была открыта в сентябре, сейчас приближается к своему перигелию: это должно случиться 25 декабря. Рано утром 3 декабря астрономы, используя 8.2-метровый телескоп Субару (Subaru Telescope), установленный на Гавайях, смогли сделать этот замечательный снимок Lovejoy, на котором можно рассмотреть запутанные потоки ионов в ее хвосте. 

На момент этого снимка, около половины шестого утра по местному времени (около 19:30 по московскому времени) третьего декабря комета Лавджой находилась на расстоянии 80 миллионов километров от Земли и около 130 миллионов километров от Солнца. 

“Телескоп Субару представляет собой редкую комбинацию телескопа с большим объективом и широкоугольного фотоаппарата. Это позволило нам сделать очень детальный снимок ядра, в то же время не упустив из вида ее впечатляющий хвост и его внутреннюю ионную структуру”, - сказал один из ученых, наблюдавших за кометой. В команду наблюдателей входят астрономы из Нью-Йоркского Университета Stony Brook, Мадридского Университета Комплутенсе, Университета Джона Хопкинса и Национальной Астрономической Обсерватории Японии. В настоящее время комету Лавджой можно видеть невооруженным глазом в северном полушарии рано утром.

Источник

Взгляд на «внутренности» сверхбыстрых потоков, идущих от черных дыр.

Астрономы провели беспрецедентные наблюдения за суперэнергетическими потоками заряженных частиц, идущими от черных дыр, ответив, таким образом, на ключевой вопрос о составе этих загадочных лучей. Ученые обнаружили, что в состав потоков, испускаемых относительно небольшой черной дырой, входят никель и железо, предполагая, что «нормальное» вещество играет намного более важную роль в этом загадочном явлении, чем антиматерия.

«На протяжении долгого времени нам было известно, что потоки содержат электроны, но их общий электрический заряд не является негативным, то есть должен существовать фактор позитивного заряда», говорит соавтор исследования Джеймс Миллер-Джонс из университета Кертин (Австралия), где расположено отделение Международного Центра Радиоастрономических Исследований.

«До настоящего времени нам не было известно, являются ли источником позитивного заряда позитроны, электроны антиматерии (противоположность «обычных» электронов) или же положительно заряженные атомы», добавляет Миллер-Джонс». «Так как наши наблюдения указали на присутствие никеля и железа, следует вывод, согласно которого в основании позитивного заряда лежит обычная материя».

Модель системы показывающая схематичный принцип образования энергетических поток от черных дыр.

Исследователи провели измерения 4U1630-47, кандидата в черные дыры, масса которого всего в несколько раз превышает массу Солнца. Они изучили эмиссию рентгеновского излучения объекта при помощи космической обсерватории Европейского Космического Агентства XMM-Newton, а также провели анализ черной дыры на частоте радиоволн, для чего был использован Компактный Австралийский Телескопический Массив.

Радионаблюдения прояснили ситуацию с внезапным появлением потоков, а данные XMM-Newton определили эмиссионные линии никеля и железа в рентгеновском спектре. С расстоянием происходит смещение линий, что напоминает звук сирены, меняющий свою высоту с приближением и отдалением пожарной машины, говорят ученые.

«Мы пришли к выводу, что частицы потоков разгоняются до огромной скорости», говорит соавтор исследования Симона Мильяри из университета Барселоны (Испания).

Исследователи установили, что скорость частиц сфокусированного потока составляет около 66% скорости света (708 миллионов километров в час). Поскольку масса позитивно заряженных атомов намного больше массы позитронов, потоки должны переносить в себе намного больше энергии, чем предполагалось более ранними исследованиями. Новые данные способны помочь в решении еще одной давнишней загадки потоков черных дыр: места, из которого происходит их запуск. Некоторые астрономы считают, что потоки получают питание от вращения их родительских черных дыр, другие же ученые утверждают, что они происходят от диска вещества, окружающего и кормящего черную дыру.

«Наши результаты предполагают, что, скорее всего, именно диск несет ответственность за перевод вещества в потоки. Наши будущие наблюдения должны подтвердить данное предположение», говорит Миллер-Джонс в заключение.

Источник

Первый китайский луноход в пятницу был выведен на лунную орбиту; таким образом, был сделан ключевой шаг на пути к запланированной в этом месяце высадке на поверхность спутника Земли. 

Ровер, который назвали Юту (Yutu), что в переводе означает «нефритовый кролик», по заявлениям китайского новостного агентства Xinhua достиг лунной орбиты в пятницу вечером, через 112 часов после запуска с космодрома Сичан на юго-западе Китая. 

Ожидается, что аппарат высадится на Луну в середине декабря, после чего начнет исследования ее поверхности и поиск природных ресурсов.

В случае успеха, миссия Chang"e-3 – ее назвали в честь богини Луны из китайской мифологии, а ровер получил название в честь ее друга – маленького кролика, - сделает Китай третьей страной, которой спустя несколько десятков лет удалось посадить ровер на Луну, после Соединенных Штатов Америки и Советского Союза.

Для Китая его космическая программа – символ растущего международного статуса и технологических достижений; китайские политики видят в этом так же успех и подтверждение правильности курса коммунистической партии страны: ведь космические достижения когда-то беднейшей из наций, по их словам, означают рост благосостояния граждан Китая. 

Ближайшие цели китайской космической программы: установка к 2020-му году и последующая отправка человека на Луну.

Интернет-пользователи Китая выражают восхищение и гордость луноходом; его популярностью решило воспользоватсья в своих целях китайское правительство: в пятницу было объявлено, что в продажу поступили копии Нефритового Кролика, сделанные из цинка и серебра.

Один предприимчивый житель Пекина даже создал самодельный луноход, который выставил на продажу на популярном сайте электронных продаж Taobao. Цена лунохода «сделай сам» - 2,250 юаней ($370).

Источник

Поиски слабо взаимодействующих частиц тёмной материи (WIMP, вимпов) пока не очень результативны. Напрашивается вопрос: какие ещё частицы могут быть кандидатами на роль тёмной материи?

С весьма давних пор на такое место прочат аксионы — гипотетические нейтральные частицы, которые должны слабо взаимодействовать с обычным барионным веществом и в конце своего жизненного пути распадаться на пару фотонов. Вот только все попытки обнаружения следов таких частиц в экспериментах заканчивались безрезультатно.

...Или нам так казалось, предполагает Кристиан Бек (Christian Beck) из Кембриджского университета (Великобритания), автор рассматриваемой здесь провокационной работы. Определённая аномалия в экспериментах со сверхпроводниками вполне может быть результатом деятельности именно аксионов, проходящих через экспериментальную установку. И если это так, то для масс в 0,11 мэВ аксионы уже найдены!

Конечно, бросать в воздух чепчики рано. Во-первых, масса слишком мала. Во-вторых, всё это ещё нужно подтвердить, но бесспорным плюсом гипотезы является сравнительно несложная её проверяемость. Эксперименты со сверхпроводимостью не требуют Большого адронного коллайдера, а потому уже в скором времени мы узнаем: аксионы то были или просто шум.

Традиционный поиск основывался на том, что при прохождении через магнитное поле аксион должен распадаться на два фотона, и наоборот. Пока все попытки обнаружить таким образом аномальное рождение фотонов не удавались, но г-н Бек считает, что есть более простой метод. Он предлагает использовать джозефсоновские переходы — пару сверхпроводников, разделённых между собой, скажем, слоем изолятора. Сверхпроводники при этом будут обмениваться парами электронов через разделяющую их область с частотой, называемой джозефсоновской. Такие приборы довольно широко используются в экспериментальной технике уже сегодня и не являются чем-то запредельно экзотичным.

В предложенной схеме если джозефсоновская частота совпадёт с массой аксиона, то в момент, когда последний войдёт в изолятор между парой сверхпроводников, он даст резкий «горб», скачок в регистрации обмена электронными парами между сверхпроводниками.

Завершив описание схемы, Кристиан Бек напоминает, что именно её непреднамеренно уже реализовали в эксперименте 2004 года, когда Кристоф Хоффман (Christoph M. Hoffmann) и соавторы изучали разные виды шумов в джозефсоновских переходах. Почти все их удалось тогда объяснить, кроме сильного роста шумов в районе 0,11 мэВ, когда перенос электронных пар без видимой причины резко учащался.

Если всё именно так — аксионы есть; правда, их масса в 200 млрд раз меньше, чем у электрона. Всё что нужно, чтобы в этом убедиться, — попробовать те же опыты с джозефсоновскими переходами, защищёнными различными видами экранирования. Они вряд ли отсекут аксионы, кои, наверное, не проще остановить, чем нейтрино, но все посторонние шумы типа микроволн ими так или иначе подавить можно.

Если Кристиан Бек прав, охота за тёмной материей наконец-то приближается к своему несколько неожиданному концу. Однако, помимо общего призыва к осторожности в интерпретации его работы, дополнительно заметим, что для полного покрытия всей тёмной материи аксиону нужно не просто быть, но ещё и встречаться в пространстве нашей Вселенной довольно часто — иначе его может «не хватить» на эту роль, как некогда «не хватило» нейтрино.

Источник