Новости науки

Студент магистратуры и большой космический фанат открывает новую экзопланету

Источник

Назван «худший» вопрос физику

Вопрос о природе времени является худшим, который можно задать физику, заявил РИА Новости ведущий научный сотрудник лаборатории взаимодействия излучения с веществом ФИАН (Москва), доктор физико-математических наук Сергей Баранов.

«Время — худшее, о чем только можно спросить современного физика. Полный разлад в том, что каждая из наук видит время лишь с одной, своей стороны. Приходится поэтому говорить о геометрическом, термодинамическом, квантово-механическом времени. Даже понять, почему разные определения времени имеют какое-то отношение друг к другу, — проблема», — считает ученый.

Концепция времени в физике менялась неоднократно, однако до сих пор не существует единого подхода к его описанию. В классической (ньютоновской) механике время абсолютно (не зависит от системы отсчета). В специальной (и общей) теории относительности время, являясь одной из четырех пространственно-временных координат, относительно. В нерелятивистской квантовой механике время считается параметром, в отличие от, например, координаты, для которой вводится оператор. В термодинамике время связано с энтропией, изменение которой определяет направление протекания физических процессов.

Источник

В МФТИ "деформировали время" для понимания квантовых систем

Ученые из России и Польши создали математические инструменты, позволяющие "деформировать" время при описании поведения физических систем, что ускорит поиски квантовых объектов с необычными и интересными свойствами. Их выводы были представлены в журнале Physical Review A.

"Физически мы, конечно, не можем ускорять или замедлять время так, чтобы это меняло всю физику системы. К примеру, в теории относительности время течёт в разных системах отсчёта по-разному, но физика процессов при этом не меняется. Мы же рассматриваем добавление в уравнения явно зависящего от времени множителя, что приводит к нефизической деформации времени в уравнении", — рассказывает Сергей Филиппов, специалист по математической физике из МФТИ, чьи слова передает пресс-служба вуза.

Практически все процессы, происходящие в квантовом мире, невозможно корректно описать при помощи классических законов физики, сформулированных Ньютоном, Фарадеем и другими великими физиками прошлого.

Причина этого заключается в том, что все квантовые объекты расположены не в одной точке и имеют четко заданные свойства, как предметы в макромире, а "размазаны" по пространству и одновременно находятся сразу в нескольких состояниях.

Подобные свойства позволяют использовать их для создания "невозможных" устройств и датчиков, в том числе квантовых компьютеров, абсолютно случайных генераторов случайных чисел и систем связи, которые невозможно взломать. Многие из них были изначально открыты теоретически, и только потом ученым удалось воссоздать их в реальном мире. 

Ученых, как отмечает Филиппов, уже почти целый век интересует то, как эти конструкции взаимодействуют с другими объектами реального мира, и почему многие квантовые системы постепенно теряют свои свойства и начинают "соблюдать" классические законы физики.

Первые же наблюдения за подобными взаимодействиями раскрыли любопытную картину – оказалось, что часть квантовых объектов теряет свои свойства не постепенно, как ожидали увидеть ученые, а скачкообразно. Иными словами, степень их "квантовости" не только падала, но и периодически повышалась, и ученые до сих пор не понимают, почему это происходят и что отличает одни квантовые объекты от других в этом отношении.

Филиппов и его коллега Дариуш Хрусьцинский (Dariusz Chruscinski) из университета Коперника в Торуни (Польша)  научились предсказывать,  как поведет себя тот или иной квантовый объект, изучая то, как математическое замедление или ускорение времени будет влиять на поведение уравнений, описывающих эти структуры. 

Как показали их расчеты, "обычные" жители квантового мира, чей уровень квантовости постепенно падает, и их аномальные собратья по-разному реагируют на деформации времени. Это позволяет целенаправленно искать подобные структуры и использовать их для создания новых квантовых приборов.

К примеру, подобные квантовые системы могут найти применение в создании кубитов, ячеек квантовой памяти, а также в манипуляциях их содержимым. Как надеются ученые, их математические находки помогут открыть новые, еще более интересные квантовые материалы.

Источник

Необычная сверхновая может дать начало паре нейтронных звезд

Команда астрономов из Калифорнийского технологического института, США, во главе с Кишалаем Де (Kishalay De) наблюдала необычный взрыв массивной звезды, который оказался настолько тусклым и стремительно затухающим, что, вероятно, привел к формированию системы из двух нейтронных звезд.

Взрыв сверхновой происходит, когда массивная звезда – массой не менее 8 масс Солнца – израсходует запасы ядерного топлива, после чего ядро коллапсирует с последующим «отскоком» и мощным взрывом. После сброса газовых оболочек на месте звезды остается плотная нейтронная звезда – экзотический объект размером всего лишь примерно с крупный город, масса которого, однако, превышает массу Солнца.

Обычно при взрыве сверхновой в окружающее пространство выбрасывается огромное количество материала – во много раз превышающее массу Солнца. Однако в ходе события, которое наблюдали Де и его коллеги, масса выброшенного в космос материала составила всего лишь одну пятую от массы нашей звезды.

Для объяснения этих наблюдений команда использовала собственные теоретические модели, согласно которым «недостающая масса» была перетянута компаньоном взрывающейся звезды – невидимым компактным объектом, таким как белый карлик, нейтронная звезда или черная дыра.

Затем образующаяся в результате взрыва новая нейтронная звезда будет сближаться с этим компактным объектом-компаньоном, пояснили исследователи. Поскольку эта новая нейтронная звезда и ее компаньон расположены очень близко друг к другу, в конечном счете они сольются в единое целое. В результате таких событий во Вселенной производится основное количество тяжелых элементов, таких как золото, платина и уран, добавили авторы.

Исследование опубликовано в журнале Science.

Источник

"Раздевающие лучи" помогли физикам из России создать идеальный нанопорошок

Ученые из Новосибирска выяснили, как можно использовать терагерцовое излучение для производства "идеальных" нанопорошков и суспензий из произвольных металлических или других материалов. Об этом рассказывает пресс-служба Института ядерной физики СО РАН.

"Изначально мы подвергали воздействию лазера диатомовые водоросли, которые плавали в воде в латунном контейнере. Мы заметили, что раствор окрашивается, изучили его состав и обнаружили, что под действием излучения у нас получилась своеобразная латунная стружка, которая и послужила "красителем" для раствора", — объясняет Александр Козлов из Института химической кинетики и горения СО РАН.

Терагерцовое излучение относится к числу самых перспективных направлений исследований в области оптики, микроэлектроники и в других высокотехнологичных сферах. В перспективе, волны такого типа можно приспособить для сверхскоростной передачи информации, наблюдения за работой живых клеток в режиме реального времени и множества других целей.

Когда такие лучи сталкиваются с "непрозрачной" для них материей, такой как металл или вода, они поглощаются ей и вырабатывают электрические поля, мощность которых может сильно варьироваться. Недавно российские физики обнаружили, что усиление этих полей приводит к тому, что "раздевающие лучи" начинают прожигать металл и оставлять "шрамы" на его поверхности.

Козлов и его коллеги открыли еще одно проявление этого феномена, пытаясь использовать терагерцовое излучение для того, чтобы изучить внутреннюю структуру и свойства различных водорослей, находившихся в металлических сосудах. 

Их опыты неожиданным образом показали, что при повышении мощности генератора  "раздевающих лучей" до определенного порога, производимые им импульсы Т-лучей начинают "обдирать" стенки емкости. В результате этого в растворе появляется большое число наночастиц, идеально похожих друг на друга, чья форма и размеры зависят от длины этих вспышек и их интенсивности.

Как показали дальнейшие эксперименты и наблюдения, ключевую роль в формировании этих частиц играла вода, преобразовавшая пучки Т-лучей в ультразвуковые импульсы, разрушавшие поверхность металла. 

Открыв этот феномен, ученые проверили, будет ли терагерцовое излучение аналогичным образом действовать и на другие материалы. Для этого они погрузили графитовый электрод в воду и облучили его при помощи подобных вспышек. Оказалось, что и в данном случае возникали наночастицы идеальной формы и размеров, что сделало открытие российских физиков особенно ценным с практической точки зрения.

Сейчас глубина действия излучения составляет всего несколько микрон, что делает производство нанопорошков крайне медленным занятием. Чтобы получить даже один грамм порошка, придется облучать материал целый день. С другой стороны, как отмечают ученые, ничто не мешает созданию своеобразной "проточной" установки, работающей непрерывно. Это позволит получать наночастицы в количествах, достаточных для лабораторных опытов.

Источник

На ледяном спутнике Юпитера Ганимеде наблюдается сдвиговая тектоника плит

В новом исследовании, опубликованном научной командой из Гавайского университета в Маноа, показано, что поверхность Ганимеда, ледяного спутника Юпитера, демонстрирует следы, указывающие на сложные периоды геологической активности, в частности на сдвиговую тектонику плит, подобную тектоническим процессам, наблюдаемым на Земле в случае разлома Сан Андреас. Это исследование является первой в своем роде научной работой, посвященной роли сдвиговой тектоники плит в геологической истории Ганимеда.

Тектоника плит является важным процессом, в результате которого на Земле формируется большое число известных крупномасштабных структур – океаническая и континентальная кора, горные хребты, средне-океанические хребты, а также происходят такие явления, как землетрясения.

«Густо испещренная разломами поверхность Ганимеда демонстрирует большое число областей, в которых явно наблюдаются следы действия сдвиговой тектоники плит», - рассказала главный автор новой работы Марисса Е. Кэмерон (Marissa E. Cameron) из Гавайского университета в Маноа.

Чтобы глубже понять роль сдвиговой тектоники плит в формировании сложных геологических структур поверхности Ганимеда, команда Кэмерон провела обширное, методичное изучение девяти различных областей поверхности, снимки которых были сделаны при помощи космического аппарата Galileo («Галилей»), обращающегося вокруг Юпитера в период с 1995 по 2003 гг.

«Неожиданной находкой для нас стало то, что следы сдвиговой тектоники плит были обнаружены во всех девяти местах, отражающих различные географические зоны поверхности Ганимеда. Это свидетельствует об очень широкой распространенности такого рода геологических процессов на поверхности этого ледяного спутника Юпитера», - рассказала Кэмерон.

Более глубокое понимание структуры спутников Юпитера, под поверхностью которых могут находиться океаны жидкой воды – таких как Ганимед или Европа – поможет при подготовке новых космических миссий для исследования этих небесных тел. Растущий интерес к Европе и возможность обнаружения на ее поверхности жизни обусловили необходимость отправки новой флагманской миссии под названием Clipper, которая будет запущена в период между 2022 и 2025 гг. и предполагает 45 сближений космического аппарата с Европой.

Исследование опубликовано в журнале Icarus.

Источник

Ученый рассказал о перспективах добычи полезных ископаемых в космосе

Добыча полезных ископаемых за пределами Земли может стать актуальной уже в этом столетии в связи с истощением запасов на нашей планете, сообщил в интервью РИА Новости директор института астрономии РАН (ИНАСАН) доктор физико-математических наук Дмитрий Бисикало. 

"В связи с истощением запасов полезных ископаемых на Земле добыча нужных нам материалов в космосе может стать актуальной уже в этом столетии. Среди полезных ископаемых наиболее востребованными и выгодными для добычи на астероидах являются железо, никель, кобальт, алюминий, редкоземельные металлы и элементы платиновой группы. Например, астероид Психея – летающая космическая кладовая этих металлов. Масса астероида Психея оценивается в 20 квадриллионов тонн, а доля металлов может составлять до 50% от массы астероида", — сказал Бисикало.

По его словам, ИНАСАН не занимается оценкой добычи полезных ископаемых, это задача для экономистов, а проводит спектральные и фотометрические исследования околоземных астероидов. Такие исследования позволяют определить состав астероида. На сегодняшний день физико-химические свойства определены только для 3000 околоземных астероидов и астероидов главного пояса.

Бисикало сообщил, что даже в небольшом каменном астероиде диаметром около 1 км и массой 2 миллиарда тонн металлическая фракция достигает примерно 200 миллионов тонн. Основная ее часть приходится на железо, к малым составляющим относятся никель – 30 миллионов тонн, кобальт – 1,5 миллиона тонн и металлы платиновой группы (серебро, золото, платина) – 7500 тонн. Рыночная стоимость только этой самой небольшой части астероида может превысить 150 миллиардов долларов.

"Но для того, чтобы более точно определить, из чего состоит астероид, необходимо исследовать его с помощью космических миссий, так сказать, на месте, необходимы исследования состава образца астероида. Такие миссии по исследованию конкретного астероида сейчас осуществляются, но они не имеют массового характера из-за высокой стоимости", — сказал Бисикало.

Он добавил, что опыт проведенных программ посещения межпланетными станциями космических тел с целью исследования состава показывает, что такие полеты возможны, но сейчас они сложны в техническом плане. "Организация полетов космических аппаратов с целью разведки полезных ископаемых пока затруднительна — опять же, из-за высокой стоимости проекта. Но хочется надеяться, что в недалеком будущем человечество полномасштабно выйдет в космос, и тогда космические ресурсы станут доступны человеку", — сказал Бисикало.

Источник

Новый метод позволяет составить карту молодых отложений льда на Марсе

Новый аналитический метод показал распределение богатых льдом геологических форм на поверхности Марса. Это крупномасштабное исследование позволит в будущем проводить более подробное изучение ряда молодых отложений льда и осадочных пород в северном приполярном бассейне.

«Эти молодые отложения льда имеют большое значение по нескольким причинам. Во-первых, они представляют иную эпоху в климатической истории Марса, когда лед был стабилен на средних широтах. Мы можем изучать их, чтобы получить новую, более подробную информацию о климате Красной планеты, - сказал Исаак Б. Смит (Isaac B. Smith), исследователь из Планетологического института США и соавтор трех новых научных работ, посвященных этой теме. – Во-вторых, если человек будет осваивать Марс, то ему придется, в первую очередь, поселиться на средних широтах, где Солнце будет находиться в небе круглый год. При этом знание мест расположения молодых скоплений льда в этих широтах окажет марсианским пионерам большую поддержку. Наконец, астробиологи чрезвычайно заинтересованы в поисках таких мест на поверхности Марса, где происходит взаимодействие между льдом и горными породами, поскольку эти зоны могут содержать ценную информацию о возможной обитаемости планеты».

На северных равнинах Марса расположено несколько бассейнов, наполненных осадочными породами. Предполагалось, что в этой области мог находиться древний океан, а теперь расположены отложения льда, которые не являются стабильными на этих широтах. Однако ученым неизвестно, связано ли происхождение этих отложений с древним океаном, или же они образовались в результате сравнительно недавних обледенений.

В своей работе команда применила новый метод, основной особенностью которого является разделение длинных полос поверхности на квадраты со стороной 20 километров. Если в ходе исследований была обнаружена геологическая форма, содержащая большие количества льда, то она была соотнесена с полученной «сеткой». Это позволило на порядки ускорить процесс составления карты, пояснили авторы работы. Данные для составления карты были получены, в том числе, с помощью инструмента Mars SHAllow RADar sounder (SHARAD), установленного на борту космического аппарата НАСА Mars Reconnaissance Orbiter.

Все три этих исследования опубликованы в журнале Journal of Geophysical Research: Planets.

Источник

Вспышки в центре Галактики

Стрелец А*, сверхмассивная черная дыра (СМЧД), расположенная в центре нашей галактики Млечный путь, находится в 100 раз ближе к нам, чем любая другая СМЧД, и поэтому является основным кандидатом для изучения процессов излучения света материей, аккрецируемой на черной дыре. Источник Стрелец А* наблюдался учеными на протяжении десятилетий, и в научной литературе сообщалось о стремительных флуктуациях, наблюдаемых в диапазоне от рентгеновских лучей до ближней ИК-части спектра, а также в субмиллиметровой и радио- областях – однако до сих пор у ученых имеется относительно мало данных многоволновых наблюдений этого объекта.

Поэтому в новом исследовании астрономы во главе с Джованни Фацио (Giovanni Fazio) провели серию многоволновых наблюдений, используя камеру IRAC инфракрасного космического телескопа Spitzer («Спитцер»), рентгеновскую космическую обсерваторию Chandra («Чандра»), а также наземную обсерваторию им. Кека и радиотелескоп Submillimeter Array.

Теория предполагает, что коротковолновое излучение возникает ближе к СМЧД, по сравнению с излучением, имеющим большую длину волны, причем коротковолновое излучение возникает раньше, а длинноволновое – позже. Задержка между прибытием этих волн, таким образом, отражает расстояние между зонами излучения – и действительно, предыдущие наблюдения, часть из которых была проведена исследовательской группой Фацио, обнаружили свидетельства того, что горячие вспышки, наблюдаемые в ближнем ИК-диапазоне, достигают Земли раньше, чем вспышки в субмиллиметровом диапазоне, регистрируемые телескопом Submillimeter Array. В своей новой работе, построив по полученным данным компьютерную модель излучения, испускаемого СМЧД Стрелец А*, исследователи замечают две необычные вспышки, которые нарушают эти выявленные ранее закономерности: первая из этих вспышек наблюдается одновременно во всех длинах волн; вторая необычная вспышка наблюдается в рентгеновском, ближнем ИК и субмиллиметровом диапазонах с интервалом не более 1 часа, то есть не является одновременным событием, но все же временной интервал между вспышками оказывается слишком мал, по сравнению с ожидаемым. Эти новые наблюдения будут расширены в будущем и помогут теоретикам усовершенствовать их модели аккреции материи СМЧД, пояснили авторы.

Источник

Новые наблюдения приводят к пересмотру космологических теорий

Недавние наблюдения противоречат современным астрофизическим теориям: согласно этим наблюдениям, начиная со времен Большого взрыва в нашей Вселенной сформировалось меньше скоплений галактик, чем ожидалось. Физики из Боннского университета, Германия, теперь смогли подтвердить наличие этой проблемы. В течение ближайших трех лет ученые будут еще более подробно анализировать собранные данные. Это поможет подтвердить или опровергнуть теории, которые считаются сегодня верными. Это исследование входит в серию из 20 новых публикаций, которые будут представлены в журнале Astronomy and Astrophysics.

Примерно 13,8 миллиарда лет назад Большой взрыв ознаменовал рождение нашей Вселенной. В ходе Большого взрыва были сформированы пространство и время, а также вся материя, из которой сегодня состоит наша Вселенная. С этого момента пространство начало расширяться с огромной скоростью, а вместе с ним расширялся и рассеянный «туман», представляющий собой материю, распределенную практически равномерно.

Но все же распределение материи не было идеально равномерным: в некоторых областях пространства этот «туман» был чуть плотнее, чем в других областях. В результате эти плотные области оказывали чуть большее гравитационное воздействие и притягивали больше материала из своих окрестностей. Со временем материя концентрировалась вокруг этих точек конденсации. В то же время пространство между этими точками превращалось в пустоты. На протяжении 13 миллиардов лет это привело к формированию «губчатой» структуры – где большие «полости», лишенные материи, разделены небольшими областями, в которых агломерированы тысячи галактик и которые носят названия скоплений галактик.

Космологическая Стандартная модель описывает историю развития Вселенной с момента Большого взрыва по настоящее время при помощи всего лишь 6 параметров, однако новые наблюдения идут вразрез с прогнозами, сделанными в рамках этой модели, рассказал главный автор нового исследования доктор Флориан Пакауд (Florian Pacaud) из Института астрономии Боннского университета. Согласно измерениям, проведенным при помощи спутника Planck («Планк») Европейского космического агентства, изначальное распределение материи во Вселенной было таким, что к настоящему времени в ней должно было образоваться больше скоплений галактик, чем регистрируется на самом деле, пояснил Пакауд. На сегодняшний день Пакауд и его коллеги из Боннского университета не имеют достаточного количества данных, чтобы напрямую обосновать необходимость пересмотра Стандартной модели, однако эти данные могут быть собраны в течение ближайших трех лет, пояснил физик.

Источник

Физики из России раскрыли секреты работы

Российские и зарубежные физики нашли объяснение тому, как работают так называемые "грязные" сверхпроводники, существование которых противоречит классическим теориям сверхпроводимости. Их выводы были представлены в журнале Nature Physics.

"Сверхпроводник и диэлектрик – противоположные по свойствам состояния, и именно поэтому удивительно, что в "грязных" сверпроводниках они могут переходить одно в другое. "Очень грязные" сверхпроводники изучают уже 25 лет, однако полноценной теории, которая бы объясняла все их странности, до сих пор нет", — рассказывает Михаил Фейгельман, профессор Института теоретической физики РАН в Москве, чьи слова приводит пресс-служба института.

Магнитные войны

Все сверхпроводники обладают необычным свойством – они "не любят" магнитное поле и стремятся его вытолкнуть наружу в том случае, если линии этого поля с ними контактируют. Если сила поля превышает определенное значение, то тогда сверхпроводник резко теряет свои свойства и становится "обычным" материалом. 

Данный феномен, который они называют "эффектом Мейснера", считался универсальным свойством всех сверхпроводников до конца прошлого века, когда был открыт целый ряд крайне необычных веществ, так называемых "грязных" сверхпроводников, внутри которых он не работает или ведет себя не так, как это предсказывает классическая теория сверхпроводимости.

"Этим термином обозначают сверхпроводники, сделанные из сплавов металлов с сильно нарушенной кристаллической решеткой, практически аморфных. В обычном состоянии они являются слабыми диэлектриками и при охлаждении проводят ток все хуже и хуже. Но по достижении некой критической температуры они скачкообразно превращаются в сверхпроводники", — продолжает ученый. 

Вдобавок, как отмечает Фейгельман, эти вещества "неправильно" реагируют на попытки подавить сверхпроводимость при помощи магнитных полей – их сопротивляемость действию линейно растет вплоть до абсолютного нуля, а не останавливается на определенной отметке, как это делают остальные сверхпроводники.

Ученые почти четверть века безуспешно пытаются объяснить подобные свойства "грязных" сверхпроводников, что мешает созданию квантовых компьютеров и других электронных устройств, где требуется максимальная изоляция от внешнего мира, на базе подобных материалов. 

Буря в микромире

Фегельман и его коллеги смогли найти ответ на этот вопрос, наблюдая за тем, что происходило с "грязными" сверхпроводниками в тот момент, когда сила магнитного поля достигала этой критической отметки, а затем превышала ее.

Для этого физики вырастили несколько пленок из оксида индия, обладающих подобными аномальными сверхпроводящими свойствами, и наблюдали за тем, как много тока они могут пропускать через себя в подобных условиях, не теряя при этом сверхпроводящие свойства и не нагреваясь.  

Эти наблюдения помогли российским физикам и их зарубежным коллегам открыть простую зависимостью между силой поля и тем, как много тока могло проходить через подобные пленки, и понять, что происходит внутри них. 

Оказалось, что аномальные свойства "грязных" сверхпроводников были связаны с существованием так называемых вихрей Абрикосова — особых магнитных "воронок", кольцевых электрических токов, разделяющих сверхпроводящие и "обычные" области вещества.

Российским ученым удалось выяснить, как изменения в их поведении при снижении или повышении температур влияют на "грязный" сверхпроводник и задают его вести себя не так, как это делают другие типы подобных материалов.

Как надеются ученые, собранные ими данные и подготовленные ими наборы формул, описывающие "грязные" сверхпроводники, ускорят разработку их высокотемпературных аналогов и помогут им найти свое место в науке и промышленности.

Источник

Астрономы впервые обнаружили столкновение между белым и коричневым карликами

Исследователи из Кильского университета, Соединенное Королевство, вместе с международной командой астрономов впервые сообщают о столкновении коричневого и белого карликов, сопровождавшемся вспышкой, свидетелем которой жители нашей планеты стали в 1670 г.

При помощи радиотелескопа Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), расположенного на территории Чили, астрономы во главе с доктором Стюартом Эйрсом (Stewart Eyres), заместителем декана Факультета вычислений, инжиниринга и науки Университета Южного Уэльса, Соединенное Королевство, обнаружили свидетельства того, что белый карлик (остатки звезды, подобной Солнцу) и коричневый карлик («неудавшаяся звезда», масса которой оказалась недостаточной для поддержания термоядерного горения) совершили столкновение друг с другом, сопровождавшееся яркой вспышкой, известной в истории космических наблюдений как новая в созвездии Лебедь – новая звезда, вспыхнувшая чуть ниже «головы лебедя». Она появилась внезапно, став на ночном небе на некоторое время ярче звезд созведия Большой Медведицы, затем постепенно погасла, вспыхнула вновь и наконец окончательно исчезла из виду.

Современные астрономы, изучавшие остатки этого космического столкновения сначала предполагали, что оно произошло между двумя звездами главной последовательности, однако новый анализ химического состава материала, выброшенного в окружающее пространство в результате этого столкновения, ставший возможным, благодаря наблюдениям света фоновых звезд, проходящего сквозь этот материал, показал большое количество лития – элемента, который легко разрушается в недрах звезд. Это продемонстрировало исследователям, что в столкновении участвовала «неудавшаяся звезда» - коричневый карлик. Это небесное тело, имеющее массу порядка одной десятой от массы белого карлика, упало на его поверхность, в результате чего произошел термоядерный взрыв, и в окружающее пространство было выброшено большое число осколков, а также различных органических молекул, таких как формальдегид (HCOH), метанол (CH3OH) и формамид (NH2CHO), наличие которых было также зафиксировано при помощи обсерватории ALMA.

Поскольку большинство звездных систем Млечного пути являются двойными, столкновения между звездами не являются редкостью, отмечают Эйрс и его группа. Поэтому материал, выброшенный в результате такого столкновения, в конечном счете станет частью новой планетной системы, а это означает, что такая планетная система уже будет содержать «строительные кирпичики» органических молекул при формировании, добавляют они.

Исследование опубликовано в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Источник

Новая эпоха в поисках темной материи

Начиная с 1970-х гг. астрономы и физики собирали доказательства присутствия во Вселенной темной материи: таинственной субстанции, которая выдает свое присутствие только по гравитационному воздействию на нормальную материю. Однако, несмотря на большое число предпринятых попыток, ни одна из новых частиц, предложенных на роль частиц темной материи, так и не была обнаружена. В новом обзоре, опубликованном двумя учеными из Амстердамского университета, Нидерланды, Жанфранко Бертоне (Gianfranco Bertone) и Тимом Тэйтом (Tim Tait), говорится, что настало время расширить и диверсифицировать эксперименты по поискам темной материи, а также включить в эти поиски астрономические обзоры неба и наблюдения гравитационных волн.

На протяжении трех последних десятилетий поиски темной материи были в основном сфокусированы на частицах-кандидатах, известных как «слабовзаимодействующие массивные частицы», или ВИМПы (от англ. WIMP, Weakly Interacting Massive Particle). ВИМПы долгое время считались идеальными кандидатами на роль частиц темной материи, поскольку они, с одной стороны, могли быть произведены в ранней Вселенной в требуемом теорией количестве, а с другой стороны, помогали разрешить важные проблемы физики элементарных частиц, такие как большое расхождение между масштабом энергии слабого и гравитационного взаимодействий.

И хотя это решение 30 лет назад казалось вполне естественным, тем не менее, никакие из экспериментов, проведенных в течение последних 30 лет, не выявили убедительные доказательства существования ВИМПов. Бертоне и Тэйт считают, что поэтому именно сейчас наступает время новой эпохи поисков темной материи – время расширить и диверсифицировать экспериментальные стратегии, «не оставляя при этом камня на камне».

Уникальность настоящего времени для кампании по поискам темной материи состоит в том, что сегодня уже разработан ряд методов, позволяющих значительно расширить возможности этих поисков. Бертоне и Тэйт,в частности, указывают на астрономические обзоры неба, в ходе которых крохотные вариации формы галактик, связанные с изменением формы гало из темной материи, окружающих эти галактики, или гравитационных искажений потоков света, идущего со стороны галактик, могут быть использованы для получения новых сведений о природе темной материи. Кроме того, считают Бертоне и Тэйт, значительную поддержку при поисках темной материи могут оказать наблюдения гравитационных волн – впервые успешно проведенные учеными в 2016 г. Объединение этих методов с традиционными методами поисков частиц темной материи в ускорителях частиц может дать возможность совершить прорыв в этом направлении в ближайшем будущем, уверены Бертоне и Тэйт.

Статья опубликована в журнале Nature.

Источник

В поисках Планеты X астрономы наткнулись на новый объект Солнечной системы

Группа исследователей во главе со Скоттом Шеппардом (Scott Sheppard) из Института Карнеги, США, вновь переопределила границы нашей Солнечной системы. Эти ученые открыли новый, расположенный экстремально далеко от Солнца объект, орбита которого лежит за пределами орбиты Плутона, и этот объект, согласно мнению авторов работы, хорошо вписывается в картину существования еще более далекой «суперземли», называемой Планетой X, или Девятой планетой.

Этот вновь обнаруженный объект, получивший название 2015 TG387, будет представлен вниманию общественности во вторник сотрудниками Центра малых планет Международного астрономического союза.

Объект 2015 TG387 был обнаружен на расстоянии примерно 80 астрономических единиц (1 а.е. равна среднему расстоянию от Земли до Солнца) от нашей звезды. Для сравнения, Плутон находится в настоящее время на расстоянии примерно 34 а.е. от Солнца, поэтому объект 2015 TG387 сейчас лежит примерно в два с половиной раза дальше от нашего светила, чем Плутон.

Этот новый объект имеет очень вытянутую орбиту и никогда не подходит к Солнцу ближе, чем на расстояние в 65 а.е. – в точке, называемой перигелием орбиты. Только объекты 2012 VP113 и Седна, диаметры орбит которых в перигелии составляют соответственно 80 и 76 а.е., удалены от Солнца на большее расстояние в ближайшей к светилу точке своей орбиты, чем объект 2015 TG387. Однако орбита объекта 2015 TG387 имеет значительно больший диаметр в афелии – самой удаленной от Солнца точке – составляющий примерно 2300 а.е.

Этот объект был открыт в рамках «охоты» на гипотетическую Планету X, расположенную, предположительно, далеко за пределами орбиты Плутона.

Размер объекта 2015 TG387 составляет, по оценкам авторов исследования, примерно 300 километров – что ставит его на нижнюю границу диапазона размеров, соответствующего карликовым планетам. Расположение объекта 2015 TG387 на небе, где перигелий его орбиты оказывается близок к перигелиям орбит объектов 2012 VP113 и Седна, а также других экстремально далеких транснептуновых объектов, указывает на возможное гравитационное воздействие со стороны далекой планеты, таинственной Девятой планеты Солнечной системы, считают Шеппард и его коллеги.

Исследование опубликовано в журнале Astronomical Journal.

Источник

Новая численная модель делает ученых на шаг ближе к пониманию световых сигналов, испускаемых при сближении двух сверхмассивных черных дыр, имеющих массы порядка миллионов или миллиардов масс Солнца, перед столкновением. Впервые компьютерная модель, учитывающая физические эффекты Общей теории относительности Эйнштейна, показывает, что газ в таких системах будет светиться преимущественно в рентгеновском диапазоне.

Ученые недавно смогли обнаружить гравитационные волны, которые производят сталкивающиеся черные дыры звездных масс – при помощи гравитационно-волновой обсерватории Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) Национального научного фонда США, однако столкновения сверхмассивных черных дыр обнаружить сложнее из-за мешающего действия таких шумов, характерных для Земли, как сейсмические вибрации и изменения гравитационного поля при возмущениях атмосферы.

Однако в новом исследовании ученые во главе со Стефаном Д’Асколи (Stéphane d"Ascoli) показывают, что столкновениям двух сверхмассивных черных дыр, лежащих в центрах сталкивающихся галактик, предшествует испускание характерного УФ и рентгеновского излучения, связанного с разогревом окружающего их материала – который в случае черных дыр звездных масс отсутствует, поскольку их образованию предшествует обычно взрыв сверхновой, «выдувающий» весь газ из системы. Исследователи смоделировали две сверхмассивные черные дыры, находящиеся в 40 орбитах от окончательного слияния и наблюдали в результате проведенного моделирования излучение ультрафиолетового и рентгеновского диапазонов. Основываясь на результатах этого моделирования, ученые ожидают увидеть перед столкновением двух сверхмассивных черных дыр рентгеновское излучение, более яркое и разнообразное, по сравнению с рентгеновским излучением одиночной сверхмассивной черной дыры. Масштаб этих изменений зависит от орбитальной скорости газа, расположенного у внутреннего края общего аккреционного диска пары черных дыр, а также у краев каждого из индивидуальных аккреционных дисков сталкивающихся сверхмассивных черных дыр, отмечают авторы.

Исследование опубликовано в журнале Astrophysical Journal.

Источник

Астрономы впервые наблюдают то, что может оказаться спутником экзопланеты

Два астронома из Колумбийского университета, США, при помощи космических телескопов НАСА Hubble («Хаббл») и Kepler («Кеплер») собрали факты, которые, по их мнению, неопровержимо свидетельствуют о существовании спутника, обращающегося вокруг газового гиганта, движущегося на расстоянии примерно 8000 световых лет от нас.

В своей новой работе Алекс Тичи (Alex Teachey) и Дэвид Киппинг (David Kipping) сообщают об обнаружении объекта, являющегося кандидатом на роль огромного спутника экзопланеты, размер которого сравним с диаметром Нептуна.

«Эти результаты стали первым случаем обнаружения спутника планеты за пределами Солнечной системы, - сказал Киппинг, ассистент-профессор астрономии Колумбийского университета. – Если эти находки будут подтверждены дополнительными наблюдениями при помощи «Хаббла», они могут дать ценные сведения о развитии планетных систем и заставить экспертов пересмотреть современные теории формирования спутников, обращающихся вокруг планет».

В поисках спутников экзопланет Тичи и Киппинг подробно изучили архив данных наблюдений экзопланет при помощи миссии Kepler и обнаружили планету, называемую Кеплер 1625b, транзит которой перед звездой сопровождался интригующими аномалиями – необычными «виляниями» кривой блеска звезды. Дополнительные наблюдения этой системы, проведенные командой при помощи космического телескопа Hubble, показали, что спустя 3,5 часа после завершения прохождения планеты перед звездой, регистрируемом как временное снижение светимости звезды на ее кривой блеска, ученые наблюдали кратковременный «хвост», представляющий собой небольшое снижение яркости звезды. Эти наблюдения хорошо согласуются с гипотезой транзита перед звездой спутника экзопланеты, который следует за родительской планетой, как «собака на поводке», пояснили авторы. Кроме того, в пользу гипотезы спутника экзопланеты свидетельствовал тот факт, что транзит планеты начался на 1,25 часа ранее, чем ожидалось – и это может быть объяснено обращением планеты и ее массивного спутника вокруг общего центра масс, в результате чего планета отклоняется от предсказываемого учеными положения на небе, добавили они.

Тичи и Киппинг отмечают, что наблюдаемая ими аномалия с задержкой начала транзита планеты Кеплер 1625b может свидетельствовать о присутствии в системе звезды второй планеты, однако наблюдения, проведенные при помощи «Кеплера» в течение четырех лет, не позволили обнаружить признаков другой планеты в этой системе.

Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

Источник

Новые данные о необычном магнитном поле Сатурна ставят ученых в тупик

Новые данные, собранные в прошлом году при помощи миссии НАСА Cassini («Кассини»), обнаруживают новые детали структуры магнитного поля Сатурна, однако не дают ответа на вопрос о том, как происходило формирование этого поля.

Миссия Cassini произвела в прошлом году серию смелых «нырков» в пространстве между планетой и ее крайним внутренним кольцом в сентябре 2017 г., прежде чем была направлена для намеренного гибельного погружения в плотные слои атмосферы планеты.

Первичный анализ данных, собранных при помощи бортового магнетометра этого космического аппарата, построенного и управляемого физиками из Имперского колледжа Лондона, показывает, что наклон магнитного поля планеты составляет всего лишь 0,01 градуса.

Ранее считалось, что магнитные поля вокруг планет могут формироваться только в том случае, если существует значительный угол между осью магнитного поля планеты и осью ее собственного вращения. Такая ситуация имеет место на Земле, где магнитные полюса существенно смещены по отношению к географическим полюсам.

Благодаря этому наклону поддерживаются электрические токи в слое жидкого металла, расположенном глубоко в недрах планеты – на Земле таким слоем является железно-никелевый слой, окружающий твердое железное ядро, а на Сатурне, как считают ученые, в роли такого слоя выступает оболочка из металлического водорода, окружающая небольшое каменистое ядро.

«Мы не исключаем версии, согласно которой турбулентная атмосфера Сатурна заслоняет от нас некоторые детали, способные прояснить структуру магнитного поля планеты, однако, скорее всего, нам нужно пересмотреть современные теории формирования магнитных полей вокруг планет», - сказал главный автор новой работы и руководитель научной команды магнетометра аппарата Cassini профессор кафедры физики Имперского колледжа Лондона Мишель Даферти (Michele Dougherty).

Работа опубликована в журнале Science.

Источник

Марсианскому роверу Curiosity временно «поменяли мозги»

Инженеры из Лаборатории реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory, JPL) НАСА, США, на этой неделе произвели переключение марсианского ровера Curiosity агентства на запасной бортовой компьютер. Это переключение позволит инженерам произвести подробную диагностику технической проблемы, вследствие которой активный в настоящее время компьютер ровера утратил способность хранить научную и ключевую служебную информацию, начиная с 15 сентября.

Подобно многим космическим аппаратам НАСА, ровер Curiosity был оснащен двумя бортовыми компьютерами, один из которых является запасным – эти устройства управления марсоходом получили название компьютеров Стороны А и Стороны Б – так чтобы научные операции могли быть продолжены после выхода из строя одного из этих компьютеров. Рассмотрев несколько возможных вариантов выхода из текущей проблемной ситуации, инженеры JPL рекомендовали переключение ровера с компьютера Стороны Б на компьютер Стороны А, то есть на тот компьютер, который использовался ровером изначально после его посадки на поверхность Марса.

Сейчас ровер продолжает отправлять ограниченное количество служебных данных, хранящихся в кратковременной памяти, когда связывается с передающим информацию на Землю орбитальным марсианским аппаратом. Во всех остальных отношениях вездеход исправен и способен принимать команды с Земли. Однако проблема, приведшая к потере долговременной памяти для хранения научных данных, также привела к потере долговременной памяти для хранения служебной информации, включая записи всех действий, производимых ровером, которые необходимы инженерам для диагностики неисправностей. Переключение на другой бортовой компьютер позволит хранить данные и записи событий в памяти компьютера Стороны А.

Ранее ученые уже производили переключение ровера с одного бортового компьютера на другой – это произошло на 200-й сол (марсианские сутки) после высадки на поверхность Красной планеты и было связано с неисправностью компьютера Стороны А, в результате которой ровер потерял способность принимать команды и осуществлять управление батареями. С тех пор инженеры НАСА разобрались в причине той неисправности и заблокировали поврежденные кластеры ячеек памяти компьютера Стороны А. Однако теперь инженеры планируют найти и устранить причину новой неисправности и вновь переключиться на компьютер Стороны Б, поскольку этот компьютер обладает большим, по сравнению с компьютером Стороны А, объемом памяти для хранения данных.

Источник

Физики из России создали самый чувствительный металлоискатель в мире

Российские ученые и их зарубежные коллеги превратили одиночные кубиты, элементарные ячейки квантового компьютера, в самый чувствительный датчик магнитных полей на Земле. Их выводы были представлены в журнале npj Quantum Information.

"Когда изучаешь природу, всегда имеешь так или иначе дело с электромагнитными сигналами, будь то человеческий мозг или вспышка сверхновой. Поэтому измерять магнитные поля приходится в самых разных областях, и хотелось бы делать это как можно точнее", — рассказывает Андрей Лебедев из Московского Физтеха в Долгопрудном, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Предел точности

Датчики магнитных полей сегодня используются практически повсеместно – их можно встретить в виде рамок металлоискателей в аэропортах и метро, в качестве "сердца" томографов, кардиографов и множества других медицинских приборов, а также внутри различных электронных гаджетов и промышленных агрегатов.

За последние годы физики создали десятки сверхчувствительных датчиков магнитных полей, так называемых "сквидов" (SQUID), работающих на основе квантовых эффектов в так называемых переходах Джозефсона — "сэндвичах" из двух кусочков сверхпроводника и диэлектрика, чье существования было предсказано в 1960-х годах британским физиком Брайаном Джозефсоном. 

В зависимости от силы магнитного поля, окружающего такой "бутерброд", электроны могут "перепрыгивать" из одного слоя сверхпроводника в другой, проходя сквозь диэлектрик. Данный эффект ученые применяют не только для создания детекторов магнитных полей, а также экспериментальных вычислительных устройств и запоминающих устройств, в том числе и памяти для будущих квантовых компьютеров.Эти приборы, как пишут Лебедев и его коллеги, имеют один общий недостаток, не позволяющий им проводить сверхточные измерения, приближающиеся к пределам, налагаемым принципом неопределенности Гейзенберга и прочими законами квантового мира.

Дело в том, что ключевая часть всех "сквидов" — ток, проходящий через диэлектрик — имеет классическую, а не квантовую природу, что налагает большие ограничения на общую точность измерений. Российские физики и их зарубежные коллеги обошли эту проблему, заменив переход Джозефсона на другой квантовый объект, искусственный атом.

Квантовый скачок

Он представляет собой набор из нескольких миниатюрных алюминиевых и кремниевых пленок, соединенных друг с другом таким образом, что при охлаждении до сверхнизких температур они начинают вести себя подобно одиночному атому и его "облаку" электронов.

Подобные структуры, как отмечают ученые, сегодня используются в качестве базы для так называемых трансмонов – сверхпроводящих ячеек памяти квантового компьютера, информация в которых хранится в виде уровней энергии искусственного атома. Ее можно считать или записать в подобный кубит, "обстреляв" его пучками микроволн.Лебедев и его коллеги заметили, что эффективность записи данных в трансмон очень сильно зависит от того, насколько сильным было магнитное поле в его окрестностях в момент облучения микроволнами. Так как все эти процессы носят квантовый характер, подобное наблюдение заставило ученых задуматься о том, нельзя ли приспособить искусственные атомы для замеров магнитных полей. 

Для реализации этой идеи ученым пришлось дополнительно создать систему машинного обучения. Она анализировала сигнал и автоматически повышала точность замеров магнитного поля до максимально возможной, меняя то, как часто микроволновые излучатели "обстреливали" кубит. 

Как отмечают ученые, их "металлоискатель" уже сейчас превосходит уже существующие датчики на базе сквидов, однако в будущем ее чувствительность можно будет увеличить на порядок и вплотную приблизиться к квантовому пределу.

С другой стороны, для коммерческого использования этой технологии команде Лебедева придется задуматься о том, как ее можно заставить работать при более высоких температурах, совместимых с азотным или гелиевым охлаждением.

Источник

В окрестностях Млечного пути обнаружено четыре новых галактики-спутника

Сверхтусклые карликовые галактики, которые являются самыми малыми по размеру галактиками, наполненными в основном темной материей, и наименее химически обогащенными звездными системами Вселенной, представляют собой важные научные цели, анализ свойств которых поможет понять темную материю и формирование галактик. В настоящее время известно примерно 60 карликовых галактик, связанных с Млечным путем и лежащих на расстоянии не более примерно одного миллиона световых лет от него.

Многие новые галактики-спутники Млечного пути были открыты в последнее время, однако существование некоторых из них было поставлено под вопрос в результате проведения наблюдательных кампаний с большей чувствительностью оборудования. Астроном из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра Нельсон Кальдвелл (Nelson Caldwell) являлся членом научной команды, которая использовала телескоп Magellan Clay и инструмент Megacam для получения снимков четырех близлежащих карликовых галактик с разрешением, более чем в 16 раз превышающим разрешение, доступное в предыдущих исследованиях. Эти снимки демонстрируют новые звезды и другие объекты, включая протяженные структуры, окружающие галактики, и они позволили астрономам пересмотреть результаты измерений ключевых параметров этих галактик.

Одна из изученных в рамках проведенного анализа карликовых галактик, галактика Стрелец II, имеющая массу газа порядка 1300 масс Солнца, необычна с той точки зрения, что является самой крохотной по размерам даже для карликовой галактики и поэтому может рассматриваться как самое обширное шаровое скопление звезд, известное ученым. Среди других объектов этого исследования можно также назвать самую вытянутую известную карликовую галактику Сетка II и разорванную приливными силами Млечного пути галактику Тукан III, отмечают авторы.

Исследование опубликовано в журнале Astrophysical Journal.

Источник