Новости науки

Самые далекие галактики, непостоянство постоянных и линейка для звезд в астрообзоре «Ленты.ру»

Центральная часть Экстремально Глубокого Обзора телескопа «Хаббл»

NASA/Hubble

Как рассмотреть галактики, свет которых шел к нам 12 миллиардов лет? Постоянны ли физические постоянные или они меняются со временем? Можно ли измерить в прямом эксперименте радиус звезды? Что такое ультрамощные источники? Об этом и многом другом читайте в свежем обзоре астрономических препринтов на «Ленте.ру».

Далеко-далеко

Международная группа ученых (из США, Нидерландов, Великобритании и Швейцарии) представила «экстра-глубокий обзор» (XDF, eXtreme Deep Field), основанный на данных наблюдений на космическом телескопе «Хаббл». И хотя официальное объявление о нем было сделано еще всентябре прошлого года, конечный результат работы ученых выложен в открытый доступ только сейчас. Обзор представляет собой, по сути, снимок небольшого участка неба в созвездии Печь в разных диапазонах длин волн — от ультрафиолетового до инфракрасного. Снимок получен сложением данных отдельных наблюдений этого же участка неба, проведенных ранее в разных диапазонах в рамках девятнадцати различных программ, выполнявшихся на «Хаббле». Тысячи галактик, запечатленные в данном обзоре, представляют собой самые старые из когда-либо наблюдавшихся объектов — свет от некоторых из них шел до нас более 12 миллиардов лет. В результате XDF стал самым «глубоким» взглядом человечества во Вселенную за все время телескопической астрономии.

История так называемых глубоких обзоров «Хаббла» начинается в 1995 году, когда был сделан первый из них — Hubble Deep Field, полученный непрерывным накоплением света в течение десятков часов от небольшой области в созвездии Большой Медведицы. Площадка для того снимка (равно как и для последующих глубоких хаббловских обзоров) выбиралась так, чтобы, с одной стороны, орбитальный телескоп мог непрерывно наблюдать ее в течение длительного времени, а с другой стороны, чтобы в ней не было ярких звезд, способных затмить своим светом слабые далекие галактики, ради которых этот обзор и затевался.

Галактики, обнаруженные в поле HDF, были самыми далекими из наблюдавшихся до того времени. Их свойства — цвета, количество, распределение на небе, структура — дали ученым очень ценный материал для понимания первых этапов формирования нашей Вселенной, образования первых звезд и галактик. Тем более что на одном снимке HDF было запечатлено несколько тысяч таких древних галактик. А ведь до того подобных объектов было известно крайне мало. Затем, в 1998 году, похожий глубокий снимок был сделан и на южном небе — в районе созвездия Тукана. Он получил название Hubble Deep Field South (HDFS).

В XXI веке программа глубоких обзоров получила новую жизнь благодаря оборудованию, установленному на «Хаббл» в ходе сервисных миссий. С помощью Усовершенствованной обзорной камеры (ACS, Advanced Camera for Surveys) и Широкоугольной камеры-3 (WFC3, Wide Field Camera 3) астрономы смогли получить два еще более глубоких снимка небольшой области неба, в созвездии Печь, названных Hubble Ultra Deep Field и Hubble Ultra Deep Field 09 соответственно. Причем последний снимок был сделан в инфракрасной области спектра, что позволило рассмотреть еще более далекие галактики.

Два глубоких снимка одного и того же участка неба в разных диапазонах удачно дополняют друг друга и в сумме дают больше информации, чем каждый из них в отдельности. Но авторы обсуждаемой работы обнаружили, что можно пойти еще дальше, не создавая при этом новой наблюдательной программы для космического телескопа. К ультраглубоким обзорам 2002 и 2009 годов астрономы решили добавить данные других наблюдений телескопа, которые так или иначе затрагивали ту же область неба.

Таких наблюдений за последние десять лет набралось почти три тысячи. Они были сделаны в ходе семнадцати наблюдательных программ, связанных с изучением далеких галактик. Совместив всю эту информацию, астрономы получили снимок, эквивалентный непрерывному накоплению света от этой площадки неба в течение трех недель в диапазоне от близкого ультрафиолетового до среднего инфракрасного света.

В результате астрофизики получили еще примерно на треть больше информации о ранних этапах жизни Вселенной, затрагивающих времена в несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. В ближайшее время, видимо, следует ждать результатов анализа полученных новых данных. На следующие несколько лет этот обзор останется нашим самым глубоким, самым далеким взглядом во Вселенную. Взглянуть еще дальше мы сможем только тогда, когда заработает телескоп имени Джеймса Уэбба – космическая обсерватория, которая сменит телескоп имени Хаббла на орбитальной вахте.

Зорко-зорко

Международная группа ученых, работающих в рамках Центра высокого пространственного разрешения (CHARA, Center for High Angular Resolution Astronomy) Университета штата Джорджия (США), опубликовала результаты прямого измерения радиуса трех звезд в созвездии Лебедя. Узнать размеры звезд, удаленных на расстояние десятка световых лет, удалось благодаря сочетанию метода интерферометрии с данными гелиосейсмологии.

Уже без малого десять лет на горе Вилсон (в том же месте, где находится знаменитая обсерватория Маунт Вилсон), в Калифорнии, работает комплекс из шести телескопов диаметром в один метр, которые объединены в единый прибор и работают в режиме интерферометра.

Обсерватория Mountain Wilson

Фото: mtwilson.edu

Строго говоря, даже обычный телескоп является интерферометром. Он «анализирует» разность фаз лучей света, пришедших на разные края его объектива. Чем больше расстояние между ними (то есть чем больше диаметр объектива), тем больше разрешающая способность телескопа. Для самых больших современных телескопов это расстояние составляет около десяти метров.

Если же два небольших телескопа разнести на расстояние, скажем, в триста метров, то мы получим систему, эквивалентную по разрешающей способности трехсотметровому гиганту, который вряд ли когда-либо вообще будет построен на Земле (способность собирать свет от этого, впрочем, не увеличится, поэтому строить большие телескопы по-прежнему имеет смысл).

CHARA является подобной интерферометрической системой. Ее угловое разрешение настолько велико, что позволяет напрямую «увидеть» диск далекой звезды и измерить его диаметр. «Увидеть» в данном случае окружено кавычками, потому что изображение диска еще надо построить после обработки интерферометрических наблюдений.

Непосредственное измерение диаметра звезды имеет очень большую важность для астрономии. Без него невозможна независимая проверка наших теорий внутреннего устройства и эволюции звезд. Если яркость, удаленность и даже массу звезд (наблюдая двойные системы) мы можем достаточно легко установить, то прямое измерение их размеров возможно только методами интерферометрии и является нетривиальной процедурой — реализовать ее удается только для небольшого количества очень ярких объектов. Именно поэтому новые наблюдения всякий раз оказываются ценными, несмотря на то что первые результаты звездной интерферометрии были получены в той же обсерватории Маунт Вилсон еще сто лет назад.

Принципиальная схема звездного интерферометра. A и B — телескопы. Длины d1 и d2 — разности хода от удаленного источника, определяющие интервал времени, через который волновой фронт последовательно падает сначала на телескоп A, а потом на телескоп B. Использование нескольких телескопов позволяет различить направление лучей света от точек P1 и P2 далекого источника, если длина базы d достаточно велика.

Авторы новой работы провели измерения диаметров трех ярких звезд в созвездии Лебедя: звезды тета Лебедя и двух компонентов двойной системы звезды 61 Лебедя — A и B. Выбор этих звезд был неслучаен. Они входили в список объектов, которые наблюдались космической обсерваторией «Кеплер» (тета Лебедя — ярчайшая из всех звезд, которые наблюдал «Кеплер»). Последняя предоставила ряд очень точных измерений яркости этих звезд, в которых были обнаружены «следы» низкочастотных акустических волн, пронизывающих звезду.

Звезда, как известно, представляет собой раскаленный газовый шар. Газ в ней не остается в спокойном состоянии, а так же, как и нагретая вода, «кипит». И так же, как в кипящей воде, по объему газа начинают распространятся звуковые волны — звезда начинает «гудеть» аналогично закипающему чайнику. Это гудение в конечном итоге сказывается и на наблюдаемых кривых блеска. Молодой раздел астрономии, изучающий акустические волны в недрах звезд называется гелиосейсмологией . «Гелио» — потому что в первую очередь такие волны изучаются на примере Солнца.

Частоты колебаний на поверхности звезды зависят от ее плотности и уровня гравитации. Эти частоты были получены из измерений «Кеплера» и, будучи дополнены данными интерферометрических наблюдений, позволили практически напрямую совместно определить радиусы, массы и температуры этих звезд с достаточно хорошей точностью.

Интересно, что все три звезды оказались весьма похожими на наше Солнце по всем параметрам. Теперь эти данные будут использоваться теоретиками, чтобы ограничивать полет их фантазии в деле разработки теории строения и эволюции звезд.

Непостоянная постоянная

Интернациональная группа исследователей проверила гипотезу о зависимости так называемой постоянной тонкой структуры от силы окружающего гравитационного поля. Для этого ученые использовали спектральные наблюдения одного из белых карликов нашей Галактики, выполненные на телескопе «Хаббл». Наличие такой зависимости говорило бы в пользу некоторых условно экзотических теорий полей и частиц, расширяющих Стандартную модель. В итоге авторы рапортуют о том, что такая зависимость скорее есть, чем нет, хотя статистическая значимость результата не очень велика.

Утверждение о том, что фундаментальные физические постоянные (такие, как ньютонова гравитационная постоянная G, отношение масс протона и электрона, скорость света в вакууме и так далее) совершенно необязательно одинаковы всегда и везде, для физиков не является какой-то крамолой. Постоянство постоянных, строго говоря, ниоткуда не следует. Другое дело, можем ли мы предложить разумную физическую гипотезу, объясняющую возможное непостоянство этих величин либо их зависимость от внешних условий?

Одна из первых таких гипотез, например, была предложена еще в тридцатых годах прошлого века знаменитым английским физиком Полем Дираком. Она, быть может, не очень строгая, но очень красивая. Дирак обратил внимание на то, что если из известных фундаментальных констант составлять безразмерные (то есть не привязанные к эталонам времени, массы и прочему) комбинации, то они часто выражаются очень большими числами вроде 10⁴⁰ или 10⁸⁰. Например, масса Вселенной, выраженная в массах протона, оказывается порядка 10⁸⁰. В то же время такие большие числа не следуют из наших теорий, а стало быть, являются внешними параметрами. С каким свойством нашей Вселенной они связаны, чем определяются? Дирак предположил, что они как-то отслеживают другое, в большей степени очевидное большое число, а именно — возраст Вселенной, выраженный в единицах времени, характерного для процессов внутри атома — тау. Последнее, в силу малости атома, также мало, и отношение одного к другому оказывается как раз порядка 10⁴⁰. То есть достаточно большим. Но если причина больших чисел действительно в этом, то большинство фундаментальных постоянных (например, G) должны меняться с возрастом Вселенной. И можно даже предсказать темп их изменения.

Впрочем, сразу стоит оговориться, что значимое изменение на космологических временах известных фундаментальных постоянных на сегодня не обнаружено. Но это не мешает ученым создавать теории, предсказывающие такой эффект или по крайней мере предполагающие зависимость мировых констант от внешних условий.

Например, это касается постоянной тонкой структуры альфа, приблизительно равной 1/137. Эта безразмерная константа характеризует силу электромагнитного взаимодействия. Именно от этой величины зависит, как именно взаимодействуют электроны и ядра в атоме, а следовательно, и сама структура атомов. В частности, ею будут определяться наборы спектральных линий излучения атома конкретного элемента. Помещая атомы в различные внешние условия и сравнивая их спектры, можно пытаться измерить эффект «непостоянства» этой постоянной.

Одним из внешних параметров, влияющих на альфа, может быть сильное гравитационное поле. В данном случае «сильное» означает гораздо сильнее, чем поле Земли или даже Солнца. Такое не сделаешь в земной лаборатории, но природа пошла нам навстречу и создала объекты, с одной стороны, обладающие сильной гравитацией, а с другой — несущие на своей поверхности атомы некоторых тяжелых элементов. Это белые карлики — вырожденные ядра звезд типа нашего Солнца, продукты их долгой эволюции. Они имеют размеры порядка нашей планеты, а массу лишь немногим меньше солнечной. Плотности белых карликов достигают 10⁹ граммов на кубический сантиметр, что, конечно, означает очень сильную гравитацию на поверхности.

Наблюдая спектр белого карлика и сравнивая длины волн линий элементов со значениями, измеренными в лаборатории, мы можем попытаться уловить эффект зависимости альфа от гравитационного поля.

Эту работу и проделали авторы, используя выполненные «Хабблом» наблюдения одного белого карлика в созвездии Возничего. Физики изучали спектральные линии четырехкратно ионизованных железа и никеля. По первому элементу оказалось, что небольшое (на уровне сотых долей процента) изменение постоянной тонкой структуры альфа все же наблюдается. Но вот по линиям никеля подтвердить этот эффект не удалось из-за недостаточной точности измерений. Экзотический эффект, с одной стороны, проглядывает, с другой же стороны, его значимость еще очень мала для того, чтобы твердо утверждать, что он был найден. Тем не менее результат воодушевил авторов, и они очень надеются на последующее увеличение точности подобных наблюдений.

Мощные-мощные

Сразу несколько недавно вышедших работ были посвящены исследованиям так называемых ультрамощных рентгеновских источников (Ultraluminous X-ray Source, ULX). Это точечные источники рентгеновского излучения, природа которых еще до конца не выяснена. Дело в том, что их светимость (то есть количество энергии, излучаемой в единицу времени) слишком мала по сравнению со светимостью далеких квазаров, но слишком велика для звезд и даже релятивистских звездных систем, содержащих типичную нейтронную звезду или черную дыру.

Ультрамощные источники (в русскоязычной литературе их часто называют ультраяркими, что не совсем удачно) были открыты в восьмидесятых годах прошлого века в наблюдениях космической обсерватории имени Эйнштейна — одного из первых космических телескопов. В наши дни миссии XMM-Newton иChandra довели количество объектов-кандидатов в ULX до нескольких сотен.

Это всегда точечные объекты, наблюдаемые в относительно близких галактиках или по крайней мере проектирующиеся на них. Если они действительно принадлежат галактикам, в которых их наблюдают, то они должны быть так или иначе связаны с остальным звездным населением. Однако оценка светимости этих ULX-источников оказывается на порядки больше таковой для любой типичной звезды или релятивистской звездной системы. Это является вызовом нашим теориям звездной эволюции, потому что сделать очень мощный источник излучения очень непросто по причинам, которые носят фундаментальный характер.

Изображение центральной части взаимодействующих галактик, полученное рентгеновской обсерваторией «Чандра». Некоторые из ярких точечных источников на этом снимке являются ультрамощными рентгеновскими источниками

Дело в том, что поток фотонов (свет) оказывает давление на ту поверхность, на которую падает (то есть которую освещает). И если представить себе, что в недрах обычной звезды стало рождаться очень много квантов света, то в какой-то момент их суммарное давление превысит действие самогравитации, удерживающей вещество звезды от разлета. Это значит, что звезда не может светить слишком ярко. Верхний предел ее светимости (называемыйЭддингтоновской светимостью) пропорционален массе и для звезды типа Солнца в тысячу раз меньше, чем наблюдаемая светимость ULX-источников. Поэтому последние точно не являются звездами.

Другой возможный сценарий их появления заключается в том, что мы имеем дело с двойной системой, в которой вещество от обычной звезды перетекает на компактный релятивистский объект — например, черную дыру. Однако здесь также имеет место предел, аналогичный Эддингтоновскому, и если мы хотим объяснить ULX-источники таким образом, нам необходимо предположить либо анизотропность их излучения, либо очень большую массу соответствующей черной дыры. Очень большую — это тысячи и десятки тысяч масс Солнца. Такие объекты называются черными дырами промежуточных масс. Их существование позволило бы легче объяснить наличие сверхмассивных черных дыр в центральных областях галактик (в том числе и нашей) и проверить ряд предположений о самых первых звездах Вселенной. Однако твердых указаний на существование таких черных дыр по сей день у нас нет, а одним из «нетвердых» являются ультрамощные источники.

Какая из существующих теорий об устройстве ультрамощных рентгеновских источников является верной, могут сказать только детальные наблюдения этих объектов разными методами. И вот в одной из свежих статей приводятся результаты спектральных исследований четырех ULX-источников при помощиОчень большого телескопа в Чили.

При внимательном рассмотрении оказалось, что три объекта все-таки являются подвидом квазаров, а именно активными ядрами галактик, светимость которых определяется процессами взаимодействия вещества со сверхмассивной черной дырой. Их изображения были всего лишь «удачно» спроецированным на более близкие галактики.

Однако четвертый объект, по-видимому, все же является истинным ультрамощным источником. Если результаты авторов подтвердятся, может получится, что весьма существенная часть сегодняшних кандидатов в ультрамощные источники в действительности окажется активными ядрами галактик, природа которых нам, в общем, понятна. А значит, истинные ультрамощные источники еще более редки, нежели предполагалось ранее, и это накладывает существенные требования на те теории, которые претендуют на объяснение их природы и свойств.

Источник

Согласно учёным, микроорганизмы, которые, возможно, обитают на Марсе, а также микроорганизмы с Земли, побывавшие в космических условиях, могут оказаться небезопасными для жителей нашей планеты.

Ни для кого не секрет, что присутствующие на Марсе вода и метан могут свидетельствовать о существовании на планете жизненных форм — ведь эти химические соединения способны дать микробам благоприятную среду для размножения и ценный источник энергии для жизнедеятельности. В связи с этим биологи начинают задумываться о возможной опасности, которую может таить в себе встреча с инопланетными жизненными формами.

Эта опасность становится ещё реальнее, если вспомнить о том, что недавно стартовавшая кампания нидерландской коммерческой группы Mars One ставит целью отправить нескольких астронавтов на Красную планету с целью основания там поселения для постоянного проживания. В рамках проекта уже начался кастинг кандидатов для будущего путешествия, которые, пройдя многоступенчатый отбор, отправятся к Марсу, чтобы уже в 2023 г. начать там строительство колонии. Безусловно, вопросы биологической безопасности для этой экспедиции будут иметь немаловажное значение.

Отправляя космический корабль к другой планете, никогда нельзя быть точно уверенным в том, что он будет стерилизован на все 100%, а по его возвращении он не только может «нацеплять» на себя представителей опасной внеземной флоры или фауны, но и безобидные в земных условиях микроорганизмы могут мутировать в космосе в потенциально опасные штаммы. Поэтому, предупреждают учёные, будущим покорителям Марса следует заранее позаботиться о средствах биологической безопасности даже при посещении на первый взгляд безжизненной Красной планеты.

Источник

МОСКВА, 29 мая - РИА Новости. За открытие бозона Хиггса физики Питер Хиггс (Великобритания) и Франсуа Англер (Бельгия) и Европейская организация по ядерным исследованиям (CERN) получат Премию принца Астурийского в области научных и технических исследований за 2013 год, объявило жюри премии в среду в Овьедо (Испания).

Питер Хиггс и Франсуа Англер в 1964 году независимо друг от друга (Англер - в сотрудничестве с Робертом Браутом, который скончался в мае 2013 года) предсказали существование элементарной частицы, получившей название бозона Хиггса.

На сайте премии поясняется, что работы физиков помогли открыть последний недостающий элемент современной теории элементарных частиц, существование которого подтвердили спустя почти 50 лет - 4 июля 2012 года в ходе экспериментов на Большом адронном коллайдере в CERN. "Это открытие, признанное крупнейшим в истории исследований природы, позволило приблизиться к пониманию того, что произошло сразу после Большого взрыва", говорится в коммюнике.

Премия принца Астурийского, которую часто называют "Нобелевской премией испаноязычного мира", с 1981 года вручается ежегодно в восьми категориях Фондом принца Астурийского (Fundacion Principe de Asturias). Сам Фонд был учрежден в 1980 году, когда наследнику испанской короны принцу Фелипе, который носит титул принца Астурийского, исполнилось 12 лет. ЮНЕСКО в 2004 году назвала премию принца Астурийского "вкладом в культурное наследие человечества".

Ранее были объявлены лауреаты премии в области искусства (режиссер Михаэль Ханеке), общественных наук (социолог Саския Сассен), гуманитарной деятельности (фотограф Анни Лейбовиц). Позже будут оглашены решения по остальным категориям.

Торжественная церемония награждения, передает Фонд, состоится осенью в Овьедо с участием принца Астурийского. Каждый лауреат получит диплом, статуэтку Жоана Миро и нагрудный знак; денежная часть премии составляет 50 тысяч евро.

Источник

Источник

Холодный ядерный синтез может стать одним из величайших научных прорывов, если когда-нибудь будет осуществлён. Снаружи это выглядит довольно просто: реакция, которая происходит при комнатной температуре и нормальном давлении. Единственная загвоздка состоит в том, что это ядерная реакция, для запуска которых обычно требуется колоссальное количество энергии. Поэтому, несмотря на неоднократные смелые попытки различных экспериментаторов по всему миру, такой синтез до сих пор так ни разу и не был осуществлён в мягких условиях.

Однако на прошлой неделе команда учёных представила на сайте предварительных научных публикаций arXiv работу, в которой семь независимых исследователей проводили тесты устройства под названием E-Cat итальянского предпринимателя Андреа Росси, основанного, по заявлениям Росси, на низкоэнергетических ядерных реакциях. Эти тесты показали, что устройство способно вырабатывать огромные количества энергии, и его возможности намного превышают возможности современных источников энергии, близких ему по размерам. Однако предприниматель не позволил учёным заглянуть внутрь своего устройства, ссылаясь на «коммерческую тайну».

Ранее Росси заявлял, что его устройство накачивает водород в никель, превращает никель в медь и за счёт этого вырабатывает огромное количество электроэнергии.
Источник

Зонд Cassini, находящийся в окрестностях Сатурна, смог сделать снимок одного из спутников гигантской планеты — Мефоны. Этот космический объект впервые был сфотографирован космическим аппаратом с настолько близкого расстояния, сказали учёные миссии.

Стоит отметить, что Мефона была впервые открыта в своё время именно космическим аппаратом Cassini. 1 июня 2004 г. спутник передал на Землю снимок, на котором учёные разглядели крохотную точку, которая при ближайшем рассмотрении оказалась новым, яйцевидным спутником Сатурна. Поначалу спутнику было присвоено кодовое название S/2004 S 1, и лишь спустя один год его сменили на более благозвучное имя «Мефона». В поперечнике спутник составляет около трёх километров, то есть, по меркам сатурнианских спутников, он совсем небольшой.

Сходство Мефоны с яйцом усиливается, благодаря одной любопытной детали: поверхность спутника — в отличие от поверхностей подобных ему космических тел, лишённых атмосферы, которые обычно бывают усеяны кратерами от космических столкновений — совершенно гладкая. Это до сих пор продолжает ставить учёных в тупик и заставляет их гадать о возможных причинах таинственного феномена.

Согласно одной из гипотез о происхождении необычной гладкости Мефоны, спутник состоит из мягкого вещества, на котором быстро разглаживаются «шрамы» от космических столкновений. Однако помочь подтвердить или опровергнуть это предположение смог бы только повторный подход Cassini к Мефоне, который, увы, уже не состоится, так как вскоре миссия космического аппарата завершится его фееричным столкновением с Сатурном, призванным дать учёным ценные сведения об атмосфере газового гиганта.

Источник

Космические Лучи Создают Молнии

Источник

Термин "квантовая запутанность" был введён ещё Эрвином Шрёдингером в 1935 году для обозначения явления, при котором состояния частиц оказываются взаимосвязанными вне зависимости от расстояния, разделяющего эти частицы. По сути, это явление — всего лишь доказательство парадоксальности квантовой механики, однако современной физике под силу создатьсеть частиц, имеющих квантовую связь между собой.

Несмотря на то, что это явление описывается теориями квантовой механики и доказывается экспериментально, многие учёные относятся к нему скептически. Этот раскол в научном мире произошёл ещё с момента спора Альберта Эйнштейна и Нильса Бора. Эйнштейн говорил, что квантовая запутанность — идея слишком абсурдная и не имеет ничего общего с реальностью и наблюдениями. Он называл это "призрачным взаимодействием" (spooky action), поскольку данная теория шла вразрез с его утверждением о непреодолимости скорости света.

Сегодня учёные из Израиля экспериментально доказали, что возможно создать пару фотонов, имеющих квантовую связь, даже если они не существуют в одно и то же время. То есть, к тому удивительному факту, что подобная связь работает даже на большом расстоянии (хоть все 13,8 миллиардов световых лет), добавляется ещё и временное разделение. Получается, что взаимосвязь двух частиц настолько сильна, что их может разделять и время, и пространство, а квантовая связь всё равно будет действовать.

Квант света, он же фотон (который одновременно представляет собой и частицу, и волну) может быть поляризован и, по сути, может принимать два состояния: вертикальной и горизонтальной поляризации. Запутанность возникает, если имеются парные фотоны, каждый из которых может быть либо горизонтально, либо вертикально поляризованным. Их квантовая связь проявляется следующим образом: если измерить состояние одного фотона, то можно с уверенностью сказать, что состояние его пары будет противоположным. То есть, если частица, свойства которой мы можем узнать, поляризована вертикально, то парная частица, находящаяся хоть на другом конце Вселенной, будет поляризована горизонтально, и наоборот.

Специалист по квантовой оптике Эли Мегидиш (Eli Megidish) и его коллега Хагай Айзенберг (Hagai Eisenberg) из Еврейского университета в Иерусалиме создали квантовую связь между двумя фотонами, которые не существовали одновременно.

Они начали со схемы, известной как "обмен запутанностями" (entanglement swapping). Для этого они дважды направили луч лазера на специальный кристалл, чтобы получить две пары фотонов. Полученные частицы обозначили цифрами: пара 1 и 2, пара 3 и 4. Первоначально частицы 1 и 4 не имели квантовой связи, но она должна была появиться, как только учёные установили бы запутанность между фотонами 2 и 3.

"Проекционное измерение" свойств одной из частиц вызывает появление определённого её состояния, а также изменение состояния парной частицы на противоположное, как в случае с вертикальной и горизонтальной поляризацией. Таким образом, даже если фотоны 2 и 3 не были изначально запутаны, путём измерений физики придали одному из них одно состояние из двух, а его "напарнику" — противоположное.

Любое измерение вызывает запутанность фотонов, даже если при этом происходит разрушение одного из них. Итак, если рассматривать только тот случай, при котором частицы 2 и 3 оказываются в одном и том же состоянии, то фотоны 1 и 4 автоматически оказываются запутанными после измерений. Для наилучшего понимания можно привести простой пример: если у вас есть цепь из четырёх звеньев, то при соединении её крайних звеньев, серединные также оказываются связанными.

Чтобы создать квантовую запутанность между фотонами 1 и 4, которые даже не существовали в один и тот же момент, Айзенберг и его коллеги для начала запутали фотоны из пары 1 и 2, а затем измерили поляризацию фотона 1 обычным способом. Затем уже физики "связали" частицы 3 и 4 и произвели "проекционные измерения". Последним этапом исследователи измерили поляризацию фотона 4. И даже при условии того, что фотоны 1 и 4 никогда не сосуществовали, квантовая запутанность всё равно проявлялась между ними, сообщают учёные в препринте статьи на сайте arXiv.org.

Айзенберг говорит, что даже в условиях теории относительности, где два наблюдателя, движущиеся с разной скоростью, по-разному воспринимают последовательность событий во времени, ни один из них не скажет, что частицы 1 и 4 из его эксперимента когда-то существовали одновременно.

"Наш эксперимент показывает, что не совсем логично считать квантовую запутанность каким-то реальным физическим явлением. Поскольку два фотона никогда не существовали одновременно, невозможно утверждать, что между ними существовала связь в какой-либо момент времени", — рассказывает Айзенберг.

Физик из Венского университета Антон Цайлингер (Anton Zeilinger) считает, что эксперимент его израильских коллег в очередной раз доказывает, как неустойчивы концепции квантовой механики. "Квантовые эффекты имеют мало общего с тем, что мы наблюдаем в реальной жизни каждый день", — говорит он.

И всё же прогресс в области квантовой механики может в корне изменить привычную для нас жизнь. К примеру, на основе исследования Айзенберга и его коллег можно будет создать неразрывную скрытую связь между двумя пользователями, находящимися на большом расстоянии друг от друга. Пользователю на другом конце "провода" не нужно будет ждать, пока передаётся информация: изменение состояния противоположного фотона мгновенно вызовет изменение и его пары. Цайленгер также надеется, что такие эксперименты смогут вдохновить создателей квантовых компьютеров на усовершенствование технологий.

Источник

Группа ученых из Германии, Греции, Нидерландов, США и Франции получила снимки атома водорода. На этих изображениях, полученных при помощи фотоионизационного микроскопа, видно распределение электронной плотности, которое полностью совпадает с результатами теоретических расчетов. Работа международной группы представлена на страницах Physical Review Letters.

Атом водорода, цвета условные. Фото: prl.aps.org/abstract/PRL/v110/i21/

Суть фотоионизационного метода заключается в последовательной ионизации атомов водорода, то есть в отрывании от них электрона за счет электромагнитного облучения. Отделившиеся электроны направляются на чувствительную матрицу через положительно заряженное кольцо, причем положение электрона в момент столкновения с матрицей отражает положение электрона в момент ионизации атома. Заряженное кольцо, отклоняющее электроны в сторону, играет роль линзы, и с его помощью изображение увеличивается в миллионы раз.

Этот метод, описанный в 2004 году, уже применялся для получения "фотографий" отдельных молекул, однако физики пошли дальше и использовали фотоионизационный микроскоп для исследования атомов водорода. Так как попадание одного электрона дает всего одну точку, исследователи накопили около 20 тысяч отдельных электронов от разных атомов и составили усредненное изображение электронных оболочек.

В соответствии с законами квантовой механики электрон в атоме не имеет какого-то определенного положения сам по себе. Лишь при взаимодействии атома с внешней средой электрон с той или иной вероятностью проявляется в некоторой окрестности ядра атома: область, в которой вероятность обнаружения электрона максимальна, называется электронной оболочкой. На новых изображениях видны различия между атомами разных энергетических состояний; ученые смогли наглядно продемонстрировать форму предсказанных квантовой механикой электронных оболочек.

При помощи других приборов, сканирующих туннельных микроскопов, отдельные атомы можно не только увидеть, но и переместить в нужное место. Эта техника около месяца назад позволила инженерам компании IBM нарисовать мультфильм, каждый кадр которого сложен из атомов: подобные художественные эксперименты не имеют какого-то практического эффекта, но демонстрируют принципиальную возможность манипуляций с атомами. В прикладных целях используется уже не поатомная сборка, а химические процессы с самоорганизацией наноструктур или самоограничением роста одноатомных слоев на подложке. 
Источник

Магнетары — плотные остатки мёртвых звёзд, которые время от времени разражаются вспышками радиации высокой энергии — представляют собой одни из самых экзотических объектов, известных во Вселенной. Крупная исследовательская кампания с участием рентгеновской космической обсерватории НАСА Chandra и нескольких других спутников демонстрирует, что магнетары могут быть намного более разнообразными — и шире распространёнными по Вселенной — чем предполагалось ранее.

Когда у массивной звезды иссякают запасы её «звёздного горючего», она коллапсирует, оставляя после себя нейтронную звезду, сверхплотный объект, составляющий 15-20 километров в диаметре.

Большинство нейтронных звёзд вращаются с высокой частотой, но некоторые из них вращаются медленно и время от времени разражаются рентгеновскими вспышками. Так как источником энергии этих звёзд может быть только магнитное поле, такие объекты называют магнетарами.

Большинство магнетаров обладают сверхмощным магнитным полем, однако, магнетар SGR 0418, обнаруженный учёными, демонстрирует лишь магнитное поле стандартной мощности, характерное для типичной нейтронной звезды. Учёные объяснили это тем, что у этого магнетара довольно преклонного возраста (ему 550000 лет) ослабело внешнее магнитное поле, но внутреннее магнитное поле осталось сильным, вследствие чего время от времени происходит «прорывание» внешнего магнитного поля, и магнетар разражается рентгеновскими вспышками.

Источник

Компьютерное моделирование роста галактик в течение нескольких миллиардов лет продемонстрировало вероятный сценарий того, как происходит подпитка галактик газом — нечто, напоминающее падение соломинки в водоворот.

Результаты моделирования продемонстрировали, что холодный газ — топливо для звёзд — закручивается по спирали по направлению к центру галактики вдоль нитевидной траектории, стремительно проникая к её «нутру». Попав туда, газ превращается в новые звёзды, и масса галактики увеличивается.

В ранней Вселенной галактики формировались из сгустков материи, соединённых между собой в гигантскую космическую паутину. Внутри галактик образования из газа уплотнялись, достигая критического значения плотности, определяющего начало процесса формирования звёзд.

Распространённая ранее теория формирования галактик предполагала, что галактика потребляет газ одновременно со всех возможных направлений. В результате такого процесса огромные газовые облака сталкиваются в центре галактики, и газ разогревается до колоссальных температур. Однако альтернативой этой теории выступает теория «холодного формирования», согласно которой газ движется к центру галактики по спирали вдоль длинных «нитей», и его сильного разогрева не происходит. Результаты этого компьютерного моделирования, проведённого учёными, предоставляют убедительные аргументы в пользу последней теории.

Источник

Карта Вселенной, созданная на основе её древнейшего света, даёт астрономам надежду на то, что они, возможно, смогут ответить на самые фундаментальные вопросы о Вселенной, включая вопрос о её происхождении.

Учёные встретились на этой неделе в Калифорнийском университете в Дэвисе, чтобы совместно порыться в гигантской сокровищнице научных данных, предоставленных им два месяца назад европейской космической обсерваторией Planck. Эта обсерватория измеряет то, что называется реликтовым излучением, или микроволновым фоновым излучением (CMB) Вселенной — светом, рассеянным по небу, который датируется периодом, имевшим место вскоре после рождения Вселенной в результате Большого взрыва.

CMB является убедительным доказательством в пользу теории расширения Вселенной, согласно которой наша Вселенная раздулась до невероятных размеров в период экспоненциального роста, длившийся в течение первой доли секунды после Большого взрыва.

Некоторые аномалии в данных, собранных миссией Planck, в настоящее время представляют собой серьёзную проблему для современной физики, например, исследователи пока не в силах объяснить неравномерность распределения температур CMB между несколькими крупными областями Вселенной.

Все учёные, присутствующие на конференции, выразили свою признательность команде уникальной космической обсерватории Planck, предоставившей им бесценные данные о ранней Вселенной.
Источник

Из всех величественных и чудесных вещей, которые можно наблюдать на небе в следующем году, особого внимания заслуживают: прекрасное северное сияние, щедрый поток метеоров и гигантская комета с длинным хвостом.

Солнечная активность в этом году будет возрастать, поэтому нелишним будет время от времени следить за появлением эффектных северных сияний. Их появление связано с тем, что заряженные частицы, идущие к нам от Солнца, выбивают электроны из атомов и молекул, находящихся в атмосфере. Освобождённые электроны рекомбинируют с положительными ионами, что и приводит к возникновению свечения.

Идём дальше. 24 мая 2014 г. Земля будет проходить через густой поток частиц пыли, сброшенных кометой 209P/LINEAR. Многие авторитетные специалисты по метеорам говорят, что это прохождение может привести к грандиозному метеорному потоку, который сможет выдавать от 100 до 400 метеоров в час.

Ну и, наконец, комета столетия! Ожидается, что комета ISON пронесётся рядом с поверхностью Солнца 28 ноября и, возможно, станет на нашем небе настолько яркой, что её можно будет различить днём невооружённым глазом.

Источник

Астрономы разрешили важную научную проблему в понимании класса звёзд, которые испытывают регулярные вспышки, с помощью точного измерения расстояния до известного экземпляра этого типа.

Исследователи использовали телескоп Very Long Baseline Array (VLBA) Национального научного фонда США и европейскую сеть European VLBI Network (EVN) для определения точного местоположения одной из хорошо наблюдаемых на небе переменных звёзд— двойной звёздной системы под названием SS Лебедя, находящейся на расстоянии в 370 световых лет от Земли. Этот новый результат измерения расстояния до звезды позволил астрономам применить объяснение регулярности вспышек, стандартное для других похожих звёздных пар, также и к системе SS Лебедя.

SS Лебедя представляет собой систему, состоящую из белого и красного карликов. Материя перетекает с красного карлика на его компаньона, при этом если поток материи недостаточно интенсивный, то диск белого карлика дестабилизируется и происходят регулярные вспышки.

Согласно измерениям расстояния до системы, проведённым при помощи космического телескопа «Хаббл» в 1999 и 2004 гг., оно составляло 520 световых лет. При этом мощность наблюдаемых вспышек была такова, что находящаяся на таком расстоянии система должна была быть достаточно массивной для того, чтобы диск белого карлика оставался стабильным и вспышек не происходило.
Источник

Канадские исследователи обнаружили штамм бактерий, способных размножаться в жёстких условиях — при температурах, достигающих минус 15 градусов по Цельсию, сообщает информационное агентство ИТАР-ТАСС. Эти бактерии стали первыми известными науке микроорганизмами, способными жить и размножаться в условиях вечной мерзлоты при крайне низких температурах. Исследователи утверждают, что их находки сыграют важную роль в поисках жизни на Марсе — а также в других уголках космоса.

Бактерии вида Planococcus halocryophilus были обнаружены микробиологом Лайлом Уайтом, сотрудником Монреальского университета, Канада, в 2004 г. При помощи специальных автоматизированных зондов, созданных для исследования поверхности Красной планеты, учёный с группой своих коллег обнаружил в местечке, находящемся в северном городе Элсмир, этих морозостойких микробов. Бурение грунта проходило в рамках отработки американским космическим агентством НАСА методики сбора незагрязнённых образцов породы из глубоко промерзших слоёв грунта.

Учёные пока затрудняются сказать, какие физиологические механизмы позволяют этим микроорганизмам приспосабливаться к чрезвычайно низким температурам. Вплоть до достижения -25 градусов по Цельсию бактерии продолжают сохранять активность.

Уайт сообщил, что следующей целью исследований его команды станет обнаружение микроорганизмов, способных обходиться не только без тепла, но и без воды и пищи. В случае обнаружения подобных видов перед учёными развернутся широкие перспективы по целенаправленному поиску похожих бактерий на Марсе или на других планетах Солнечной системы.
Источник

Заслуженный марсианский ровер Opportunity, предшественник ровера Curiosity, открыл ещё один находившийся в контакте с водой камень, указывающий на водное прошлое Красной планеты, сообщили представители НАСА.

В свои последние дни исследования местечка Cape York, расположенного на краю гигантского кратера Endeavour, вездеход Opportuinity изучал растрескавшийся камень, не похожий на все образцы, исследованные этим ровером ранее за все 9 лет его работы на поверхности Красной планеты, сказали исследователи.

Используя данные, полученные при помощи камеры и спектрометра, установленных на роботизированной руке ровера, исследователи обнаружили, что камень, получивший название Esperance, является ценным указанием на существовавшие в прошлом на Марсе водные условия, в которых могла развиваться биологическая жизнь.

По сравнению с другими камнями, исследовавшимися ранее Opportunity, Esperance богаче алюминием и кремнием, но в нём меньше кальция и железа. Кроме того, ряд других характеристик делает этот образец поистине уникальным, сказали исследователи.
Источник

Источник

На спутнике Сатурна Титане вскоре может установиться довольно неспокойная погода, это связано с тем, что на нём входят в силу весна и лето, если верить двум новым моделям погоды.

Учёные думают, что по мере того как происходит смена сезонов в северном полушарии Титана, по поверхностям углеводородных озёр планеты могут начать прокатываться волны и закручиваться стремительные вихри. Модель, предсказывающая появление волн, призвана объяснить данные, полученные до настоящего времени космическим аппаратом НАСА Cassini. Обе новых модели позволяют учёным точнее выбрать места для наблюдения необычных атмосферных возмущений, которые, предположительно, будут иметь место на Титане в ближайшем будущем по мере наступления на нём лета.

Согласно одной из новых моделей, для того чтобы поднять волны в озёрах Титана, требуются ветра скоростью от 2 до 3 километров в час — скорость, которая до сих пор не была достигнута на протяжении текущего, довольно спокойного периода на Титане. Однако смена сезонов вызовет повышение скорости ветра почти до 3 километров в час, согласно новым моделям, а такие ветра способны поднять волны высотой вплоть до 0,15 метра в озёрах второго по величине спутника Солнечной системы.
Источник