Новости науки

Физики изменили намагниченность диэлектрика за пикосекунду

Коллектив ученых из России, Германии, Швеции и Японии разработал способ изменить намагниченность диэлектрика, воздействуя на него сверхкороткими лазерными импульсами. Ученым удалось добиться времени изменения намагниченности в одну пикосекунду – это в 100 раз меньше, чем предполагалось ранее. Исследование поможет создавать новые системы обработки и хранения информации на основе магнитных материалов. Статья ученых опубликована в журнале Science Advances. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).

Действуя на материал лазерами с фемтосекундными (одна квадриллионная секунды) импульсами, можно добиться его нагрева до значительных температур. В магнитных металлах, широко используемых в современной электронике, такой нагрев приводит к очень быстрым изменениям магнитного порядка, то есть упорядочения магнитных атомов материала. Это свойство можно использовать для сверхбыстрого управления намагниченностью, в том числе для создания новых высокоскоростных систем обработки информации. В магнитных диэлектриках лазерный нагрев намного слабее и намагниченность изменяется достаточно медленно, поэтому долгое время такие материалы не рассматривались в перспективе сверхбыстрого управления.

Ученые Физико-технического института (ФТИ) имени А.Ф. Иоффе РАН совместно с зарубежными коллегами нашли новый способ изменять намагниченность магнитных диэлектриков с высокой скоростью и при сверхбыстром лазерном воздействии.

В качестве объекта исследований физики выбрали диэлектрик оксид иттрия и железа (YIG), который пользуется популярностью в качестве модели для исследований и применяется в электронике. Ученые ФТИ синтезировали пленку YIG и затем измерили в ней сверхбыстрые изменения намагниченности на лазерной фемтосекундной установке. Чтобы вызвать изменение намагниченности, образец облучали сверхкороткими терагерцовыми лазерными импульсами. Для регистрации изменений намагниченности через образец пропускали второй лазерный луч видимого диапазона длин волн. Поляризация прошедшего через образец луча изменялась, что позволяло ученым сделать вывод и об изменении намагниченности материала, а также определить причины этого явления.

Ученые проследили, как созданное терагерцовыми импульсами возмущение из кристаллической решетки передается спиновой подсистеме, тем самым изменяя ориентацию магнитных моментов отдельных атомов материала. Оказалось, что это явление происходит за одну пикосекунду (триллионная доля секунды). Это время оказалось в 100 раз короче, чем то, которое рассчитали ученые, исходя из существующих моделей. Для объяснения этого экспериментального наблюдения ученые разработали новую теоретическую модель, которая показала, что сверхкороткие терагерцовые импульсы вызывают такие колебания кристаллической решетки YIG, которые меняют взаимодействия между магнитными атомами, приводя к изменению их взаимной ориентации, что и вызывает изменение намагниченности.

«Наши экспериментальные и теоретические результаты не только пролили свет на микроскопический механизм отклика намагниченности диэлектрика на лазерное возбуждение, но и показали, что в таких материалах возможна сверхбыстрая магнитная динамика. Это открывает интересные возможности для реализации новых механизмов управления магнитными материалами и структурами», – говорит один из авторов работы, доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник ФТИ имени А.Ф. Иоффе Роман Писарев.

Источник

Найден невозможный космический объект

Международная группа астрономов из Франции, Нидерландов, Великобритании, Южной Африки, Австралии и России открыла необычный пульсар, период вращения которого составляет 23,5 секунды, что делает его самым медленным объектом подобного рода из известных. Кроме того, раньше считалось, что пульсары с таким большим периодом вращения просто не могут существовать. Подробно об открытии рассказывается в препринте, опубликованном в репозитории arXiv.org.

До сих пор периоды вращения всех известных пульсаров находились в диапазоне от 1,4 миллисекунды (самые быстрые) до 12,1 секунды (самые медленные). Одним из инструментов поиска этих объектов является гигантский радиотелескоп Arecibo, однако выявление медленных пульсаров затруднительно из-за присутствия низкочастотного «красного» шума. Алгоритмы, применяемые для «очистки» шума, снижают чувствительность к долгопериодичным пульсарам, а длительность наблюдения одного объекта часто не превышает нескольких минут. Медленно вращающиеся пульсары чаще обнаруживаются по испусканию высокоэнергетического излучения (рентгеновского), например, магнетары и XDINS (X-ray Dim Isolated Neutron Stars).

PSR J0250+5854 был обнаружен с помощью международной радиоинтерферометрической установки LOFAR (LOw Frequency ARray, низкочастотная антенная решетка) и наблюдался через другие телескопы, включая радиотелескоп Green Bank Telescope и рентгеновские космические обсерватории ROSAT и Swift. По величине меры дисперсии (DM), которая определяет число преломляющих радиолучи электронов между наблюдателем и пульсаром, ученые определили расстояние до нейтронной звезды, равное около 1,6 килопарсек (более пяти тысяч световых лет).

График зависимости периода вращения пульсара и скорости замедления пульсара показывает, что PSR J0250+5854 находится за так называемой линией смерти (англ. death line), когда нейтронная звезда вроде бы должна прекратить испускать радиоизлучение. Одним из гипотетических механизмов возникновения радиоволн является рождение частиц и античастиц у полюсов пульсара, в области вакуума, где электрическое и магнитное поля не являются ортогональными и способны поддерживать высокую разницу потенциалов. Однако при достаточно большом периоде вращения разницы потенциалов уже недостаточно для рождения пар и радиоволн.

Согласно другой модели, часть энергии, выделяемой с замедлением вращения пульсара, может с максимальной эффективностью «тратиться» на создание радиоизлучения. Это создает «долину смерти», в которой такие объекты, как PSR J0250+5854, еще могут существовать, минуя традиционные линии смерти. Таким образом, заключают физики, должно существовать еще много пульсаров с экстремально большим периодом вращения.

Источник

Поведение антиматерии оказалось парадоксальным

Физики из Италии и Швейцарии провели эксперимент с позитроном, аналогичный опыту с двумя щелями и электроном. Исследователи продемонстрировали парадокс, заключающийся в том, что одиночная частица интерферирует сама с собой, и доказали, что квантово-механические свойства антиматерии похожи на свойства обычного вещества. Результаты эксперимента опубликованы в репозитории arXiv.org.

Согласно корпускулярно-волновому дуализму, электроны при различных условиях могут проявлять свойства волн и частиц. Частицы могут быть представлены в виде волн де Бройля, которые характеризуют вероятность нахождения объекта в данной точке пространства. Как и любая волна, волны де Бройля при прохождении через узкие щели могут подвергаться дифракции и интерференции, при которой происходит наложение двух когерентных волн, в результате чего возникает увеличение или уменьшение их амплитуд. Таким образом, нахождение электронов в определенных точках становится более или менее вероятным.

Интерференционная картина, как в классическом опыте Юнга, возникает даже в том случае, если через устройство с двумя щелями пропустить частицы по одной друг за другом. Таким образом, волна де Бройля определяет вероятность попадания одиночной частицы на какой-либо участок экрана детектора. В этом случае часто говорят, что частица интерферирует сама с собой. Хотя в теории античастицы должны проявлять те же самые свойства, до сих пор их интерференцию никто не демонстрировал на практике.

Опыт был проведен в итальянской Лаборатории наноструктурной эпитаксии и кремниевой спинтроники (L-NESS). В качестве источника позитронов (античастиц электронов) использовали радиоактивный изотоп натрий-22. Частицы разгонялись до энергии 8, 9, 11 и 14 килоэлектронвольт и попадали в интерферометр Талбота-Лау. Устройство состояло из двух коллиматоров (длинных отверстий), предназначенных для получения узкого пучка частиц; двух дифракционных решеток с различными периодами, эмульсионного детектора и детектора гамма-лучей, улавливающего излучение от аннигиляции позитронов при столкновении с эмульсией.

Анализ интерференционных полос, полученных при попадании на эмульсионный детектор частиц в течение 120-200 часов, продемонстрировал ту же картину корпускулярно-волнового дуализма, что наблюдалась в классическом эксперименте с двумя щелями. По словам ученых, результаты показывают, что в будущем станет возможно создать сверхчувствительные устройства, основанные на принципе действия интерферометра Талбота-Лау, для измерения до сих пор не наблюдавшегося гравитационного взаимодействия антиматерии с обычной материей.

Источник

Материя падает на черную дыру со скоростью 30 процентов от скорости света

Астрономы из Соединенного Королевства сообщают о первом обнаружении материи, падающей со скоростью в 30 процентов от скорости света на черную дыру, расположенную в центре галактики под названием PG211+143, находящейся на расстоянии в миллиарды световых лет от нас. Эта команда, возглавляемая профессором Университета Лестера Кеном Паундсом (Ken Pounds), использовала в своей работе данные, собранные при помощи рентгеновской космической обсерватории XMM-Newton Европейского космического агентства, для анализа поведения этой черной дыры.

В центре почти каждой галактики Вселенной лежит сверхмассивная черная дыра, окрестности которой не может покинуть ничто, включая свет. Однако перед падением на черную дыру материя обильно излучает запасенную в ней гравитационную энергию, что приводит к яркому свечению. Поскольку непосредственный размер черной дыры (точнее, размер ее горизонта событий) обычно весьма мал ввиду ее огромной плотности, падение материи на черную дыру происходит не в прямом направлении, а по спирали, в результате чего вокруг черной дыры формируется светящийся диск материи.

Орбита газа, движущегося вокруг черной дыры, обычно сонаправлена с орбитой собственного вращения центрального компактного объекта, однако это правило соблюдается не всегда. В своей новой работе команда Паундса наблюдала случай, когда направление вращения газа вокруг сверхмассивной черной дыры отличается от направления ее собственного вращения. Изучив рентгеновские спектры галактики PG211+143, лежащей на расстоянии в один миллиард световых лет от нас в направлении созвездия Волосы Вероники, авторы выяснили, что рентгеновское излучение этой галактики демонстрирует значительное красное смещение, что может объясняться движением материи этой галактики прямиком в сторону центральной сверхмассивной черной дыры с огромной скоростью, составляющей порядка 30 процентов от скорости света. Этот газ почти не вращается вокруг черной дыры, а движется прямо к ее центру по прямой линии, находясь на невероятно близком к центру черной дыры расстоянии, составляющем всего лишь 20 размеров черной дыры, выяснили исследователи.

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

Источник

Российские ученые создали инновационный биоморфный нейропроцессор

Исследовательская группа Тюменского государственного университета предложила концепцию биоморфного нейропроцессора, который может имитировать информационные процессы вплоть до работы колонки кортекса в коре головного мозга человека. Об этом сообщили РИА Новости в пресс-службе вуза. 

Нейропроцессор — класс микропроцессоров для аппаратного ускорения работы алгоритмов искусственных нейронных сетей, компьютерного зрения, машинного обучения и других методов искусственного интеллекта. 

Под биоморфным нейропроцессором ученые ТюмГУ подразумевают автономное аппаратное средство, которое сможет решать нейросетевые задачи. Его построят на основе биоморфной электрической модели нейрона Ходжкина-Хаксли. 

Схема такого нейропроцессора предполагает входное и выходное устройства для обработки сигналов, запоминающую матрицу, блок нейронов и маршрутизатор на основе логической матрицы. 

"Мы представили электрические схемы, топологию, нанотехнологию изготовления и принципы работы основных узлов нейропроцессора – сверхбольших 3D запоминающей и логической матриц", — сообщил РИА Новости руководитель группы, профессор кафедры прикладной и технической физики Сергей Удовиченко.

 

Ученые ТюмГУ разработали биоморфный нейропроцессор

По его словам, запоминающая матрица — это 3D структура из одинаковых (и зеркально ориентированных по отношению друг к другу) комбинированных мемристорно-диодных кроссбаров. Помимо запоминания информации, она выполняет часть процессинга для нейросети, суммируя входные сигналы.

"Соответственно, логическая матрица выполняет собственно логические функции, маршрутизацию сигналов, а также обработку видео и звуковых сигналов во входном устройстве нейропроцессора. Ее 3D структура — одинаковые перпендикулярные пласты, коммутируемые через мемристорные кроссбары с селективными диодами", — добавил Сергей Удовиченко.

Ученые ТюмГУ продемонстрируют концепцию биоморфного нейропроцессора в октябре на международном семинаре MEM-Q в Греции. Также они готовят статью о нейросети на основе оригинальной биоморфной модели нейрона, адаптированной к биоморфному нейропроцесору.

Источник

Открыта экзопланета, являющаяся родной планетой Спока из телесериала Star Trek

Телевизионный сериал Star Trek («Звездный путь») отличается богатой Вселенной, включающей множество персонажей и планет. Теперь в новом исследовании астроном Цзянь Гэ (Jian Ge) и его команда показывают, что в научной фантастике подчас оказывается больше науки и меньше фантастики – исследователи обнаружили в рамках проекта Dharma Planet Survey то, что может оказаться знаменитой планетой Вулкан из сериала Star Trek.

«Эта новая планета представляет собой «суперземлю», обращающуюся вокруг звезды HD 26965, находящейся на расстоянии всего лишь 16 световых лет от Земли, что делает ее ближайшей суперземлей, обращающейся вокруг звезды, подобной Солнцу, - рассказал Гэ. – Эта планета по размеру примерно в два раза больше Земли и обращается вокруг звезды с периодом 42 дня, находясь при этом в обитаемой зоне звезды».

Это открытие было сделано при помощи 50-дюймового телескопа Dharma Endowment Foundation Telescope (DEFT), расположенного на горе Леммон, штат Аризона, США.

Звезда HD 26965, имеющая оранжевый оттенок, является лишь чуть более холодной и менее массивной, по сравнению с Солнцем, и имеет 10,1-летний цикл активности, аналогичный циклу активности Солнца, продолжительность которого составляет 11,6 года. Поэтому она может стать идеальным местом для развития продвинутой внеземной цивилизации, пояснили авторы.

Поклонники сериала могут знать звезду HD 26965 под ее альтернативным именем – 40 Эридана А. В планетной системе этой звезды, которая движется в пространстве совместно с двумя другими звездами, расположена родная планета героя телесериала Star Trek Спока Вулкан, в небе которой видны все три звезды, рассказал Гэ.

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

Источник

Теоретики нашли доказательства неполноты квантовой физики

Физики из Швейцарии заявляют, что квантовая физика в принципе не может непротиворечиво объяснять поведение объектов макромира. Это не позволяет использовать ее для полного описания Вселенной и указывает на ошибочность всех интерпретаций квантовой механики, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

"Представьте, что вы зашли в "квантовое казино" и согласились подкинуть монетку в обмен на обещание выплатить вам тысячу евро, если выпадет решка, а в противном случае вы отдадите крупье половину от этой суммы. Наш мысленный эксперимент показывает, что оба наблюдателя получат противоположные результаты, проверить которые будет невозможно", — пишут ученые.

Ученых давно интересует то, почему мы не можем наблюдать феномен квантовой запутанности – взаимосвязанности квантовых состояний двух или более объектов, при котором изменение состояния одного объекта мгновенно отражается на состоянии другого – в мире обыденных предметов.

Сегодня физики объясняют отсутствие подобных "странных связей", как выражался Эйнштейн, между двумя яблоками и прочими видимыми объектами тем, что они разрушаются в результате декогеренции — взаимодействия подобных запутанных объектов с атомами молекулами и прочими проявлениями окружающей среды и необратимого нарушения квантового состояния.

Таким образом, чем крупнее объект, тем больше он будет контактировать с окружающей средой, и тем быстрее будет распадаться квантовая связь. Подобное решение породило массу новых споров – где "начинается" и где "кончается" квантовая механика, влияет ли она на поведение макрообъектов и можно ли нащупать эту границу между "миром кота Шредингера" и "яблоком Ньютона".

Многие ученые сегодня считают, что этой границы не существует и что законы квантового мира хорошо описывают и все процессы в "макро-Вселенной". Существуют и "скептики" – еще в 1967 году известный венгерский физик Юджин Вигнер (Eugene Wigner) придумал мысленный эксперимент, так называемый "парадокс друга", который впервые указал на принципиальную ограниченность квантовой механики.

Ренато Реннер (Renato Renner) и Даниэла Фраухигер (Daniela Frauchiger) из Федерального технологического института Швейцарии в Цюрихе расширили идеи Вигнера и использовали  их для проверки того, можно ли использовать квантовую физику для описания процессов в макро-Вселенной.

В их мысленном эксперименте участвует не одна, а сразу несколько пар наблюдателей, одна из которых проводит квантовый эксперимент, а их "друзья" пытаются угадать результаты этих замеров, зная одно из начальных условий опытов. Для этого они создают "копии" первых экспериментаторов и их установок в своих лабораториях и производят свои собственные замеры над ними.

Описав все их взаимодействия при помощи формул, построенных по правилам квантовой механики, ученые проанализировали то, какие результаты получат подобные пары "экспериментаторов".

Оказалось, что подобные наблюдатели будут всегда приходить к противоположным выводам, наблюдая за одним и тем же процессом или объектом макромира, если они будут использовать для описания своих экспериментов принципы квантовой механики. Это, в свою очередь, говорит о том, что квантовую физику в ее текущем виде действительно нельзя применять для описания макроскопических процессов и работы всей Вселенной в целом.

Все эти выкладки, как отмечают исследователи, можно будет проверить в будущем, когда будут созданы первые универсальные квантовые компьютеры. Подобные вычислительные системы, как отмечают Реннер и Фраухигер, возьмут на себя роль подобных экспериментаторов и позволят ученым на практике узнать, действительно ли квантовая физика имеет такие ограничения.

Источник

Британские физики создают "невозможный двигатель" по заказу армии США

Британские физики разрабатывают аналог "невозможного двигателя" EmDrive, работая в рамках гранта, выделенного Управлением перспективных исследовательских проектов Минобороны США (DARPA). Об этом сообщает университет Плимута.

"Если наши идеи будут полностью реализованы, то тогда для запуска спутников нам больше не потребуется топлива. По сути, любой космический корабль сможет двигаться в космосе, если у него будет источник тока. Межзвездные полеты будут открыты для человечества", — заявил Майкл Маккаллох (Michael McCulloch) из университета Плимута (Великобритания).

В 2001 году американский инженер-авиаконструктор Роджер Шоер заявил о создании двигателя EmDrive, который, как тогда заявили и как сегодня продолжают считать его оппоненты, нарушает все известные законы физики.

Это устройство представляет собой коническую камеру-резонатор, к которой подключен мощный магнетрон – источник микроволнового излучения. При определенной геометрии этого конуса, данное устройство будет загадочным образом двигаться в сторону узкой его части с крайне малой, но тягой, если внутри конуса будут "гулять" микроволны.

Подобное поведение EmDrive почти все ученые посчитали невозможным с точки зрения законов физики. Несколько лет назад Маккаллох и его коллеги предложили "реалистичное" объяснение этому "чудо-двигателю", связав его работу с другой противоречивой вещью – так называемым эффектом Унру. 

Этот феномен был открыт американским физиком Уильямом Унру (William Unruh) в конце 1970 годов. Он представляет собой объяснение того, почему существует сила инерции, и предположение, что она имеет некую "дискретную" природу, связанную с квантовыми свойствами вакуума.

Унру показал, что предмет, движущийся с ускорением, начинает по-особому взаимодействовать с вакуумом или другой средой, через которую он движется – если говорить просто, то окружающее пространство становится "теплее" для него. Это тепло, или излучение Унру, "давит" на движущееся тело и заставляет его снижать скорость.

В двигателе Шоера, как считает Маккаллох, данное тепло будет по-разному взаимодействовать с фотонами микроволнового излучения, отражающимися от узких и широких стенок конуса, если фотоны обладают инерциальной массой и скорость света может меняться внутри резонатора. Оба этих предположения крайне противоречивы с точки зрения физики. 

Несмотря на это, идеи Маккаллоха привлекли внимание чиновников из агентства DARPA, и недавно агентство выделило 1,4 миллиона долларов на строгую математическую и практическую проверку теорий британского исследователя.

Плимутский физик и его единомышленники из Испании и Германии создадут полную компьютерную модель, описывающую работу этого двигателя, и затем создадут его прототипы для оценки ого, может ли он действительно вырабатывать силу тяги. Первые результаты они ожидают получить в ближайшие 1,5 года.

Источник

Физики не нашли следов других измерений в гравитационных волнах

Наблюдения за последствиями слияния двух пульсаров помогли ученым найти первые надежные намеки на то, что гравитационные волны распространяются в четырехмерном пространстве, и что "лишние" измерения отсутствуют. Их выводы были представлены в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

"Существуют десятки альтернативных теорий, дополняющих теорию относительности и объясняющих природу темной материи и темной энергии, включающие в себя дополнительные измерения. Если они существуют, то они могут взаимодействовать с гравитационными волнами и ослаблять их", — объясняет Мая Фишбах (Maya Fishbach) из университета Чикаго (США).

Калейдоскоп Вселенной

Сегодня у ученых нет единого мнения о том, является наша Вселенная четырехмерной или в ней гораздо больше измерений, часть из которых мы не видим по разным причинам. Существование этих измерений, как надеются физики, поможет "примирить" теорию относительности и квантовую физику и создать теорию квантовой гравитации, объясняющую, что происходит внутри черных дыр.

К примеру, теория суперструн постулирует, что Вселенная изначально родилась десятимерной и обладала одним временным и девятью пространственными измерениями. Часть сторонников этой теории считают, что "лишние" шесть измерений схлопнулись и замкнулись сами на себя. Другие физики полагают, что наша четырехмерная Вселенная является лишь частью многомерной мультивселенной (мультиверса), а остальные шесть измерений мы не можем увидеть и изучить.

Постройка и успешный запуск гравитационных детекторов LIGO и ViRGO, как отмечают Фишбах и ее коллеги, дали ученым первый шанс на проверку этих теорий, наблюдая за тем, как распространяются гравитационные и электромагнитные волны от одних и тех же объектов в космосе.

Первая реальная возможность для проведения подобных экспериментов появилась в августе прошлого года, когда обе обсерватории и десятки "обычных" телескопов зафиксировали вспышку GW170817, возникшую в далекой галактике в результате слияния двух нейтронных звезд.

Используя данные, полученные в ходе этих наблюдений, Фишбах и ее коллеги проверили несколько популярных теорий, минимально расширяющих теорию относительности Эйнштейна и предполагающих существование одного или нескольких параллельных измерений, с которыми будут взаимодействовать гравитационные волны.

Тайны мироздания

В целом, подобная "многомерная" Вселенная должна вести себя так же, как и "обычное" трехмерное мироздание. С другой стороны, гравитационные волны в ней будут затухать быстрее, чем во "вселенной Эйнштейна", так как они будут терять дополнительные порции энергии на взаимодействие с "лишними" измерениями.

Соответственно, существование подобных измерений можно проверить, если точно знать расстояние до источника гравитационных волн и то, с какой скоростью они должны затухать в трехмерном и многомерном пространстве. С предшественниками GW170817 подобную проверку провести было невозможно, так как их точное положение было неизвестно.

Вычислив расстояние до нейтронных звезд по их предсмертному световому "крику", Фишбах и ее коллеги просчитали скорость, с которой угасали гравитационные волны по мере их движения к Земле, и определили число измерений, используя два разных набора ключевых космологических констант.

И в том, и в другом случае, как отмечают космологи, их число оказалось равным или близким к четырем. Это говорит о том, что "лишние" измерения отсутствуют – мы живем в трех пространственных и в одном временном измерении, чье поведение идеально описывается теорией относительности.

Как отмечает Фишбах, эти наблюдения "закрывают" большую часть, но не все альтернативы выкладкам Эйнштейна. Детекторы LIGO и ViRGO пока не обладают достаточной чувствительностью для того, чтобы "видеть" следы параллельных миров в поляризации гравитационных волн. Их последующие обновления и замеры "закрученности" колебаний пространства-времени помогут ученым найти окончательный ответ на этот вопрос.

Источник

Обнаружена нейтронная звезда с чрезвычайно необычными окрестностями

Необычное инфракрасное излучение, обнаруженное при помощи космического телескопа Hubble («Хаббл») со стороны близлежащей нейтронной звезды, может указывать на то, что этот пульсар имеет особенности, прежде не наблюдаемые для объектов данного класса. Эти наблюдения, проведенные командой исследователей из Университета штата Пенсильвания, США, и их коллегами могут помочь астрономам глубже понять эволюцию нейтронных звезд – невероятно плотных остатков массивных звезд, взорвавшихся как сверхновые.

В этом исследовании астрономы во главе с Бетиной Посселт (Bettina Posselt), адъюнкт-профессором астрономии и астрофизики Университета штата Пенсильвания, наблюдали окрестности нейтронной звезды под названием RX J0806.4-4123 радиусом порядка 200 астрономических единиц (1 а.е. равна среднему расстоянию от Земли до Солнца).

Эти наблюдения позволили впервые обнаружить рассеянное излучение, идущее из окрестностей нейтронной звезды и наблюдаемое только в ИК-диапазоне. Исследователи предлагают две версии для объяснения происхождения этого рассеянного излучения, наблюдаемого при помощи «Хаббла». Согласно первой версии, излучать может диск, сформировавшийся в результате взаимодействия нейтронной звезды с материалом, оставшимся в ее окрестностях после взрыва сверхновой, сформировавшей эту нейтронную звезду. В случае, если эта схема для наблюдаемого случая получит подтверждение, это приведет к изменению нашего понимания эволюции нейтронных звезд, прокомментировали авторы.

Вторая гипотеза связана с представлением о так называемой «туманности пульсарного ветра», которая формируется, когда нейтронная звезда движется сквозь окружающее ее межзвездное вещество со скоростью, превышающей скорость звука. В этом случае в газе формируется ударная волна, и частицы газа начинают испускать синхротронное излучение, которое приводит к появлению наблюдаемого в исследовании ИК-излучения. Обычно туманности пульсарного ветра наблюдаются в рентгеновском диапазоне, поэтому обнаружение туманности пульсарного ветра с максимумом излучения в ИК части спектра представляется очень необычным и интересным случаем, пояснили члены команды.

Исследование опубликовано в журнале Astrophysical Journal.

Источник

Астрономы уточняют границу, разделяющую звезды и коричневые карлики

Условная линия, которая отделяет звезды от коричневых карликов, скоро может стать более четкой, благодаря новой работе, проведенной астрономом из Института Карнеги, США, Сержем Дитрихом (Serge Dieterich) вместе с коллегами. Согласно этому исследованию, коричневые карлики могут быть более массивными, чем считалось ранее.

Чтобы ярко светить, звездам необходима энергия, производимая в процессах термоядерного горения водорода глубоко в их недрах. Если звезды имеют недостаточную массу, термоядерный синтез в их недрах не происходит, поэтому со временем такой объект остывает, темнеет и превращается в то, что мы привыкли называть коричневым карликом.

«Четкое отделение звезд от коричневых карликов, исходя из массы, позволит нам глубже понять процессы формирования и эволюции звезд, а также выяснить, могут ли эти звезды иметь потенциально обитаемые планеты в своих системах», - объяснил Дитрих.

Дитрих и его коллеги в своей работе продемонстрировали, что коричневые карлики могут на самом деле быть более массивными, чем считалось ранее. Современные теоретические модели предсказывают, что граница, отделяющая звезды от коричневых карликов, проходит между 70 и 73 массами Юпитера, что примерно эквивалентно 7 процентам от массы Солнца, однако исследование, проведенное командой Дитриха, ставит это представление под вопрос. Авторы наблюдали два коричневых карлика, Эпсилон Индейца B и Эпсилон Индейца C, которые являются частью системы, включающей также звезду средней яркости Эпсилон Индейца А. Эти два коричневых карлика являются слишком тусклыми, чтобы считаться звездами, однако их массы составляют соответственно 75 и 70 масс Юпитера, согласно находкам команды. Исследователи использовали в своей работе наблюдательные данные, собранные при помощи обзоров неба Carnegie Astrometric Planet Search и Cerro Tololo Inter-American Observatory Parallax Investigation.

Работа опубликована в журнале Astrophysical Journal.

Источник

В 2023 году вокруг Луны полетит японский миллиардер

Японский миллиардер посетит Луну уже в 2023 году, став первым частным туристом, когда-либо летавшим за пределы околоземной орбиты, заявил вчера исполнительный директор SpaceX Илон Маск в Хоторне, штат Калифорния.

Юсаку Маэдзава, основатель японского гиганта электронной коммерции Zozo, подписал контракт на миссию вокруг Луны на борту космического корабля SpaceX BFR. Миссия включает в себя облет вокруг Луны, без посадки на поверхности, может быть готова к запуску всего за пять лет, сказал Маск.

«С детства я любил Луну», - сказал Маэдзава. «Простой взгляд на Луну подпитывал мое воображение. Она всегда была и будет продолжать вдохновлять человечество. Именно поэтому я не упускаю эту возможность, чтобы увидеть Луну вблизи».

Ни Маск, ни Маэдзава не сообщили о стоимости полета, но оба сказали, что Маэдзава уже сделал существенный авансовый платеж.

Исполнительный директор SpaceX также подчеркнул, что миссия, детали которой еще предстоит решить, будет опасна. Он поблагодарил Маэдзаву за его храбрость.

Источник

Исследователи Марса смогут жить в «Иглу» возле северного полюса

Новое исследование предполагает, что будущие исследователи Марса смогут жить в подобной иглу структуре вблизи северного полюса планеты. Здесь они смогут максимально использовать богатый солнечной энергией сезон.

Марсианские полюса известны среди ученых своими слоистыми отложениями льда и пыли, а также содержанием перхлората. Перхлорат обычно используется в качестве ракетного топлива.

Согласно новой концепции «Марс-форпост», которая была изложена исследователями в Федеральной политехнической школе Швейцарии в Лозанне (известная по ее французскому сокращению EPFL), планируется, что первоначально база будет использоваться на протяжении 288-дневного периода. В это время северный полюс постоянно освещен солнечным светом.

Застройщик предлагает сделать купол из полиэтиленового волокна, а затем покрытого слоем льда толщиной около 3х метров - по аналогии с иглу.

Под куполом планируется размещение центрального пространства с жилой зоной и три капсулы, которые служили бы воздушными шлюзами с внешним миром. Поскольку купол будет накрывать все эти зоны, он также защитит будущих исследователей Марса и от радиации, и ударов микрометеоритов, а также сохранит постоянное внутреннее атмосферное давление и температуру.

«Полюсы могут создавать большие проблемы в начале заселения, но они будут служить лучшим местом на длительный срок, поскольку содержат природные ресурсы, которые мы сможем использовать», - говорит ведущий автор Энн-Марлен Рюде (Anne-Marlene Rüede), студентка, занимающаяся вопросами космической техники в EPFL, говорится в заявлении EFPL.

«Мы хотели разработать стратегию, основанную на будущих технологиях, чтобы через 20 лет астронавты смогли выполнить эту космическую миссию», - добавила она.

Источник

Ближайшая к Земле экзопланета может оказаться обитаемой

В августе 2016 г. астрономы из Европейской южной обсерватории подтвердили существование землеподобной планеты, обращающейся вокруг Проксимы Центавра – ближайшей к нашей планетной системе звезды. Кроме того, они подтвердили, что эта планета (Проксима b) движется в обитаемой зоне звезды. С тех пор было проведено множество исследований, направленных на выявление потенциальной обитаемости планеты Проксима b.

К сожалению, большинство из этих исследований показали, что планета, скорее, является безжизненной, чем обитаемой. Например, многие исследования указывали на то, что родительская звезда планеты Проксима демонстрирует слишком высокую активность, выражающуюся в числе и интенсивности вспышек, для удержания планетой атмосферы и существования жидкой воды на ее поверхности. Однако в новом исследовании, возглавляемом учеными из НАСА, утверждается, что на самом деле существует множество сценариев, при реализации которых планета Проксима b оказывается обитаемой.

В этом исследовании, проведенном научным коллективом под руководством Энтони Д. дель Джинио (Anthony D. Del Genio) из Института исследований космоса им. Годдарда НАСА, США, моделируются при помощи специального климатического программного обеспечения сценарии, в которых планета Проксима b становится потенциально обитаемой. К таким сценариям относятся, например, сценарий с миграцией планеты с окраин планетной системы, где она находилась в то время, пока родительская звезда испытывала мощные вспышки, в ближайшие окрестности светила, или возможность того, что планета имела изначально огромное количество воды, а затем потеряла до 90 процентов от ее первоначального объема под действием мощной радиации звезды, но, тем не менее, сохранила достаточное количество воды для поддержания жизни. Важной особенностью этого исследования является то, что при расчетах используется модель динамического океана, то есть океана, в котором тепло переносится от одного места к другому с теплыми и холодными течениями – и эта модель позволила расширить круг сценариев, в которых планета оказывается обитаемой. Рассмотрение этих сценариев показывает, что Проксима b – а также другие экзопланеты, обращающиеся вокруг карликов спектрального класса М – могут оказаться обитаемыми, даже несмотря на высокую активность родительских звезд, пояснили Джинио и его коллеги.

Источник

Имитация земной гравитации поможет решить проблемы со зрением астронавтов с МКС

Ученый из Университета штата Флорида, США, открыл то, что может помочь решить проблему, с которой сталкиваются многие астронавты – изменения зрения, происходящие в результате космических полетов. Майкл Делп (Michael Delp), декан Колледжа гуманитарных наук Университета штата Флорида, США, совместно с коллегами ставил эксперименты на лабораторных мышах, находящихся на борту Международной космической станции (МКС). Исследователи обнаружили, что сосуды кровеносной системы, играющие большую роль в регуляции внутриглазного давления у мышей, были повреждены в результате космического полета. Кроме того, подверглись изменениям важные для зрения белки.

Однако, некоторая часть мышей на борту МКС находилась в контролируемых условиях – в условиях имитируемой земной гравитации. Эти мыши получили намного меньшие повреждения органов зрения.

Примерно 30 процентов астронавтов, совершавших кратковременные космические полеты на космических шаттлах – продолжительностью примерно две недели – и 60 процентов астронавтов, выполнявших более продолжительные миссии на борту МКС, сообщали о некотором ухудшении зрения. Исследователи всего мира, включая Делпа, пытались выяснить, какие именно из условий, включая микрогравитацию, приводят к этим ухудшениям зрительной функции.

«Проблема состоит в том, что чем дольше человек находится в космосе, тем более вероятными становятся проблемы со зрением, - сказал Делп. – У некоторых астронавтов затем зрение возвращается в норму, у других – нет. Поэтому эта проблема имеет высокий приоритет у НАСА. Применяя предлагаемое нами решение, состоящее в создании искусственной гравитации по типу земной, мы не сможем полностью устранить ухудшение зрения у астронавтов, но сможем избежать самого худшего сценария».

Исследование опубликовано в журнале International Journal of Molecular Sciences.

Источник

Альтернативная теория гравитации «спасена от смерти»

Международная группа исследователей, включающая физиков из Сент-Эндрюсского университета, Шотландия, «вернула к жизни» ранее «развенчанную» теорию гравитации, аргументируя свою позицию тем, что движение звезд внутри карликовой галактики происходит медленнее, если такая галактика расположена рядом с массивной галактикой.

В своем исследовании эта команда, возглавляемая Павлом Кроупа (Pavel Kroupa), профессором Бонского университета, Германия, и Карлова университета в Праге, Чехия, подвергла критическому анализу исследование, опубликованное ранее в журнале Nature, в котором утверждается обнаружение фактов, свидетельствующих о несостоятельности модифицированной ньютоновской динамики (modified Newtonian dynamics, MOND). Согласно этому раннему исследованию, теория MOND не может соответствовать действительности, поскольку движение звезд внутри карликовой галактики NGC1052-DF2, небольшой галактики, включающей примерно 200 миллионов звезд, оказалось слишком медленным, по сравнению с расчетами, проведенными на основе этой теории гравитации.

Теория MOND является альтернативной Общей теории относительности Эйнштейна и позволяет описать движение и взаимодействие астрономических объектов на крупных масштабах без привлечения представлений о темной материи и темной энергии, «добавляя» дополнительную гравитацию в тех местах, где гравитация является относительно слабой. Там, где гравитация является относительно сильной, например в Солнечной системе, параметры уравнений теории MOND близки к таковым для традиционной ньютоновской динамики.

В своем новом анализе Кроупа и его команда показывают, что в подвергаемой ими критике научной работе не учтено гравитационное влияние массивных объектов, находящихся в окрестностях рассматриваемой карликовой галактики, на движение звезд внутри нее. Другими словами, если карликовая галактика расположена близко к массивной галактике – что как раз имеет место в рассматриваемом случае – то движение звезд в ней будет происходить медленнее, показывают исследователи.

В заключение Кроупа сказал: «Теории MOND уже неоднократно прочили «смерть», причем соответствующие исследования публиковались даже в весьма авторитетных журналах. Однако, до сих пор ни одно из этих заявлений не выдерживало хорошо обоснованного критического анализа».

Работа Кроупы и его коллег также опубликована в журнале Nature.

Источник

Гравитационные волны помогают выяснить, есть ли у Вселенной иные измерения

Хотя сделанное в прошлом году открытие гравитационных волн, идущих со стороны сталкивающихся нейтронных звезд, было знаменательным само по себе, тем не менее, оно не добавит новых измерений к нашему пониманию Вселенной – по крайней мере, в буквальном смысле.

Астрономы из Чикагского университета, США, во главе с Крисом Пардо (Kris Pardo) не нашли свидетельств существования дополнительных пространственных измерений, исходя из этих гравитационно-волновых данных.

Общая теория относительности (ОТО) Эйнштейна хорошо объясняет движение и взаимодействие объектов Солнечной системы, однако при переходе к более крупномасштабным структурам Вселенной в нашем понимании гравитации начинают появляться серьезные проблемы. Две основных таких проблемы – это темная материя, невидимая субстанция, наполняющая Вселенную и «снабжающая» ее дополнительной массой, и темная энергия, таинственная сила, вызывающая ускоряющееся с течением времени расширение Вселенной.

Для объяснения темной материи и темной энергии предложено большое число различных гипотез, альтернативных ОТО и начинающихся с представлений о дополнительных измерениях. Одна из таких гипотез гласит, что на больших дистанциях гравитация «утекает» в дополнительные измерения. В результате гравитация ослабляется, и это может объяснить несоответствия наблюдательных данных с ОТО.

Всплеск гравитационных волн со стороны сталкивающихся нейтронных звезд, зафиксированный обсерваторией LIGO утром 17 августа 2017 г., позволил команде Пардо проверить эту гипотезу. В отличие от столкновений черных дыр, не сопровождающихся электромагнитным излучением, столкновение нейтронных звезд можно наблюдать при помощи обычных средств наблюдения, таких как гамма-, рентгеновские, радио-, оптические и ИК-телескопы. Если гравитация «утекает» в дополнительные измерения, зафиксированный гравитационно-волновой сигнал окажется слабее, чем ожидается, исходя из наблюдаемого электромагнитного излучения со стороны сталкивающихся нейтронных звезд. Проведенный командой Пардо анализ показал, что такого ослабления гравитации в случае события столкновения нейтронных звезд, произошедшего 17 августа 2017 г., не наблюдалось, следовательно, гипотеза о существовании у Вселенной дополнительных измерений на основе этих данных подтверждения не получает, делают выводы авторы работы.

Исследование опубликовано в журнале Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

Источник

SpaceX запустит пассажира вокруг Луны

Частный пассажир оплатил поездку вокруг Луны на борту космического корабля SpaceX BFR. Об этом объявили представители компании через свой Twitter вечером 13 сентября 2018 года. Основатель и исполнительный директор SpaceX Илон Маск озвучит все подробности в понедельник (17 сентября) во время трансляции, которая начнется в 9 вечера по восточному времени (01:00 GMT 18 сентября).

Маск, возможно, уже дал подсказку о личности частного исследователя космоса. Кто-то в Твиттере спросил Маска, о личности пассажира, на что предприниматель ответил, рисуя в этот момент флаг Японии.

Даже без той таинственности, с которой SpaceX подписал контракт на «лунное путешествие», похоже, что это будет эпический полет.

«Всего 24 человека были на поверхности Луны за нашу историю», - пишет SpaceX в последующей записи в Twitter. «Никто не посетил ее со времени последней миссии Аполлона в 1972 году». Последняя лунная миссия НАСА была Аполлон-17, которая отправила астронавтов Харрисон Шмитт, Юджин Сернан, Роналд Эванс на Луну в декабре 1972 года. Сернан и Шмитт высадились на Луну, пока Эванс оставался на орбите.

SpaceX объявила в феврале 2017 года, что два человека подписались на недельный полет вокруг луны, который должен был стартовать до конца 2018 года. Эта миссия состояла в том, чтобы использовать капсулу экипажа SpaceX и ракет Falcon Heavy. Если бы SpaceX следовал этому плану, он мог бы вернуть людей на орбиту Луну в 50-летнюю годовщину миссии NASA Аполлон-8 вокруг Луны в декабре 1968 года.

Но в июне газета Wall Street Journal сообщила, что полет сдвигается на 2019 год. Представители SpaceX сообщили журналу, что такая миссия осталась в планах компании, но не выдерживает временные рамки. Предположительно в понедельник мы узнаем, что пассажир является одним из людей, которые подписались на первоначальный рейс Dragon-Falcon Heavy.

BFR - сокращенно «Big Falcon Rocket», все еще находится в разработке. Основная задача BFR - помочь отправить поселенцев на красную планету - вот главная причина того, что Маск основал SpaceX еще в 2002 году.

Источник

Астрономы выясняют, почему в некоторых галактиках прекращается звездообразование

Галактики, подобные нашему Млечному пути, являются «фабриками», формирующими новые звезды из молекулярного водорода, однако в некоторых галактиках звездообразования не происходит вовсе. В новом исследовании ученые ищут ответ на вопрос о механизмах прекращения звездообразования в некоторых галактиках Вселенной.

Наиболее вероятным механизмом прекращения звездообразования в галактиках принято считать выдувание холодного молекулярного газа из галактики под действием мощных «ветров», создаваемых при падении материала на центральную сверхмассивную черную дыру галактики – или, так называемое активное ядро галактики. Однако в новом исследовании команда астрономов, возглавляемая Дж.И. Гичем (J. E. Geach), обратила внимание на случай галактик, в которых наблюдается прекращение звездообразования, однако не присутствует активного ядра. Какие же силы заставляют газ покидать эти галактики, которые были впервые открыты командой в 2007 г. и расположены на расстоянии более 6 миллиардов световых лет от Земли?

В своем исследовании, опираясь на новые снимки этих галактик, полученные при помощи космического телескопа НАСА Hubble («Хаббл»), Гич и его команда выяснили, что наиболее вероятным механизмом прекращения звездообразования в изучаемых галактиках является выдувание из галактик газа под действием одного лишь звездного света, без участия ветров, формируемых при падении материала на сверхмассивную черную дыру. Специфика изучаемых в данной работе галактик состоит в том, что они образовались в результате столкновения нескольких галактик и являются очень компактными – основная часть их массы сосредоточена в области пространства размером не более 1000 световых лет (в то время как размер Млечного пути примерно в 100 раз больше) – поэтому плотность звездного света в них выше, и давление этого света оказывается достаточным для выталкивания звездообразовательного материала из этих галактик, указывают Гич и его коллеги.

Эти новые сведения могут помочь скорректировать текущие модели прекращения звездообразования в галактиках, пояснили авторы.

Исследование вышло в журнале Astrophysical Journal.

Источник

Астрономы наблюдают рождение новой звезды в результате звездного взрыва

Взрывы звезд, также известные как сверхновые, являются настолько яркими, что они могут превзойти по яркости всю родительскую галактику целиком. Сверхновые затухают в течение нескольких месяцев или лет, а иногда газовые потоки, формируемые при взрыве, врезаются в окружающие сверхновую облака газа, богатого водородом, и яркость источника вновь возрастает – однако вопрос состоит в том, могут ли такие источники поддерживать свою светимость на высоком уровне без дополнительного внешнего источника энергии?

Именно такой случай наблюдал ассистент-профессор физики и астрономии Университета Пердью, США, Дэн Милисавлевич (Dan Milisavljevic), взглянув на остатки сверхновой SN 2012au через 6 лет после взрыва.

«Мы ни разу не видели, чтобы через столько лет после взрыва этого типа остатки сверхновой оставались видимыми, если не имеет место взаимодействие с водородными оболочками, сброшенными звездой перед взрывом, - сказал он. – Однако в собранных наблюдательных данных мы не видим характерного максимума в распределении света по спектру, соответствующего водороду – то есть, источником энергии является что-то другое».

При взрывах крупных звезд их недра коллапсируют, и вместо атомов в составе вещества остаются только нейтроны. Если образовавшаяся нейтронная звезда имеет магнитное поле и вращается очень быстро, то она может сформировать так называемую «туманность пульсарного ветра».

Именно такой случай имел место для остатков сверхновой SN 2012au, считает Милисавлевич.

Исследование опубликовано в журнале Astrophysical Journal Letters.

Источник