Новости науки

Найдено решение полувековой загадки физики

Ученые Массачусетского технологического института придумали способ, с помощью которого сухую длинную макаронину можно сломать на две части. Как правило, она ломается на три или более частей, и в 2005 году физики объяснили, почему так происходит. Об этом сообщается в пресс-релизе на Phys.org.

Впервые внимание на загадку спагетти обратил физик Ричард Фейнман в середине XX века, который пытался выяснить, как сделать так, чтобы макаронины при сгибании разделялись на две равные части. Позднее французские ученые, получившие за свою работу Шнобелевскую премию, пришли к выводу, что спагетти и любые другие тонкие стержни ломаются посередине, при этом возникает волна деформации, которая нарушает целостность стержня в другой его части. Однако оставалось неизвестным, что нужно сделать, чтобы макаронины ломались пополам.

Согласно новой научной работе, это произойдет только при специфической деформации стержня. Ученые создали машину, которая скручивала спагетти различной толщины и ломала их пополам. В большинстве случаев макаронины разделялись на две равные части. При этом спагетти нужно скручивать на 270 градусов и сгибать со скоростью три миллиметра в секунду.

Источник

Российские физики создали "радужные" наночастицы для компьютеров будущего

Российские и зарубежные ученые создали новый тип наночастиц, спектром которых можно свободно управлять уже после изготовления. Описание частиц и итоги опытов представлены в журнале Nano Letters.

"Результаты наших опытов интересны не только для создания фотонных чипов. Перестройку спектра излучения массива наночастиц можно использовать, например, для определения концентрации паров соляной кислоты и других галогенидов водорода в окружающей среде", — отмечает Екатерина Тигунцева, аспирант Университета ИТМО в Санкт-Петербурге, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Свет и другие типы электромагнитных волн переносят информацию гораздо эффективнее и быстрее, чем электрические сигналы. Поэтому большинство современных систем связи основаны на оптоволокне и различных лазерных излучателях. Ученые давно пытаются заменить транзисторы и металлические дорожки в чипах световыми аналогами, однако пока это не удается, потому что движением света очень сложно управлять.

Эту задачу могут решить наночастицы, способные поглощать один тип частиц света и излучать другие виды световых волн. За последние годы физики создали сотни подобных излучателей, эффективно конвертирующих один тип фотонов в другой.

Однако у них есть общий недостаток — свойства частиц задаются при изготовлении, и их фактически нельзя изменить. Это мешает применять подобные наночастицы в качестве наноантенн и других компонентов световых компьютеров будущего.

Тигунцева и ее коллеги нашли решение этой проблемы, экспериментируя с так называемыми перовскитами — полупроводниковыми материалами с довольно необычными свойствами и структурой. Они хорошо поглощают свет и превращают его в другие формы энергии.

Во время опытов с антеннами из перовскитов ученые обратили внимание на то, что свойства излучаемого ими света сильно зависят от того, как много в наночастицах ионов галогенов — хлора, брома или йода.

Это натолкнуло физиков на мысль, что поведением наночастиц можно управлять, если изменить количество этих ионов на их поверхности. Для этого необязательно физически менять структуру перовскитов — достаточно поместить их в среду, насыщенную парами соляной кислоты, бромоводорода или йодоводорода.

Их молекулы начнут взаимодействовать с перовскитами и заставят частицу изменить характер свечения. Соответственно, меняя концентрацию паров, можно заставить нанообъекты светиться всеми цветами радуги, что выгодно отличает их от других подобных наноструктур.

Как показали дальнейшие опыты Тигунцевой и ее коллег, такая настройка наночастиц не вызывает необратимых изменений в их структуре и работе. Все модификации в свечении можно удалить, обработав наноантенны парами вещества с противоположными свойствами.

Все это, как отмечают физики, позволяет создавать сложные фотонные чипы, работающие с разными видами света при помощи лишь одного типа антенн, свойства которых будут запрограммированы на заводе или даже будут меняться в ходе эксплуатации компьютера. Аналогичным образом можно создавать датчики, распознающие присутствие соединений галогенов в воздухе.

Источник

Ученые впервые наблюдают корональный выброс массы для звезды, отличной от Солнца

Команда исследователей, возглавляемая Констанцей Арджироффи (Costanza Argiroffi), астрономом из Университета Палермо, Италия, обнаружила признаки, указывающие на корональный выброс массы со стороны звезды, отличной от нашего Солнца – что наблюдается впервые в истории наблюдений космоса.

Корональный выброс массы происходит, когда звезда испускает сгусток плазмы и заряженных частиц из короны в окружающее космическое пространство. Для нашего Солнца эти события довольно часто сопровождаются солнечными вспышками. В этом новом исследовании астрономы смогли зарегистрировать корональный выброс массы со стороны крупной звезды (массой примерно в три массы нашего Солнца) под названием HR 9024 – находящейся на расстоянии примерно 450 световых лет от Земли.

Исследователи изучали данные, собранные при помощи рентгеновской обсерватории НАСА Chandra («Чандра») около десяти лет назад, и наткнулись в ходе анализа на признаки, указывающие на корональный выброс массы. Далее авторы сообщают, что они анализировали изменения длины волны рентгеновского излучения (допплеровские смещения), испускаемого звездой, чтобы глубже понять свойства материала короны, когда заметили потоки вещества, движущиеся в направлении от звезды после затухания вспышки. Исследователи также сообщают об обнаружении материала, движущегося туда-обратно вдоль петли, выдающейся из поверхности звезды. Сообщается, что масса этого материала составляет примерно 10^18 килограммов, что хорошо согласуется с ожидаемым в соответствии с моделями количеством. Кинетическая энергия материала достаточно низкая, поэтому он вряд ли сможет покинуть окрестности звезды, отмечают Арджироффи и ее группа. Мощное магнитное поле крупной звезды не дает материалу, извергнутому в ходе коронального выброса массы, отправиться далеко в космос и достигнуть таких космических объектов, как, например, экзопланеты, находящиеся в системе звезды. Поэтому шанс встретить обитаемую планету в системах крупных звезд может оказаться выше, чем предполагалось, делают вывод авторы.

Исследование опубликовано в журнале Astrophysical Journal.

Источник

Обнаружен природный антигравитационный двигатель

Группа физиков Колумбийского университета (США) предположила, что квазичастицы фононы (кванты звуковых волн) имеют отрицательную массу. В присутствии внешнего гравитационного поля они должны двигаться снизу вверх. Ранее считалось, что фононы не имеют никакой массы. Об этом сообщается в препринте, опубликованном в репозитории arXiv.org.

Фонон представляет собой коллективное возбуждение атомов кристаллов или плотных жидкостей. Его можно математически описать как частицу, на которую распространяются квантово-механические свойства.

Традиционно считалось, что на звуковые волны гравитационные силы не оказывают никакого влияния. Однако экспериментально было показано, что в присутствии гравитационного поля Земли фононы в сверхтекучих жидкостях не распространяются вдоль прямых горизонтальных линий, а изгибаются вверх.

Хотя результаты эксперимента можно объяснить, не прибегая к понятию отрицательной массы, в новой работе физики предполагают, что фононы формируют собственное крошечное гравитационное поле. Оно перемещается вместе с квазичастицами, и последние, таким образом, приобретают отрицательную массу. Это явление зависит от плотности среды, давления внутри нее и скорости распространения звуковых волн, поэтому возникает не только в сверхтекучих жидкостях, но и в обычных условиях.

Источник

Физики создали аналог материи "мертвой звезды" в лаборатории

Физики из США создали миниатюрный аналог материи нейтронных звезд на ускорителе частиц CEBAF, что помогло им понять, какую роль играют протоны внутри этих сверхплотных объектов. Их выводы были представлены в журнале Nature.

"Мы взяли ядро с одинаковым числом протонов и нейтронов и проследили за тем, как поменяется поведение первых при добавлении большого числа вторых частиц. Конечно, это не полная копия того, что происходит в недрах нейтронных звезд, но, тем не менее, нам удалось уловить главные тренды и раскрыть некоторые секреты их работы", — рассказывает Ор Эн (Or Hen) из Массачусетского технологического института (США).

Нейтронные звезды представляют собой "выгоревшие" останки достаточно крупных звезд, чья жизнь завершилась в ходе мощнейшей вспышки сверхновой. Ядро светила, завершившего свою жизнь подобным образом, сжимается до "шарика" размером с крупный город на Земле, материя в котором сжата до такой степени, что электроны сливаются с протонами в ядрах атомов, и все останки звезды превращаются в гигантский комок нейтронов.

Что на самом деле представляют собой нейтронные звезды, как они выглядят изнутри и из каких слоев они состоят, является предметом ожесточенных дискуссий среди астрофизиков и физиков. К примеру, часть ученых считает, что недра нейтронных звезд могут содержать в себе экзотическую "кварковую жидкость", а другие исследователи полагают, что далеко не все протоны "погибают" при их формировании – "выживает" около 5-10% частиц.

Эти протоны, в свою очередь, играют важную роль в охлаждении поверхности нейтронной звезды, выступая в качестве своеобразных "фабрик" нейтрино, уносящих излишки тепла и энергии в открытый космос.

Эн и его коллеги, участвовавшие в коллаборации CLAS, выяснили, как они ведут себя внутри нейтронных звезд, наблюдая за тем, как электроны выбивали одиночные протоны и нейтроны из атомов дейтерия, углерода-12 и других элементов с равным числом этих частиц – алюминия-26 и железа-52.

В отличие от БАК и других современных ускорителей частиц, ускоритель CEBAF, на котором проводились эти опыты в 1998-2012 годах, записывал не только важные данные, но и все события, которые происходили внутри него. Это помогло ученым использовать его не только для наблюдений за структурой ядра атомов, чем они изначально занимались, но и моделирования недр нейтронных звезд.

Как объясняет Эн, когда электрон сталкивается с ядром этих трех элементов, возможно три варианта развития событий. Он или сольется с одним из протонов и превратится в нейтрон, или же выбьет один из нуклонов, или просто пролетит сквозь него. Изучая свойства пар нейтронов и протонов, "сбегающих" из этих ядер, ученые пытались понять, как устроены ядра этих элементов и как частицы движутся внутри них. 

Анализируя эти данные и сравнив их с тем, что происходит внутри ядра свинца, богатых нейтронами, физики натолкнулись на необычный феномен. Оказалось, что уменьшение числа протонов и добавление новых нейтронов почти не меняло свойства последних частиц, но при этом заставляло протоны двигаться быстрее.

Такие протоны, по словам Эна, будут активнее взаимодействовать с нейтронами и сильнее влиять на общее поведение недр "мертвых" звезд, чем сейчас предполагают ученые. Проверка этой теории станет возможной, если астрономам удастся проследить за слиянием нейтронных звезд в нашей галактике.

"Плотность, соотношение массы и размеров нейтронной звезды, а также скорость ее охлаждения будут влиять на то, как происходят эти слияния. Наше открытие заставляет нас заново задуматься о том, как ведут себя нейтронные звезды, чьи слияния породили большую часть элементов тяжелее железа, в том числе и золото", — заключает физик.

Источник

Ученые находят большое количество черных дыр промежуточных масс

Этот снимок демонстрирует данные, полученные в результате обширной наблюдательной кампании, включающей рентгеновскую обсерваторию НАСА Chandra ("Чандра"). Эти данные, собранные при помощи "Чандры", ясно указывают на существование так называемых "черных дыр промежуточных масс". Вместе с результатами отдельного исследования, в котором также используются данные, собранные при помощи "Чандры", эти результаты позволяют астрономам глубже понять процессы формирования крупнейших черных дыр Вселенной.

Обзор неба COSMOS ("cosmic evolution survey") Legacy Survey объединяет научные данные, собранные при помощи одного из крупнейших в мире телескопов по всему электромагнитному спектру. Этот снимок содержит данные, полученные при помощи обсерватории Chandra в рамках этого обзора неба и эквивалентные примерно 4,6 миллиона секунд наблюдательного времени.

Цвета на этом снимке представляют различные уровни энергии рентгеновского излучения, зарегистрированного при помощи "Чандры". Наиболее низкий энергетический уровень представлен в красном цвете, средняя полоса - в зеленом, наиболее высокоэнергетическое рентгеновское излучение - в голубом. Большая часть цветных точек на этом снимке представляет черные дыры. Данные, собранные при помощи космической обсерватории Spitzer ("Спитцер"), представлены в сером цвете.

В двух новых исследованиях, проведенных с использованием данных, собранных в рамках обзора неба COSMOS-Legacy survey, были независимо получены результаты, подтверждающие существование большого числа черных дыр промежуточных масс, редких объектов, занимающих промежуточное положение между черными дырами звездных масс и сверхмассивными черными дырами, обнаруживаемыми в сердцах массивных галактик.

В одном из этих исследований идентифицировано 40 растущих черных дыр в карликовых галактиках, расположенных на расстоянии от 5 до 10,9 миллиарда световых лет от Земли. Большинство из этих объектов представляют собой черные дыры промежуточных масс и имеют массы от 10000 до 100000 масс Солнца.

Вторая команда независимо от первой наблюдала возможные черные дыры промежуточных масс в галактиках, расположенных ближе к нам - на расстоянии не более 2,8 миллиарда световых лет от нашей Галактики. Ученые обнаружили 305 галактик с черными дырами массой менее 300000 масс Солнца.

Первое из этих исследований опубликовано в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society; главный автор Мар Мецкуа (Mar Mezcua). Вторая работа увидела свет в журнале Astrophysical Journal; ее главный автор Игорь Чилингарян (Igor Chilingarian).

Источник

Ученые объяснили видимое отсутствие воды на экстремально горячих планетах

Недавние наблюдения экстремально горячих планет, подобных Юпитеру, проведенные при помощи космических телескопов НАСА Hubble («Хаббл») и Spitzer («Спитцер»), вызвали у ученых ряд вопросов. Спектры этих планет указывали на то, что планеты имеют экзотический – и даже маловероятный – состав.

Проведенные ранее наблюдения показали, что в спектрах некоторых горячих юпитеров, крупных газовых планет, расположенных очень близко к родительской звезде, отсутствует сигнал, соответствующий молекулам воды, в то время как в похожих планетах, имеющих более низкую температуру, этот сигнал был неоднократно зарегистрирован. Для объяснения этого удивительного феномена предлагались разные гипотезы, включая гипотезу, согласно которой горячие юпитеры с экстремально высокими температурами атмосферы формировались с очень высокими уровнями углерода вместо кислорода. Однако это предположение не объясняло следовые количества воды, обнаруживаемой иногда на границе между дневной и ночной сторонами таких планет.

В новом исследовании группа ученых во главе с Вивьеном Парментье (Vivien Parmentier) из Университета Экс-Марсель, Франция, построив компьютерную модель физических процессов, протекающих в атмосферах горячих юпитеров с экстремально высокими температурами атмосферы, смогла объяснить видимое отсутствие сигнала воды в спектрах этих планет. Эта модель базируется в основном на наблюдениях и анализе, проведенных в трех недавних исследованиях, авторами которых являются члены команды Парментье, для трех горячих юпитеров с экстремально высокими температурами атмосферы - WASP-103b, WASP-18b и HAT-P-7b. Согласно авторам, высокие температуры дневной стороны планеты (от 2000 до 3000 градусов Цельсия) не дают атомам кислорода и водорода соединиться в молекулу, поэтому сигнал, соответствующий парам воды в атмосфере планеты, на дневной стороне отсутствует. Однако на ночной стороне планеты, где температуры подчас вдвое ниже, водород и кислород соединяются с образованием молекулы воды, которая вновь расщепляется, оказавшись на дневной стороне, поясняют исследователи.

Работа опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics.

Источник

Новое исследование поможет раскрыть тайну цветных полос Юпитера

Ученые из Австралии и США помогли разрешить загадку разноцветных полос Юпитера в новом исследовании, посвященном взаимодействию атмосферы с магнитными полями.

Юпитер является крупнейшей планетой Солнечной системы. В отличие от Земли Юпитер не имеет твердой поверхности – он представляет собой газовую планету, состоящую в основном из водорода и гелия.

В атмосфере Юпитера движутся с запада на восток несколько мощных струйных течений, которые в некотором роде подобны струйным течениям, наблюдаемым на Земле. Облака аммиака, находящиеся во внешних слоях атмосферы Юпитера, увлекаются этими струйными течениями, формируя цветные полосы, имеющие белый, красный, оранжевый, коричневый и желтый оттенки.

В новом исследовании коллектив ученых во главе с доктором Навидом Константиноу (Navid Constantinou) из Австралийского национального университета предлагает гипотезу, позволяющую объяснить, почему струйные течения в атмосфере Юпитера простираются на глубину 3000 километров, как было выяснено ранее при помощи аппарата НАСА Juno («Юнона») – и не глубже. Согласно этой гипотезе глубину проникновения струйных течений в атмосферу этого газового гиганта ограничивают мощные магнитные поля планеты.

На Земле струйные течения играют большую роль в формировании погоды. Струйные течения на нашей планете имеют волнообразную или неправильную форму, в то время как на Юпитере форма струйных течений близка к прямой линии, поскольку эти течения не встречают в атмосфере газового гиганта твердых препятствий, таких как континенты и горы, находящиеся на поверхности Земли. Поэтому Юпитер является прекрасной «лабораторией» для изучения общих закономерностей формирования струйных течений в атмосфере, пояснили авторы.

Исследование опубликовано в журнале Astrophysical Journal.

Источник

Японские астрономы открывают 44 новых внесолнечных планеты

Находки позволят скорректировать существующие модели планетных систем и могут помочь исследователям в изучении атмосфер экзопланет. Новые методы, разработанные для подтверждения этих находок, могут ускорить подтверждение внесолнечных планет-кандидатов.

Международная команда астрономов под руководством Джона Ливингстона (John Livingston) из Токийского университета, Япония, объединила данные, собранные при помощи космических телескопов Kepler («Кеплер») НАСА и Gaia («Гея») Европейского космического агентства, а также наземных лабораторий, расположенных на территории США.

Некоторые из этих находок демонстрируют уникальные характеристики: «Например, четыре из этих планет обращаются вокруг родительских звезд с периодом менее 24 часов, - говорит Ливингстон. – Другими словами, год на каждой из этих планет короче, чем день на Земле». Это свидетельствует о том, что планеты со сверхкоротким орбитальным периодом могут быть распространены во Вселенной шире, чем считалось.

«Также было очень приятно обнаружить настолько много небольших планет, - продолжил Ливингстон. – Шестнадцать планет относятся по своему размеру к тому же классу, что и Земля, причем одна из этих планет имеет экстремально малый диаметр – порядка диаметра Венеры – и ее обнаружение является удачей, поскольку этот размер близок к пределу обнаружения при помощи наших инструментов».

Исследование опубликовано в журнале Astronomical Journal.

Источник

"Хаббл" раскрыл новые странности в скорости расширения Вселенной

Орбитальные обсерватории "Хаббл" и GAIA измерили точные расстояния до звезд-"маяков" в Млечном Пути и соседних галактиках, что позволило им найти новые расхождения в скорости расширения Вселенной сегодня и во время Большого взрыва. Их выводы были представлены в Astrophysical Journal.

"Пока непонятно, с чем связаны эти расхождения — с "новой физикой", ошибками при измерениях или нехваткой данных. Тем не менее различия в замерах никуда не исчезают, и в скором времени какая-то из теорий должна выиграть, а остальные — проиграть. Если победит "новая физика", нас ожидает полное переформатирование космологии", — комментирует открытие Томас Китчинг (Thomas Kitching), космолог из Университетского колледжа Лондона (Великобритания).

Еще в 1929 году знаменитый астроном Эдвин Хаббл доказал, что наша Вселенная не стоит на месте, а постепенно расширяется, наблюдая за движением далеких галактик. В конце XX века астрофизики обнаружили, изучая сверхновые первого типа, что она расширяется не с постоянной скоростью, а с ускорением. Причиной этого, как сегодня считают ученые, является темная энергия — загадочная субстанция, заставляющая пространство-время растягиваться все быстрее.

В июне 2016-го нобелевский лауреат Адам Рисс (Adam Reiss) и его коллеги, открывшие этот феномен, определили скорость расширения Вселенной, используя переменные звезды-цефеиды в соседних галактиках, расстояние до которых можно вычислить со сверхвысокой точностью.

Такое уточнение дало крайне неожиданный результат. Оказалось, что две галактики, разделенные расстоянием примерно в три миллиона световых лет, разлетаются со скоростью около 73 километров в секунду. Подобная цифра заметно выше, чем показывают данные, полученные при помощи орбитальных телескопов WMAP и Planck: 69 километров в секунду. Ее невозможно объяснить при помощи имеющихся у нас представлений о природе темной энергии и механизме рождения Вселенной.

Эти расхождения заставили космологов задуматься о двух возможных путях объяснения данной аномалии. С одной стороны, вполне возможно, что замеры телескопа Planck или расчеты Рисса и его коллег являются ошибочными или неполными. С другой — вполне допустимо и то, что свойства темной материи или темной энергии заметно изменились за время жизни Вселенной, что могло изменить скорость ее расширения.

Рисс и его коллеги проверили свои выводы в рамках новой серии наблюдений, в ходе которых использовали не только инструменты "Хаббла", но и зонд-"звездочет" GAIA, способный сверхточно измерять расстояния до почти всех светил в Млечном Пути.

Второй телескоп помог ученым тщательно проследить за тем, насколько яркими бывают цефеиды на разных расстояниях от Земли. Это позволило убрать практически все погрешности, связанные с вычислением расстояний до "межгалактических" светил такого рода, и примерно в три раза улучшить точность определения скорости расширения Вселенной.

Новые замеры "Хаббла" показали примерно такую же цифру, как и прошлые выкладки Рисса и его коллег: около 73,56 километра в секунду. Вероятность случайной ошибки, как отмечают ученые, составляет сейчас менее 0,01%. Это говорит о том, что расхождения в скорости расширения современной и древней Вселенной действительно существуют.

Пока зонд GAIA точно измерил координаты лишь пяти дюжин цефеид, расположенных рядом с Землей и достаточно ярких для наблюдений при помощи "Хаббла" и других телескопов.

Уже в ближайшие годы их число заметно вырастет, что позволит космологам достичь отметки в 1% погрешности при измерении скорости расширения Вселенной. Когда это произойдет, ученые смогут выяснить расхождение в замерах Planck и "Хаббла" и приблизиться к пониманию того, как менялась скорость расширения Вселенной в прошлом.

Источник

Состав «органики» древних метеоритов рассказывает о ранней Солнечной системе

Происхождение органического материала, обнаруженного в составе метеоритов, которые формировались при рождении Солнечной системы 4,5 миллиарда лет назад, может также дать ключи к пониманию происхождения жизни на Земле.

Кроме того, эти результаты могут помочь астрономам изучить потенциальную обитаемость других планетных систем. Так указывается в новом исследовании, проведенном учеными из Манчестерского университета, Соединенное Королевство.

В этой новой работе, проведенной научной группой под руководством доктора Ромена Тартезе (Romain Tartèse) из Школы наук о Земле и окружающей среде Манчестерского университета, показано, что органическое вещество астероидов класса хондритов, вероятно, формировалось в результате базовых химических реакций, протекающих на начальных этапах формирования Солнечной системы.

Углеродные хондриты относятся к классу хондритов, астероидов, возраст которых близок к возрасту Солнечной системы. В своем исследовании Тартезе и его команда проанализировали изотопный состав кислорода, входящего в состав органического вещества метеоритов этого класса и установили, что отношение между тремя различными стабильными изотопами кислорода в веществе этих метеоритов близко к аналогичному отношению для вещества Солнца, астероидов и планет земной группы. Согласно авторам, это свидетельствует о том, что органический материал углеродных хондритов сформировался в результате химических реакций, протекающих в самой Солнечной системе, а не присутствовал в межзвездном веществе изначально. Кроме того, это означает, что в других планетных системах также может формироваться органическое вещество по схожим реакциям, а значит, шанс зарождения и развития жизни в иных планетных системах становится выше, по сравнению с альтернативными сценариями, добавляют авторы исследования.

Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of Averica.

Источник

Электромагнитные волны вокруг спутника Юпитера Ганимеда усилились в миллион раз

Электромагнитные волны, движущиеся вокруг Земли и называемые «хоровыми волнами», способны вызывать полярные сияния, а кроме того, они приводят к формированию высокоэнергетических «электронов-убийц», которые способны повредить космические аппараты. В новом исследования ученые описывают необычные хоровые волны, наблюдаемые вокруг иных планет Солнечной системы.

В этой работе исследователи под руководством Юрия Шприца (Yuri Shprits) из Центра имени Гельмгольца в Потсдаме (GFZ), Германия, сообщают, что интенсивность хоровых волн стала примерно в миллион раз выше в окрестностях спутника Юпитера Ганимеда и в 100 раз выше в окрестностях спутника Европы, по сравнению со средними значениями. Эти новые результаты были получены в результате систематического изучения электромагнитных волн в окрестностях Юпитера, проведенного при помощи космического аппарата Galileo («Галилео»).

Хоровые волны представляют собой особый класс радиоволн очень низкой частоты. В отличие от Земли, Ганимед и Европа движутся по орбите внутри гигантского магнитного поля Юпитера, и авторы исследования считают, что это является одним из ключевых факторов возникновения в их окрестностях настолько мощных волн. Магнитное поле Юпитера является крупнейшим в Солнечной системе, а его интенсивность превышает интенсивность магнитного поля Земли примерно в 20000 раз.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Источник

Физики из МФТИ раскрыли секреты работы "изоляторо-проводника"

Российские и зарубежные ученые впервые детально изучили то, как особые материалы, сочетающие в себе одновременно свойства и проводника, и изолятора, переходят из одного состояния в другое. Эти данные помогут ученым ускорить создание квантовых компьютеров, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Materials.

"Нам впервые удалось реализовать ситуацию, позволяющую исследовать этот феномен в чистом виде и сравнить его с теоретическими предсказаниями. Собранные нами данные будут полезны для изучения свойств высокотемпературных сверхпроводников и других электронно-коррелированных систем", — рассказывает Борис Горшунов из Московского физико-технического института в Долгопрудном, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Инженеры, ученые и обыватели давно привыкли, что все металлы и похожие на них соединения и материалы хорошо проводят ток. Это связано с тем, что внутри них присутствует большое число свободных электронов, способных "путешествовать" по толще металла, сталкиваться друг  с другом и обмениваться энергией.

В 1937 году физики выяснили, что это не всегда так, обнаружив, что оксид никеля, предположительно металлический материал, не проводил ток и был одним из самых сильных изоляторов. Практически одновременно с открытием этого необычного свойства известный британский физик Нэвилл Мотт предложил объяснение этому феномену, связав его с тем, как взаимодействуют электроны с атомами и друг с другом.

В "нормальных" металлах сила этих взаимодействий очень низкая, благодаря чему электроны могут "сбегать" от положительно заряженных ядер и участвовать в движении электричества.  В особых материалах, которые ученые сейчас называют "изоляторами Мотта", все обстоит иначе.

Благодаря их особой структуре, электроны в них распределены не равномерно и случайно, а в виде обособленных групп, отталкивающих других носителей заряда и мешающих их движению по толще материала. Многие изоляторы Мотта можно превратить в проводники, нагрев их или поместив в магнитное поле, что делает их интересными с практической точки зрения.

Как отмечают Горшунов и его коллеги, проблема заключается в том, что ученые до сих пор не полностью понимают, как именно работает этот эффект и что заставляет подобные "изоляторо-проводники" переходить из одного "лагеря" в другой. Открытие принципов их работы поможет ученым создать транзисторы с минимальными токами утечки и создать сверхпроводники, работающие при комнатной температуре.

Российские физики и их коллеги из США, стран Европы и Японии приблизились к ответу на этот вопрос, наблюдая за тем, как происходит подобный переход в нескольких изоляторах Мотта, так называемых квантовых жидкостях, изготовленных из смеси органических спиртов, серосодержащих углеводородов, сурьмы, серебра, меди и цианида.

В отличие от других материалов подобного рода, магнитные свойства квантовых жидкостей не мешают наблюдениям за изменениями в их проводимости при сверхнизких температурах, что позволило команде Горшунова впервые очень точно и детально измерить то, что происходит при их превращении в проводник.

Нагревая и просвечивая их при помощи пучков терагерцового излучения, "раздевающих лучей", ученые следили за тем, как оно отражалось от квантовых жидкостей  и взаимодействовало с ними. Это позволило российским физикам и их зарубежным коллегам "нащупать" ту точку, где при пересечении которого свойства материалов резко менялись, и изучить их состояние в этот момент времени.

Как оказалось, все три материала обладают достаточно разными свойствами, в том числе и тем, как они реагируют на охлаждение или нагрев и какие типы электрического тока они проводят при превращении в "металл". Ученые надеются, что собранные ими данные помогут понять, как можно управлять поведением Моттовских изоляторов, что позволит им быстрее проникнуть в промышленность и быт.

Источник

Гамма-фон центра Млечного пути не связан с темной материей, находят ученые

На протяжении почти 10 лет астрономы изучали таинственное рассеянное излучение, идущее из центра нашей Галактики. Изначально предполагалось, что это излучение может исходить со стороны неуловимых частиц темной материи, которые многие исследователи надеются обнаружить. Однако команда физиков из Амстердамского университета, Нидерланды, и других научных организаций выявила в своем новом исследовании факты, свидетельствующие в пользу альтернативной гипотезы, согласно которой источником таинственного избыточного излучения являются стремительно вращающиеся нейтронные звезды, называемые пульсарами.

«Для того чтобы остановиться на какой-то одной из этих гипотез, необходимо собрать более подробную информацию о морфологии и спектре этого избыточного гамма-излучения», - сказал Кристоф Венигер (Christoph Weniger), один из авторов нового исследования.

В своей работе Венигер и его коллеги нашли, что уровень интенсивности этого избыточного гамма-излучения тесно коррелирует с плотностью массы звезд во внутренних областях Галактики. Это исследование базируется на новом инструменте для анализа под названием Sky Factorization with Adaptive Constrained Templates (SkyFACT), разработанном самой исследовательской группой Венигера, в основе которого лежит физическое моделирование и анализ изображений.

Эти находки свидетельствуют в пользу гипотезы миллисекундных пульсаров как объяснения избыточного гамма-излучения, наблюдаемого в центре Галактики, поскольку ни аннигилирующая темная материя, ни какие-либо другие астрофизические явления не способны объяснить эту корреляцию, пояснили авторы.

Работа опубликована в журнале Nature Astronomy.

Источник

Исследователи анализируют звездные популяции галактики Андромеда

Немецкие астрономы провели исследование центрального балджа галактики Андромеда и проанализировали звездные популяции этой галактики. Это исследование поможет глубже понять структуру и историю формирования балджа.

Расположенная на расстоянии примерно 2,5 миллиона световых лет от Млечного пути, спиральная галактика с перемычкой Андромеда, также известная как Мессье 31, или М31, является ближайшей к нам крупной галактикой. Близость галактики Андромеда делает ее превосходной целью для подробного изучения истории эволюции крупных спиральных галактик.

Центральный балдж этой галактики представляет в таких исследованиях особый интерес, поэтому в новой работе команда ученых под руководством Роберто Филиппа Сагилы (Roberto Philip Saglia) из Института внеземной физики Общества Макса Планка, Германия, решила подробно проанализировать звездные популяции этого региона.

Для наблюдений астрономы использовали 2,7-метровый телескоп обсерватории МакДональд, штат Техас, США, позволяющий получать спектроскопические данные. Согласно исследованию, звездные популяции центральной области галактики М31 имеют довольно большой возраст - более 10 миллиардов лет. Для сравнения, звезды диска этой галактики моложе на 5-6 миллиардов лет. Звезды балджа и перемычки галактики Андромеда имеют металличность, близкую к солнечной, выяснили авторы работы. Команда нашла также, что средний возраст перемычки и балджа составляет соответственно 10 и 13 миллиардов лет.

Согласно полученным результатам, формирование центральной области галактики М31 проходило в два этапа. «Классический балдж формируется вместе с первичным диском путем квазимонолитного коллапса или нестабильности турбулизованного внутреннего протодиска. На больших масштабах из этого протодиска формируется перемычка. Перемычка изгибается и превращает протодиск в некое подобие арахиса в скорлупе. Звезды в этой центральной области являются в основном очень древними», делают вывод исследователи.

Работа появилась на сервере научных препринтов arxiv.org.

Источник

Ученые «завязывают в узлы» световой пучок и анализируют структуру этих узлов

Коллаборация исследователей, включающая физиков из Бирмингемского и Бристольского университетов, оба научных учреждения Соединенное Королевство, нашла новый способ оценить характер движения света сквозь пространство – «завязывая узлы» на световом луче.

Свет лазера на первый взгляд может показаться единым, точно сфокусированным пучком. На самом деле он представляет собой электромагнитное поле, осциллирующее вдоль эллипса в каждой точке пространства. Этот свет, направленный в разные стороны, называют «поляризованным».

В новом исследовании ученые под руководством Марка Денниса (Mark Dennis) смогли использовать голографическую технологию для «скручивания» поляризованного пучка лазерного света с получением «узелков». Деннис рассказал: «Мы все хорошо себе представляем те узлы, в которые можно завязать шнурки или ленточки. Раздел математики, называемый «теорией узлов», тем временем, может быть использован для анализа таких узлов путем подсчета петель и пересечений завязываемых нитей. Со светом, однако, дела обстоят несколько сложнее. В этом случае в узлы завязывается не только одиночный нитевидный пучок, но все пространство, или поле, в котором он движется. С точки зрения математики, интерес представляет не сам узел, а пространство вокруг него. Геометрические и пространственные свойства этого поля известны как топология».

Для анализа топологии световых полей с узлами команда Денниса использовала поляризованные пучки света, чтобы создать с их помощью структуры, известные как «поляризационные сингулярности». Команда создала узлы гораздо более сложной структуры, чем было возможно когда-либо прежде, и смогла провести их подробный анализ.

Составлено по материалам, предоставленным Бристольским университетом.

Источник

Снимок: Исчезающий призрак давно погибшей звезды

Тонкие красные нити возбужденного газа обозначают положение одних из самых обширных остатков сверхновой в нашей галактике Млечный путь на этом снимке, сделанном при помощи космического телескопа Spitzer («Спитцер») НАСА.

Остатки сверхновой образуются после мощной вспышки массивной звезды в конце ее жизненного цикла. Красные нити, наблюдаемые на этом снимке, относятся к остаткам сверхновой, известным как HBH 3, которые астрономы впервые наблюдали в 1966 г. при помощи радиотелескопов. Эти остатки также излучают в оптическом диапазоне. Эти нити светящегося материала, скорее всего, представляют собой молекулярный газ, атакованный ударной волной, сгенерированной при взрыве сверхновой. Энергия этого взрыва привела к возбуждению молекул газа, в результате чего они начали излучать в инфракрасном (ИК) диапазоне.

Белое, напоминающее облако образование, также наблюдаемое на этом снимке, является частью комплекса звездообразовательных областей, называемых соответственно W3, W4 и W5. Однако эти области простираются далеко за пределы участка, представленного на снимке. Как белые звездообразовательные области, так и красные филаменты находятся на расстоянии примерно 6400 световых лет от нас и лежат внутри нашей галактики Млечный путь.

Остатки сверхновой HBH 3 составляют примерно 150 световых лет в диаметре и являются одними из самых протяженных остатков сверхновой, известных ученым. Кроме того, эти остатки сверхновой являются одними из древнейших объектов своего рода, известных науке: астрономы считают, что взрыв, в результате которого были сформированы эти остатки, произошел от 80000 до 1 миллиона лет назад.

Источник

Звезда снижает активность, или Когда Солнце уничтожит Землю

Жизнь на Земле целиком зависит от происходящих на Солнце процессов, поэтому ученые постоянно наблюдают за светилом. Его поверхность никогда не бывает спокойной, но последние два десятилетия исследователи отмечают некоторое снижение солнечной активности. Может ли Солнце остыть или, наоборот, внезапно взорваться — в материале РИА Новости.

Типичный желтый карлик

Для астрономов Солнце — рядовая звезда, желтый карлик. Возраст — пять миллиардов лет. Находится сейчас примерно в середине главной последовательности на диаграмме Герцшпрунга — Рассела, показывающей эволюцию звезд.

"Все же Солнце уникально. Благодаря особенностям его строения и расположения относительно него Земли и возникла жизнь", — рассказывает РИА Новости доктор физико-математических наук Владимир Богод, заведующий Санкт-Петербургским филиалом Специальной астрофизической обсерватории РАН.

Его группа изучает светило с помощью радиотелескопа РАТАН-600 на сантиметровых и дециметровых радиоволнах, расположенного в горах Северного Кавказа. Это наиболее удобный диапазон для исследования излучения короны такого крупного, яркого и близкого объекта.

В самом общем представлении Солнце — это постоянно горящий водородный шар. Внутри происходят ядерные реакции при температуре свыше 14 миллионов кельвинов. Энергия во внутренней части передается с помощью излучения и поглощения фотонов (лучистый перенос). Ближе к поверхности вещество охлаждается, начинается зона конвекции и видимая фотосфера с температурой 5800 кельвинов. Перемешиваясь, плазма порождает супергранулы, достигающие половины радиуса Солнца. 

Магнитные поля сдерживают обмен энергией между высокоионизированными частицами плазмы, в результате чего в фотосфере появляются темные участки — пятна.

Над фотосферой следует хромосфера толщиной всего около тридцати тысяч километров и температурой десять тысяч кельвинов. Ее покрывает переходный стокилометровый слой и за ним — корона. Температура в ней подскакивает до двух миллионов, а над пятнами — до двадцати миллионов. Плотность плазмы, наоборот, уменьшается на два порядка.

В короне над пятнами создаются условия для перехода магнитной энергии в энергию мощных вспышек.

"При этом структура магнитных полей упрощается, схлопывается и выстреливает плазму в окружающее пространство, словно из рогатки", — поясняет Богод.

Как магнитные поля преобразуются в энергию — фундаментальный вопрос, от решения которого зависит эффективность термоядерных реакторов типа токамак. После ее решения человечество обретет еще один надежный источник энергии.

 

© NASA / NuSTAR

NASA опубликовало видео с корональной дырой на Солнце

Куда деваются пятна

Корона дает информацию о солнечной активности. Анализируя ее, ученые ищут предвестников мощных вспышек.

"Вспышки — это спонтанное рождение большого количества электронов и протонов, по сути, взрывы, выбрасывающие высокоэнергичную плазму. Достигнув Земли, мощная вспышка порождает в атмосфере магнитные бури, полярные сияния. Анализируя спектры радиоизлучения, мы можем за два-три дня определить предвестников вспышек", — говорит Владимир Богод.

Согласно оценкам, сделанным в его группе, вероятность взрыва Солнца по типу суперновой очень мала —ему ничто не угрожает. Когда водород внутри достаточно выгорит, Солнце начнет расширяться, — Землю, конечно, выжжет, — а потом превратится в белого или черного карлика. Но до этого еще миллиарды лет.

Гораздо важнее следить за циклами активности. Их максимум отмечается минимальным числом пятен на поверхности Солнца. Самые короткие циклы — одиннадцатилетние. Наблюдения показывают, что уже второй цикл подряд активность Солнца снижается, падает число пятен, а это влияет на климат. Аналогичные процессы в XVII веке приводили к заметному похолоданию в Европе (минимум Маундера). Возможная причина — взаимодействие циклов разной периодичности.

Снижение активности Солнца чревато еще одной проблемой — проникновением на Землю космических лучей, несущих высокоэнергичные тяжелые атомные ядра и частицы. Это влияет не только на климат, но и на все живое.

Ближайшая к нам звезда, Солнце, — прекрасный инструмент для изучения далеких космических объектов. Это своеобразный стандарт и мерило для других звезд, которые пока невозможно исследовать так же основательно, как Солнце.

 

© Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory

НАСА собирает имена желающих отправиться в полет к Солнцу

Источник

Удивительная звезда не была уничтожена после мощнейшего взрыва

Представьте, что вы можете добраться до Луны за 20 секунд! Именно с такой скоростью материал, извергнутый в результате звездного взрыва, произошедшего 170 лет назад, удаляется от нестабильной, часто испытывающей вспышки и экстремально массивной звезды Эты Киля.

Астрономы пришли к выводу, что потоки газа, выбрасываемые со стороны этой звезды, движутся с огромной скоростью, достигающей 10-20 тысяч километров в секунду – и эта скорость является максимальной зарегистрированной наукой скоростью для потоков газа, движущихся со стороны звездного взрыва, не приведшего к уничтожению звезды.

В ходе этой вспышки, произошедшей 170 лет назад на самой яркой звезде нашей Галактики, выделилось примерно столько же энергии, сколько выделяется в результате вспышки сверхновой, звездного взрыва, после которого от звезды остаются лишь слаборазличимые звездные остатки. Однако в этом случае после звездного взрыва на его месте сохранилась двойная система.

Согласно команде астрономов, возглавляемой Натаном Смитом (Nathan Smith) из Аризонского университета, США, которая наблюдала так называемые «световые эхо» - свет, с опозданием отраженный от газа, окружающего взрывающуюся звезду – наиболее вероятной версией, объясняющей чрезвычайно высокую энергию этого взрыва, могло стать взаимодействие в тройной системе, в результате которого две звезды объединились, формируя одну гигантскую звезду. Эта Киля имеет в настоящее время массу порядка 100 масс Солнца и может в скором времени взорваться – теперь уже как сверхновая, то есть с полным разрушением структуры звезды, предсказывают Смит и его команда.

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

Источник

Физик из России выяснил, как можно сравнивать субъективные суждения

Ученый из МГУ создал математическую модель, которая позволяет оценивать, насколько полны, информативны и согласованы различные субъективные суждения или наборы неполных данных. Его идеи были опубликованы в журнале Fuzzy Sets and Systems.

"Нечеткие методы принятия решений используются в самых разных областях жизни. Образно говоря, они позволяют "научить" компьютер интуиции, заставить его принимать решения отчасти спонтанно в условиях, когда для принятия решения не хватает данных. Это в большинстве случаев приводит к повышению качества его работы", — поясняет Андрей Зубюк, автор исследования, чьи слова цитирует пресс-служба вуза.

Многие процессы в жизни общества и даже природы нельзя описать при помощи правил математики, статистики и формальной логики. К примеру, не имея достоверных сведений, нельзя предсказать, как поведет себя тот или иной политик, при какой температуре в комнате человеку станет холодно или жарко, какую сумму денег он посчитает большой, и просчитать многие другие вещи.

Тем не менее все эти феномены носят совсем не случайный характер, и поэтому их поведение в принципе можно предсказывать. Первые инструменты такого рода появились в середине прошлого века, когда известный азербайджано-американский математик Лофти Заде изобрел понятие "нечеткая логика" (fuzzy logic) и математические формулы для работы с ней.

В отличие от обычной логики, для которой характеры ответы класса "да" и "нет", условные ноль и единица, в "нечеткой логике" гораздо больше возможных вариантов — "да", "нет", "возможно", "иногда" и так далее, которые, по сути, покрывают весь спектр возможных значений между логическими нулем и единицей.

За последующие полвека появилось несколько разных версий подобной "нечеткой логики", каждая из которых имеет свои плюсы и минусы. Зубюк приспособил одну из таких идей, так называемую "теорию возможностей" профессора МГУ Юрия Пытьева, для сравнения субъективных суждений и наборов неполных данных.

Эта теория, как показал физик, позволяет сравнивать информацию, заданную с помощью разных относительных шкал. Теории Заде и других основоположников "нечеткой логики" не позволяют этого делать в большинстве случаев, так как в них абсолютно неправдоподобные наборы данных и ситуации описываются так же, как и остальные элементы системы.

Зубюк, как передает пресс-служба МГУ, ввел новое описание для этого "логического нуля", что позволило ему вывести набор формул, позволяющих сравнивать разнородные наборы данных, к примеру, оценки двух разных экспертов по одному и тому же вопросу.

Как надеется физик, его выкладки послужат основой для создания экспертных систем, которые будут сравнивать большие наборы мнений и помогать политикам, бизнесменам и другим ответственным лицам разрабатывать курс дальнейших действий и принимать коллективные решения.

Источник