Новости науки

О происхождении молекулярного кислорода, обнаруженного в атмосфере кометы 67P

Ученые обнаружили, что молекулярный кислород, обнаруженный вокруг кометы 67P, не мог формироваться только на поверхности кометы, как предполагалось некоторыми исследователями, а более вероятно, что его источником является тело кометы.

Космический аппарат Rosetta («Розетта») Европейского космического агентства сопровождал комету 67P/Чурюмова-Герасименко во время ее путешествия вокруг Солнца, происходившего в период с августа 2014 по сентябрь 2016 г. В конечном счете этот космический аппарат спустил зонд на поверхность кометы и даже завершил свое путешествие, врезавшись в эту поверхность.

Когда комета подходит слишком близко к Солнцу, лед на поверхности планеты переходит из твердого состояния в газообразное, или сублимирует, формируя газовую атмосферу, называемую комой. Анализ этой комы при помощи инструментов зонда Rosetta показал, что она состоит не только из воды, монооксида углерода и диоксида углерода, как ожидалось, но также содержит молекулярный кислород.

Изначально команда зонда Rodetta предположила, что этот кислород в основном происходит из ядра кометы, то есть представляет собой первичный кислород, оставшийся со времен формирования Солнечной системы. Однако в дальнейшем другие исследователи предположили иное объяснение происхождения этого кислорода – формирование молекулярного кислорода на поверхности кометы под действием высокоэнергетических ионов.

В новом исследовании команда ученых зонда Rosetta, возглавляемая К.Л. Херитье (K. L. Heritier) показывает, анализируя повторно данные, полученные при помощи инструментов зонда, что механизм формирования кислорода на поверхности кометы не может объяснить происхождение всего количества молекулярного кислорода, зарегистрированного зондом в атмосфере кометы 67P. Авторы не исключают возможности формирования молекулярного кислорода на поверхности кометы 67P по этому механизму, однако подчеркивают, что по этому пути может образовываться лишь относительно небольшая часть от количества молекулярного кислорода, обнаруженного в атмосфере кометы научной станцией Rosetta.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Источник

На эволюцию Урана оказало влияние гигантское столкновение, считают ученые

Уран испытал столкновение с массивным объектом размером примерно в два размера Земли, что привело к изменению наклона оси собственного вращения планеты и может объяснить сверхнизкие температуры, наблюдаемые в ее атмосфере, согласно новому исследованию.

Астрономы из Даремского университета, Соединенное Королевство, во главе с Якобом Кегеррейсом (Jacob Kegerreis), исследователем из Даремского университета, выяснили, почему Уран «лежит на спине» и какие последствия гигантского столкновения могли оказать влияние на эволюцию планеты.

Команда впервые провела компьютерное моделирование в высоком разрешении различных сценариев мощных столкновений с ледяным гигантом, чтобы выяснить влияние параметров столкновения на эволюцию планеты.

Исследование подтверждает результаты предыдущих научных работ, согласно которым необычный наклон оси Урана объясняется столкновением с массивным объектом – вероятнее всего, с молодой протопланетой, состоящей из каменистых пород и льда – в период формирования Солнечной системы, протекавшего примерно 4 миллиарда лет назад.

Результаты моделирования также показывают, что осколки тела, столкнувшегося с Ураном, могли сформировать вокруг планеты тонкую оболочку, которая удерживает тепло, испускаемое ядром Урана. Удержание этого тепла внутри планеты может частично объяснить экстремально низкие температуры во внешней части атмосферы Урана, составляющие до минус 216 градусов Цельсия, говорят исследователи.

Работа опубликована в журнале Astrophysical Journal.

Источник

Первый подтвержденный снимок «новорожденной» экзопланеты

Астрономы под руководством группы исследователей из Института астрономии Общества Макса Планка, Германия, сделали зрелищный снимок формирования планеты в диске, окружающем молодого карлика PDS 70. Используя инструмент SPHERE, установленный на Очень большом телескопе Европейской южной обсерватории – одном из самых мощных существующих в мире инструментов для «охоты на планеты» - эта международная команда произвела первое в мире надежное обнаружение молодой планеты, получившей название PDS 70b, которая расчищает себе путь в материале диска молодой звезды.

Эта планета хорошо видна на представленном снимке, наблюдаемая как яркая точка, расположенная справа от затемненного центра снимка. Она расположена на расстоянии примерно три миллиарда километров от центральной звезды, что приблизительно эквивалентно расстоянию от Урана до Солнца. Анализ показывает, что планета PDS 70b представляет собой газового гиганта массой порядка нескольких масс Юпитера. Поверхность планеты имеет температуру примерно 1000 градусов Цельсия, что делает ее намного горячее, по сравнению с любой из планет Солнечной системы.

Темная область в центре снимка связана с использованием коронографа – маски, блокирующей слепящий свет центральной звезды и позволяющей астрономам обнаружить более тусклый диск и планету-компаньона. Без этой маски тусклый свет планеты «утонул» бы в мощном свете яркой родительской звезды планеты PDS 70b.

Открытие молодого компаньона звезды PDS 70 побудило другую команду астрономов заняться изучением этой системы и позволило в течение нескольких последних месяцев провести подробное изучение этой молодой планеты. Ученые не только получили великолепный снимок планеты, представленный здесь, но и смогли получить спектр планеты. Анализ этого спектра позволил заключить, что атмосфера планеты богата облаками.

Исследование опубликовано в журнале Astronomy & Astrophysics.

Источник

Физики создали скоростную электронную "пушку" для квантового компьютера

Физики из Австралии создали сверхскоростную электронную пушку, способную управлять движением миллиардов одиночных электронов каждую секунду, что необходимо для создания квантовых компьютеров. "Инструкции" по ее сборке были опубликованы в журнале Nano Letters.

"Обретение полного контроля над движением электронов – крайне важный шаг для создания масштабируемых квантовых компьютеров. Конечно, мы умели управлять их поведением в макромасштабах еще 150 лет назад, однако на квантовом уровне они ведут себя совсем иначе", — заявил Джузеппе Теттаманци (Giuseppe Tettamanzi) из университета Аделаиды (Австралия).

Теттаманци и его коллеги из университета Нового Южного Уэльса уже несколько лет разрабатывают компоненты, необходимые для сборки полноценного квантового компьютера. Так, в 2010 году они создали квантовый одноэлектронный транзистор, а в 2012 году — полноценный кремниевый кубит на основе атома фосфора-31.

В 2013 году они собрали новую версию кубита, которая позволяла почти со 100% точностью считывать данные из него и оставалась стабильной очень долго. В октябре 2015 года они сделали первый шаг к созданию первого кремниевого квантового компьютера, объединив два кубита в модуль, выполняющий логическую операцию ИЛИ. Два года назад им удалось защитить кубиты от помех, сделав большой шаг в сторону создания "рабочего" квантового компьютера.

Оставался один шаг – научиться объединять подобные кубиты, используя те же полупроводниковые технологии, что и сами ячейки квантовой памяти. Сделать это было крайне тяжело, так как "обычные" квантовые ячейки памяти могут взаимодействовать друг с другом лишь на небольшом расстоянии.

Австралийские физики обошли эту проблему, используя одиночные электроны в качестве переносчиков квантовой информации. Поведением подобных квантовых "гонцов" можно легко управлять, однако получить их не так просто – для этого необходимы электронные "пушки", способные испускать по несколько миллиардов частиц каждую секунду.

Их роль могут играть квантовые точки – искусственные "атомы" из кусочков полупроводника, внутри которых существует особая область, так называемая потенциальная яма. Попадая в нее, электрон может находиться только в определенных состояниях и обладать определенной энергией, благодаря чему его движением и поведением можно очень гибко управлять.

В прошлом, как отмечает Теттаманци, ученые уже пытались создать сверхскоростные электронные "пушки" на базе квантовых точек. Они неплохо работают в тех случаях, когда число испускаемых ими частиц невысоко, однако при достижении "скорострельности" в миллион электронов в секунду их КПД и надежность резко падают.

Ученые из Аделаиды и Сиднея решили эту задачу, собрав квантовую точку из микроскопических кусочков алюминия, кремния и ряда других полупроводниковых материалов со специально подобранными свойствами, которые препятствуют побегу "лишних" электронов. Это позволило им достичь отметки в 2,5 миллиарда испускаемых электронов в секунду, не жертвуя индивидуальным контролем над движением каждой частицы.

Достижение подобного уровня "скорострельности" позволит физикам объединять даже самые недолговечные кубиты и использовать их сети для решения сложнейших задач, которые не под силу даже самым мощным компьютерам современности.

Источник

Исследование раскрывает секреты происхождения астероидов и метеоритов

Большинство астероидов и метеоритов образовались в результате разрушения небольшого числа малых планет в эпоху ранней Солнечной системы, сообщается в новом исследовании.

В этом исследовании показано, что по крайней мере 85 процентов из 200000 астероидов Главного астероидного пояса – основного источника метеоритов, обнаруживаемых на Земле – являются осколками пяти или шести малых планет. Остальные 15 процентов космических камней также могут вести свое происхождение от этой же группы первичных тел Солнечной системы, говорит Стенли Дермотт (Stanley Dermott), главный автор новой научной работы и астроном-теоретик из Флоридского университета, США.

Это открытие имеет большое значение для понимания материалов, которые сформировали нашу собственную каменистую планету, сказал Дермотт.

Эти находки позволяют глубже понять историю эволюции астероидов и материалов, из которых они формировались – информация, которая, как считает Дермотт, будет иметь большую ценность при разработке средств защиты Земли и человечества от угрозы метеоритов размером со Статую Свободы и астероидов, энергия которых превышает энергию взрыва атомной бомбы.

Команда Дермотта продемонстрировала, что тип орбиты астероида зависит от его размера. Эти находки показывают, что различия в составе метеоритов, обнаруживаемых на Земле, появились в результате эволюционных изменений, которые происходили внутри нескольких крупных тел-предшественников, существовавших более чем 4 миллиарда лет назад.

Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.

Источник

Первые поиски "легкой" темной материи завершились неудачей

Первые попытки найти следы аксионов, сверхлегких частиц темной материи, завершились неудачно, заявили ученые, проводившие эксперимент на установке ADMX. Об этом сообщает Space.com.

"Полученные нами результаты, пусть и безуспешные, ознаменовали собой начало самой настоящей охоты на аксионы. Если они действительно существуют, то мы их обязательно найдем в той полосе частот, которую мы будем изучать в ходе последующих экспериментов", — заявил Эндрю Зонненшайн (Andrew Sonnenschein), руководитель коллаборации ADMX.

Звездный "кукловод"

Достаточно долгое время ученые считали, что Вселенная состоит из той материи, которую мы видим, и которая составляет основу всех звезд, черных дыр, туманностей, скоплений пыли и планет. Но первые наблюдения за скоростью движения звезд в близлежащих к нам галактиках показали, что светила на их окраинах движутся в них с невозможно высокой скоростью, которая была примерно в 10 раз выше, чем показывали расчеты на базе масс всех светил в них.

Сегодня почти все ученые уверены в существовании темной материи, однако ее свойства, помимо ее очевидного гравитационного влияния на галактики и скопления галактик, остаются загадкой и предметом споров среди астрофизиков и космологов. Достаточно долго ученые предполагали, что она сложена из сверхтяжелых и "холодных" частиц-"вимпов", никак не проявляющих себя, кроме как притягивая видимые скопления материи.

Безуспешные поиски "вимпов" в последние два десятилетия заставили многих теоретиков считать, что темная материя на самом деле может быть "легкой и пушистой" и состоять из так называемых аксионов – сверхлегких частиц, похожих по массе и свойствам на нейтрино.

Зонненшайн и его коллеги уже несколько лет работают над созданием детектора ADMX – установки, способной находить следы аксионов при помощи особой структуры, похожей по принципам работы на радиоантенну или мифическую "лозу" для поисков воды под землей.

Звон пустоты

Как объясняет ученый, теория указывает на то, что аксионы должны вырабатывать особые колебания, если они находятся в емкости с очень сильным постоянным магнитным полем.  Эти колебания можно обнаружить, "подстроив" под них резонатор – они усилят вырабатываемые им порции микроволн, что выдаст следы присутствия частиц темной материи.

Проблема заключается в том, что работе подобных "лоз" для темной материи очень сильно мешает фоновый шум. До настоящего времени у ученых не получалось понизить его до таких значений, которые позволяли бы отличить следы темную материю от случайных всплесков излучения.

Участникам проекта ADMX удалось решить эти проблемы при помощи двух новаций – мощнейших магнитов и особых усилителей сигнала, так называемых SQUID-ов – сверхчувствительных датчиков магнитного поля, собранных из кусочков сверхпроводников.

Если вставить антенну и такой датчик внутрь магнита и охладить их до абсолютного нуля, то SQUID начнет "пищать" и выдавать сигналы только в том случае, если он будет взаимодействовать с аксионами. Руководствуясь этой простой идеей, ученые попытались найти следы темной материи в диапазоне частот между 640 и 680 мегагерц.

К большому разочарованию физиков, им не удалось найти никаких следов темной материи за примерно полгода наблюдений, которые велись в этом диапазоне с января по июль 2017 года. Тем не менее, отсутствие результатов тоже стало хорошей новостью для ученых, так как им удалось достичь требуемой чувствительности и доказать, что ADMX подходит для поисков следов аксионов.

В ближайшие три года Зонненшайн и его коллеги изучат более высокие частоты, от гигагерца и  примерно до 10 ГГц, где, как они предполагают, и должны скрываться аксионы. Уровень шума, по словам ученых, будет постепенно расти по мере увеличения частоты, однако они надеются найти аксионы до того, как такие поиски станут невозможными.

Источник

Ученые наблюдают послесвечение столкновения нейтронных звезд

Команда исследователей под руководством астрономов из Уорикского университета, Великобритания, ждала более 100 дней, чтобы вновь наблюдать первое подтвержденное столкновение нейтронных звезд, которое в течение всего этого времени было скрыто от наблюдений слепящим светом нашего Солнца.

Исследователи были вознаграждены за ожидание возможностью впервые наблюдать джет материала, который исходит со стороны события столкновения нейтронных звезд спустя ровно 110 суток с того дня, когда это событие впервые наблюдалось. Эти наблюдения сыграют важную роль в прогнозировании характера послесвечения, исходящего со стороны сталкивающихся нейтронных звезд.

Это событие столкновений нейтронных звезд под названием GW170817 произошло на расстоянии 130 миллионов световых лет от нас в галактике под названием NGC 4993. Оно было обнаружено в августе 2017 г. при помощи обсерваторий Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (Adv-LIGO) и Gamma Ray Burst (GRB) observations, чтобы затем стать первым подтвержденным столкновением нейтронных звезд, наблюдаемым визуально.

Через несколько недель после столкновения объединенный массивный объект был скрыт от наблюдений диском Солнца, однако теперь ученые вновь смогли наблюдать послесвечение этого события и обнаружили на месте события джет материала, направленный в нашу сторону. Это позволяет определиться в пользу гипотезы о структуре событий послесвечения, предполагающей выброс материала со стороны объединенного массивного объекта в форме джета – и отказаться от альтернативного предположения об извержении материала после слияния нейтронных звезд во все стороны, пояснили авторы.

Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy; главный автор доктор Джоуи Лиман (Joe Lyman) с кафедры физики Уорикского университета.

Источник

В саровском ядерном центре разработали уникальный фотонный суперкомпьютер

Уникальный оптический суперкомпьютер, который имеет огромные преимущества перед традиционными ЭВМ, разработан в Российском федеральном ядерном центре — Всероссийском научно-исследовательском институте экспериментальной физики (предприятие госкорпорации "Росатом" РФЯЦ-ВНИИЭФ в Сарове), разработка уже запатентована, сообщили РИА Новости в РФЯЦ-ВНИИЭФ.

Речь идет о так называемой фотонной вычислительной машине (ФВМ), в которой вычислительные процессы "построены" на взаимодействии импульсов лазерного излучения, а не на работе электронных компонентов, как в обычных ЭВМ. Такая ФВМ состоит из электрической и "световой" частей. Машинный код (то есть набор инструкций) переводится в лазерные импульсы. Кванты света, фотоны, по волноводам попадают в фотонный процессор, где происходит взаимодействие лазерных импульсов, и над ними совершаются такие же логические операции, как и в электронно-вычислительных машинах. Далее лазерные лучи покидают процессор и возвращаются в электронную часть компьютера, где оптическая информация вновь преобразуется в электрическую и оказывается доступной пользователю.

Как пояснил автор разработки, главный научный сотрудник Института теоретической и математической физики (ИТМФ) ВНИИЭФ Сергей Степаненко, фотонные вычислительные машины нужны для решения задач, которые не под силу "полупроводниковым" суперкомпьютерам.

"Если для супер-ЭВМ потребуется здание площадью с футбольное поле, то такая производительность может быть достигнута ФВМ, которая помещается в поллитровой кружке и отводимое тепло составляет около сотни ватт — меньше, чем у кипятильника", — пояснил Степаненко.

Создать фотонную вычислительную машину специалисты разных стран пытаются давно, но до практических воплощений в силу разных причин дело не доходило. Во ВНИИЭФ предложили новую схему реализации принципа работы ФВМ, благодаря которой, в частности, преобразования между световой и электрической частями компьютера выполнялись бы как можно реже, потому что они требуют много времени и энергии.

Наивысшая производительность фотонного процессора, придуманного во ВНИИЭФ, для самой сложной для полупроводниковой вычислительной машины операции умножения может составить до 50 петафлопсов, а пиковая мощность такого процессора составит лишь 100 ватт (для сравнения, производительность современных электронных процессоров такой же мощности составляет порядка всего лишь 5 терафлопсов, то есть в десять тысяч раз меньше). При этом производительность ФВМ можно резко повысить, уменьшая длину световой волны.

Что касается конкретных задач, которые можно было бы решать с помощью фотонных вычислительных машин, то это, например, задачи по изучению генетических особенностей людей, что важно для медицинских приложений.

Источник

Физики из России раскрыли сущность "квантовых вампиров"

Ученые из МГУ, НИЯУ МИФИ и МИЭТа детально изучили свойства "квантовых вампиров" – особых частиц света, не оставляющих "тени" при исчезновении. Их выводы были представлены в статье в журнале Optica.

"Наша группа теоретически и экспериментально показала, что этот эффект может также работать и для классических тепловых состояний света. Это показывает, что эффект основан не на квантовой перепутанности, а на классических корреляциях", – рассказывает Константин Катамадзе, физик из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.

Четыре года назад исследователи из Российского квантового центра открыли крайне любопытный феномен. Наблюдая за поведением запутанных частиц света, Александр Львовский, Юрий Курочкин, Илья Федоров и Александр Уланов заметили, что "уничтожение" одного из фотонов при помощи полупрозрачного зеркала почти никак не сказывалось на состоянии остальных частиц.

Иными словами, они исчезали бесследно, не оставляя "тени" и не нарушая запутанность остальных частиц света. По этой причине ученые назвали подобный феномен "эффектом квантового вампира", и предположили, что он носит исключительно квантовую природу.

Опыты Катамадзе и его коллег показывают, что это, скорее всего, не так – как и многие другие необычные примеры поведения фотонов, открытые в последние годы, "квантовый вампиризм" может иметь вполне классическую природу, объяснимую в рамках теорий Ньютона и Эйнштейна.

К примеру, в данном случае, как отмечает Катамадзе, нет никаких намеков на то, что воздействие на "съедаемый" фотон мгновенным образом меняет поведение других частиц света, "нарушая" скорость света.

Его команда проверила, так ли это на самом деле, наблюдая за тем, как ведут себя в аналогичных условиях не только потоки фотонов, запутанных на квантовом уровне, но и обычные частицы света, "рассортированные" и разбитые на порции при помощи вращающегося матового диска, через который пропускался луч лазера.

Как показали эти опыты, одиночные частицы света и даже пары фотонов, не запутанные друг с другом, могут вести себя, как "квантовые вампиры", если они будут правильно "рассортированы" до контакта с зеркалом.

Это, с одной стороны, заставило Катамадзе и его коллег усомниться в квантовой природе этого эффекта, а с другой — делает его доступным для более широкого круга экспериментаторов, что может привести к созданию новых оптических приборов и компонентов будущих световых компьютеров.

Источник

Водные планеты могут быть обитаемыми, открыли ученые

В настоящее время нам известно около 50 экзопланет размерами в диапазоне от размера Марса до нескольких размеров Земли, которые лежат в обитаемых зонах родительских звезд – то есть на таких расстояниях от светила, на которых возможно существование на поверхности планеты воды в жидкой форме. Эти планеты считаются лучшими известными науке кандидатами на обнаружение жизни.

Однако, когда в составе вещества планеты, лежащей в обитаемой зоне, присутствует более 10 массовых процентов воды, а в атмосфере отсутствуют водород или гелий, то такая планета называется «водной». Некоторые ученые считают, что на водных планетах существование жизни маловероятно. На поверхностях водных планет отсутствует суша, наличие которой обусловливает углеродно-силикатный цикл, процесс, в котором газообразный диоксид углерода, высокие концентрации которого в атмосфере обусловливают неблагоприятное для жизни повышение температуры на планете, распределяется между атмосферой и недрами планеты.

В новом исследовании астроном из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра Ами Леви (Amit Levi) вместе с коллегами подробно проанализировал физические и геологические процессы, протекающие на водных планетах. Исследователи нашли, что в тех случаях, когда давление атмосферного диоксида углерода становится достаточно высоким, морской лед обогащается химическими веществами тяжелее воды и погружается вниз, что приводит к формированию потока материи, который оказывает примерно такое же влияние на концентрацию диоксида углерода в атмосфере, что и углеродно-силикатный цикл.

Согласно Леви и его команде, для проявления этого эффекта необходимо, чтобы планета вращалась вокруг своей оси со скоростью, примерно в три раза превышающей скорость вращения Земли. Новая «обитаемая зона» для таких планет при этом будет примерно совпадать с границами «обычной» обитаемой зоны для звезд размером с Солнце, рассчитали ученые.

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

Источник

Выявлена новая проблема, связанная с активным астероидом Фаэтон

В ходе исследования состава света, отраженного от поверхности астероида Фаэтон под разными углами, астрономы выяснили, что космический камень может отражать меньше света, чем считалось ранее. Исследовать этот вопрос сможет недавно одобренная миссия к этому астероиду под названием DESTINY+.

Характер отражения света объектом зависит не только от альбедо объекта (процента отражаемого света), но и от угла падения света на поверхность. В частности, ученым интересен эффект изменения поляризации солнечного света при отражении его от поверхности астероида. С научной точки зрения, свет представляет собой электромагнитные волны; эти волны обусловливают изменения параметров электрических и магнитных полей. Направления этих изменений могут быть беспорядочными или ориентированными в определенных направлениях. Когда электрические и магнитные поля ориентированы в определенных направлениях, говорят, что свет поляризован.

В новом исследовании международная команда астрономов во главе с Такаши Ито (Takashi Ito) из Национальной астрономической обсерватории Японии использовала 1,6-метровый телескоп Pirka, установленный в обсерватории Наёро, Япония, для наблюдений астероида (3200) Фаэтон. Измеряя поляризацию света, отраженного от поверхности космического камня под разными углами, исследователи обнаружили, что под некоторыми углами наблюдается высокая степень поляризации отраженного света. Так как поверхность астероида обычно довольно неровная, то после падения солнечный свет многократно отражается от осколков камней, усеивающих поверхность, и степень его поляризации снижается. Поэтому наблюдаемая высокая поляризация света при отражении его под некоторыми углами от поверхности астероида Фаэтон может свидетельствовать о том, что в действительности альбедо астероида существенно ниже, чем считалось – эффективность многократного отражения света от осколков камней, расположенных на поверхности космического камня, при этом снижается, и отраженный свет сохраняет высокий уровень поляризации, предполагают авторы. Альтернативная гипотеза состоит в том, что средний размер камней на поверхности астероида, от которых происходит отражение, на самом деле выше, чем ожидалось. Это может быть связано с тем, что при близком прохождении астероида Фаэтон мимо Солнца происходит спекание мелких осколков в более крупные, поясняют Ито и его команда.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Источник

Физики уточняют оценку размера нейтронной звезды

Насколько велика нейтронная звезда? Согласно предыдущим оценкам, ее диаметр составляет от 8 до 16 километров. В новой научной работе астрофизики смогли определить размер нейтронной звезды в интервале не более 1,5 километра, используя статистический подход на основе данных, собранных при помощи гравитационно-волновых обсерваторий.

Нейтронные звезды являются самыми плотными объектами Вселенной – их масса превышает массу Солнца, однако вся эта масса сосредоточена в пределах компактной сферы, размер которой сравним с размером Франкфурта, пояснили авторы работы. Однако это лишь грубая оценка размера нейтронной звезды. В течение более чем 40 лет физики-ядерщики пытаются выяснить размер нейтронной звезды, поскольку это даст важную информацию о фундаментальных параметрах поведения материи при плотностях, близких к плотности ядра атома.

Поведение материи при обычных плотностях описывается уравнением состояния, однако для нейтронной звезды уравнение состояния остается до сих пор неизвестно физикам. В своей новой работе ученые пошли другим путем: они использовали статистические методы для определения размера нейтронной звезды в узких пределах. Для того чтобы установить эти новые пределы, они провели расчет более чем двух миллиардов теоретических моделей нейтронных звезд, решая уравнения Эйнштейна, описывающие равновесие этих релятивистских звезд, и объединили этот крупный набор данных с результатами измерений, выполненных при наблюдениях события GW170817 при помощи гравитационно-волновых обсерваторий. Согласно результатам, полученным командой, уточненный размер нейтронной звезды составляет от 12 до 13,5 километра.

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters; главный автор Элиас Р. Мост (Elias R. Most).

Источник

Экзопланета Kepler-186f оказалась еще больше похожа на Землю, чем считалось

В исследовании, проведенном американскими учеными, раскрываются новые подробности об одной экзопланете, расположенной на расстоянии 500 световых лет от Земли, из которых следует, что эта планета еще больше похожа на Землю, чем считалось ранее.

Планета Kepler-186f является первой идентифицированной внесолнечной планетой размером с Землю, находящейся в обитаемой зоне родительской звезды. Это означает, что планета находится на умеренном расстоянии от звезды, и температурный режим на поверхности планеты позволяет воде существовать в жидкой форме.

В этом исследовании, проведенной командой во главе с Ютонгом Шаном (Yutong Shan) были построены компьютерные модели динамики оси вращения этой экзопланеты. Эта динамика определяет наклон оси собственного вращения планеты, а также его изменение с течением времени. Наклон оси влияет на смену сезонов и климат на поверхности планеты, поскольку он определяет количество света родительской звезды, достигающего поверхности планеты.

В своей работе исследователи показывают, что наклон оси планеты Kepler-186f является очень стабильным, так же как и в случае Земли, поэтому, вероятно, смена сезонов на планете происходит регулярно, а климат является стабильным. Кроме того, исследователи считают, что настолько же стабильным является наклон оси вращения и для планеты Kepler-62f, «суперземли», обращающейся вокруг звезды, находящейся на расстоянии примерно 1200 световых лет от нас.

Исследование опубликовано в журнале Astronomical Journal.

Источник

Поверхность Марса затвердевала быстрее, чем считалось, выяснили ученые

Кора, которая покрывает снаружи каменистые планеты и делает возможным существование на них жизни, сформировалась на Марсе раньше, чем считалось, и по крайней мере на 100 миллионов лет раньше, чем сформировалась кора Земли, сообщили исследователи в минувшую среду.

Проанализировав зерна минерала циркона, извлеченные из марсианского метеорита, известного как Black Beauty («Черная красавица»), исследователи определили, что внешний слой вещества Красной планеты затвердел 4,547 миллиарда лет назад, всего лишь через 20 миллионов лет после рождения Солнца.

До настоящего времени математические модели показывали, что затвердевание коры Красной планеты занимает до 100 миллионов лет. Это новое исследование ставит эти результаты расчетов под вопрос, поскольку им противоречат новые данные анализа вещества марсианского метеорита, обнаруженного в пустыне Сахара в 2011 г.

Измерив количество свинца, образующегося в результате распада урана, который был заключен в метеорите в то время, когда расплавленная магма молодого Марса затвердевала, ученые смогли точно датировать затвердевание коры, из которой выделился циркон.

Эти результаты свидетельствуют в пользу гипотезы формирования планет, согласно которой рост планет происходит очень быстро и осуществляется в результате слипания небольших камней размером в несколько сантиметров и метров, в промежутках между которыми находится газ.

Эти новые результаты указывают на то, что формирование нашей планеты происходило по похожему сценарию, с той лишь разницей, что формирование Земли было прервано гигантским столкновением, в результате которого сформировалась Луна 4,4 миллиарда лет назад.

Исследование опубликовано в журнале Nature; главный автор Мартин Бизарро (Martin Bizzarro) из Датского центра изучения формирования звезд и планет.

Источник

На спутнике Сатурна Энцеладе обнаружены сложные органические молекулы

Используя масс-спектрометрические данные, собранные при помощи космического аппарата НАСА Cassini («Кассини»), ученые обнаружили, что крупные, богатые углеродом органические молекулы выбрасываются из трещин в ледяной поверхности спутника Сатурна Энцелада. Ученые из Юго-Западного научно-исследовательского института (Southwest Research Institute, SwRI), США думают, что химические реакции между каменистым ядром спутника Сатурна и теплой водой его подповерхностного океана отвечают за формирование этих сложных молекул.

«И вновь мы поражены тем, что увидели на Энцеладе. Ранее мы идентифицировали лишь самые простые органические молекулы, содержащие несколько атомов углерода, однако даже это тогда очень заинтриговало нас, - сказал доктор Кристофер Глен (Christopher Glein), планетолог и специалист по химическому составу океанов планет из SwRI, который является одним из авторов нового исследования. – Теперь мы обнаружили органические молекулы с массами свыше 200 атомных единиц массы. Такая молекула более чем в 10 раз тяжелее метана. Демонстрирующий наличие сложных органических молекул, этот спутник Сатурна является единственным местом в космосе кроме Земли, где одновременно выполняются все необходимые условия существования жизни в тех формах, в каких она нам известна».

Перед сведением с орбиты, состоявшимся в сентябре 2017 г., аппарат Cassini проанализировал струю материала, вырывающуюся из-под поверхности Энцелада. Материал был исследован при помощи инструментов Cosmic Dust Analyzer (CDA) и Ion and Neutral Mass Spectrometer (INMS) автоматической межпланетной научной станции. В новой работе команды обеих этих инструментов совместно проанализировали два различных набора данных, полученных при помощи этих инструментов зонда, и смогли получить более глубокое представление о химическом составе подповерхностного океана спутника Сатурна.

Работа опубликована в журнале Nature.

Источник

Ученые предлагают вариант проверки гипотезы темной материи в масштабе галактик

Международная группа исследователей, используя современные компьютерные модели, предложила тест, позволяющий проверить, существует ли на самом деле в природе темная материя, или же разгадка наблюдаемых противоречий в наблюдательных данных кроется в ограниченности применения ньютоновского гравитационного закона.

Используя один из самых быстрых суперкомпьютеров в мире, ученые смоделировали распределение материи (на фото: сверху - распределение темной материи, снизу - распределение звезд) в карликовых галактиках, являющихся спутниками крупных спиральных галактик, таких как Млечный путь или Андромеда. Исследователи проанализировали для этих галактик отношение реального ускорения входящих в их состав звезд к ускорению, вызываемому действием одной лишь видимой материи (так называемый показатель RAR), исходя из допущения, что темная материя существует в действительности. Результаты показали, что в этом случае карликовые галактики ведут себя как уменьшенные копии более крупных галактик.

Но что если темной материи на самом деле не существует, а объяснение аномальных ускорений галактик и входящих в их состав звезд объясняется ограниченностью применимости простого гравитационного закона, открытого Ньютоном? В этом случае показатель RAR карликовых галактик будет сильно зависеть от расстояния между карликовой галактикой-спутником и родительской галактикой, показывают авторы.

Эта разница позволяет зафиксировать условия проверки гипотезы существования темной материи. Космический аппарат Gaia («Гея»), запущенный в космос в 2013 г. Европейским космическим агентством, может помочь провести этот тест. Однако анализ данных, собранных при помощи этого аппарата, для предлагаемой проверки гипотезы темной материи займет многие годы, отмечают авторы работы.

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters; главный автор Энрико Гаральди (Enrico Garaldi).

Источник

Физики из России создали абсолютно плоский магнит из кремния

Ученые из Курчатовского института создали первый прототип двумерного магнита из кремниевого аналога графена, улучшенные версии которого могут стать основой сверхбыстрых и экономных компьютеров будущего. Его описание и выводы физиков были опубликованы в журнале Nature Communications.

"Перспектива создания ультракомпактной спинтроники — альтернативы современной электронике — обуславливает поиск магнетизма в двумерных и одномерных материалах. Мы открыли целый класс двумерных магнитов, которые могут стать основой для компьютеров будущего", —  отмечает Вячеслав Сторчак из Курчатовского института в Москве, чьи слова приводит пресс-служба Российского научного фонда.

Все магнитные материалы состоят из особых областей, которые обычно называют доменами. Как правило, спины электронов у атомов в таких доменах повернуты  в одну сторону, противоположную тому, в какую сторону направлены спины электронов в соседних доменах. Благодаря этому куски железа не обладают собственным магнитным полем, но могут намагничиваться, если поместить их во внешнее магнитное поле.

Эти домены  ведут себя как единое целое, "коллективно" меняя намагниченность при приложении электрического поля, освещении светом или других воздействиях, что не позволяет записывать информацию в спины электронов у отдельных атомов. По этой причине ученые сегодня активно разрабатывают альтернативные подходы к хранению информации, так как магнитные системы хранения данных уже почти подошли к этому пределу.

Многие подобные проблемы, как отмечают Сторчак и его коллеги, можно преодолеть, используя абсолютно плоские магнитные материалы,  чьими свойствами можно манипулировать на более тонком уровне, чем у их обычных аналогов. За последние годы ученые создали несколько подобных двумерных магнитов, используя вещества, похожие на графен, и раскрыли целый ряд необычных свойств, которые не предсказывались теорией.

Несмотря на всю привлекательность 2D-магнитов для создания электроники, все они обладают одним общим недостатком — они изготавливаются не из кремния, а более дорогих и экзотических материалов, что мешает их быстрому проникновению в промышленность.

Их созданию, как пишут ученые, мешало то, что силицен — кремниевый "кузен" графена — крайне нестабилен по своей природе, из-за чего с ним очень тяжело работать и измерять его свойства. Российские физики решили эту проблему, экспериментируя не с чистым плоским кремнием, а со своеобразными "сэндвичами" из этого материала.

Эти "бутерброды", как объясняют исследователи, состояли из чередующихся слоев силицена и атомов гадолиния и европия, двух редкоземельных металлов с очень сильными магнитными свойствами, чьи атомы заполняли пустоты между сотами из цепочек кремния. Подобная конструкция была более стабильной, чем чистый двумерный материал, что позволило физикам покрыть ее тонким слоем оксида кремния и защитить от разложения при контакте с воздухом.

Первые опыты с подобными "слойками" показали, что даже одинарная комбинация гадолиния, европия и кремния обладает сильными магнитными свойствами, не уступая соединениям хрома и йода и другим плоским магнитным материалам.

Что интересно, увеличение числа слоев в этом "бутерброде" превращает его в уникальный материал, который одновременно демонстрирует и ферромагнитные, и антиферромагнитные свойства. Это делает подобные магниты интересными не только для инженеров, создающих спинтронные вычислительные приборы, но и для физиков-теоретиков, изучающих природу электромагнетизма.

Источник

Образование планет начинается раньше, чем звезда завершает формироваться

Европейская команда астрономов открыла, что частицы пыли вокруг звезды уже коагулируют прежде, чем звезда полностью сформировалась. Укрупнение частиц пыли является первым этапом на пути к формированию планет.

В последние годы астрономы открыли множество планетных систем вокруг других звезд. Почти каждая звезда, вероятно, имеет по крайней мере одну планету в своей системе. Наиболее важными остаются вопросы, связанные с формированием планетных систем. Результаты этого исследования, проведенного европейскими учеными, показывают, что формирование планет начинается на ранних этапах жизненного цикла звезды.

Исследователи сделали свое открытие при помощи радиообсерватории Atacama Large Millimeter Array (ALMA). Радиообсерватория ALMA представляет собой комплекс из 66 связанных между собой радиотелескопов, размещенных на протяжении 16 километров в пустыне Атакама, Чили. Исследователи направили этот телескоп на звезду TMC1A – звезду, находящуюся до сих пор в процессе формирования, которая располагается в направлении созвездия Тельца.

Астрономы заметили неожиданный недостаток монооксида углерода в диске вокруг звезды. Тогда они предположили, что это излучение было блокировано крупными частицами пыли. Используя численное моделирование, исследователи смогли показать, что на самом деле частицы пыли в молодом протопланетном диске, скорее всего, имеют размер от 10^-3 миллиметра до 1 миллиметра.

Главный автор нового исследования Даниэль Харсоно (Daniel Harsono) из Лейденского университета, Нидерланды, объясняет, почему этот результат представляется настолько удивительным: «Эти результаты указывают на то, что планеты уже начинают формироваться в то время, когда сама звезда все еще находится в процессе формирования. Масса звезды еще едва достигла трех четвертей ее окончательной массы. Это стало для нас большой новостью!»

В будущих исследованиях авторы работы планируют обнаружить признаки формирования протопланет также и вокруг других звезд аналогичным образом. В конечном счете астрономы хотят выяснить более подробно, когда и где происходит формирование планет.

Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.

Источник

О неподтвержденных околоземных объектах

Околоземные объекты (Near-Earth objects, NEO) являются небольшими небесными телами Солнечной системы, орбиты которых таковы, что эти тела иногда оказываются слишком близко к Земле, и это может грозить столкновением с нашей планетой. NEO являются хорошими индикаторами состава вещества, динамики и условий Солнечной системы, а также позволяют проследить историю эволюции нашей планетной системы. Источниками большинства метеоритов также являются NEO.

Большое значение NEO для науки и безопасности нашей планеты обусловливает необходимость точного статистического учета этой популяции – однако здесь возникает одна проблема. Процесс открытия NEO требует различать известные и неизвестные цели, чтобы затем определять параметры их орбит. Каталог параметров орбит известных NEO, распределение их по размерам и частотам обращения по орбитам вокруг Земли – все это служит исходными данными для получения несмещенных моделей популяций околоземных объектов. Однако многие NEO обнаруживаются и регистрируются учеными, однако дополнительные наблюдения для них не проводятся.

Астрономы из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра во главе с Петром Вересом (Peter Vereš) проанализировали отчеты о NEO за период с 2013 по 2016 гг; в течение этого периода были выявлены 170000 объектов как вероятные околоземные объекты-кандидаты. Проанализировав список околоземных объектов-кандидатов, представленных в Центр малых планет Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра за этот период и воспользовавшись статистическими инструментами, ученые выяснили, что примерно 18 процентов от числа всех околоземных объектов-кандидатов остаются неподтвержденными. Исследователи указывают на несколько причин такого положения дел, включая задержки сообщений об обнаружении; обнаруженный объект непрерывно находится в движении, и, как выяснили Верес и коллеги, задержка исходного сообщения об обнаружении NEO на 2-10 часов приводит к удвоению числа неподтвержденных NEO, поскольку усложняет локализацию движущегося источника для последующих наблюдений. Ученые показывают, что число неподтвержденных NEO исчисляется тысячами и указывают на необходимость немедленных сообщений об обнаружении новых NEO.

Исследование появилось в журнале Astronomical Journal.

Источник

"Там кипеж такой стоит". Из Новосибирска прорубят окно в новую физику

В Новосибирске планируют построить мюмютрон — маленький коллайдер, а потом масштабную установку для изучения фундаментальных свойств материи, "Супер чарм-тау фабрику", и наблюдать эффекты Новой физики — принципиально новые феномены, которые никак не проявляются в доступном нам мире. Об этом проекте и его текущем состоянии — в материале РИА Новости.

У теоретиков накопилось достаточно вопросов к Стандартной модели, которая описывает Вселенную на фундаментальном уровне. Ответов пока нет. Хотя главная физическая теория прекрасно подтверждается экспериментами на всех имеющихся в распоряжении физиков установках.

"Обнаружение бозона Хиггса, предсказанного еще в середине прошлого века, показало, что природа устроена просто и красиво. Выйти за пределы Стандартной модели не получается. Большой адронный коллайдер поднял энергию до своих максимальных возможностей, а проявлений Новой физики все нет", — говорит РИА Новости академик Павел Логачев, директор Института ядерной физики (ИЯФ) Сибирского отделения РАН в Новосибирске.

Ученых беспокоит, почему суперсимметрия — физическая гипотеза, предполагающая существование суперпартнеров у всех известных элементарных частиц, никак не наблюдается даже на БАК. Другой вопрос касается тайны происхождения электронов и кварков. Дело в том, что существует три поколения этих частиц с массами, различающимися на несколько порядков. К примеру, в состав протонов и нейтронов входят только два кварка первого поколения. Зачем природа создала еще четыре кварка? Чем объясняются их свойства?

Аналогичная ситуация с электроном — легкой частицей в составе атомов. Ее "кузен" в третьем поколении — тау-лептон — почти в четыре тысячи раз тяжелее. Ученых интересует, может ли он превратиться в электрон напрямую, без участия тау-нейтрино — самого тяжелого типа нейтрино. Зачем вообще утраивать поколения элементарных частиц? 
"Таких вопросов к Стандартной модели очень много", — констатирует академик Логачев.

Ученым хочется, чтобы была одна, простая и красивая теория, которая объяснит все и даже больше — сможет предсказывать, что там, в недоступных нам областях космоса, занятых темными материей и энергией.

"Сейчас ситуация напоминает конец XIX — начало XX века, когда были созданы квантовая механика, теория относительности, релятивистская теория гравитации, изучена структура атомов и атомных ядер. Поэтому, надеюсь, выход в Новую физику состоится очень скоро. И кто первый это сделает, кто окажется на гребне событий, тот снимет все сливки", — рассуждает директор.

 

Тоннель накопительного кольца коллайдера ВЭПП-4М в Институте ядерной физики Сибирского отделения РАН

Ускоритель превращается в фабрику

Изучение физики тяжелых кварков и поиск Новой физики возможны не только при очень высоких энергиях, но и на ускорителях низких и средних энергий, увеличивающих в сотни раз число редчайших событий, в которых рождаются кварки. В результате удается собрать больше статистики за меньшее время и тем самым резко увеличить вероятность обнаружения новых явлений. 
Такие установки называют суперфабриками. Они в сотни раз производительнее обычных ускорителей. Физики из Новосибирска решили пойти именно этим путем, чтобы изучить природу тау-лептона, самого тяжелого из известных собратьев, и очарованного кварка (чарм-кварка, или c-кварка), представителя второго поколения кварков. 

"Мы хотим подобраться к Новой физике через другую дверь, пытаясь выявить невероятно редкие события, которые считаются в Стандартной модели строго запрещенными. Для этого нужны на порядки более высокая производительность — мы называем это светимостью, — чистота эксперимента, его точность. Все это достижимо на средних энергиях", — поясняет академик Логачев.

 

Меню "Супер чарм-тау фабрики"

Установка, которую предлагают построить в ИЯФ, "Супер чарм-тау фабрика", — это коллайдер, где сталкиваются электроны и позитроны. Чтобы обеспечить его этими частицами, — а их потребуется десятки миллиардов ежесекундно, — нужны довольно сложный комплекс из линейных ускорителей и другие уникальные приборы, например, источник поляризованных электронов.

Позитроны — антиподы электронов — фабрике дает целый каскад ускорителей. Первый стреляет пучком электронов в танталовую мишень, рождающую смесь частиц, в том числе позитроны. Их собирают специальным устройством, направляют в следующий ускоритель, чтобы разогнать до нужных энергий, а затем — в кольцо-накопитель. Охлажденный там сгусток позитронов, накопленных за много выстрелов ускорителя, передают в основной линейный ускоритель, а оттуда — в коллайдер-фабрику, где в столкновениях электронов и позитронов рождаются очарованные кварки и тау-лептоны. И их фиксирует детектор. 

Столкновение и исчезновение частиц в фабрике происходит с огромной частотой, поэтому ускорительному комплексу придется работать непрерывно.

 

© ИЯФ СО РАН

Cхема "Супер чарм-тау фабрики"

В поисках димюония

Идея резкого увеличения светимости электрон-позитронного ускорителя на встречных пучках — метод crab waist — принадлежит итальянскому физику Панталео Раймонди. Вместе с новосибирцами он смоделировал все нюансы процесса, а затем проверил на ускорителе DAFNE в Италии, сумев поднять светимость в три раза. Но увеличение этого параметра на два порядка требует особой подготовки. Для этого в ИЯФ планируют построить испытательный стенд в виде небольшого коллайдера размером всего тридцать метров — мюмютрон. В нем на очень низких энергиях, но с большими токами будут сталкиваться пучки электронов и позитронов.

В дальнейшем стенд можно использовать для изучения мюона — нестабильной элементарной частицы, которую регистрируют в космических лучах. Попробуют также получить димюоний — экзотический атом, состоящий из отрицательного и положительного мюонов. Отсюда и название коллайдера.

"Димюоний в двести раз меньше позитрония — системы из электрона и позитрона. Большое количество димюония — еще одна возможность для поиска эффектов Новой физики. Димюоний предсказан теоретически, но никто в мире его еще не получал экспериментально", — продолжает директор ИЯФ.

Проект, который ждут

"Супер чарм-тау фабрика" заполнит пустующую в мире нишу установок среднего уровня энергий и высокой производительности. Проект горячо поддерживает международное сообщество: его реализация позволит проверить и уточнить данные, полученные в других экспериментах.

На БАК тоже можно изучать c-кварки. Однако там происходит очень много других событий, поскольку энергия гораздо выше. Чарм-кварками эффективнее заниматься при более низких энергиях, на которые и ориентированы новосибирцы.

В японской лаборатории КЕК кварки изучают на "Супер b-фабрике" с очень высокой светимостью. Но понизить энергию ускорителей, чтобы наблюдать прямое рождение очарованных кварков, на этой установке нельзя, поскольку все оптимизировано для других экспериментов.

Сегодня один из самых успешных в этой области — электрон-позитронный коллайдер BEPC II в лаборатории IHEP в Китае. Однако у него маленькая производительность. Использовать там идею Раймонди невозможно: он высказал ее в 2006 году, когда китайцы уже строили свою чарм-фабрику. Так что проект в Новосибирске уникален не только собственным колоссальным потенциалом, но и тем, что дает возможность проверить результаты других установок. Особенно это касается Новой физики. Здесь без дублирования не обойтись: если в одном эксперименте зафиксирован необычный эффект, его необходимо повторить в другом, независимом эксперименте.

 

© AP Photo / DPA/Daniel Bockwoldt

Слово за правительством

"Супер чарм-тау фабрику" одобрили в 2011 году вместе с еще пятью megascience-проектами. Два из них уже получили финансирование и реализуются: исследовательский реактор на быстрых нейтронах ПИК под Санкт-Петербургом и коллайдер протонов и тяжелых ионов NICA в Дубне. 

Называть даже предварительные сроки запуска строительства "Супер чарм-тау фабрики" пока преждевременно. По словам академика Логачева, сначала правительство проработает поручение о создании комплекса синхротронных источников четвертого поколения (ИССИ-4), данное Владимиром Путиным в апреле этого года по итогам заседания Совета по науке и образованию. Это тоже один из проектов класса megascience. Строить синхротроны планируют в Новосибирске и Протвино — двух крупнейших ускорительных центрах страны. Решение, по словам директора, ожидается в конце года.

Ускорительная техника — область, где российская наука находится на мировом уровне. Иначе у наших физиков не было бы компетенций для разработки ИССИ-4. Развитие ускорительной техники подтягивает за собой и другие отрасли промышленности, а также служит коммерциализации технологий.

"Без коллайдеров не было бы первого в мире ускорительного источника для бор-нейтронозахватной терапии рака. И пока мы сохраняем лидерство. Мы делаем малодозные рентгеновские установки для систем безопасности в аэропортах. Они обеспечивают абсолютную надежность досмотра при эквивалентной дозе, получаемой пассажиром всего за пять минут полета. С "Супер чарм-тау фабрикой" мы сможем снизить и эту дозу. Если бы мы не занимались коллайдерами, то не сделали бы для нашей оборонной отрасли пушки для электронно-лучевой сварки. Раньше их производила Украина, а теперь мы. Коммерческий выход от проекта намного превысит затраты на него", — заключает академик Логачев.

Источник