Новости науки

Физики из Голландии создали первый "алмазный" квантовый процессор, ячейки памяти которого обновляются быстрее, чем исчезают квантовые связи между ними, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

"Эти опыты показывают, что мы все ближе подходим к созданию реальных квантовых сетей и квантовых вычислительных устройств. Конечно, частоту подобных обновлений содержимого кубитов нужно увеличить еще примерно в 100 раз, чтобы такие вычислительные системы стали полезными на практике, однако достичь этого вполне реально", — комментирует открытие Жульен Лора (Julien Laurat), физик из Сорбонны в Париже (Франция).

Кубиты представляют собой одновременно и ячейки памяти, и вычислительные модули квантового компьютера, которые могут одновременно хранить в себе и логический ноль, и единицу благодаря законам квантовой физики. Объединение нескольких кубитов в единую вычислительную систему позволяет очень быстро решать математические или физические задачи, поиск ответа на которые при помощи методик перебора заняло бы время, сопоставимое со сроками жизни Вселенной.

Как рассказывал РИА "Новости" Алексей Устинов, один из ведущих ученых Российского квантового центра, физики быстро научились изготовлять одиночные кубиты, способные жить достаточно долго для ведения вычислений. С другой стороны, попытки объединить несколько кубитов сталкиваются сегодня с большими трудностями из-за того, что записать и считать данные из них не так просто, как изначально казалось.

Одна из главных проблем, как рассказывает Рональд Хэнсон (Ronald Hanson), физик из университета Дельфта (Нидерландов) —  связи между кубитами "живут" гораздо меньше времени, чем ученые тратят на их установление. По этой причине квантовый компьютер не может работать постоянно, периодически обновляя содержимое кубитов и связи между ними, как это делают ячейки оперативной памяти обычных вычислительных машин.

Хэнсон и его команда смогли решить эту проблему, используя набирающие популярность кубиты на базе миниатюрных синтетических алмазов и особый алгоритм "запутывания" этих ячеек памяти квантового компьютера.

"Сердцем" такого вычислительного модуля служит дефект — атом азота или другого элемента, "затесавшийся" в толщу атомов углерода. Подобные дефекты ученые называют "вакансиями", или NV-центрами, так как добавление атома азота в алмаз создает в его кристаллической решетке особое пустое место с необычными свойствами. В этой точке атом углерода отсутствует, но при этом она обладает всеми свойствами атома, который бы находился в этой точке в "замороженном" состоянии.

Благодаря этому алмазные кубиты, как рассказывает Хэнсон, изначально обладают очень длинными сроками жизни по сравнению с другими ячейками памяти. Голландским ученым удалось еще продлить им жизнь, защитив дефекты от всех источников помех, и создать набор методику, позволявшую им "запутывать" электроны в NV-центрах по 40 раз за секунду, заставляя их обмениваться одиночными частицами света.

Вкупе с очень долгими сроками жизни кубита – около 300-500 миллисекунд, эта технология позволяет непрерывно обновлять их содержимое по 10 раз в секунду и фактически делает их "вечными".  Теперь ученые могут считывать содержимое ячейки памяти, перенося ее в другой кубит, обновлять ее и затем заново записывать считанные данные с 100% шансом на успех.

"Это превращает нашу квантовую сеть в аналог обычного интернета – у нас всегда есть "носители информации" и любые узлы в ней могут обмениваться данными в любой момент времени. Вместе с нашими партнерами из телекоммуникационных компаний, мы планируем соединить сразу четыре города в Нидерландах при помощи квантовой запутанности. Они станут первыми узлами   квантового интернета в 2020 году", — заключает Хэнсон.

Источник

Черные дыры могут оказаться на самом деле «кротовыми норами», считают ученые

Научные коллаборации LIGO и Virgo обнаружили гравитационные волны, идущие со стороны двух объединяющихся черных дыр – и это открыло новую страницу в истории изучения космоса. Однако, что если эта «рябь пространства-времени» на самом деле связана не с черными дырами, а с другими экзотическими космическими объектами? Команда европейских физиков предлагает альтернативу – «кротовые норы», которые могут вести в другую Вселенную.

Ученые выявили существование черных дыр во Вселенной на основе множества экспериментов, теоретических моделей и непрямых наблюдений, таких как недавние обнаружения гравитационно-волновых сигналов, произведенные при помощи обсерватории LIGO. Предполагается, что эти сигналы исходят со стороны двух объединяющихся черных дыр.

Однако теоретические представления о черных дырах сталкиваются с одной значительной проблемой – существованием так называемого «горизонта событий», границы, из-за которой ничто – и даже свет - не может вернуться обратно. Это противоречит принципам квантовой механики, которая постулирует, что информация всегда сохраняется и никогда не может быть потеряна безвозвратно.

Одним из вариантов разрешения этого противоречия является новая гипотеза, которая предлагается командой ученых под руководством Пабло Буэно (Pablo Bueno). Согласно этой гипотезе, черных дыр во Вселенной не существует, а вместо них следует искать другие экзотические компактные объекты, такие как «кротовые норы», которые отличаются от черных дыр отсутствием горизонта событий. По мнению авторов работы, различить черные дыры и «кротовые норы» можно, если производить поиск своего рода «эха», которое будет сопровождать гравитационно-волновое событие в том случае, если его источником являются «кротовые норы», и будет отсутствовать в случае, если источником гравитационных волн являются черные дыры. Предлагаемая проверка этого предположения может быть осуществлена при регистрации новых гравитационно-волновых событий, указывают Буэно и его коллеги.

Исследование опубликовано в журнале Physical Review D.

Источник

Физики из США уточнили прогнозы по наступлению "ядерной зимы"

Арсеналы всех ядерных держав должны содержать в себе не более 100 боеголовок для того, чтобы их применение не вызвало "ядерную зиму" или "ядерную осень" и не привело к исчезновению человечества даже без ответного удара, говорится в статье, опубликованной в журнале Safety.

"Имея сто ядерных боезарядов, ядерные державы не потеряют потенциал сдерживания, но при этом избегут наступления "ядерной осени" и массовой гибели своих собственных же граждан. Если бы мы использовали всего тысячу из имеющихся у нас боеголовок, а потенциальный противник не ответил бы нам, мы бы убили в 50 раз больше американцев, чем террористы во время атак 11 сентября 2001 года", — заявил Джошуа Пирс (Joshua Pearce) из Технологического университета Мичигана в Хафтона (США).

Оружие судного дня

Сегодня в мире существует девять ядерных держав – пять "официальных", подписавших Договор о нераспространении ядерного оружия 1968 года, и четыре "нарушителя режима", явно или косвенно заявлявших о наличии у них подобных боезарядов. К числу первых относятся США, Россия, Франция, Британия и Китай, а вторых – Индия, Пакистан и КНДР, "открыто" нарушающие ДНЯО, и Израиль с его политикой "ядерной непрозрачности".

За годы холодной войны и локальных конфликтов все эти страны накопили огромное число ядерных боезарядов – около 15 тысяч боеголовок, авиационных бомб и прочих взрывных устройств. По текущим оценкам ученых, подобных запасов хватит для того, чтобы полностью стереть всю жизнь с лица Земли несколько десятков раз.

Только 35 лет назад физики и биологи начали задумываться о том, к каким последствиям приведет ограниченная ядерная война, допустимая и применяемая в рамках российской, и в рамках американской военной доктрины для "деэскалации" конфликтов и при появлении угрозы для существования государства. 

Как тогда предположили ученые, применение нескольких десятков или сотен атомных боезарядов могло вызвать "ядерную зиму" – резкое похолодание климата, вызванное огромной массой пыли и сажи, выброшенной в атмосферу после ядерных атак. Главной причиной смерти людей в таком сценарии послужит не сам термоядерный удар или радиация, а массовый голод и низкие температуры.

Эти прогнозы, как рассказывает Пирс, были составлены Карлом Саганом, известнейшим астрономом, и его командой при помощи достаточно простых компьютеров и столь же простых моделей. К примеру, они не учитывали то, как исчезновение глобальной торговой сети повлияет на жизнь разных стран, их сельское хозяйство и критически важные области промышленности.

Математика смерти

Руководствуясь подобными идеями, Пирс и его команда обновили модель "ядерной зимы" и попытались вычислить число боеголовок, при применении которых последствия для климата и населения Земли были бы не столь катастрофическими.

Меняя число ядерных боезарядов в арсеналах воюющих стран и то, на какие цели они были направлены, ученые оценивали массу пепла, возникавшую в ходе таких бомбардировок, и последствия его попадания в атмосферу.

Как показали эти расчеты, даже при полном отражении ответной атаки, применение семи  тысяч или одной тысячи боеголовок приведет к катастрофическим последствиям. Только за первый год после условного ядерного конфликта между США и Китаем "ядерная осень" и голод уничтожат около пяти миллионов американцев, а число жертв в дальнейшем только вырастет из-за разрушенных торговых связей.

По этой причине физики рекомендуют всем ядерным державам ограничить свои арсеналы до ста боезарядов. Их одновременное применение по-прежнему нанесет непоправимый экономический ущерб "условному противнику", но при этом оно не вызовет ядерной зимы и необратимых изменений климата.

"С этой точки зрения, крайне нерациональным выглядит то, что сегодня США тратит миллиарды долларов на поддержание ядерного арсенала, применение которого причинит не меньший вред для нас самих, чем для наших потенциальных противников. У некоторых других стран ситуация еще хуже – для Израиля или Северной Кореи применение ядерного оружия будет настоящим суицидом", — заключает Пирс.

Источник

Ученые "омолодят" ядерный реактор и повысят безопасность АЭС

Специалисты НИЦ "Курчатовский институт" с участием дипломников и аспирантов из Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" проанализировали структурное состояние сталей корпуса ядерного ректора ВВЭР-440 при помощи разработанной в НИЦ "Курчатовский институт" технологии, которая позволяет увеличить срок службы реакторов до 45 лет и значительно сэкономить на демонтаже старых реакторов и строительстве новых. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Nuclear Materials.

Корпус водо-водяного ядерного реактора (наиболее распространенный тип реактора в мире) ВВЭР-440 – один из самых важных узлов ядерной энергетической установки. Надежность и работоспособность корпуса во многом определяет безопасность работы АЭС в целом.

В процессе эксплуатации под действием облучения быстрыми нейтронами происходит радиационное упрочнение (снижение пластичности) сталей корпуса реактора за счет образования наноразмерных радиационных дефектов и радиационно-индуцированных фаз. Под действием рабочей температуры корпуса реактора (~ 300 °С) и облучения на границах зерен также образуются сегрегации примесных элементов, которые снижают прочность границ зерен. Образование зернограничных сегрегаций вредных примесей вызывает снижение трещиностойкости сталей.

Это ограничивает срок безопасного использования корпуса реактора, так как со временем возрастает вероятность его хрупкого разрушения при заливе холодной воды в случае аварии. Для продления срока службы корпусов реакторов ВВЭР-440 в 1991 году был проведен восстановительный отжиг ряда корпусов реакторов, что позволило продлить их срок службы до 45 лет.

По словам ученых, для дальнейшего экономически выгодного продления срока службы до 60 лет необходимо проведение повторного восстановительного отжига с предварительным обследованием структурного состояния и механических свойств сталей корпусов реакторов, проработавших после первого отжига длительный период.

Технология отжига была разработана и запатентована в НИЦ "Курчатовский институт", она предполагает определенную температуру, время выдержки, скорость нагрева до температуры отжига на разных этапах и скорость охлаждения. Суть метода заключается в том, что из действующих корпусов реактора ВВЭР-440 вырезают пробы (темплеты), которые подвергают тщательному исследованию,  повторному отжигу и повторному исследованию.

"Только после проведения данной процедуры можно дать рекомендации по возможности продления срока службы корпуса реактора и определить темп его дальнейшего послеотжигового радиационного охрупчивания", — рассказала главный научный сотрудник НИЦ "Курчатовский институт", профессор Института ядерной физики и технологий МИФИ Евгения Кулешова.

По словам исследователей, данный способ позволяет увеличить срок службы реакторов до 60 лет и, кроме того, значительно сэкономить на демонтаже старых реакторов и строительстве новых. "Проведение восстановительного отжига по заданному  режиму приводит к растворению радиационно-индуцированных преципитатов и радиационных дефектов, а также зернограничных сегрегаций. В результате происходит возврат структуры и свойств сталей к исходному состоянию, а, следовательно, продление срока их службы. Поэтому так необходимы знания о структуре и механических свойствах сталей корпуса реактора на разных стадиях их эксплуатации, в том числе и после восстановительных отжигов", – отметила Евгения Кулешова.

В ходе исследования использовались высокоразрешающие современные методы: просвечивающая и растровая электронная микроскопия, атомно-зондовая томография и оже-электронная спектроскопия. Для определения степени радиационного охрупчивания сталей были проведены механические испытания на статическое растяжение и ударный изгиб.

"Участие студентов МИФИ в данном исследовании иллюстрирует связь российских университетов с реальной наукой и экономикой, которая позволяет студентам уже с институтской скамьи участвовать в научных разработках, решать большие задачи. Это позволяет повысить их уровень знаний и компетенции, а также способствовать реальной экономической выгоде стране", – рассказала Евгения Кулешова.

Источник

Нейтронные звезды помогают глубже понять кварковое вещество

Кварковое вещество – экстремально плотное состояние материи, в котором она состоит из отдельных субатомных частиц, называемых кварками – может существовать в центрах нейтронных звезд. Также оно может быть воссоздано на короткие мгновения в ускорителях частиц на Земле, таких как Большой адронный коллайдер ЦЕРН. Однако коллективное поведение кварковых частиц с трудом поддается математическому описанию. В новой работе исследователи во главе с Алекси Куркелой (Aleksi Kurkela) из Департамента теоретических исследований ЦЕРН и Университета Ставангера, Новергия, объясняют, как нейтронные звезды помогли наложить важные ограничения на коллективное поведение частиц материи, пребывающих в этом экстремальном состоянии.

Для описания коллективного поведения частиц кварковой материи физики обычно используют уравнения состояния, связывающие давление материи в данном состоянии с другими свойствами, описывающими это состояние. Однако для кваркового вещества до сих пор не предложено единого уравнения состояния; вместо этого ученые вынуждены описывать состояние кварковой материи лишь при помощи семейств уравнений. В своей новой работе команда Куркелы использовала данные по приливным деформациям нейтронных звезд под действием звезд-компаньонов, полученные при помощи обсерваторий LIGO и Virgo, для того чтобы значительно сократить объем этого семейства уравнений. Такое сокращение объема уравнений, используемых для описания состояния кваркового вещества, позволяет наложить более строгие ограничения, по сравнению с существующими, на коллективные свойства кварковой материи.

На заключительном этапе исследования авторы применили полученные ими ограничения теперь уже для исследования свойств самих нейтронных звезд - и смогли получить выражение, связывающее размер и массу нейтронной звезды. Согласно команде, максимальный радиус нейтронной звезды массой 1,4 массы Солнца составляет от 10 до 14 километров.

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Источник

Исследователи анализируют состав пыли Солнечной системы

Солнечная система в том виде, в каком она нам известна, сформировалась примерно 4,6 миллиарда лет назад из пыли межзвездного вещества, которая вращалась вокруг Солнца и конденсировалась в планеты и меньшие по размерам объекты. Частицы пыли той эпохи сегодня уже нельзя встретить во внутренней части Солнечной системы, поскольку они уже давно были уничтожены, претерпели сложные трансформации и повторно агрегировали с образованием новых фаз. Поэтому ученые могут лишь выдвигать предположения о процессах, которые привели к формированию текущей конфигурации Солнечной системы.

Пыль, из которой формировалась Солнечная система, теперь рассеяна кометами по всему ее объему, и проведенный на Земле анализ ком различных комет обнаружил, что эта пыль содержит структуры, получившие название GEMS и представляющие собой стекло со вкраплениями металлов и сульфидов, в котором почти полностью отсутствует углерод. Кроме того, в некоторых из этих образований содержатся необычные в плане изотопного состава силикатные компоненты, которые могли сформироваться только в окрестностях других звезд – и это означает, что они содержат сохранившиеся образцы межзвездного вещества.

В новой работе команда под руководством Хоупа А. Ишии (Hope A. Ishii) из Гавайского института геофизики и планетологии Гавайского университета проанализировала результаты измерений космической пыли, проведенных при помощи инструмента Cosmic Dust Analyzer (CDA) космического аппарата НАСА Cassini («Кассини»). Согласно гипотезе исследователей, структуры GEMS формировались из пыли межзвездного пространства в два этапа. В соответствии с этой схемой, сначала в молекулярном облаке происходила первичная агрегация частиц под действием ударных волн сверхновых, и на этом этапе под действием космических излучений в конденсирующиеся силикатные частицы попадали вкрапления металлов. На втором этапе формирования структур GEMS, после коллапса молекулярного облака, частицы первого поколения агрегировали с кристаллическими зернами, которые, вероятно, были доставлены из внутренней части солнечной туманности, и сформировавшиеся таким образом кристаллические агрегаты второго поколения входили затем в состав вещества комет.

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Источник

В течение нескольких десятилетий ученые пытались понять, что является источником тусклого микроволнового излучения необычного типа, идущего со стороны нескольких областей Млечного пути. Известное как аномальное микроволновое излучение (anomalous microwave emission, AME), оно представляет собой излучение, испускаемое стремительно вращающимися наночастицами.

До настоящего времени исследователи считали, что источником AME излучения являются полициклические ароматические углеводороды – углеродсодержащие молекулы, широко распространенные в космическом пространстве и различаемые по отчетливому, хотя и тусклому инфракрасному излучению. Наноалмазы – а именно гидированные наноалмазы – также излучают в этом диапазоне, но на другой длине волны.

В новой научной работе исследователи во главе с Джейн Гривз (Jane Greaves) из Кардиффского университета, Великобритания, наблюдали AME излучение, идущее со стороны протопланетных дисков трех звезд: V892 Tau, HD 97048 и MWC 297 при помощи телескопов Green Bank Telescope (GBT) (штат Западная Вирджиния, США) и Australia Telescope Compact Array (ATCA). Астрономы показали, что уникальная спектральная картина, наблюдаемая для ИК излучения этих молодых звезд, соответствует гидрированным наноалмазам, а не полиядерным ароматическим углеводородам. В то же время другие звезды Млечного пути демонстрируют признаки наличия полиядерных ароматических углеводородов, однако лишены признаков наличия наноалмазов, следовательно, источниками таинственного AME излучения конденсированные бензоидные углеводороды являться не могут, делают вывод авторы.

Работа опубликована в журнале Nature Astronomy.

Источник

Исследователи открывают систему, включающую три планеты размером с Землю

Астрономы представили результаты исследований, в рамках которых было открыто две новых планетных системы, причем в одной из этих систем расположены три планеты размером с Землю.

Информация об этих новых экзопланетах была получена при помощи космического телескопа НАСА Kepler («Кеплер»), выполняющего в настоящее время миссию, известную как К2. В этом исследовании научный коллектив, возглавляемый Диезом Алонсо (Díez Alonso), сообщает об открытии двух новых планетных систем, которые были обнаружены по снижению яркости родительских звезд, вызываемому прохождениями перед ними планет.

Первая из этих экзопланетных систем – это система звезды K2-239. Эта звезда относится к красным карликам спектрального класса М3V и была открыта при помощи телескопа Gran Telescopio Canarias (GTC), расположенного в обсерватории Роке-де-лос-Мучачос, остров Пальма, Канарские острова. Она находится в направлении созвездия Секстант, на расстоянии 160 световых лет от Солнца. Звезда располагает компактной планетной системой, состоящей по крайней мере из трех каменистых планет размером примерно с Землю (1,1; 1,0 и 1,1 радиуса Земли), которые движутся вокруг звезды по орбитам с периодами 5,2; 7,8 и 10,1 суток соответственно.

Второй красный карлик, называемый K2-240, имеет планетную систему, состоящую из двух суперземель, размеры которых примерно в два раза превышают размер Земли. Температуры атмосфер красных карликов составляют 3450 и 3800 Кельвинов соответственно, что эквивалентно примерно половине от температуры Солнца. Согласно оценкам исследователей, температуры на всех открытых ими планетах будут на десятки градусов выше, чем на Земле, поскольку планеты получают большое количество тепла от звезд, двигаясь вокруг них по узким орбитам.

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

Источник

Минералогия Марса указывает на то, что в древности планета была покрыта льдом

Климат Марса в раннюю эпоху существования Красной планеты давно является предметом споров между учеными – была ли планета теплой и влажной или же холодной и покрытой льдом? В новом исследовании ученые обнаруживают факты, свидетельствующие в пользу второй из этих версий.

В этом исследовании группа ученых во главе с Шериданом Экиссом (Sheridan Ackiss) из Университета Пердью, США, подробно проанализировала минералогию холмов с плоскими вершинами, известных как горы Сизифа. Ученые проверяли гипотезу о том, что эти холмы, расположенные в относительно малоизученных нагорьях южного полушария планеты, имеют вулканическое происхождение, причем представляют собой результат извержения вулканов под толщей льда. В этом случае взаимодействие льда и лавы приводит к формированию в области извержения пород с уникальным минералогическим составом, поиск которых и входил в основные цели исследования, проведенного командой Экисса.

Проанализировав данные, собранные при помощи инструмента НАСА Compact Reconnaissance Imaging Spectrometers for Mars (CRISM), исследователи смогли подтвердить гипотезу о происхождении гор Сизифа в результате вулканических извержений под толщей льда. Этот сценарий хорошо согласуется с гипотезой холодного древнего Марса и противоречит гипотезе «теплого и влажного» Марса, отмечают авторы исследования.

Работа опубликована в журнале Icarus.

Источник

Сколько весит наша Галактика? Ученые уточнили массу Млечного пути

Новый метод оценки масс галактик обещает более надежные результаты, особенно в применении к обширным наборам данных, которые дают современные обзоры неба. В этом исследовании, проведенном группой астрономов во главе с Эктой Патель (Ekta Patel) из Аризонского университета, США, впервые наблюдаемые перемещения галактик-спутников Млечного пути в трех измерениях в сочетании с мощными компьютерными моделями дают более точную оценку массы Млечного пути, по сравнению с предыдущими исследованиями.

Поскольку мы находимся внутри нашей Галактики, то оценка ее массы не может быть проведена по ее собственным движениям, а вместо этого ученые используют для оценки массы Млечного пути движение окружающих нашу Галактику небольших космических объектов – галактик-спутников и звездных потоков. Движение таких объектов сильно зависит от массы Млечного пути, поэтому изучая его параметры, ученые могут оценить массу Галактики. Согласно оценкам, полученным в результате предыдущих исследований, масса Млечного пути составляет от 700 миллиардов до 2 триллионов солнечных масс.

В своей работе Патель и ее команда совершенствуют этот метод оценки массы Галактики, переходя от измерений положения на небе и движения малых объектов Млечного пути к их угловым моментам, которые не зависят от расстояния до объекта. Применение этого метода позволило исследователям уточнить массу нашей Галактики, которая, согласно новым оценкам, составляет 960 миллиардов масс Солнца. Эти результаты также согласуются с представлением о том, что масса Млечного пути немного меньше, чем масса соседней с ним галактики Андромеда.

Исследование представлено на очередном ежегодном собрании Американского астрономического общества, проходившем недавно в Денвере, штат Колорадо.

Источник

Обнаружены новые таинственные объекты вблизи центральной черной дыры Галактики

Астрономы обнаружили в центре Галактик несколько необычных объектов, истинная природа которых скрыта за завесой из пыли; они выглядят как облака газа, но ведут себя как звезды.

В новом исследовании группа ученых во главе с Анной Киурло (Anna Ciurlo) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, США, представила результаты, основанные на научных данных, собранных при помощи инфракрасного инструмента OH-Suppressing Infrared Imaging Spectrograph (OSIRIS) обсерватории им. Кека (Маунакеа, Гавайи) в течение 12 лет.

Впервые астрономы открыли в окрестностях центральной сверхмассивной черной дыры Млечного пути объекты класса G более десятилетия назад: объект G1 был впервые обнаружен в 2004 г., а объект G2 был открыт в 2012 г. Сначала предполагалось, что оба объекта представляют собой газовые облака, до тех пор пока объекты не приблизились к сверхмассивной черной дыре. Обнаружилось, что объекты G1 и G2 смогли каким-то образом уцелеть, вместо того чтобы быть разорванными мощной гравитацией сверхмассивной черной дыры.

Такое поведение говорит о том, что объекты G1 и G2 не могут являться газовыми облаками, поэтому после выяснения этих обстоятельств ученые предположили, что эти загадочные объекты представляют собой не газовые облака, а звезды. Однако звезды, окутанные настолько толстыми облаками из газа и пыли, представляют собой большую редкость для нашей Галактики, поэтому объяснение их происхождения исследователи связали с уникальными условиями в окрестностях сверхмассивной черной дыры, предположив, что в этой области Галактики под действием мощной гравитации центральной сверхмассивной черной дыры может происходить схлопывание двойных звезд с образованием единого, крупного, окутанного толстыми газопылевыми оболочками объекта.

Теперь в новом исследовании команда Киурло сообщает об обнаружении трех новых инфракрасных источников, получивших соответственно обозначения G3, G4 и G5, поскольку они имеют физические характеристики, схожие с объектами G1 и G2.

Эти результаты доложены на собрании Американского астрономического общества, прошедшем на днях в Денвере.

Источник

Физики из США извлекли стакан воды из сухого воздуха пустыни

Ученые из университета Беркли создали новую версию "магического песка", способного извлекать влагу из сухого пустынного воздуха, и проверили его работу в реальной пустыне, получив стакан чистой пресной воды, говорится в статье, опубликованной в журнале Science Advances.

"Уже сегодня можно сказать, что к этой технологии есть огромный коммерческий интерес. Сразу несколько стартапов пытаются коммерциализовать эту идею. Все это стало возможно благодаря алюминиевой версии катализатора, чья себестоимость в 150 раз ниже, чем у нашей первой разработки, а КПД примерно в два раза выше", — заявил Омар Ягхи (Omar Yaghi) из университета Беркли в Калифорнии (США).

Год назад Ягхи и его коллеги представили публике необычный прибор, способный извлекать пары воды из воздуха, используя тепло и свет Солнца, и накапливать ее внутри пористого материала, так называемого металл-органического каркаса. Подобные материалы используются сегодня для очистки воздуха от паров различных газов и ускорения реакций.

Как обнаружили тогда ученые, подобные конструкции, собранные из молекул средства для удаления накипи и атомов циркония, активно поглощают не водород или улекислоту, а пары воды.  Руководствуясь этой идеей, инженеры из Беркли и MIT создали простейший "генератор воды".

Работает он очень просто – "песок" из частиц МОК, засыпанный в прозрачный сосуд, поглощает воду из воздуха, а свет Солнца заставляет пары воды покинуть их и сконденсироваться в другой емкости, подключенной к этому опреснителю.

Несмотря на скептицизм научного сообщества, первые тесты этого гаджета, проведенные в пустынях Аризоны, завершились полным успехом – по оценкам его создателей, килограмм такого "песка" может извлекать до 250 грамм воды из воздуха каждый день при однократном "проветривании" наночастиц.

Удачное завершение опытов заставило ученых задуматься о других проблемах – высокой стоимости этого материала из-за присутствия в нем циркония, и о сложностях, которые могут возникнуть при масштабировании подобных "генераторов воды" и увеличении их производительности.

Ягхи и его коллеги решили обе проблемы, экспериментируя с новой версией "магического песка", ключевым компонентом которой, помимо средства от накипи, служит алюминий, а не цирконий. Поменяв структуру частиц МОК, ученым удалось повысить эффективность работы экспериментального генератора воды и заставить его функционировать даже в тех случаях, если ночью температуры опускаются ниже нуля.

Работу этой установки они проверили на крыше того же университета Аризоны в Темпе, где господствовал "пустынный" уровень влажности – около 10-20%, и высокий уровень солнечного освещения. На этот раз физики использовали полную версию генератора воды, в которую было загружено около половины килограмма "магического песка", а не небольшое его количество, как в прошлых опытах.

Эти эксперименты показали, что и новый, и старый тип частиц МОК вырабатывал достаточно большие количества воды – 125 и 200 миллилитров жидкости за одну загрузку. Иными словами, каждый килограмм "песка" будет вырабатывать по 250 и 400 грамм воды каждый день.

Как считает Ягхи, себестоимость новой версии МОК настолько низка, что его можно использовать для производства воды в пустынях уже сегодня и обеспечения влагой всех нуждающихся жителей засушливых регионов мира. В ближайшее время его команда, как отмечает физик, проведет подобные опыты в самом сухом месте на Земле — в американской "Долине смерти" в пустыне Мохаве.

Источник

На Марсе обнаружен древний органический материал; таинственный метан

Марсианский ровер НАСА Curiosity обнаружил внутри горных пород Красной планеты новые свидетельства того, что планета могла поддерживать древнюю жизнь, а также новые ответы на вопросы, связанные с поисками следов жизни в атмосфере Красной планеты. И хотя эти находки напрямую не указывают на существование самой жизни, они, тем не менее, являются хорошим ориентиром для будущих миссий, предназначенных для исследования поверхности и подповерхностных слоев планеты.

Эти новые находки – «жесткие» органические молекулы в осадочных породах возрастом более трех миллиардов лет, расположенных рядом с поверхностью планеты, а также сезонные изменения уровня метана в атмосфере – были изложены в двух новых научных работах.

Для обнаружения органических молекул ровер Curiosity просверлил осадочные породы, известные как аргиллит, из четырех областей поверхности Марса, расположенных в кратере Гейл. Этот аргиллит постепенно формировался на протяжении миллиардов лет из ила, накапливающегося на дне этого древнего озера. Эти образцы пород были проанализированы при помощи инструмента SAM, использующего печь для нагрева образцов до температур выше 500 градусов Цельсия и высвобождения органических молекул из измельченных в порошок пород.

Результаты указывают на содержание углерода порядка 10 миллионных долей и выше. Это близко к составам вещества марсианских метеоритов и примерно в 100 раз выше, по сравнению с предыдущими результатами обнаружения органического углерода на поверхности Марса. Среди этих молекул: тиофены, бензол, толуол и небольшие цепочечные углеводороды, такие как пропан или бутен.

Источник

Если колыбелью жизни был Марс. Почему это возможно

Согласно одной из гипотез, примитивная доклеточная жизнь возникла более четырех миллиардов лет назад на суше среди вулканов и фумарол, которые обеспечивали всю необходимую химию для ее сохранения и питания. Это могло произойти как на Земле, так и на Марсе.

Живая клетка представляет собой очень сложный организм, объединяющий множество элементов, механизмов и процессов. Как она образовалась, неизвестно. Одни ученые пытаются синтезировать клетку целиком, другие идут от простого к сложному, выясняя, как сформировались ее составные части по отдельности и затем в течение миллиардов лет эволюционировали.

Долгое время считалось, что жизнь зародилась в океанах, но в последнее время эта точка зрения критикуется. Хотя вода входит в состав клетки, для самопроизвольного синтеза биомолекул она вредна. Кроме того, нет никаких доказательств, что на поверхности планеты более четырех миллиардов лет назад, когда, предположительно, стартовал процесс зарождения жизни, существовали моря и океаны.

Химия РНК-мира

На роль протожизни претендуют молекулы рибонуклеиновой кислоты, РНК. Они способны хранить информацию, воспроизводиться, синтезировать белки и выполнять самостоятельно множество различных функций, которые в современной клетке переняли ДНК, ферменты и другие биологические молекулы.

Молекулы РНК состоят из чередующихся нуклеотидов, связанных кислородными мостиками. Ученые давно пытались воссоздать звенья полимерной цепи этой сложной молекулы, но прорыв произошел только в 2009 году, когда британские исследователи Мэтью Поунер (Matthew Powner) и Джон Сазерленд (John Sutherland) обнародовали результаты экспериментов по синтезу двух РНК-нуклеотидов — цитозина и урацила. Их удалось получить в лабораторных условиях из простой органики и фосфата после облучения ультрафиолетом. 

"Они синтезировали два природных нуклеотида целиком. Это был грандиозный прорыв", — рассказывает РИА Новости Армен Мулкиджанян, доктор биологических наук, сотрудник НИИ физико-химической биологии имени А. Н. Белозерского МГУ имени М. В. Ломоносова, сотрудник физического факультета Оснабрюкского университета (Германия).

Нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (рибозы) и фосфатных групп, при присоединении которых запасается энергия. Как получить смеси сложных сахаров из органики, показал Александр Бутлеров аж в 1859 году. Спустя полтора века американский химик Стивен Беннер (Steven Benner) выяснил: для того чтобы в этой реакции избирательно образовывалась именно рибоза, в качестве катализатора нужен оксид молибдена. Кроме того, для стабилизации образующихся сахаров необходимо много боратов — солей борной кислоты. Беннер предположил, что такие химические условия могли существовать где-то в пустынях, например, на сухих возвышенностях Марса, сложенных базальтами.

"Действительно ранние Марс и Земля были очень похожи. Марс, возможно, располагал даже более окисленной атмосферой, чем древняя Земля, там нашли отложения боратов, что свидетельствует о давней геотермальной активности. Половина территории Марса сложена породами старше четырех миллиардов лет, так что искать там следы жизни имеет смысл. На Земле из-за тектоники плит горные породы такого возраста не сохранились", — объясняет Мулкиджанян.

Без света нет жизни

Специалист по энергетике клетки Армен Мулкиджанян давно занимается проблемой происхождения жизни, у которой в советской и российской науке почтенные традиции. Достаточно сказать, что академик Александр Опарин во всем мире считается отцом-основателем этого научного направления.

Мулкиджанян с коллегами предположили, что ультрафиолетовый свет мог стать ключевым фактором отбора первых биомолекул. Древняя атмосфера не содержала ни кислорода, ни озона. В ней сохранялись те биомолекулы, которые могли на первых порах просто нагреваться солнечными лучами, не распадаясь. Об этом свидетельствует то, что все природные азотистые основания РНК обладают данным свойством. А вот жесткое космическое излучение живые протоорганизмы вряд ли выдержали бы, полагает биолог. Значит, об их доставке метеоритами с Марса на Землю не может быть и речи.

Для зарождения жизни подходят геотермальные поля, образующиеся вокруг вулканов. Вместо воды, как в гейзерах, тут из горячих источников вырывается пар, насыщенный всеми необходимыми компонентами. В нем есть углекислый газ, водород, аммиак, сульфиды, фосфаты, молибден, бораты, калий — причем его больше, чем натрия. Калий преобладает и в клетках всех организмов, потому что иначе невозможен биосинтез белка. Как показал Мулкиджанян с коллегами, калий необходим для функционирования самых древних белков. Их удалось вычислить в 2000-м биоинформатику Евгению Кунину при реконструкции общего предка всех клеточных организмов — LUCA (Last Universal Cellular Ancestor).

Белки, которые кодируют гены LUCA, также используют ионы цинка в качестве катализаторов или структурных элементов.

"Сульфиды цинка умеют образовывать все бактерии. Интересно, что кристаллы сульфида цинка и похожего на него сульфида кадмия способны под ультрафиолетом восстанавливать углекислоту до органических, потенциально "съедобных" молекул. Поэтому первые живые организмы могли покрывать себя кристаллами этих минералов, чтобы защищаться от ультрафиолета и получать пищу", — поясняет ученый.

Цинк летучий, медленно кристаллизуется и осаждается, в отличие от железа и меди, на периферии геотермальных полей, где не жарко.

"На прохладной периферии таких полей могли образовываться "кольца жизни" вокруг горячих термальных источников", — заключает исследователь.

Геотермальные поля существуют на Земле до сих пор — в отличие от Марса, недра которого остыли. Армен Мулкиджанян вместе с геохимиком Андреем Бычковым из МГУ имени Ломоносова изучили химические условия фумарол у Мутновского вулкана на Камчатке. Сходные условия наблюдаются в Йеллоустонском национальном парке в США, на геотермальных полях Лардарелло в Италии и Матсукава в Японии.

Недавно следы геотермального поля возрастом 3,5 миллиарда лет обнаружили в районе Пилбара в Австралии — там же, где найдены древнейшие на Земле следы живых сообществ.

Источник

Новая команда из трех человек отправляется к МКС

Относительно малоопытное трио из двух астронавтов и одного космонавта стартовало в среду с космодрома Байконур, расположенного в Казахстане, в составе экспедиции, в рамках которой предполагается работа на борту Международной космической станции в течение пяти месяцев.

Сергей Прокопьев, космонавт Роскосмоса, Герман Александр Герст, астронавт Европейского космического агентства, и Серена Ауньон-Ченселлор, астронавт НАСА – взмыли в ясное небо на борту ракеты в 11:12 GMT.

Они прибудут к станции в пятницу.

Среди всех трех этих новых членов экипажа МКС лишь один прежде летал в космос – 42-летний Герст дебютировал в составе космической миссии на борту МКС в 2014 г. – что делает эту команду одной из самых «слабых» в плане опыта за последнее время.

Прокопьев, возраст которого составляет 43 года, будет выступать в роли командира полета к орбитальной лаборатории, который будет продолжаться в течение двух суток, несмотря на то, что он ни разу прежде не летал в космос.

Ауньон-Ченселлор (возраст 42 года), которая занималась инженерной деятельностью, идя по стопам своего отца, прежде чем стать астронавтом, а кроме того, является практикующим доктором, была утверждена НАСА на эту миссию лишь в начале года.

Футбольная лихорадка охватила МКС в преддверии Чемпионата мира по футболу, который пройдет в России на следующей неделе, и ракета «Союз», на борту которой находилось это трио, была украшена эмблемой чемпионата. Кроме того, Прокопьев обещал, что в день финала Чемпионата космонавты на МКС устроят собственный футбольный матч.

Источник

Ученые находят несогласованность в данных об устройстве Вселенной

Одной из неразрешенных загадок Вселенной остается вопрос о том, почему расширение Вселенной происходит с ускорением. Некоторые ученые относят это на счет гипотетической темной энергии, которая компенсирует силу притяжения, в то время как другие считают, что нужно внести корректировки в саму теорию гравитации Альберта Эйнштейна, долгое время считающуюся бесспорно справедливой.

В попытке ответить на этот вопрос в новой работе группа исследователей под руководством доктора Мустафы Ишак-Бушаки (Mustapha Ishak-Boushaki), профессора астрофизики Школы естественных наук и математики Техасского университета в Далласе, США, разработала новый математический инструмент, помогающий идентифицировать и оценить степень несогласованности космологических данных, собранных при помощи различных миссий и экспериментов. Эти находки могут пролить свет на загадку ускорения расширения космоса и оказать большое влияние на наше понимание Вселенной.

Для описания устройства Вселенной ученые используют так называемую стандартную космологическую модель, зависящую от многих параметров, которые находятся экспериментально. Эта модель позволяет рассчитать возраст Вселенной и скорость ее расширения. Однако данные наблюдений и измерений, положенные в основу этой модели, часто не согласуются друг с другом. Для оценки степени рассогласования Ишак-Бушаки и его команда предложили новый критерий, применив который к оценке рассогласования данных по постоянной Хаббла, отражающей скорость «разбегания» галактик Вселенной, ученые нашли, что величина постоянной Хаббла зависит от расстояния до нас, то есть не является универсальной космологической постоянной. Эти находки могут основательно изменить наши представления о Вселенной, считают авторы.

Работа опубликована в журнале Physical Review D.

Источник

На Сатурне обнаружены полуденные полярные сияния

Международная команда исследователей обнаружила, что скорость вращения Сатурна делает возможным существование на планете полуденных полярных сияний. В своей работе группа описывает факторы, обусловливающие появление полярных сияний на Сатурне.

Полярные сияния на Земле происходят, когда магнитное пересоединение (столкновение магнитных полей) вызывает появление вспышек на Солнце. В этом случае в космос выбрасывается плазма, несущая с собой магнитное поле, и часть этой плазмы достигает Земли. Когда она сталкивается с магнитным полем нашей планеты, происходят полярные сияния. Аналогичные процессы наблюдались на Венере, Марсе, Юпитере, Сатурне и Уране.

В этом новом исследовании ученые изучили данные, собранные при помощи космического аппарата НАСА Cassini («Кассини»), который обращался вокруг Сатурна в течение 13 лет. Астрономы проводили поиск данных о магнитном пересоединении на планете – предыдущие исследования показали, что они происходят на дневной стороне магнитопаузы (точки, в которой магнитные поля встречаются с солнечным ветром). Также имелись свидетельства того, что пересоединение магнитного поля происходит на ночной стороне магнитодиска, представляющего собой кольцо плазмы вокруг экватора, сформированное из воды и других материалов, извергаемых спутниками Сатурна. Однако это предыдущее исследование также показало, что на дневной стороне магнитодиска не должно происходить магнитное пересоединение, поскольку диск является слишком толстым. В новом же исследовании ученые открыли, что в полуденное время в магнитодиске также наблюдаются полярные сияния. Согласно исследователям, эта кажущаяся аномалия, вероятно, связана с высокой скоростью вращения Сатурна вокруг своей оси (сутки составляют всего лишь 10 часов). Эта высокая скорость вращения, отмечают они, вероятно, приводит к сжатию диска, делая его достаточно тонким для того, чтобы могло происходить магнитное пересоединение. Это пересоединение является достаточно мощным для того, чтобы вызывать полярные сияния, указывают авторы.

Работа опубликована в журнале Nature Astronomy; главный автор Р.Л. Гуо (R. L. Guo).

Источник

Шаровые скопления звезд могут оказаться на 4 миллиарда лет моложе, чем считалось

Шаровые скопления звезд могут оказаться на 4 миллиарда лет моложе, чем предполагалось ранее, сообщают в новом исследовании ученые из Уорикского университета, Великобритания.

Состоящие из сотен тысяч звезд, плотно упакованных в шарообразные образования, шаровые скопления считались почти настолько же старыми, как сама Вселенная – однако благодаря новым моделям, разработанным исследователями, было показано, что возраст шаровых скопления может составлять всего лишь 9 миллиардов лет, а не 13 миллиардов лет.

Это открытие ставит под сомнение современные теории формирования галактик, подобных нашему Млечному пути – в состав которого, предположительно, входят от 150 до 180 скоплений звезд – поскольку ранее считалось, что возраст шаровых скоплений примерно равен возрасту Вселенной.

В этом исследовании астрономы во главе с доктором Элизабет Стэнуэй (Elizabeth Stanway) из Группы астрофизики и астрономии Уорикского университета, используя блок численных моделей под названием Binary Population and Spectral Synthesis (BPASS), предназначенный для изучения эволюции двойных звездных систем, выяснили, что возраст изучаемых ими двойных систем составляет не 13, а 9 миллиардов лет. Модели BPASS предназначены для изучения таких двойных систем, в которых одна из звезд в процессе эволюции расширяется до гиганта, в то время как гравитация меньшей по размерам звезды-компаньона перетягивает на себя часть атмосферы гиганта, включающую водород и гелий. Считается, что возраст таких двойных звезд примерно равен возрасту шарового скопления, в котором они располагаются.

Согласно доктору Стэнуэй, это исследование ставит ряд новых вопросов относительно формирования массивных галактик и находящихся в них звезд.

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

Источник

Новые данные бросают вызов современным представлениям о формировании звезд

Изучение мощных вспышек звездообразования – событий в далеких галактиках, в ходе которых происходит формирование звезд со скоростью, в сотни и тысячи раз превышающей скорость формирования звезд Млечного пути – бросает вызов представлениям ученых об истории нашей Вселенной.

Вместо наблюдения света, идущего со стороны областей с интенсивным звездообразованием – которые, как правило, заслонены от наблюдений гигантскими облаками пыли, ученые во главе с доктором Чжи-Ю Чжаном (Zhi-Yu Zhang) из Эдинбургского университета, Шотландия, наблюдали вспышки звездообразования в радиодиапазоне, измеряя относительные количества различных типов газообразного монооксида углерода.

Исследователи смогли отличить газ, выбрасываемый со стороны массивных звезд, которые светят очень ярко в течение относительно небольшого времени, от газа, извергаемого менее массивными звездами, такими как наше Солнце, которые могут светить устойчиво на протяжении миллиардов лет.

Впервые применив этот новый метод, астрономы обнаружили, что звезды, сформировавшиеся внутри галактик, испытывающих мощную вспышку звездообразования, как правило, имеют более высокие массы. В этом отношении такие звезды значительно отличаются от звезд, формирующихся внутри галактик, в которых новые звезды загораются постепенно, на протяжении миллиардов лет.

Ученые подтвердили свои находки при помощи мощных компьютерных моделей, базирующихся на закономерностях процесса эволюции нашей галактики Млечный путь, и наблюдений далеких галактик ранней Вселенной, которые формировались в течение нескольких миллиардов лет после Большого взрыва. Для таких молодых галактик маловероятны более ранние эпизоды стремительного формирования звезд, которые могут исказить результаты в случае более зрелых галактик, отмечают авторы.

Исследователи собрали научные данные для этой работы при помощи мощной радиообсерватории ALMA, расположенной в Чили.

Исследование опубликовано в журнале Nature.

Источник

Физики из России и Британии создают "звуковой" квантовый компьютер

Российские и британские ученые выяснили, что кубиты, квантовые ячейки памяти, могут взаимодействовать с акустическими волнами, что позволяет использовать их для передачи информации в квантовом компьютере. Их выводы были представлены в журнале Physical Review Letters.

"Нам удалось показать, что искусственные атомы могут взаимодействовать с источниками поверхностных акустических волн. Они могут стать основой миниатюрных квантовых вычислительных приборов благодаря тому, что длина этих колебаний на пять порядков меньше, чем у их электромагнитных аналогов", — пишут Олег Астафьев из Московского Физтеха в Долгопрудном и его коллеги из ряда других российских вузов.

Астафьев, сотрудники его лаборатории и зарубежные коллеги уже долгое время работают над созданием кубитов на базе сверхпроводниковых материалов и так называемых переходов или контактов Джозефсона, представляющих собой два кусочка сверхпроводника, разделенных тонким слоем изолирующего материала.

Кубиты, построенные из нескольких джозефсоновских контактов, ведут себя как искусственные аналоги реальных атомов. Они могут находиться в основном и возбужденном состоянии, излучать и поглощать фотоны, а также исполнять другие физические "трюки", характерные для водорода, кислорода и других "кирпичиков", из которых сложен окружающий нас мир.

Сегодня, как рассказывают Астафьев и его коллеги, ученые используют приемники и излучатели микроволнового излучения для того, чтобы считывать и записывать информацию в сверхпроводящие кубиты.

Благодаря достаточно большой длине волны, равной примерно сантиметру, подобные приборы нельзя сделать компактными и ужать до размеров, пригодных для их "имплантации" внутрь чипов. Вдобавок, эти же ограничения не позволяют поместить внутри одного такого считывателя квантовых данных сразу несколько кубитов, взаимодействующих с разными типами волн.

Все эти проблемы, как заметили британские и российские ученые, можно решить, если заменить микроволновое излучение на другой, более удобный источник колебаний – обычные акустические волны. Их длина на несколько порядков меньше, что позволяет создавать более качественные и миниатюрные "клетки" для кубитов, в которые, к тому же, можно помещать сразу несколько искусственных атомов на базе переходов Джозефсона.

Руководствуясь этой идеей, Астафьев и его коллеги создали устройство, которое позволяет осуществлять подобные "акустические" квантовые операции, поместив кубит между двумя акустическими "зеркалами" и генераторами поверхностных звуковых волн.

Эти устройства, как объясняют ученые, преобразуют колебания переменного электрического тока в звуковые волны, "гуляющие" по поверхности пластины, к которой были прикреплены зеркала и кубит, и взаимодействующие с ним. Одно из них служит источником подобных волн, а второе – считывает их и извлекает информацию о состоянии кубита из них.

Охладив всю эту конструкцию до температур, близких к абсолютному нулю, ученые проверили, смогут ли звуковые волны "уловить" квантовую природу колебаний, возникающих внутри кубита. Их замеры показали, что подобная установка может и считывать, и записывать информацию внутрь кубитов, не мешая их работе, что позволяет им оставаться стабильными очень долгое время.

Все это, как отмечают ученые, позволяет в принципе заменить все электромагнитные части квантовых вычислительных систем на их акустические аналоги, что уменьшит их размеры и, возможно, сделает квантовые компьютеры более стабильными и просто устроенными.

Источник