Новости науки

Ученые нашли новый предел максимальной массы нейтронной звезды

Астрофизики из Франкфуртского университет им. И.В. Гёте, Германия, установили новый предел максимальной массы нейтронной звезды: не более 2,16 массы Солнца.

Начиная с самого открытия нейтронных звезд, которое состоялось в 1960 г., ученые искали ответ на важный вопрос: насколько массивными могут быть нейтронные звезды? В отличие от черных дыр нейтронные звезды не могут набирать массу неограниченно – существует предел, при превышении которого нейтронная звезда «схлопывается» в черную дыру. В своем исследовании астрофизики из Франкфуртского университета им. И.В. Гёте впервые строго рассчитали величину предельной массы нейтронных звезд.

В своей работе исследователи под руководством профессора физики Лучано Резолла (Luciano Rezzolla) выяснили, что верхний предел массы нейтронной звезды составляет строго 2,16 массы Солнца. Основой расчетов стал принцип «универсальных отношений» разработанный во Франкфурте несколько лет назад. Существование «универсальных отношений» подразумевает, что практически все нейтронные звезды «выглядят похоже» в том смысле, что их свойства могут быть выражены безразмерными величинами.

В новой работе исследователи объединили эти «универсальные отношения» с данными гравитационно-волновых наблюдений слияния нейтронных звезд и послесвечения этого события (т.н. «килоновы»), полученными при помощи обсерватории LIGO в прошлом году. Это упростило расчеты и сделало их независимыми от уравнения состояния материи нейтронной звезды. Уравнение состояния представляет собой теоретическую модель, описывающую поведение плотной материи внутри звезды на разных глубинах.

Исследование вышло в журнале Astrophysical Journal.

Источник

БАК в очередной раз не смог раскрыть главную магнитную загадку Вселенной

Анализ последних данных, полученных на БАК после его перезапуска, в очередной раз не позволил физикам найти следы магнитных монополей — гипотетических частиц с только положительным или только отрицательным полюсом, говорится в статье, размещенной в электронной библиотеке arXiv.org

"Несмотря на то что мы не нашли монополей, удалось дать новые, самые надежные оценки его минимальной массы и силы магнитного поля. Существуют и другие оценки этих параметров, однако они были сделаны на базе различного рода допущений, а не экспериментальных данных", — заявил Артту Раджанти (Arrtu Rajantie) из имперского колледжа Лондона (Великобритания).

Магнитные монополи представляют собой гипотетические частицы с одним магнитным полюсом, о возможном существовании которых впервые заявил английский физик Поль Дирак в 1931 году. Если ученым удастся найти их в природе или создать в лаборатории, то это открытие однозначно подтвердит предположение о том, что электрические заряды всех частиц представляют собой дискретные величины, на чем базируются почти все современные физические теории.

Физики пока не смогли сделать этого по одной простой причине — масса монополя, как сегодня считают теоретики, очень велика. Она составляет как минимум треть от массы протона и, скорее всего, сопоставима с массой Т-кварка — самой тяжелой элементарной частицы на сегодняшний день. Современные ускорители частиц начали только недавно выходить на этот уровень, из-за чего раньше поиски монополей в том виде, в котором их себе представлял Дирак, были невозможны на практике.

К примеру, монополи стали искать на БАК только в 2011 году, когда в его кольцо был установлен детектор MoEDAL, предназначенный для наблюдений за следами этих сверхтяжелых частиц. Он представляет собой набор из металлических экранов и нескольких сотен алюминиевых болванок, установленных между ними и взаимодействующих с пролетающими частицами.

По задумке создателей MoEDAL, часть монополей "застрянет" внутри этих стержней, благодаря чему их можно будет обнаружить, используя сверхчувствительные датчики магнитных полей на базе сверхпроводников.

Три последние попытки найти монополи при помощи подобных ловушек — в 2012, 2013 и 2015 годах — закончились неудачей. Несмотря на повышение чувствительности детекторов и удвоение мощности самого БАК, физикам так и не удалось отыскать никаких следов однополюсных магнитных частиц, что резко сузило поле их возможных поисков.

Схожие результаты, как рассказывает Джеймс Пинфолд (James Pinfold), руководитель проекта из университета Альберты в Эдмонтоне (Канада), были получены в ходе анализа полного набора данных за весь второй цикл работы БАК, в ходе которого MoEDAL накопил в шесть раз больше информации, чем за все предыдущее время.

Как рассказывают ученые, изначально им удалось обнаружить примерно четыре десятка потенциальных следов монополей, однако повторная проверка показала, что все они были порождены сбоями и погрешностями в работе сверхпроводящих датчиков магнитного поля, а не реальными элементарными частицами.

Подобные результаты замеров, как отмечает Пинфолд, говорят о том, что минимальная масса монополя составляет около 400 миллиардов электронвольт, что примерно в 400 раз превышает массу протона и в три раза — массу Т-кварка. К схожим выводам пришла группа Раджанти, анализировавшая данные с другой части БАК — ускорителя SPS, в котором, как считали ученые, отдельные монополи могут объединяться в пары.

Столь тяжелые частицы, по словам физиков, будет крайне тяжело искать на БАК и даже на его наследнике — линейном коллайдере ILC, беспрерывно наблюдая за столкновениями ядер и протонов на протяжении многих лет. По этой причине загадка дискретности электрических зарядов может оставаться нераскрытой еще несколько десятилетий, заключают ученые.

Источник

Ученые моделируют турбулентность в плазме солнечного ветра

Возможно, читая эту новость, вы пьете кофе. При перемешивании напитка ложкой в чашке формируются завихрения жидкости, которые распадаются на множество меньших по размерам завихрений, до тех пор пока полностью не рассеются. Этот процесс можно описать как формирование каскада завихрений в масштабе от самого крупного до самого мелкого. Кроме того, движение ложки приводит горячую жидкость в контакт с более холодным воздухом, поэтому кофе более эффективно отдает тепло в окружающую среду и охлаждается.

Примерно такой же эффект наблюдается в космосе для электрически заряженных частиц – плазмы солнечного ветра – «выдуваемых» нашим Солнцем, но с одним ключевым отличием: в космосе отсутствует воздух. Хотя энергия, которую дает наша звезда солнечному ветру, переносится с большего масштаба на меньший в результате турбулентных каскадов, так же как это происходит в вашем кофе, однако температура плазмы не падает, а только растет, поскольку вокруг нее нет холодного воздуха, который мог бы охладить плазму.

Как именно происходит нагрев плазмы солнечного ветра, ученые точно не знают, поскольку измеренная температура этой плазмы оказывается выше, чем ожидалось, исходя из модели расширяющегося газа, почти не испытывающего столкновений. Ученые считают, что причиной разогрева может быть турбулентный характер солнечного ветра.

Современное компьютерное моделирование позволяет глубже понять это сложное движение. На фото изображен фрагмент результата такого моделирования. Он отражает распределение плотности потока в турбулентной плазме солнечного ветра, где в результате турбулентного каскада энергии появляются локализованные нити и завихрения. Голубым и желтым цветами показаны наиболее интенсивные потоки (голубым – отрицательные, желтым – положительные значения ).

Составлено по материалам, предоставленным Европейским космическим агентством.

Источник

Крутые склоны на Марсе открывают вид на слои подповерхностного льда

Исследователи при помощи космического аппарата НАСА Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) обнаружили восемь мест, где толстые слои отложений льда под поверхностью Марса видны на крутых склонах эскарпов.

Эти восемь эскарпов, склоны которых имеют наклон не менее 55 градусов, дают новую информацию о внутренней слоистой структуре прежде обнаруженного в средних широтах Марса подповерхностного льда.

Этот лед, вероятно, сформировался из снега, отложившегося много лет назад. Эти отложения выглядят в поперечном разрезе как относительно чистый водяной лед, который сверху прикрыт «крышкой» толщиной 1-2 метра из каменистых пород или пыли, сцементированной льдом. Эти вновь открытые эскарпы дают ценные сведения об истории климата Красной планеты. Они также показывают, что вода на Марсе более доступна для будущих марсианских пионеров, чем считалось ранее.

Эти эскарпы расположены как в северном, так и в южном полушариях Красной планеты, на широтах от примерно 55 до 58 градусов.

Ученые еще не определили, как именно происходило формирование этих конкретных эскарпов. Однако когда подповерхностный лед был обнажен, эскарп, вероятно, стал расширяться и удлиняться, «отступая» из-за сублимации льда, то есть перехода воды напрямую из твердого состояния в газообразное. В случае некоторых из обнаруженных эскарпов обнаженные слои льда имеют толщину свыше 100 метров. Исследование нескольких из этих эскарпов при помощи инструмента Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM) аппарата MRO позволило подтвердить, что наблюдаемый яркий материал является водяным льдом.

Источник

Балдж нашей Галактики оказался моложе, чем предполагалось

В течение многих лет астрономы представляли себе центральную выпуклость Млечного пути, или балдж, упрощенно, как «тихое место», содержащее старые звезды, появившиеся на заре формирования нашей Галактики.

Однако до сих пор детальное изучение балджа нашей Галактики осложнялось тем, что в направлении центра Млечного пути находится большое число звезд, не относящихся к балджу, а потому вычленить среди них звезды балджа и наблюдать их перемещения астрономам удалось не сразу.

В новом исследовании ученые во главе с Уиллом Кларксоном (Will Clarkson) из Мичиганского университета в Дирборн, США, проанализировали примерно 10000 нормальных звезд балджа, подобных Солнцу, и показали, что в балдже присутствуют звезды различных возрастов, движущиеся с разными скоростями. Это заключение базируется на результатах наблюдений звезд балджа в течение 9 лет при помощи космического телескопа НАСА/ЕКА Hubble («Хаббл»).

Сегодня имеется несколько различных гипотез происхождения балджа Млечного пути. Некоторые исследователи говорят, что балдж появился вместе с началом формирования Галактики 13 миллиардов лет назад. В этом случае все звезды балджа должны быть старыми и двигаться с примерно одинаковыми скоростями. Другие ученые считают, что балдж сформировался позднее в истории Галактики, медленно эволюционируя после появления звезд первого поколения. В этом случае в балдже должны присутствовать более молодые звезды, характер движения которых отличается от характера движения старых звезд. В этом новом исследовании команда Кларксона нашла, что звезды балджа отличаются не только по возрасту, но и по характеру движения – более молодые (богатые «металлами») звезды демонстрируют менее беспорядочное движение, однако обращаются вокруг центра Галактики быстрее, по сравнению со старыми звездами. Таким образом, эти результаты свидетельствуют в пользу гипотезы о более «молодом» балдже нашей Галактики.

Исследование было представлено на 231-м собрании Американского астрономического общества.

Источник

Астрономы-любители открывают систему из пяти экзопланет

«Охотник за экзопланетами» НАСА, космический телескоп Kepler («Кеплер») измеряет яркость звезд, вокруг которых могут обращаться планеты, прохождение которых перед звездой вызывает характерное снижение яркости светила. Для анализа данных наблюдений этого космического телескопа сначала компьютерная программа отбирает звезды, демонстрирующие временные снижения яркости, а затем астрономы вручную анализируют данные по каждой из отобранных звезд, чтобы определить, действительно ли эти снижения яркости относятся к экзопланетам.

На протяжении трех лет в рамках расширенной миссии космического телескопа Kepler под названием K2 были проведены наблюдения 287309 звезд, и каждые несколько месяцев телескоп наблюдает еще по несколько десятков тысяч звезд. Кем же обрабатываются эти огромные количества данных?

В рамках нового проекта под названием Exoplanet Explorers, разработанного учеными НАСА, астрономы-любители могут проводить поиск экзопланет, используя банк научных данных, полученных при помощи космического телескопа Kepler. Проект стартовал в начале апреля прошлого года, и уже за первые 48 часов работы проекта было получено свыше 2 миллионов результатов анализа данных от более чем 10000 пользователей.

В новой научной работе группа астрономов во главе с Джесси Л. Кристиансен (Jessie L. Christiansen) проанализировала одну из наиболее перспективных планетных систем под названием K2-138, в которой по сведениям, предоставленным участниками проекта Exoplanet Explorers, находятся сразу 4 планеты. Проведя статистический анализ данных, Кристиансен и ее команда подтвердили, что сигнал «с очень большой вероятностью» соответствует наличию планет. Кроме того, исследователи обнаружили, что орбиты планет находятся в интересном математическом соотношении, называемом резонансом. Резонанс орбит в системе K2-138 означает, что орбитальные периоды соседних планет системы различаются ровно в два раза. Вдобавок исследователи обнаружили пятую планету в этой же цепочке резонансов, а также намеки на присутствие шестой планеты.

Источник

Необычные структуры в диске вокруг звезды не всегда указывают на планеты

Когда ученые, ведущие поиски экзопланет, впервые заметили необычные структуры в дисках из пыли и газа, окружающих вновь сформировавшиеся звезды, они предположили, что причиной появления этих структур являются вновь сформировавшиеся планеты. Однако в новом исследовании, проведенном учеными НАСА, показано, что наблюдаемые в околозвездных дисках структуры могут иметь и другое, более простое объяснение, не предполагающее наличие планеты.

«Охотники за экзопланетами» наблюдают звезды в поисках характерных признаков наличия планеты на орбите вокруг звезды, таких как изменения цвета и яркости звездного света. В случае молодых звезд, которые часто бывают окружены дисками из пыли и газа, ученые ищут особые структуры в протопланетных дисках – такие как кольца, дуги и спирали – наличие которых может быть связано с присутствием планеты.

Однако причиной появления таких структур могут быть не только планеты, выяснили в 2013 г. исследователи во главе с Владимиром Лира (Wladimir Lyra), профессором астрономии Университета штата Калифорния, США, но также особый эффект взаимодействия материала диска с излучением родительской звезды. Когда высокоэнергетическое ультрафиолетовое излучение попадает на поверхность частиц пыли, оно выбивает электроны из поверхностных атомов. Эти электроны сталкиваются с частицами газа, окружающего зерно пыли, и нагревают его. По мере разогрева газа его давление возрастает, и он начинает захватывать еще больше пыли, которая, в свою очередь, еще больше разогревает газ. Итоговый цикл, называемый фотоэлектронной нестабильностью, может действовать совместно с другими силами, формируя некоторые из тех необычных структур, которые ранее астрономы связывали только с наличием экзопланеты.

В 2013 г. Лира и его коллеги построили модель формирования узких колец и дуг в дисках, окружающих звезды, в результате фотоэлектронной нестабильности. Предсказания, сделанные на основе этой модели, получили подтверждение наблюдениями в 2016 г.

В новом исследовании команда, возглавляемая Александром Рихертом (Alexander Richert) из Университета штата Пенсильвания, США, взяв за основу модель Лиры, добавила к ней фактор давления звездного излучения на частицы пыли. Это позволило расширить круг получаемых в результате моделирования структур в околозвездных дисках, включив в него, помимо колец и дуг, еще и спиральные структуры.

Источник

Ингредиенты для жизни обнаружены в метеоритах, упавших на Землю

Два космических камня, которые отдельно друг от друга упали на Землю в 1998 г., проведя прежде несколько миллиардов лет в Астероидном поясе Солнечной системы, имеют еще кое-что общее - ингредиенты для жизни. Они являются первыми метеоритами, в которых обнаружены одновременно жидкая вода и смесь сложных органических соединений, таких как углеводороды и аминокислоты.

Куини Чан (Queenie Chan), планетолог из Открытого университета, Соединенное Королевство, которая является главным автором нового исследования, сказала: «В этой работе мы впервые обнаружили в веществе метеоритов большие количества органического вещества в присутствии жидкой воды – что является важным шагом на пути к пониманию происхождения жизни и сложных органических соединений в космосе».

Если жизнь действительно существовала в ранней Солнечной системе, то эти содержащие включения кристаллов соли (см. фото) метеориты «повышают вероятность встретить жизнь или биологические молекулы, заключенные внутри кристаллов соли». Эти кристаллы соли содержат микроскопические следы воды, которая, предположительно, попала в них на заре существования Солнечной системы, то есть примерно 4,5 миллиарда лет назад.

Чан сказала, что схожесть между кристаллами соли в этих двух различных метеоритах указывает на то, что траектории родительских астероидов в Поясе астероидов в прошлом могли пересекаться и они могли формироваться из схожего по составу вещества.

Также исследователи, изучая эти метеориты, обнаружили следы столкновения – в ходе которого, возможно, небольшой фрагмент астероида врезался в более крупный астероид.

Это открывает много различных возможностей переноса органической материи с одного объекта на другой в космосе и позволяет ученым по-новому взглянуть на процессы, ведущие к формированию этого сложного набора органических соединений, обнаруженных в составе вещества метеоритов.

Кроме того, изучение органической составляющей вещества этих метеоритов совместно с астрономическими наблюдениями, привело команду Чан к выводу, что в кристаллах соли содержатся следы водных и ледяных вулканических выбросов с поверхности Цереры, карликовой планеты, расположенной в Главном астероидном поясе.

Источник

Астрономы наблюдают вихревое движение газа в галактиках ранней Вселенной

Астрономы «заглянули в прошлое», наблюдая вихревые потоки газа в одних из самых первых галактик, возникших во Вселенной. Эти «новорожденные» галактики – наблюдаемые такими, какими они казались примерно 13 миллиардов лет назад – вращаются, словно водовороты, подобно нашей галактике Млечный путь. В этом исследовании астрономы впервые смогли наблюдать движение газа в галактиках, находящихся на настолько ранней стадии эволюции Вселенной.

Международная команда исследователей, возглавляемая доктором Ренске Смит (Renske Smit) из Института космологии Кавли Кембриджского университета, Великобритания, использовала радиообсерваторию Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), расположенную на территории Чили, чтобы открыть новое окно в далекую Вселенную и впервые смогла наблюдать при помощи этого телескопа нормальные галактики с активным звездообразованием, относящиеся к очень ранней стадии истории космоса. Смит и ее коллеги наблюдали две небольшие новорожденные галактики, возникшие спустя всего лишь 800 миллионов лет после Большого взрыва.

Наблюдая эти галактики при помощи обсерватории ALMA, Смит и ее команда смогли выяснить, что газ в галактиках движется, подобно вихрю, так, как он движется в более зрелых галактиках, наблюдаемых на более поздних этапах эволюции Вселенной. Несмотря на их относительно небольшой размер – каждая из наблюдаемых в исследовании галактик примерно в 5 раз меньше Млечного пути – эти галактики формируют звезды с более высокой скоростью, чем другие молодые галактики, однако исследователи с удивлением обнаружили, что эти галактики имеют более упорядоченную структуру, чем ожидалось.

В галактиках ранней Вселенной гравитация обусловливает втекание потоков газа в галактики с очень высокой скоростью, в результате чего происходит перемешивание газа внутри галактик и стремительное формирование новых звезд. Исследователи ожидали, что молодые галактики будут иметь весьма мало упорядоченное строение из-за турбулентных потоков втекающего в них газа и взрывающихся молодых звезд, однако наблюдений, проведенные при помощи обсерватории ALMA, напротив, показали, что галактики ранней Вселенной имеют четкую внутреннюю структуру и в целом напоминают «зрелые» галактики Вселенной, такие как наш Млечный путь, объяснила доктор Смит.

Эти результаты были опубликованы в журнале Nature и будут доложены на 231-м собрании Американского астрономического общества.

Источник

Ученые из России и Германии создали магнитную "ловушку" для нейтронов

Физики из МГУ и их коллеги из Германии создали необычный волновод, который может захватывать нейтроны, транспортировать их на большие расстояния и "сортировать" в соответствии с их спином, что поможет создать принципиально новые виды компьютеров, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review B.

"Мы испытали чистый детский восторг от того, что нам удалось отсортировать и запереть нейтроны с разным спином. Кроме того, мы планируем использовать данный эффект для вполне конкретных исследований в области оксидной и сверхпроводящей спинтроники", — рассказал Юрий Хайдуков, научный сотрудник НИИ ядерной физики при МГУ.

Нейтроны, электрически нейтральные частицы, вместе с протонами составляют основу всех атомов во Вселенной. В отличие от протонов, нейтроны нестабильны в "одиночном" состоянии и они обычно распадаются примерно через 15 минут после рождения, превращаясь в протон и испуская электрон и антинейтрино.

Сегодня ученые активно используют нейтроны для изучения структуры сверхпроводников и многих других материалов, в которые достаточно сложно "заглянуть" иными путями, для поисков воды на Марсе и многих других целей. Во многих таких случаях физикам, биологам и прочим исследователям помогло бы увеличение плотности и "кучности" потока нейтронов, что сделало бы получаемую картинку более четкой и ускорило проведение экспериментов.

Для решения этой задачи физики уже более десяти лет разрабатывают так называемые нейтронные волноводы – особые конструкции, способные захватывать нейтроны и заставляющие их объединяться в пучки и двигаться в примерно одном направлении, подобно тому, как частицы света движутся по обычному оптоволокну. Как правило, они представляют собой набор из нескольких кусочков материалов, хорошо или плохо отражающих нейтроны, расположенных особым образом относительно друг друга. 

Российские физики нашли способ улучшить 

Дело в том, что нейтроны, несмотря на отсутствие у них электрического заряда, могут реагировать на переменные магнитные поля благодаря тому, что они не являются истинно нейтральными "цельными" частицами, и содержат в себе три кварка с разными магнитными моментами и зарядами. Этой особенностью нейтронов физики пользуются для изучения структуры магнитных материалов, наблюдая за тем, как частицы меняют траекторию своего движения через пролете через подобные структуры.

Хайдуков и его коллеги предположили, что это же свойство нейтронов можно использовать и при конструкции волновода. Руководствуясь этой идеей, ученые собрали волновод из трех разных материалов – золота, соединения марганца, стронция и лантана, а также соединения стронция, рутения и кислорода, обладающие разными магнитными свойствами.

Затем они проверили, как с ним будет взаимодействовать поток нейтронов, вырабатываемый исследовательским реактором в Мюнхене. Как показал этот эксперимент, подобный "бутерброд" не только хорошо проводил нейтроны, но и "сортировал" их — частицы со спином, повернутым "вверх", попадали в рутениевый слой волновода, а частицы с "нижним" спином двигались через его лантановую часть. Это было связано с тем, что нейтроны с "верхним" спином сильнее взаимодействуют с магнитными полями, чем их антиподы.

Как надеются ученые, создание подобных волноводов поможет физикам-экспериментаторам получить новые данные по структуре сверхпроводников и других интересных материалов, а также позволят ученым создать новый тип компьютеров, в котором информация будет переноситься при помощи спина частиц, а не электрических зарядов.

Источник

Метеориты раскрывают историю марсианского климата

Жидкая вода в настоящее время нестабильна на поверхности Марса, поскольку атмосфера планеты чересчур тонкая, а температуры слишком низкие. Но однажды на Красной планете существовали теплые и влажные условия, в которых могла развиваться жизнь. Важной задачей, стоящей перед планетологией, является датирование того периода, когда на Марсе произошли радикальные изменения климатических условий, сделавшие планету такой сухой и безжизненной, какой она является в настоящее время.

В новом исследовании космохимик Билл Кассата (Bill Cassata) из Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса, США, показывает, что наложить ограничение на продолжительность «водного периода» истории Марса можно, исследуя газы, заключенные в марсианских метеоритах.

Кассата проанализировал содержание одного из газов марсианской атмосферы, ксенона (Xe), в двух марсианских метеоритах, ALH 84001 и NWA 7034. Результаты анализа указывают на то, что в ранней марсианской истории в атмосфере планеты находилось достаточно водорода, чтобы стало возможным разделение изотопов ксенона по массе (в космос удаляются более легкие изотопы) в результате процесса, известного как гидродинамический механизм потери атмосферы. Однако измерения, проведенные Кассатой, показывают, что этот процесс достиг кульминации в первые несколько сотен миллионов лет после формирования планеты (более чем 4 миллиарда лет назад), и с тех пор изотопный состав ксенона марсианской атмосферы почти не менялся.

На Земле разделение изотопов ксенона по массе представляет собой постепенный процесс, который продолжает медленно происходить до сих пор. Тот факт, что потеря атмосферы по гидродинамическому механизму прекратилась на Марсе много лет назад, указывает на сокращение потока водорода в космос, а это, в свою очередь, говорит о том, что на поверхности Красной планеты в этот период уже почти не было воды, фотодиссоциация которой является важным источником атмосферного водорода. Следовательно, «влажный» период истории Марса длился совсем не так долго, как полагают некоторые современные ученые, и завершился уже через несколько сотен миллионов лет после формирования планеты, считает Кассата.

Источник

Планеты в системах других звезд напоминают «горошины в стручке»

Международная команда астрономов под руководством астрофизика из Монреальского университета, Канада, Лорена Вейсса (Lauren Weiss) открыла, что экзопланеты, обращающиеся вокруг одной и той же звезды склонны иметь близкие размеры и равные промежутки между орбитами, словно горошины в стручке.

В этой новой работе доктор Вейсс и его коллеги, применив метод статистического анализа к набору спектров высокого разрешения звезд, вокруг которых ранее были обнаружены совершающие транзит планеты, выяснили, что эти экзопланеты имеют близкие размеры и что промежутки между их орбитами также примерно одинаковы. Исследователи проанализировали данные по 909 планетам, принадлежащим к 355 множественным планетным системам. Эти планеты в основном расположены на расстоянии от 1000 до 4000 световых лет от Земли. Спектры высокого разрешения родительских звезд были получены при помощи обсерватории им. Кека, Гавайские острова, США.

Одинаковые размеры планет и промежутки между их орбитами свидетельствуют в пользу классической гипотезы формирования планет, согласно которой планеты формируются из протопланетного диска, окружающего новорожденную звезду, при этом из диска образуются планеты примерно одинакового размера, разделенные равными промежутками. В Солнечной системе, однако, эта упорядоченная конфигурация была нарушена, вероятно, при формировании Юпитера и Сатурна, которые «перемешали» вещество, из которого формировались планеты земной группы, которые поэтому теперь имеют неодинаковые размеры и разделены широкими промежутками, пояснил Вейсс.

Источник

Сверхмассивные черные дыры регулируют звездообразование в карликовых галактиках

Ученые разгадали давнюю космическую загадку, обнаружив свидетельства того, что сверхмассивные черные дыры (СМЧД) препятствуют формированию звезд в небольших галактиках.

Эти гигантские черные дыры имеют массу, более чем в миллион раз превышающую массу Солнца, и располагаются в центрах галактик, испуская мощные ветра, которые подавляют процесс звездообразования. Астрономы ранее считали, что СМЧД не оказывают решающего влияния на формирование звезд в карликовых галактиках, однако в новом исследовании, проведенном учеными из Портсмутского университета, Великобритания, показано, что это предположение было неверным.

Это исследование имеет особенно большое значение для космической науки, поскольку число карликовых галактик (с числом звезд от 100 миллионов до нескольких миллиардов) во Вселенной намного выше числа крупных галактик, рассказала главный автор нового исследования доктор Саманта Пенни (Samantha Penny).

СМЧД регулируют процесс звездообразования в галактике, нагревая и перемешивая холодный молекулярный газ, который в случае отсутствия такого воздействия со стороны СМЧД конденсировался бы в новые звезды. В предыдущих исследованиях было показано, что описанный выше процесс приводит к подавлению звездообразования в крупных галактиках, однако ученые продолжали считать, что в карликовых галактиках действует другой механизм. Считалось, что взаимодействие карликовых галактик с более крупными галактиками приводит к «вытягиванию» газа из меньших по размерам и массе карликовых галактик.

Однако новые данные, полученные командой доктора Пенни, показали, что старые, красные карликовые галактики продолжали накапливать газ, что, однако, не приводило к формированию новых звезд. Это привело команду к выводу о том, что подавление процесса звездообразования в карликовых галактиках связано с действием центральной СМЧД.

В своей работе команда Пенни использовала данные, полученные при помощи Слоуновского цифрового обзора неба.

Исследование представлено вчера, 9 января, на собрании Американского астрономического общества.

Источник

Российские ученые предложили новый материал для ядерных реакторов

Ученые Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" изучили возможность применения изотопомодифицированного молибдена в качестве альтернативы циркониевым сплавам, из которых изготавливаются тепловыделяющие элементы, и доказали, что таким образом можно повысить безопасность ядерных реакторов. Результаты исследования опубликованы в журнале Chemical Engineering Research and Design. 

Ядерная энергия принципиально отличается от других видов топлива, известных человечеству, чрезвычайной опасностью и сложностью в применении. В ядерных реакторах используется диоксид урана (UO2) в виде таблеток диаметром в несколько сантиметров, которые помещают в герметично закрытые тепловыделяющие элементы (твэлы).

Оболочки твэлов должны обладать хорошей коррозионной, эрозионной и термической стойкостью, а также не влиять на характер поглощения нейтронов в реакторе. 

Изготовление циркониевых трубок для тепловыделяющих элементов

В настоящее время основной материал оболочек твэлов на большинстве коммерческих АЭС в России — циркониевые сплавы. У них высокая коррозионная стойкость в воде и низкое сечение захвата тепловых нейтронов (это такое свойство материала, которое характеризует вероятность взаимодействия элементарной частицы — нейтрона — с атомным ядром). Чем ниже сечение захвата, тем нейтроны меньше влияют на характеристики материала твэла.

Однако, как оказалось, у сплавов циркония есть и значительные недостатки. В частности, они активно реагируют с водой и генерируют тепло, производя водород и ускоряя деградацию покрытия топливных стержней. Это происходит в результате пароциркониевой реакции при температуре выше 700 градусов Цельсия, что чрезвычайно опасно при авариях на АЭС с водяным охлаждением. Именно это считается главной причиной взрывов на японской АЭС "Фукусима". 

Ученые достаточно давно обсуждают возможность замены циркониевых сплавов тугоплавким металлом молибденом. Как и цирконий, он отличается высокой коррозионной стойкостью, но его теплопроводность выше. 

Однако с молибденом также связаны определенные трудности. В частности, его применение требует увеличивать степень обогащения урана, что делает технологический процесс значительно дороже. 

Решить эту проблему можно, изменив природный состав изотопов молибдена на каскаде газовых центрифуг, а именно удалив другие семь изотопов и оставив только один самый тяжелый изотоп (Мо-100), у которого сечение захвата нейтронов практически такое же, как у циркония.

Кроме того, с помощью центробежной технологии разделения изотопов можно модифицировать смесь изотопов молибдена так, что сечение захвата в совокупности будет близко или даже меньше, чем у циркония.

"Проведенное исследование позволило получить всю необходимую информацию для проектирования разделительной установки для крупномасштабного производства изотопомодифицированного молибдена на основе существующей в России технологии разделения неурановых изотопов на газовых центрифугах", — констатирует профессор кафедры молекулярной физики НИЯУ "МИФИ" Валентин Борисевич.

 

Технический контроль топливных таблеток диоксида урана

Ученые сравнили эффективность нескольких каскадных схем разделения изотопов молибдена при различных требованиях к сечению захвата нейтронов в получаемом продукте. Работы проводились при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований в рамках сотрудничества НИЯУ "МИФИ" с инженерно-физическим факультетом Университета Цинхуа (Пекин, КНР).

Результаты показали, что наиболее эффективная схема разделения может быть реализована с помощью либо одиночного прямоугольно-секционированного каскада (ПСК), либо двойного ПСК — это зависит от задаваемого значения сечения захвата нейтронов в получаемом изотопомодифицированном молибдене.

Источник

Астрономы: "радиосигналы пришельцев" порождают "мертвые" звезды

Загадочные вспышки радиоизлучения, "радиосигналы пришельцев", скорее всего порождаются магнетарами или другими типами нейтронных звезд, чье излучение проходит через мощные магнитные поля черных дыр, заявляют астрономы в статье, опубликованной в журнале Nature.

"Эти сигналы порождает крайне экзотический тип нейтронной звезды или пара нейтронной звезды и черной дыры. Если бы такой объект существовал даже на противоположной стороне Млечного Пути, то тогда радио на Земле периодически переставало бы работать, что мы бы сразу заметили по пропаже сигнала на наших смартфонах. В любом случае, это страшный объект – мне бы не хотелось бы находиться рядом с ним", — рассказывает Джеймс Кордес (James Cordes) из Корнеллского университета в Итаке (США).

Космическая "морзянка"

Впервые о существовании таинственных вспышек радиоизлучения, FRB, астрономы заговорили в 2007 году, когда они были случайно открыты во время наблюдений за радиопульсарами при помощи телескопа Паркс (Австралия).

В последующие годы ученым удалось найти следы еще девяти подобных всплесков, сравнение которых показало, что они могут носить искусственное происхождение и даже потенциально быть сигналами внеземных цивилизаций из-за необъяснимой периодичности в их структуре.

Весной позапрошлого года ученые выяснили, что источником одной из таких вспышек, FRB 150418, была эллиптическая галактика, расположенная в 6 миллиардах световых лет от Млечного Пути, что заставило их заключить, что подобные всплески рождаются в ходе слияния нейтронных звезд или других компактных объектов, превращающихся в черную дыру. В дальнейшем астрофизики обнаружили, что FRB-вспышки могут повторяться, тем самым поставив эти теории под сомнение.

Кордес и его коллеги раскрыли еще одну крайне странную черту этих вспышек – почти 100% поляризацию их излучения — наблюдая за единственной повторяющейся вспышкой, объектом FRB 121102 в созвездии Возничего. Как сегодня считают ученые, его источник расположен примерно в трех миллиардах световых лет в одной из тусклых карликовых галактик, невидимых для современных оптических телескопов.

Подобные наблюдения проводили сразу две команды ученых — команда астрономов из проекта Breakthrough Listen, занятая поисками сигналов внеземных цивилизаций, и ученые из Национальной радиоастрономической обсерватории США (NRAO) и ряда других исследовательских учреждений, пытающиеся раскрыть природу этой загадки космоса.

И та, и другая группа астрофизиков использовала два одинаковых инструмента для своих поисков – 305-метровую радиотарелку "Аресибо" на острове Пуэрто-Рико и 100-метровый телескоп GBT в Грин-Бэнкс (США), что позволило им объединить свои усилия и совместно попытаться раскрыть суть FRB 121102 и других быстрых радиовсплесков.

Магнитная загадка

Используя мощности этих обсерваторий, ученые проверили одно из популярных объяснений природы FRB 121102, предложенное в начале прошлого года российским астрономом Андреем Белобородовым из Колумбийского университета в Нью-Йорке (США), наблюдая за вспышками, зафиксированными в конце августа прошлого года.

Он предположил, что эти всплески возникают в результате взаимодействия мощнейшего магнитного поля магнетара, особого типа нейтронной звезды, с окружающей ее материей. Вспышки энергии, порождаемые этим "мертвым светилом", будут разгонять материю в ее окрестностях и порождать мощные ударные волны, которые заставят ее излучать очень мощные, но короткие вспышки радиоволн.

Если FRB 121102 и все остальные вспышки действительно возникают подобным образом, то тогда они должны быть сильно поляризованы – мощные магнитные поля, как обнаружил знаменитый британский физик Майкл Фарадей еще в 19 веке, "закручивают" волны света определенным образом и заставляют их колебаться в определенном направлении.

Похоже, что нечто похожее действительно происходит в окрестностях источника FRB 121102 – как показывают данные с "Аресибо" и GBT, порождаемые им радиовспышки имеют рекордно высокий уровень поляризации, составляющий почти 100% и превышающий типичные значения для FRB примерно в 500 раз.

С одной стороны, это является убедительным аргументом в пользу теории Белобородова, но с другой стороны, столь высокий уровень поляризации говорит о том, что магнитные поля в окрестностях FRB 121102 и мощность вспышек могут заметно превышать то, что может выработать одиночный магнетар.

По этой причине Кордес и его коллеги предполагают, что "прародителем" этих вспышек может выступать не одиночная нейтронная звезда, а пара из сверхмассивной черной дыры и обычной нейтронной звезды, чье излучение проходит через магнитное поле "невидимого гиганта" и почти полностью поляризуется еще до того, как оно достигает Млечного Пути.

"На настоящий момент времени мы не можем точно сказать, какой именно механизм отвечает за рождение этих вспышек. Существует много вопросов к каждой из этих теорий – к примеру, нам не понятно, как нейтронные звезды могут вырабатывать такие огромные количества энергии, которые несет в себе каждая FRB-вспышка. Пока мы не можем полностью исключить возможность того, что их могла породить какая-то сверхразвитая внеземная цивилизация", — заключает Вишал Гаджар (Vishal Gajjar), астроном из Института поиска внеземных цивилизаций SETI (США) и участник проекта Breakthrough Listen.

Источник

Студенты четвертого курса Университета Лестера провели расчеты и выяснили, каким должен быть минимальный размер зрачка у Всевидящего Ока из «Властелина колец», чтобы оно смогло рассмотреть Фродо у Роковой горы, сообщил телеканал «360».

Авторов исследования заинтересовал эпизод в третьей части трилогии, где хоббиты Фродо и Сэм достигают Ородруина — вулкана, в жерле которого им предстоит уничтожить Кольцо Всевластия. Там Фродо замечает Всевидящее Око, возвышающееся над Барад-дур — главной крепостью Саурона.

Студенты решили проверить, какими оптическими характеристиками должно обладать Око, которое находилось в нескольких километрах от хоббитов. Так как его зрачок имеет вытянутую форму, в расчетах исследователи рассматривали явление дифракции на одиночной щели.

Кроме того, ученые определили минимальный угол, при котором различимы две дифракционные картины. Значение этого угла они получили, зная рост Фродо (1,07 метра), высоту расположения Ока (1500 метров) и расстояние между Барад-дуром и Ородруином (48 280 метров).

Еще физики учли длину волны, которую воспринимает Око. По их подсчетам, она равно 555 нанометров. Это соответствует свету, который воспринимает человеческий глаз.

Проще говоря, все эти показатели, подставленные в нужные формулы, помогли ученым понять, что минимальная ширина зрачка Ока Саурона составляла 3,08 сантиметра. К слову это в 26 раз больше, чем зрачок кошки, который имеет аналогичную форму.

Источник

Астрономы открывают новую совместно движущуюся группу звезд

Команда астрономов из Германии и Венгрии обнаружила новую группу совместно движущихся молодых звезд. Эта вновь обнаруженная группа расположена в подгруппе Верхней Центавра — Волка (Upper Centaurus Lupus, UCL) OB-ассоциации Скорпиона — Центавра.

OB-ассоциация Скорпиона — Центавра представляет собой ассоциацию массивных молодых звезд спектральных классов O и B. Расположенная на среднем расстоянии 400 световых лет от Земли, она является ближайшей к нам областью, в которой происходит формирование массивных звезд.

Одной из подгрупп этой ассоциации является подгруппа UCL, которая на небе почти полностью покрыта звездообразовательными областями, за исключением небольшой области в юго-восточном углу этой подгруппы. В новом исследовании группа астрономов под руководством Сигфрида Розера (Siegfried Röser) из Гейдельбергского университета, Германия, обнаружила компактную, молодую группу движущихся звезд именно в этой области подгруппы UCL.

Эта вновь обнаруженная группа, получившая название V1062 Sco Moving Group (V1062 Sco MG), была открыта при анализе данных из каталога собственных движений звезд Gaia-TGAS миссии Европейского космического агентства Gaia («Гея»). Затем для определения фундаментальных параметров вновь открытой группы звезд были проведены дополнительные наблюдения при помощи наземных обсерваторий.

Согласно исследованию группа V1062 Sco MG представляет собой совместно движущуюся группу из 63 молодых звезд, находящуюся на расстоянии примерно 570 световых лет от Земли. Обнаруженные звезды не являются «погодками», поскольку их возраст разбросан в диапазоне от 4 до 25 миллионов лет. На настоящий момент ученые не могут объяснить этот разброс возраста звезд.

Авторы работы подчеркивают, что все звезды вновь обнаруженной группы движутся строго в одном направлении, при этом разброс скоростей в этом направлении составляет не более 1,0 километра в секунду. Массы членов звездной группы изменяются в диапазоне от 0,7 до 2,6 масс Солнца.

Дальнейший этап исследования группы V1062 Sco MG авторы связывают с новой публикацией научных данных от спутника Gaia Европейского космического агентства под названием Gaia Data Release 2, которая ожидается в апреле 2018 г.

Источник

Астероид размером с тринадцатиэтажный дом пройдет мимо Земли 23 января

Недавно открытый астероид размером с многоэтажный дом, получивший название 2018 AJ, должен пройти мимо Земли во вторник, 23 января 2018 г. Этот космический камень пройдет в 11:28 UTC на безопасном расстоянии примерно в 4,6 дистанции Земля-Луна (lunar distance, LD), или 1,77 миллиона километров.

Астероид 2018 AJ представляет собой околоземный объект, относимый к группе Аполлонов. Он был впервые замечен 5 января при помощи обзора неба Mount Lemmon Survey (MLS). Согласно наблюдениям астероид 2018 AJ пройдет мимо нашей планеты со скоростью 5,5 километра в секунду. Этот космический камень составляет примерно 40 метров в диаметре, имеет абсолютную величину 24,7, большую полуось порядка 1,47 астрономической единицы (1 а.е. равна расстоянию от Земли до Солнца) и обращается вокруг Солнца с периодом 623 дня.

В обозримом будущем астрономы не ожидают возвращения этого космического камня.

По состоянию на 7 января в окрестностях Земли обнаружено 1872 потенциально опасных объекта, однако ни один из них не лежит на курсе столкновения с нашей планетой. Потенциально опасными считаются астероиды диаметром свыше 100 метров, которые подходят к Земле на расстояние менее 19,5 LD.

На настоящее время ученым известно более 17500 околоземных объектов. С начала этого года обнаружено еще 9 таких объектов.

Источник

Физики приблизились к пониманию четырехмерного пространства

Группа исследователей из США, Швейцарии и Израиля приблизилась к пониманию четвертого измерения. Результаты исследования опубликованы на сайте Nature.

Ученые считают, что если трехмерные объекты отбрасывают двумерные тени, то у четырехмерных предметов тени должны быть трехмерными, даже если сами эти предметы невозможно представить.

В своем исследовании группа провела два параллельных эксперимента. Европейские специалисты довели температуру атомов до почти абсолютного нуля (около минус 273 градусов Цельсия), что остановило движение электронов. Затем переохлажденные атомы поместили в специальные двумерные структуры и использовали лазеры, которые восстановили движение.

В свою очередь, американские ученые провели лазерный луч через стеклянный блок, чтобы сымитировать эффект электрического поля на заряженных частицах. Таким образом обе команды на миг смогли сгенерировать квантовый эффект Холла — топологический феномен проводимости двумерного газа при низких температурах в сильных магнитных полях.

Это показало, что теперь ученые могут изучать четырехмерное пространство, а также пространства более высоких размерностей не только на бумаге, но и экспериментально.

Видимый мир находится в трех измерениях, однако, согласно физике и, в частности, теории струн, измерений может быть больше.

Источник

Гравитационные волны дают возможность измерить возраст Вселенной

Прямое обнаружение гравитационных волн, идущих от не менее чем пяти различных источников, за последние два года стало наглядным подтверждением модели гравитации и пространства-времени Эйнштейна. Моделирование этих событий дало множество ценных сведений о формировании массивных звезд, гамма-всплесках и других важных процессах, протекающих в звездах, нейтронных звездах и черных дырах.

В новом исследовании астрономы во главе с Питером Бланшардом (Peter Blanchard) из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра, США, использовали одиночное гравитационно-волновое событие под названием GW170817 для независимого определения возраста Вселенной. Полученные командой результаты согласуются с общепринятыми оценками возраста нашего мира, однако при этом они могут открыть возможность калибровки других методов определения возраста Вселенной.

Событие GW170817 представляет собой объединение двух нейтронных звезд, для которого были зафиксированы не только гравитационные волны, но и сопровождающее их электромагнитное излучение в диапазоне от рентгена до радиоволн. Благодаря этому электромагнитному излучению, стало возможным определить расстояние до родительской галактики этой пары черных дыр под названием NGC4993, которое составило 140 миллионов световых лет. Эта галактика движется в направлении от нас, поскольку наша Вселенная расширяется, и радиальная скорость галактики может быть измерена по смещению ее спектральных линий. Зная, как далеко от нас находится эта галактика и с какой скоростью она движется, ученые смогли рассчитать, сколько времени прошло с начала расширения Вселенной – то есть, возраст Вселенной. Согласно Бланшарду возраст Вселенной составляет от 11,9 до 15,7 миллиарда лет, учитывая неопределенности, связанные с экспериментом.

Эта оценка хорошо согласуется с оценкой возраста Вселенной, полученной при помощи двух других методов: метода, основанного на измерении реликтового излучения, а также метода, основанного на измерении движения галактик. Между оценками возраста Вселенной, произведенными при помощи этих двух методов, имеется расхождение, достигающее 10 процентов, поэтому третий независимый метод может помочь «откалибровать» ранние методы оценки возраста Вселенной, считают Бланшард и его коллеги.

Источник