Новости науки

Изучение далекой звезды помогает глубже понять активность Солнца

твии с 11-летним циклом активности. Этот цикл обусловлен солнечным динамо, которое представляет собой взаимодействие между магнитными полями, конвекцией и вращением нашей звезды. Однако наше понимание физики, лежащей в основе солнечного динамо, продолжает оставаться недостаточно глубоким. Одним из примеров, демонстрирующих это, является так называемый минимум Маундера, период в 17-м веке протяженностью примерно 50 лет, в течение которого пятна почти полностью исчезли с поверхности нашего светила.

В новом исследовании команда астрономов под руководством Кристофера Кароффа (Christoffer Karoff) из Орхусского университета, Дания, изучила звезду, которая может пролить свет на физику солнечного динамо. Эта звезда расположена на расстоянии 120 световых лет от нас в созвездии Лебедь, и, на первый взгляд, она очень похожа на Солнце: она имеет такие же массу и радиус, а кроме того, ее возраст близок к возрасту нашего светила. Однако химический состав этой звезды сильно отличается от химического состава Солнца: в ней находится почти вдвое больше тяжелых элементов, по сравнению с нашей звездой. Тяжелыми элементами астрономы считают элементы тяжелее водорода и гелия.

Команда Кароффа реконструировала 7,4-летний цикл активности этой звезды при помощи наблюдений, проведенных с использованием космической обсерватории НАСА Kepler («Кеплер») и наземных обсерваторий. Эти наблюдения показали, что амплитуда изменений магнитного поля звезды в рамках этого цикла активности примерно вдвое больше, по сравнению с циклом Солнца. Команда пришла к выводу, что тяжелые элементы увеличивают амплитуду изменений магнитного поля звезды в соответствии с ее циклом активности. Один из возможных механизмов этого влияния, предложенный командой Кароффа, включает два фактора. Во-первых, увеличение степени непрозрачности звезды с увеличением содержания тяжелых элементов в ней, приводит к изменению механизма переноса энергии внутри звезды с радиационного на конвекционный, а это, в свою очередь, усиливает звездное динамо. Во-вторых, усиление динамо может быть обусловлено также влиянием тяжелых элементов на процессы, протекающие на поверхности и в атмосфере звезды, считают авторы.

Эти новые измерения помогают наложить новые ограничения на модели, создаваемые для объяснения низкой активности Солнца и снижения его яркости в период Маундеровского минимума, говорит Карофф.

Источник

Поверхность Титана демонстрирует сходство с поверхностью Земли

Используя набор данных миссии Cassini («Кассини»), собранных к настоящему времени окончательно, астрономы составили первую глобальную топографическую карту спутника Сатурна Титана, которая откроет новые возможности изучения поверхности Титана и текущих по ней потоков жидкости (жидких углеводородов). Эти результаты представлены в двух новых научных работах, выполненных в рамках грантов НАСА и Итальянского космического агентства.

Составление этой карты заняло примерно один год, согласно Полу Корлису (Paul Corlies) из Корнеллского университета, США, главному автору работы под названием "Titan"s Topography and Shape at the End of the Cassini Mission". Эта карта объединяет все топографические данные по Титану, полученные из разных источников. Так как лишь 9 процентов поверхности Титана наблюдались в высоком разрешении, а еще 25-30 процентов – в более низком разрешении, то оставшаяся часть поверхности спутника Сатурна была нанесена на карту с использованием специального интерполяционного алгоритма и метода глобальной минимизации, позволяющего сократить величину ошибок, подобных тем, что возникают из-за изменения расположения космического аппарата.

Эта карта обнаруживает несколько новых форм рельефа поверхности Титана, включая новые горы высотой не более 700 метров. Карта также демонстрирует, что Титан чуть более «сплюснут», чем считалось ранее, следовательно, толщина коры Титана может различаться в разных местах его поверхности в большей степени, чем предполагалось.

Во второй научной работе ученые во главе с Алексом Хейзом (Alex Hayes), ассистент-профессором астрономии Корнелльского университета, делают при помощи топографической карты, составленной командой Корлиса, ряд интересных открытий. Во-первых, авторы обнаруживают, что три моря на Титане имеют одинаковый уровень. Согласно Хейзу и коллегам это указывает на то, что моря сообщаются между собой подповерхностными каналами или поверхностными каналами достаточно высокой проходимости. Во-вторых, Хейз находит подтверждение выдвинутой им ранее гипотезе о том, что озера Титана также сообщаются между собой, которое состоит в том, что пересохшие озера на поверхности Титана располагаются почти исключительно выше уровня озер, наполненных жидкостью. Третьей интересной находкой команды Хейза стало обнаружение того факта, что озера Титана имеют очень крутые, почти отвесные берега, в то время как согласно моделям их формирование предполагает более пологие берега. Хейз считает, что разрешение этой загадки даст ключи к пониманию механизма формирования полярных бассейнов поверхности Титана.

Источник

Исследователи изучают внутреннюю структуру далеких звезд по их пульсациям

На первый взгляд, кажется невозможным заглянуть внутрь звезды. Однако международная команда астрономов под руководством Эрла Беллинджера (Earl Bellinger) из Института исследований Солнечной системы Общества Макса Планка, Германия, впервые получила данные о внутренней структуре двух звезд, базируясь на их осцилляциях.

Наше Солнце, так же как и большинство других звезд, испытывает пульсации, которые распространяются в недрах звезды как звуковые волны. Частоты этих волн модифицируют свет, испускаемый звездой, и впоследствии могут быть выделены из светового потока, регистрируемого астрономами на Земле. Подобно тому, как сейсмологи идентифицируют внутреннюю структуру планеты, анализируя землетрясения, астрономы определяют свойства звезд по их пульсациям – и эта область науки носит название астросейсмологии.

В новой работе Беллинджер и его команда проанализировали при помощи методов астросейсмологии внутреннюю структуру двух звезд системы 16 Лебедя - 16 Лебедя A и 16 Лебедя B – очень похожих на наше Солнце.

Для создания модели недр звезды астрофизики перебирают различные модели эволюции светила, до тех пор пока одна из них не даст картину, схожую с наблюдаемыми спектрами частот. Однако пульсации теоретических моделей часто отличаются от пульсаций звезд, что, вероятно, объясняется до сих пор неизвестными ученым особенностями физики звезд.

Поэтому Беллинджер и его коллеги решили использовать так называемый обратный метод. Они рассчитали локальные свойства недр звезды, исходя из наблюдаемых частот. Этот метод в меньшей степени зависит от теоретических допущений, однако требует высочайшего качества измерений и включает большой объем сложных математических преобразований.

Используя этот обратный метод, исследователи смогли заглянуть внутрь звезд на глубину свыше 500000 километров – и обнаружили, что скорость звука в центральных областях исследуемых светил выше, чем предсказывается моделями. «В случае звезды 16 Лебедя B эти расхождения могут быть объяснены, если скорректировать предполагаемые массу и размер звезды, - сказал Беллинджер. – В случае звезды-компаньона, однако, причину расхождений мы идентифицировать не смогли».

Источник

Ученые воссоздают историю эволюции галактики по перемещениям ее звезд

Так же как Солнце движется по Млечному пути, все звезды в галактиках движутся по различным орбитам. Некоторые звезды принимают участие только во вращательном движении вокруг центра галактики, в то время как другие, наоборот, движутся в случайных направлениях, почти не участвуя во вращательном движении. Сравнивая числа звезд, находящихся на тех или иных орбитах, исследователи могут глубже понять процессы формирования и эволюции галактик. Международная команда астрономов в новом исследовании впервые рассчитала распределение звезд по орбитам для набора из 300 галактик Местной Вселенной. Эти результаты базируются на данных, полученных при помощи обзора неба CALIFA, совместного проекта обсерватории Калар-Альто и Астрофизического института Андалусии, оба научных учреждения Испания.

Распределение звезд по различным орбитам может рассказать многое об истории галактики: если в галактике велика доля звезд, находящихся на круговых орбитах, то, скорее всего, галактика формировалась в относительно спокойных условиях, в то время как повышенная доля звезд, движущихся в случайных направлениях, указывает на «бурное прошлое» галактики, то есть участие в крупных столкновениях с другими галактиками.

В новом исследовании ученые во главе с Лингом Чжу (Ling Zhu) из Института астрономии Общества Макса Планка, Германия, построили модели орбитального движения звезд каждой из изученных галактик и сравнили их с результатами наблюдений для корректировки исходных моделей. Полученные результаты показали, что распределение звезд по орбитам зависит от массы галактики: более упорядоченные орбиты звезд наблюдаются в случае галактик с массой менее 10 миллиардов солнечных масс, в то время как в галактиках с большой общей массой (свыше 100 миллиардов масс Солнца) звезды преимущественно движутся в случайных направлениях.

Источник

С глаз долой: как физики делают вещи невидимыми

МОСКВА, 6 янв — РИА Новости, Ольга Коленцова. Вот мы и дожили до такого времени, когда шапка-невидимка, привычный атрибут народных сказок, не кажется фантастикой. Нынешние технологии позволяют скрывать объекты безо всякого волшебства, опираясь только на знание законов физики. 

История материалов-невидимок уходит корнями в период становления советского государства, когда запускали множество научных проектов, порой самых фантастических. В 1936 году в прессе писали о самолете из прозрачного оргстекла, покрытого амальгамой. Его якобы сконструировал Роберт Бартини, сбежавший в СССР итальянский инженер. Однако ни фотографий, ни чертежей того чудесного воздушного судна не сохранилось, так что секрет его невидимости, можно считать, утерян. Материалы, недоступные взгляду, пришлось изобретать заново.

Мы видим те объекты, которые отражают свет. Они рассеивают его под разными углами в зависимости от цвета, материала, положения относительно источника света. Отражение улавливает сетчатка глаза и транслирует в мозг, где формируется изображение. Соответственно, если свет, отраженный от объекта, не дошел до сетчатки, мы его не увидим. Но как реализовать такую технологию на практике?

На сегодняшний день ученые придумали три метода. Например, они предлагают заставить свет огибать объект, не сталкиваясь с ним. Для этого вещь должна быть покрыта материалом с особой структурой в виде решетки включений-кирпичиков, размер которых меньше определенной длины волны света. 

 

Так художник представил себе наноплащ-невидимку

Допустим, видимый человеческим глазом спектр охватывает длины волн от 400 до 700 нанометров, следовательно, включения решетки должны быть порядка 100-200 нанометров. Неслучайно их называют метаатомами. Свет будет огибать объект, покрытый метаатомами, словно пешеход яму на дороге. Подобную задумку реализовали физики из США в 2015 году, создав из кремния материал толщиной всего 80 нанометров. С его помощью удалось скрыть крохотную частицу из живых клеток от наблюдавшего ее в микроскоп исследователя. 

"Еще можно сделать так, чтобы свет проходил сквозь материал, не искажаясь. В физике используется величина под названием коэффициент пропускания — она показывает отношение потока излучения, прошедшего через вещество, к потоку, упавшему на ее поверхность. Например, через вакуум свет проходит беспрепятственно, поэтому его коэффициент пропускания равен единице. А вот металл отражает все падающие на него электромагнитные волны. Получается, чтобы материал был невидимым, свет должен проходить через него полностью, не рассеиваясь, как через вакуум", — рассказывает Алексей Башарин, сотрудник лаборатории сверхпроводящих метаматериалов НИТУ МИСиС. 

 

© Иллюстрация РИА Новости . Алина Полянина

Оптический метаматериал пропускает через себя свет, не изменяя его траекторию, — в отличие от обычных материалов

Для этого исследователи придумали комбинировать два материала так, чтобы отражающиеся от них волны гасили друг друга и просто проходили насквозь без рассеяния — такое состояние называется анаполь. А структуры, проявляющие необычные свойства благодаря своей архитектуре, а не характеристикам составляющих их веществ, называют метаматериалами. 

Третий метод строится на способности материала поглощать весь свет, ничего не отражая. Но он не очень популярен, так как полностью скрыть за ним объект не удастся — он будет отбрасывать тень. 

"Труднее всего сделать материал, прозрачный для широкого диапазона света. К счастью, это и не нужно, ведь обычно функция невидимости востребована для конкретной задачи. Например, сделать так, чтобы некое излучение уничтожало только раковые клетки, а здоровые просто не замечало. Что касается плащей-невидимок в качестве развлечения для людей, вряд ли они в ближайшее время выйдут на рынок. Физикам достаточно доказать, что конкретный метаматериал работает, для чего нужен кусочек размером в несколько микрометров. Производить огромные "лоскуты" просто неинтересно и очень дорого, по крайней мере, сейчас", — заключает Башарин. 

Источник

В близлежащей галактике обнаружены повышенные количества массивных звезд

Международная команда астрономов обнаружила «удивительный» избыток массивных звезд в соседней галактике. Это открытие, сделанное в процессе изучения гигантской звездообразовательной области 30 Золотой Рыбы, расположенной в галактике Большое Магелланово Облако, поможет глубже понять процессы перехода первичной Вселенной в ее современное состояние.

Главный автор нового исследования Фабиан Шнейдер (Fabian Schneider) из Оксфордского университета, Великобритания, сказал: «Мы были в полном изумлении, когда поняли, что в области 30 Золотой Рыбы формируется намного больше массивных звезд, чем мы ожидали увидеть».

В рамках обзора неба VLT-FLAMES Tarantula Survey (VFTS) команда Шнейдера наблюдала при помощи телескопа Very Large Telescope Европейской южной обсерватории примерно 1000 массивных звезд в области 30 Золотой Рыбы, гигантской «звездной колыбели», известной также как Туманность Тарантул. Команда провела подробный анализ наблюдений примерно 250 звезд с массами от 15 до 200 масс Солнца, чтобы определить распределение массивных звезд, формируемых в области 30 Золотой Рыбы, по массам. В результате анализа исследователи выяснили, что количество массивных звезд в этой области намного выше, чем предполагалось, а кроме того, значительная доля массы всех изученных в рамках исследования звезд приходится на гигантские звезды массами от 200 до 300 масс Солнца, существование которых ранее считалось маловероятным.

Изучение распределения массивных звезд по массам представляет собой непростую задачу для астрономов, поскольку на звезды массой свыше 10 солнечных масс приходится не более примерно 1 процента всей массы звезд Вселенной, и звездообразовательные области с достаточно большим числом массивных звезд можно пересчитать по пальцам. Область 30 Золотой Рыбы является как раз одним из таких редких мест нашей Вселенной, объяснил Шнейдер.

Источник

Открыта новая затменная двойная система из двух карликов спектрального класса М

Астрономы открыли новую затменную двойную систему, проанализировав архивные результаты обзоров неба и проведя дополнительные измерения радиальных скоростей звезд. Эта вновь обнаруженная двойная звезда, получившая обозначение SDSSJ1156-0207, состоит из двух карликов спектрального класса М, обращающихся друг относительно друга на сравнительно небольшом расстоянии.

Карлики спектрального класса М, особенно те из них, которые входят в состав затменных двойных систем, играют важную роль в понимании фундаментальных параметров звезд небольших масс. Затменные двойные системы позволяют напрямую измерить массу, радиус и эффективную температуру входящих в них звезд.

В новом исследовании группа ученых во главе с Цянь-Сиу Ли (Chien-Hsiu Lee) из Национальной астрономической обсерватории Японии идентифицировала новую затменную двойную систему из карликов спектрального класса М. Эта система была обнаружена в данных, собранных ранее при помощи обзоров неба Sloan Digital Sky Survey (SDSS) и Catalina Sky Survey (CSS). Этот вновь обнаруженный объект наблюдался впоследствии при помощи спектрографа Gemini Multi-Object Spectrograph, установленного на телескопе Gemini North, расположенном на Гавайях, для измерения радиальных скоростей относящихся к нему звезд.

Согласно этому исследованию источник SDSSJ1156-0207 представляет собой очень тусклую затменную двойную систему, состоящую из карликов спектрального класса М, орбитальный период которой составляет всего лишь 0,3 суток. Масса и размер основной звездной компоненты системы примерно вполовину меньше соответствующих величин аналогичных параметров Солнца, в то время как размер второй звезды составляет примерно 30 процентов от размера Солнца, а масса – всего лишь 0,19 массы нашего светила. Звезды разделены расстоянием примерно в 0,0077 астрономической единицы (1 а.е. равна расстоянию от Земли до Солнца).

Кроме того, исследователи оценили эффективную температуру системы. Эффективная температура основной звезды составила 3101 Кельвин, а эффективная температура второй звездной компоненты – 2899 Кельвинов.

Источник

Луна скоро будет выглядеть так, как не выглядела последние 150 лет

Называйте ее как хотите – голубой красной Луной, пурпурной Луной или кровавой Луной – но 31 января Луна будет выглядеть по-особенному.

Три различных астрономических события в эту ночь будут наблюдаться одновременно, в результате чего произойдет то, что можно назвать затмением голубой кровавой Луны. Такое редкое астрономическое событие последний раз происходило более чем полтора столетия назад.

Суперлуна, подобная той, что наблюдалась в ночь с 1-го на 2-е января, представляет собой полную Луну, находящуюся в ближайшей к Земле точке своей орбиты и потому выглядящую на небе более крупной и яркой, чем обычно.

31 января Луна также будет пребывать в полной фазе второй раз в течение одного месяца. Это редкое астрономическое событие происходит один раз примерно в 2,5 года и называется голубой Луной.

Вдобавок к этим двум событиям 31 января состоится также полное лунное затмение. Лучшие виды на это затмение будут открываться наблюдателям из Центральной и Южной Азии, Индонезии, Новой Зеландии и Австралии.

Из-за особенностей поглощения света атмосферой Земли во время этого затмения Луна будет казаться красноватой, поэтому ее прозвали «кровавой».

Источник

Таинственное мерцание звезды Бояджан не связано с внеземным разумом

Команда из более чем 200 исследователей, возглавляемая Табетой Бояджан из Университета штата Луизиана, США, стала на один шаг ближе к разрешению загадки «самой таинственной звезды во Вселенной». Звезда KIC 8462852, или «звезда Табби», названная так в честь Бояджан, на первый взгляд является совершенно обычной звездой, размер которой примерно на 50 процентов больше размера Солнца, а температура у поверхности – примерно на 100 градусов выше, по сравнению с нашей звездой. Однако в отличие от всех других звезд она демонстрирует не поддающиеся объяснению нерегулярные эпизоды снижения и возрастания яркости. Для объяснения необычного поведения этой звезды было предложено несколько гипотез, включая гипотезу о наличии мегаструктуры, построенной представителями иных цивилизаций Вселенной на орбите вокруг звезды с целью утилизации энергии звезды Табби.

Загадка звезды Табби настолько взбудоражила умы астрономов-любителей, что свыше 1700 человек оказали добровольную финансовую поддержку на общую сумму более 100000 USD проекту, направленному на дальнейшее изучение этой звезды при помощи наземных телескопов, расположенных по всему миру. На эти деньги команда Бояджан провела новое исследование, целью которого являлось выявление и анализ особенностей спектра излучения этой звезды.

Свет, идущий от звезды, может по-разному взаимодействовать с расположенным перед звездой объектом. Если объект представляет собой практически непроницаемое для излучения тело, такое как планета, звезда или гипотетическая мегаструктура представителей внеземного разума, то наблюдатель на Земле будет фиксировать одинаковый по величине спад яркости на всех длинах волн. Если же объект представляет собой полупрозрачное тело, такое, например, как облако пыли, то спектральная картина будет демонстрировать зависимость величины снижения яркости звезды от длины волны. Именно такую картину, отвечающую нахождению перед звездой полупрозрачного объекта, обнаружили Бояджан и ее коллеги в результате проведенной работы. Впрочем, отмечают ученые, полученных в результате этих наблюдений данных еще недостаточно для однозначной идентификации природы объекта, поэтому исследования этой таинственной звезды будут продолжены.

Источник

Сверхмассивные черные дыры контролируют звездообразование в крупных галактиках

Молодые галактики формируют новые звезды с огромной скоростью, однако с течением времени звездообразование в галактиках прекращается. В новом исследовании показано, что масса сверхмассивной черной дыры (СМЧД), лежащей в центре галактики, определяет, насколько быстро произойдет «затухание» звездообразования в галактике.

В центре каждой массивной галактики лежит сверхмассивная черная дыра. Падение материи на эту черную дыру вызывает ее разогрев и свечение и приводит к формированию так называемого активного ядра галактики. Считается, что энергия, возвращаемая в галактику ее активным ядром, приводит к прекращению процессов звездообразования, поскольку эта энергия идет на нагрев и рассеяние газа, который в отсутствие активного ядра конденсировался бы в звезды по мере охлаждения.

Это представление возникло еще несколько десятилетий назад, однако до сих пор оно не получило подтверждения наблюдениями. В новом исследовании группа ученых, возглавляемая Игнасио Мартином-Наварро (Ignacio Martín-Navarro) из Калифорнийского университета в Санта-Крузе, США, впервые подтвердила наблюдениями, что центральная СМЧД оказывает влияние на историю формирования звезд в галактике.

В своей работе Мартин-Наварро и его коллеги рассмотрели галактики с центральными СМЧД известных масс и подробно исследовали историю формирования звезд в этих галактиках, анализируя спектры излучения галактик, полученные при помощи обзора неба Hobby-Eberly Telescope Massive Galaxy Survey.

Дальнейшее сопоставление масс центральных СМЧД галактик с историями формирования звезд в этих галактиках обнаружило устойчивую корреляционную связь между массой СМЧД и продолжительностью звездообразования в галактике до «затухания». Связь сохранялась, несмотря на то, что изученные галактики различались между собой по форме, размеру и другим свойствам. С другими параметрами активного ядра галактики, такими как его светимость, устойчивой корреляции отмечено не было.

Исследование вышло в журнале Nature.

Источник

Сибирские физики разработали уникальный генератор для коллайдеров

НОВОСИБИРСК, 1 янв — РИА Новости. Специалисты Института ядерной физики (ИЯФ СО РАН) создали и начали испытания не имеющего аналогов в России мощного генератора (клистрона) для перспективных коллайдеров, сообщил журналистам замдиректора института Евгений Левичев.

Клистрон — это высокочастотный генератор, который является важной частью системы ускорения частиц в коллайдере. Ранее клистроны с такими параметрами закупались в Японии (Toshiba) и Западной Европе (Thales).

"Нам нужны мощные генераторы — клистроны, которые позволяют создавать интенсивное электромагнитное поле, оно, собственно, и ускоряет частицы в коллайдерах. В настоящее время такие приборы в России не производятся. С одной стороны, они дорогие, с другой стороны — сейчас ситуация такая, что нам могут их просто не продать", — сказал ученый.

Он отметил, что клистрон станет одним из ключевых элементов планируемого к созданию в Новосибирске "меганаучного" проекта — уникального электрон-позитронного коллайдера (Супер чарм-тау фабрики). В связи с этим в рамках гранта РНФ было принято решение научиться делать такие клистроны и в дальнейшем производить их по мере необходимости.

"В настоящее время такой клистрон собран и был (его основная часть. — Прим. ред.) испытан в так называемом негенерирующем режиме и в принципе показал, что пучок пролетает. Сейчас мы готовимся сделать дальнейшие шаги, чтобы из этой сердцевины сделать настоящий СВЧ-прибор. Этого надеемся достичь в наступающем году", — сказал Левичев.

В ИЯФ отметили, что создание макета и начало испытаний клистрона стало одним из важнейших результатов третьего года реализации гранта Российского научного фонда.

Источник

«Космические фонарики» помогают глубже понять судьбу Вселенной

В новом исследовании ученые проникают в природу галактик с эмиссионными линиями (emission line galaxies), которые используются в нескольких проводимых в настоящее время, а также планируемых обзорах неба, чтобы глубже понять структуру и судьбу Вселенной.

В попытке понять происхождение темной материи и темной энергии ученые обратили внимание на галактики, которые позволяют отследить крупномасштабную структуру Вселенной – так называемые галактики с эмиссионными линиями. Эти галактики демонстрируют интенсивные эмиссионные линии газа, разогретого «новорожденными» звездами.

Однако в настоящее время ученым доступны лишь сравнительно небольшие наборы галактик с эмиссионными линиями, кроме того, природа этих галактик плохо изучена. Компьютерное моделирование является единственным способом получить представление о процессах, протекающих при формировании и эволюции этих галактик.

В новой научной работе группа астрономов во главе с доктором Виолеттой Гонсалес-Перес (Violeta Gonzalez-Perez) из Института космологии и гравитации Портсмутского университета, Великобритания, исследовала характеристики галактик с эмиссионными линиями при помощи сеансов компьютерного моделирования, проведенных в суперкомпьютерном центре DiRAC (Distributed Research utilising Advanced Computing) Даремского университета, Великобритания.

Это моделирование затронуло ту эпоху развития Вселенной, когда осуществлялся переход от доминирования материи к доминированию темной энергии, наблюдаемому в настоящее время. Исследователи обнаружили, что галактики с эмиссионными линиями лежат в центрах гравитационных потенциальных ям, обладая массами порядка 11 миллиардов масс Солнца. Затем ученые сравнили свои результаты с данными наблюдений, собранными при помощи обзоров неба SDSS-IV/eBOSS и Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), основной целью которых является измерение влияния темной энергии на расширение Вселенной, и скорректировали модели формирования галактик с эмиссионными линиями.
Источник

Физики создали ткань, способную

Корейские ученые создали необычную ткань, способную разделять тяжелые и легкие изотопы различных элементов, если ее пропитать их смесью и сжать. "Рецепт" по ее изготовлению был опубликован в Journal of the American Chemical Society.

"Если на эту "ткань" воздействуют какие-то внешние стимулы, то поры внутри нее меняют свою форму, в результате чего возникает эффект, похожий на дыхание пор на листьях растений или на поверхности кожи. Иными словами, эти отверстия начинают сжиматься и расширяться. Используя этот эффект, мы можем поглощать и испускать определенные изотопы", — рассказывает Чин-ён Ким (Jin Yeong Kim) из Национального института науки и технологий в Ульсане (Корея).

 Одной из самых сложных задач в химии и физики является разработка методов, позволяющих извлекать только определенные изотопы из природных залежей тех или иных элементов  или смеси продуктов ядерных и термоядерных реакций. Как правило, большая часть таких методик требует затрат огромных количеств энергии и других ресурсов, и имеет массу ограничений, поэтому они применяются в основном для военных, энергетических и научных целей.

Ким и его коллеги создали материал, своеобразную "ткань", которая может решать одну из самых сложнейших задач такого рода, отделять обычный водород от тяжелого дейтерия, экспериментируя с так называемыми металл-органическими каркасами (МОК).

Они представляют собой сложные полимерные материалы, похожие по структуре на пчелиные соты и обладающие очень высокой пористостью и прочностью. Сегодня МОК используются для создания фильтров, способных улавливать углекислоту или водород и удерживать в себе огромные количества этих газов.

Размеры сот в подобных структурах, как заметили корейские физики, могут сильно меняться, если эти каркасы сжимаются или растягиваются, что заметным образом поменяет то, какие молекулы и атомы они могут поглощать и удерживать в себе. Это натолкнуло их на идею, что МОК можно сконструировать таким образом, что его поры будут пропускать только один тип изотопа при сжатии или растягивании, и все варианты того или иного элемента в состоянии покоя.

Используя эту идею, корейские ученые создали своеобразное "сито", которое свободно пропускает через себя молекулы обычного водорода, но в ячейках которого застревают более тяжелые молекулы дейтерия. Как и в случае с обычным ситом, его можно очистить от тяжелого водорода, просто хлопнув по нему рукой или тяжелым предметом в правильный момент времени. Это заставит материал сжаться, в результате чего размер пор поменяется, и дейтерий будет "катапультирован" из ткани.

Аналогичного результата можно добиться, нагрев "сито" или поменяв температуру газа, который пропускается через него, что позволяет сортировать изотопы в полностью автоматическом режиме, не используя сложные системы очистки и разделения потоков газа. Это, как считают ученые, выгодно отличает его от большинства других методов разделения изотопов, гораздо более неудобных в использовании и требующих постоянного внимания со стороны технологов.

Как отмечают ученые, каждый грамм такой ткани может вбирать в себя примерно 12 миллиграмм дейтерия, что является рекордно высокой величиной для установок такого рода. Эффективность работы "сита", по мнению Кима, можно сделать еще более высокой, если подобрать идеальный момент для "вытряхивания" тяжелого изотопа из его пор.

Подобным же образом можно сортировать и разделять и другие изотопы и молекулы, очень похожие друг на друга размерами и формой. Ученые надеются, что их методика найдет применение и в промышленности, и в лабораториях по всему миру.

Источник

Физики из Британии и России создали детектор квантовых состояний

Ученые из МФТИ и Великобритании превратили набор из нескольких кусочков сверхпроводника в сверхчувствительный датчик магнитных полей и детектор квантовых состояний, который можно использовать для создания квантовых компьютеров, говорится в статье, опубликованной в журнале Nano Letters.

"Наша технология на удивление проста, мы берём в общем-то обычный для сверхпроводимости материал и используем давно известные методы фабрикации, такие как электронно-лучевая литография и высоковакуумное напыление алюминия. А в итоге, мы получаем систему, которую до нас никто не изучал", — рассказывает Владимир Гуртовой, физик из МФТИ, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Примерно полвека назад многие ученые считали, что законы квантовой физики могут влиять исключительно на поведение объектов микромира, которые мы не можем увидеть при помощи наших собственных глаз. Это ошибочное мнение было опровергнуто в тот момент, когда ученые начали наблюдать за тем, что происходит внутри колец из сверхпроводника, разорванных в одной точке и разделенных тонким слоем изолятора.

Изначально физики считали, что движение сверхпроводящего тока прекратится после такой операции или заметно снизится, однако опыты показали, что это не так – электроны начинали "перепрыгивать" с одного конца проводника в другой благодаря квантовому туннелированию. То, как много электронов может одновременно пройти через барьер, зависит от силы магнитных полей и многих других факторов.

Существование этого явления было предсказано британским физиком Брайаном Джозефсоном (Brian Josephson) в 1962 году, за это открытие он получил Нобелевскую премию по физике 1973 года. Сегодня переходы Джозефсона активно используются при создании высокочувствительных датчиков магнитных полей и в качестве элементарных ячеек квантовых компьютеров, а также при определении многих стандартных физических величин.

Гуртовой и его коллеги создали новое квантовое устройство на базе переходов Джозефсона, способное обнаруживать квантовые состояния в проходящих через него токах и при этом сильнее реагировать на магнитные поля, чем обычные сверхпроводящие датчики, так называемые сквиды, работающие на базе этого же самого эффекта, но при этом более чувствительные к помехам и обладающие некоторыми другими недостатками.

Оно представляет собой два ромбовидных кольца из сверхпроводящих материалов, в которые встроено два подобных "разрыва", расположенных таким образом, что вся эта конструкция начинает очень резко реагировать на изменения в квантовых состояниях токов, которые одновременно проходят в обе стороны через одно из этих колец.

Это позволяет использовать подобный прибор не только в качестве замены для обычных сквидов, но и в качестве устройства, позволяющего очень точно считывать данные из сверхпроводящих кубитов, базовых вычислительных ячеек квантовых компьютеров. Для этого достаточно заменить одно из сверхпроводящих колец на кубит. Как надеются ученые, их детектор квантовых состояний ускорит разработку таких вычислительных машин.

Источник

Могла ли пара черных дыр сформироваться внутри умирающей звезды?

Далеко от Земли две черные дыры обращаются друг относительно друга, испуская волны, которые искажают само пространство-время.

Существование таких волн – гравитационных волн – было впервые предсказано Альбертом Эйнштейном свыше одного столетия назад на основе его Общей теории относительности. И как всегда: Эйнштейн был прав!

Однако лишь в 2015 г. обсерватория Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory смогла впервые зарегистрировать гравитационные волны: находки, благодаря которым команда обсерватории LIGO получила Нобелевскую премию по физике спустя два года.

Однако теперь ученых стал беспокоить другой вопрос: откуда произошли те черные дыры, которые стали источником гравитационных волн, зарегистрированных при помощи обсерватории LIGO?

Для ответа на этот вопрос в новой научной работе Джозеф Федроу (Joseph Fedrow) из Института теоретической физики Киотского университета, Япония, определил, как должны выглядеть гравитационные волны, если испускающие их черные дыры сформировались внутри одной массивной сколлапсировавшей звезды.

Одна из гипотез формирования тесной пары черных дыр состоит в том, что эта пара формируется внутри одной умирающей звезды, испытывающей гравитационный коллапс.

Для проверки этой гипотезы Федроу и его коллеги провели сеанс компьютерного моделирования, который включал два сценария формирования двух черных дыр: в плотном окружении, подобном недрам гигантской звезды, а также в менее плотном окружении, близком по свойствам к вакууму космического пространства. Полученные результаты затем сравнили с результатами наблюдений, проведенных при помощи обсерватории LIGO. Результаты этих расчетов показали, к удивлению ученых, что вторая из проверяемых гипотез ближе соответствует наблюдениям, чем гипотеза о формировании двух черных дыр в недрах умирающей звезды.

Исследование вышло в журнале Physical Review Letters.

Источник

Ученые из России создали микроскоп, способный заглянуть в нанотрубки

Физики из России и Португалии создали уникальный атомно-силовой микроскоп, способный изучать структуру и свойства нанотрубок, не повреждая их при этом, говорится в статье, опубликованной в журнале Ultramicroscopy.

"Увеличивать быстродействие компьютеров невозможно без эффективного охлаждения. Для этого можно использовать компактные устройства, похожие по принципам работы на обычный бытовой холодильник. Если сделать их из пептидных нанотрубок, мы сможем заметно уменьшить их размеры. Наша задача – как можно лучше изучить свойства нанотрубок и научиться эффективно их использовать", —  заявил Александр Целев из Университета ИТМО в Санкт-Петербурге, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

С момента открытия углеродных нанотрубок в 1991 году ученые считали, что их ожидает большое будущее в современной промышленности. У них есть множество полезных свойств – они хорошо проводят тепло и ток, отличаются высокой прочностью и механической устойчивостью. Но первые же опыты показали, что нанотрубки очень сложно использовать на практике из-за их малых размеров и сложностей в их соединении и сплетении в единые волокна.

Большие проблемы, как отмечают ученые, создает и то, что характеристики нанотрубок резким образом меняются при увеличении их диаметра или повышении числа слоев внутри них. По этой причине большая часть наноматериалов изготавливаются из нанотрубок конкретной толщины и длины, и ошибки при их выращивании сделают подобную продукцию бесполезной.

Измерение диаметра и других свойств нанотрубок, как отмечают Целев и его коллеги, затруднено тем, что самый удобный инструмент для проведения подобных замеров, атомно-силовой микроскоп, разрушает их при попытке "заглянуть" внутрь этих структур и измерить их свойства.

С одной стороны, это не мешает изучению нанотрубок в лаборатории, но с другой стороны, это не позволяет использовать микроскопы для проверки свойств этих структур при их промышленном производстве, когда необходимо, чтобы "подопытные" материалы пережили контакт с иглой микроскопа.

 

© Пресс-служба Университета ИТМО

Так художник представил себе то, как работает новый атомно-силовой микроскоп, созданный российскими ученым

Российские и португальские ученые решили эту проблему очень простым и неортодоксальным способом, заметив, что нанотрубки не деформируются и не разрушаются в тот момент, когда игла микроскопа в первый раз касается их. Все проблемы возникают позже, когда она начинает двигаться вдоль изучаемого материала.

"После каждого измерения иголка отводится от поверхности, образец немного смещается, и иголка опускается уже к новой точке. Мы не царапаем поверхность, а аккуратно прощупываем сверху, и мелкие незафиксированные объекты остаются целыми. Для этого, кроме алгоритмов измерения, мы разработали высокоскоростную электронику, которая постоянно в реальном времени обрабатывает сигнал взаимодействия иглы с поверхностью", — объясняет Арсений Калинин, ведущий автор статьи.

Используя эту методику, российские и португальские физики измерили свойства нанотрубок, изготовленных из коротких белковых молекул. Благодаря этой методике, ученые впервые смогли напрямую измерить то, как сильно меняются размеры этих нанотрубок под действием электрических полей.

"Пьезоэлектрический эффект позволяет преобразовать электрический сигнал в механический и наоборот. По такому принципу работают, например, микрофоны, аппараты УЗИ и миниатюрные моторы в объективах камер. Обычно пьезоэлектрические свойства и упругость измеряют по отдельности. Новым методом мы можем измерить их одновременно и при этом не разрушать объекты изучения", — заключает физик.

Источник

Астрономы проливают свет на формирование черных дыр и галактик

На формирование звезд в галактике, очевидно, должен влиять размер сверхмассивной черной дыры лежащей в ее центре, однако механизм этого влияния до сих пор неизвестен ученым. В новой работе исследователи во главе с Шелли Райтом (Shelley Wright), профессором физики Калифорнийского университета в Сан-Диего, США, попытались выяснить, каким образом размеры центральной черной дыры галактики влияют на формирование в ней новых звезд.

В этом исследовании Райт и его коллеги изучили энергетику мощных ветров, генерируемых яркой, активной сверхмассивной черной дырой (известной как «квазар»), лежащей в центре родительской галактики 3C 298, расположенной на расстоянии примерно 9,3 миллиарда световых лет от нас.

Команда выяснила, что эти ветра дуют сквозь всю галактику и оказывают влияние на формирование звезд.

«Удивительно, что сверхмассивная черная дыра влияет на звездообразование на таком большом расстоянии», - сказал Райт.

Сегодня близлежащие галактики демонстрируют, что масса галактики тесно связана с массой центральной сверхмассивной черной дыры. Однако исследование Райта и его коллег указывает на то, что для 3C 298 это соотношение не выполняется: галактика 3C 298 имеет массу примерно в 100 раз меньше, чем вытекает из этого соотношения при заданной массе ее гигантской центральной сверхмассивной черной дыры.

Это означает, что сверхмассивная черная дыра галактики 3C 298 сформировалась задолго до образования галактики, и что, возможно, энергетические потоки, идущие со стороны квазара, контролируют рост этой галактики, считают авторы.

Работа опубликована в журнале Astrophysical Journal.

Источник

«Космические фонарики» помогают глубже понять судьбу Вселенной

В новом исследовании ученые проникают в природу галактик с эмиссионными линиями (emission line galaxies), которые используются в нескольких проводимых в настоящее время, а также планируемых обзорах неба, чтобы глубже понять структуру и судьбу Вселенной.

В попытке понять происхождение темной материи и темной энергии ученые обратили внимание на галактики, которые позволяют отследить крупномасштабную структуру Вселенной – так называемые галактики с эмиссионными линиями. Эти галактики демонстрируют интенсивные эмиссионные линии газа, разогретого «новорожденными» звездами.

Однако в настоящее время ученым доступны лишь сравнительно небольшие наборы галактик с эмиссионными линиями, кроме того, природа этих галактик плохо изучена. Компьютерное моделирование является единственным способом получить представление о процессах, протекающих при формировании и эволюции этих галактик.

В новой научной работе группа астрономов во главе с доктором Виолеттой Гонсалес-Перес (Violeta Gonzalez-Perez) из Института космологии и гравитации Портсмутского университета, Великобритания, исследовала характеристики галактик с эмиссионными линиями при помощи сеансов компьютерного моделирования, проведенных в суперкомпьютерном центре DiRAC (Distributed Research utilising Advanced Computing) Даремского университета, Великобритания.

Это моделирование затронуло ту эпоху развития Вселенной, когда осуществлялся переход от доминирования материи к доминированию темной энергии, наблюдаемому в настоящее время. Исследователи обнаружили, что галактики с эмиссионными линиями лежат в центрах гравитационных потенциальных ям, обладая массами порядка 11 миллиардов масс Солнца. Затем ученые сравнили свои результаты с данными наблюдений, собранными при помощи обзоров неба SDSS-IV/eBOSS и Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), основной целью которых является измерение влияния темной энергии на расширение Вселенной, и скорректировали модели формирования галактик с эмиссионными линиями.

Составлено по материалам, предоставленным Портсмутским университетом.

Источник

Гигантские «пузыри» на поверхности красного гиганта

Международная группа астрономов под руководством Клаудии Паладини (Claudia Paladin) при помощи Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории впервые напрямую наблюдала грануляцию на поверхности звезды, расположенной за пределами Солнечной системы – стареющего красного гиганта Пи1 Журавля. Этот удивительный новый снимок, полученный при помощи инструмента PIONIER, обнаруживает конвективные ячейки, расположенные на поверхности этой гигантской звезды, диаметр которой составляет примерно 350 диаметров Солнца. Размер каждой ячейки составляет около четверти диаметра звезды, или примерно 120 миллионов километров.

Расположенная на расстоянии 530 световых лет от Земли в созвездии Журавля, звезда Пи1 Журавля представляет собой остывающий красный гигант. Она имеет примерно такую же массу, что и наше Солнце, однако ее диаметр почти в 350 раз, а яркость – в несколько тысяч раз больше, по сравнению с одноименными характеристиками нашего светила. Наше Солнце тоже «раздуется» и превратится в красного гиганта примерно через 5 миллиардов лет.

Много лет назад, когда запасы водорода звезды Пи1 Журавля иссякли, внутреннее давление излучения этой древней звезды упало, и звезда стала сжиматься под действием гравитации. Это сжатие привело к разогреву светила до температуры свыше 100 миллионов Кельвинов. При таких температурах стало возможным термоядерное горение гелия с превращением его в более тяжелые атомы, такие как атомы углерода и кислорода. Это раскаленное ядро оттолкнуло от звезды внешние оболочки, раздувая их до размеров, в сотни раз превышающих исходные. Звезда, которую мы наблюдаем сегодня, представляет собой красный гигант. До настоящего времени ученые ни разу не получали снимки поверхности красного гиганта с настолько высоким уровнем подробностей.

Исследование опубликовано в журнале Nature.

Источник