Новости науки

Методы ядерной физики помогли ученым узнать, что ели лошади Пржевальского

МОСКВА, 18 сен — РИА Новости. Международный коллектив ученых, в который входили специалисты биологического факультета МГУ имени Ломоносова и Зоологического института РАН (Санкт-Петербург), выяснил, с чем связаны изменения в рационе современных лошадей Пржевальского по сравнению с концом XIX века, результаты исследования, которые, как полагают его авторы, помогут восстановить популяцию этих животных, опубликованы в престижном международном научном журнале Scientific Reports.

Лошадь Пржевальского — это вид диких лошадей, представители которого обитали в Джунгарской части пустыни Гоби до середины ХХ века, но исчезли в результате антропогенного воздействия. Сохранилось лишь несколько особей в зоопарках, они и стали родоначальниками всех существующих в настоящее время лошадей Пржевальского.

"Цель нашего исследования — выяснить, изменились ли условия существования для лошадей Пржевальского, в частности, кормовая база, в Джунгарской Гоби с конца XIX века по настоящее время", — рассказала главный автор работы, ученый секретарь зоологического музея биофака МГУ Наталья Спасская, слова которой цитируются в сообщении пресс-службы университета.

Ответить на поставленный вопрос помогли исследования количества стабильного изотопа углерода-13 в волосах из хвостов лошадей Пржевальского. Этот изотоп содержится в разных количествах в клетках тканей травянистой и древесно-кустарниковой растительности, а с пищей попадает к растительноядным животным, где встраивается во вновь образуемые в организме лошадей химические вещества. Соответственно, по количеству этого изотопа можно определить, было животное травоядным или листоядным.

Для целей исследования из шкур животных, добытых в Джунгарской Гоби в XIX веке, были взяты образцы волос из хвостов взрослых лошадей Пржевальского. Эти волосы растут долго и не подвержены сезонной линьке. Такие экземпляры в мире единичны и хранятся только в Зоологическом институте РАН в Санкт-Петербурге и Научно-исследовательском зоологическом музее МГУ. Ученые сравнивали волосы из исторических образцов с волосами от современных реинтродуцированных (переселенных) в Джунгарии лошадей Пржевальского. А для проверки полученных результатов аналогичные исследования, также с использованием музейных экземпляров, провели на куланах — это еще один вид лошадиных, который обитает в Джунгарской Гоби.

В результате работы ученые выявили, что современные реинтродуцированные лошади Пржевальского пасутся на травянистых растениях во все сезоны года, в то время как в XIX веке это была их летняя диета, а листья кустарников были в рационе лошадей Пржевальского в позапрошлом веке в зимнее время.

Проявление у лошади Пржевальского сезонных особенностей в питании в историческом прошлом, вероятно, связано с вытеснением этого вида из оптимальных для него степных сообществ в полупустынные биотопы местным населением и домашним скотом. Обитание в кустарниковых зарослях помогало лошадям, кроме всего прочего, скрываться во время охоты на них.

"Результаты исследования заставляют подумать и о том, что в будущем рост численности лошадей Пржевальского будет вызывать увеличение конфликтов с местными скотоводами. Будущие проекты реинтродукции — переселения животных в их естественные местообитания — должны быть направлены на восстановление лошадей Пржевальского в травянистых сообществах, оптимальных для существования этого вида, и при этом учитывать более высокий риск антропогенного давления", — заключила Спасская.

Работа проходила в сотрудничестве с учеными из Венского ветеринарного университета (Австрия), Монгольского государственного университета, Лейбницкого института изучения диких животных в зоопарках и в естественной среде (Германия), Норвежского института изучения природы и сотрудниками кластера Большого Гобийского заповедника (Монголия).

Источник

Квантовые симуляторы: как ученые создают искусственные миры

МОСКВА, 19 сен — РИА Новости. Представьте, что вы хотите рассмотреть быструю, но хрупкую бабочку. Пока она порхает, детально изучить ее довольно трудно, поэтому нужно взять ее в руки. Но как только она оказалась в ваших ладонях, крылышки смялись и потеряли цвет. Просто бабочка слишком уязвима, и любое ваше воздействие изменяет ее вид.

А теперь вообразите бабочку, которая меняет внешний вид от одного вашего взгляда. Именно так ведут себя одиночные электроны в твердом теле. Стоит ученым "посмотреть" на электрон, и его состояние уже отличается от оригинального. Этот факт значительно усложняет изучение физики твердого тела — области науки, которая описывает свойства твердых тел (всех веществ, имеющих кристаллическую решетку) с точки зрения их атомного строения. Создание компьютеров, телефонов и многих других устройств, без которых мы не представляем себе жизнь, является заслугой этого раздела науки.

 Если электроны невозможно "увидеть", надо их заменить на что–то более крупное, решили ученые. Кандидаты на место электронов должны сохранять их свойства таким образом, чтобы уравнения, описывающие процессы в твердом теле, оставались неизменными. На эту роль подошли атомы при сверхнизких температурах. В физическом мире температура является аналогом энергии: чем она ниже, тем неподвижнее становится объект. При комнатной температуре атом кислорода в воздухе движется со скоростью несколько сотен метров в секунду, но чем ниже температура, тем меньше его скорость. Минимальной в нашем мире считается температура ноль градусов Кельвина, или минус 273,15 °C.

 

© Иллюстрация РИА Новости . А.Полянина

Сравнение поведения атомов в твердом теле при комнатной температуре и атомов при сверхнизких температурах

Ультрахолодные атомы охлаждены до микрокельвина и даже менее, где скорость движения составляет лишь несколько сантиметров в секунду.

Из таких атомов и оптической решетки ученые создали искусственный кристалл, аналогичный по строению природным твердым телам. Сама оптическая решетка, которая берет на себя роль атомарной решетки твердого тела, создается с помощью лазеров, чьи лучи пересекаются под заданными углами. Управляя положением лазеров и их мощностью, можно непрерывно менять геометрию решетки, а путем наложения дополнительного поля переключить взаимодействие между "электронами" с отталкивающего на притягивающее.

 

© Иллюстрация РИА Новости . А.Полянина

Так художник представляет себе искусственную кристаллическую решетку

Но для проведения экспериментов необходимо управлять движением электронов. Они поддаются воздействию электрического и магнитного полей, так как имеют заряд. Атомы же, замещающие электроны в искусственном кристалле, нейтральны, поэтому необходимо было придумать замену управляющей ими силы. Электрическое поле успешно заменила гравитация, которая отвечает за прямолинейное движение электрона. Однако электроны в магнитном поле закручиваются, их траекторию можно описать как спиралевидную. Поэтому исследователи создали синтетическое магнитное поле, оказывающее на движущиеся атомы такое же действие, как и настоящее магнитное поле, что является главным условием для изучения фундаментальных законов.

 

Схема движения электронов в электромагнитном поле

Таким образом физики получили возможность изучать свойства любых твердых тел (металлов, полупроводников, диэлектриков), экспериментировать с ними и изменять по собственному желанию. Получается, что учеными создан некий "конструктор", — система, симулирующая свойства квантового мира электронов, но, в отличие от него, легко доступная для исследований.

Из "квантового конструктора" можно собрать и другие системы, включая такие, каких в природе не существует. Например, все элементарные частицы делятся на бозоны и фермионы. Бозоны имеют целое спиновое число, а фермионы — полуцелое. Используя изотопы атомов, можно превратить электроны в рассмотренном выше искусственном твердом теле из фермионов в бозоны.

"Помимо задач физики твердого тела, квантовые конструкторы на основе холодных атомов можно использовать и для решения задач из других областей, например физики элементарных частиц, — поясняет главный научный сотрудник лаборатории теории нелинейных процессов Института физики СО РАН и профессор кафедры Теоретической физики Сибирского Федерального Университета, доктор физико-математических наук Андрей Коловский. — Взаимодействие между элементарными частицами осуществляется через так называемые калибровочные поля. Знакомое нам со школы электромагнитное поле, ответственное за взаимодействие между зарядами, является частным случаем калибровочных полей. В принципе, можно смоделировать и другие поля, помимо электромагнитного, и такие исследования уже проводятся. Еще одно направление — астрофизика, где ученые, используя холодные атомы, моделируют термодинамику черных дыр".

Из таких конструкторов можно также собирать и квантовые компьютеры, с помощью которых удобно изучать телепортацию квантовых частиц. 
А еще заглянуть в далекое будущее, на 20-40 миллиардов лет вперед, ведь Вселенная постоянно расширяется и, согласно законам термодинамики, ее температура плавно падает. Со временем она охладится до нанокельвинов, а благодаря квантовым симуляторам мы сможем наблюдать ее состояние прямо сейчас.

Источник

Падение метеорита разогрело поверхность Земли до экстремально высоких температур

Международная команда исследователей нашла свидетельства того, что древний метеорит, столкнувшийся с поверхностью Земли, привел к ее разогреву до самой высокой температуры, когда-либо регистрируемой для поверхности нашей планеты. В своей новой работе команда исследователей описывает находки, сделанные при изучении ударного кратера, расположенного на территории Канады, и приводит элементы расчета температуры этого столкновения, произошедшего много лет назад.

Планетологи считают, что Земля во времена своего формирования подвергалась интенсивной бомбардировке – метеоритами и другими космическими камнями. Некоторые из этих столкновений оставили следы, наблюдаемые и по сегодняшний день в форме кратеров. Одним из таких кратеров является ударный кратер Мистатин (в настоящее время он представляет собой озеро), расположенный на полуострове Лабрадор, Канада, который составляет примерно 28 километров в поперечнике, что указывает на довольно крупный размер метеорита. Исследователи считают, что падение этого метеорита состоялось примерно 38 миллионов лет назад.

В новом исследовании ученые во главе с Николасом Е. Тиммсом (Nicholas E. Timms) смогли получить информацию о количестве тепла, выделившегося при падении метеорита, сформировавшего кратер Мистатин. Изучая этот кратер, исследователи обнаружили присутствие циркона, широко распространенного минерала, претерпевшего превращение в кубический оксид циркония. В предыдущих исследованиях было показано, что для осуществления этого превращения требуются температуры не ниже 2370 градусов Цельсия. Следовательно, температура, развиваемая при столкновении, должна была быть не ниже этой отметки. Такая температура является беспрецедентно высокой зарегистрированной наукой температурой для естественных процессов, происходящих на поверхности Земли, отмечают авторы.

Работа опубликована в журнале Earth and Planetary Science Letters.

Источник

Физики предлагают объяснение различным кривым вращения галактик

Идентичные близнецы во многом похожи друг на друга, однако все же отличаются, поскольку имеют разный жизненный опыт, друзей и образ жизни. Эта же концепция может быть применена по отношению к галактикам. Две галактики, которые на первый взгляд кажутся одинаковыми, могут иметь внутренние области, вращающиеся с различными скоростями. В новом исследовании команда физиков под руководством Хай-Бо Ю (Hai-Bo Yu) из Калифорнийского университета в Риверсайд, США, нашла простое и логичное объяснение этого разнообразия.

Каждая галактика находится внутри гало из темной материи, благодаря которому вся материя галактики удерживается в одном месте. Распределение темной материи в этом гало может быть проанализировано при изучении движения звезд и частиц газа в галактике.

Ю и его коллеги сообщают, что различные кривые вращения галактик, представляющие собой график скоростей вращения материи на разных расстояниях от центра галактики, могут быть естественным образом объяснены, если принять, что частицы темной материи интенсивно взаимодействуют друг с другом во внутреннем гало, рядом с центром галактики – процесс называется самовзаимодействием темной материи (dark matter self-interaction).

В наиболее популярной гипотезе холодной темной материи частицы темной материи почти не испытывают столкновений друг с другом, а взаимодействуют лишь посредством гравитации. «Мы привлекли другую гипотезу, модель самовзаимодействующей темной материи (self-interacting dark matter model, SIDM), чтобы показать, что взаимодействия между частицами темной материи разогревают внутреннее гало, в результате чего распределения темной и нормальной материи оказываются связанными друг с другом в единое целое. Тогда расчеты гало с самовзаимодействующей темной материей становятся достаточно гибкими, чтобы объяснить подавляющее большинство наблюдаемых кривых вращения галактик».

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Источник

Свет на экзопланетах может отличаться от света на Земле: разный фотосинтез?

Исследователи из Астробиологического центра Национальных институтов естественных наук Японии и их коллеги считают, что красная граница поглощения может наблюдаться на экзопланетах, обращающихся по орбитам вокруг красных карликов спектрального класса М, на тех же длинах волн, что и в случае Земли.

Красные карлики спектрального класса М представляют собой небольшие (0,5-1 масса Солнца) и холодные (~3000 Кельвинов) звезды, широко распространенные в нашей Вселенной. По причине многочисленности этих звезд в последнее время их планетные системы вызывают большой научный интерес при поисках потенциально обитаемых планет.

Одним из наиболее важных признаков, указывающих на наличие жизни на экзопланете, является особая картина отражения света от поверхности планеты, демонстрирующая так называемую «красную границу поглощения» (red-edge), связанную с растительностью, такой как леса и луга. В случае Земли красная граница поглощения наблюдается между красным краем видимого диапазона и ИК диапазоном, поскольку красный свет поглощается для фотосинтеза, в то время как ИК излучение отражается. В предыдущих исследованиях были сделаны прогнозы о том, что положение красной границы поглощения на экзопланетах определяется спектром излучения родительской звезды, и на планетах, обращающихся вокруг красных карликов спектрального класса М, красная граница поглощения будет смещена в сторону более длинных волн, поскольку потенциальные организмы на экзопланетах широко используют ИК излучение для фотосинтеза.

В новом исследовании авторы показывают, что первые оксигенные фототрофы, вероятнее всего, эволюционировали под водой, приспособившись к использованию видимого света, подобно тому, как это происходило в первичном океане на Земле. Авторы изучили механизмы усвоения света фототрофами, использующими соответственно видимое и инфракрасное излучение для фотосинтеза, и показали, что фототрофы, использующие в своей жизнедеятельности ИК-излучение, не способны адаптироваться к изменяющимся световым условиям на границе воды и суши.

Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports; главный автор Кенжи Такизава (Kenji Takizawa).

Источник

Наблюдения ночной стороны Венеры позволяют глубже понять атмосферу планеты

Ученые при помощи зонда Европейского космического агентства Venus Express впервые охарактеризовали ветра и строение верхних слоев облаков на ночной стороне Венеры – и получили неожиданные результаты.

Это исследование демонстрирует, что структура атмосферы Венеры на ее ночной стороне отличается от структуры атмосферы этой планеты на ее дневной стороне, то есть стороне, обращенной к Солнцу. На ночной стороне Венеры в атмосфере присутствуют облака иных типов и морфологии, по сравнению с облаками дневной стороны планеты – некоторые из которых связаны с геологическими особенностями поверхности планеты.

В атмосфере Венеры доминируют мощные ветра, которые обращаются вокруг планеты со значительно более высокой скоростью, чем сама планета вращается вокруг своей оси. Это явление носит название «супервращения». Причины этого феномена до сих пор остаются загадкой для ученых.

В новой работе исследователи во главе с Хавьером Перальта (Javier Peralta) из японского космического агентства JAXA при помощи инструмента Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer (VIRTIS) зонда Venus Express наблюдали облака ночной стороны Венеры в беспрецедентных подробностях. Сделанные при помощи этого инструмента снимки выявили, что супервращение на ночной стороне планеты происходит более беспорядочно и хаотично, чем на дневной стороне планеты. Облака на ночной стороне Венеры оказались более протяженными, волнистыми, имеющими часто неправильную или вытянутую форму – и кроме того в них наблюдались стоячие волны. 

Эти результаты бросают вызов современной теории стоячих волн, поскольку согласно этой теории стоячие волны формируются, когда ветра, дующие на поверхности планеты, встречаются с возвышенностями, такими как, например, гора или холм. Однако в противоречие с этой концепцией входит тот факт, что на поверхности Венеры на ее ночной стороне расположено слишком мало возвышенностей, а кроме того, вопросы вызывает также то обстоятельство, что стационарные волны не наблюдаются в средних и нижних слоях атмосферы Венеры (примерно до высоты 50 километров над поверхностью планеты). Это противоречие может привести к пересмотру современных моделей стоячих волн в атмосферах планет, считают авторы работы.

Исследование вышло в журнале Nature Astronomy.

Источник

Звездообразование под влиянием местных условий

Три ученых из Института Нильса Бора Копенгагенского университета, Дания, провели обширное компьютерное моделирование для изучения процессов звездообразования. Исследователи пришли к выводу, что существующие идеализированные модели расходятся с наблюдениями при описании деталей звездообразовательных процессов. «Надеемся, что наши результаты также помогут глубже понять процессы формирования планет», - говорит Михаэль Куффмейер (Michael Küffmeier), глава исследовательской группы.

Наша галактика Млечный путь состоит более чем из 100 миллиардов звезд. Новые звезды формируются в так называемых молекулярных облаках, где большая часть газа находится в форме молекул и имеет очень низкую температуру.

В новом исследовании Куффмейер и его коллеги провели компьютерное моделирование процессов формирования сотен звезд, из которых были выбраны 9 звезд, находящихся в различном космическом окружении, для более подробного моделирования. Результаты моделирования продемонстрировали, что «звездообразование находится в тесной связи с локальными условиями, в частности, локальные условия влияют на размер протопланетных дисков и скорость звездообразования – и это не было показано прежде ни в одном другом исследовании», как пояснил Куффмейер.

Исходным этапом моделирования стало воссоздание Гигантского молекулярного облака – куба с ребром длиной 8 миллионов астрономических единиц (1 а.е. равна расстоянию от Земли до Солнца, или 150 миллионам километров). Воссоздание такого облака потребовало гигантских вычислительных мощностей, которые были предоставлены Куффмейеру и его группе суперкомпьютерами Института Нильса Бора. Рассмотрев затем подробно процессы формирования каждой из 9 выбранных из этого молекулярного облака звезд, исследователи смогли получить дополнительную информацию о процессах звездообразования в разных локальных условиях, которая прежде не могла быть получена в других аналогичных исследованиях. В дальнейшем исследователи планируют совмещать моделирование на суперкомпьютерах Института Нильса Бора с наблюдениями при помощи радиообсерватории ALMA и космической обсерватории Hubble («Хаббл»).

Исследование опубликовано в журнале Astrophysical Journal.

Источник

Астрономы изучают происхождение гипотетической Планеты 9

Астрономы из Университета Шеффилда, Великобритания, показали, что Планета 9 - недоступная наблюдениям планета, расположенная на краю Солнечной системы – вероятно, формировалась ближе к нам, чем предполагалось ранее.

Команда исследователей, возглавляемая доктором Ричардом Паркером (Richard Parker) с кафедры физики и астрономии Университета Шеффилда, показала, что вероятность того, что Планета 9 была захвачена из другой планетной системы, как предполагалось ранее, является крайне низкой, и что планета, скорее всего, формировалась где-то в окрестностях Солнца.

В 2016 г. ученые из США постулировали существование Планеты 9, поскольку это позволяло объяснить загадочные особенности орбит некоторых объектов пояса Койпера.

И хотя эту планету еще никто ни разу не наблюдал напрямую, это не останавливает теоретиков, пытающихся понять происхождение гипотетической планеты.

Планета 9 по размеру не менее чем в 10 раз крупнее Земли, что делает почти невозможным ее формирование на таком большом удалении от Солнца, на каком предполагается ее нахождение. Для объяснения происхождения планеты предлагались две основные гипотезы: планета могла либо сформироваться во внутренних областях Солнечной системы, а затем мигрировать к своему текущему расположению, либо быть захваченной из другой планетной системы.

В своей работе доктор Паркер и его команда показывают при помощи компьютерного моделирования, что сценарий, предполагающий захват планеты из другой планетной системы, маловероятен. Согласно результатам этого моделирования в тесной «звездной колыбели» лишь 5-10 планет из 10000 могут быть захвачены в планетную систему звезды на орбиту, схожую с орбитой Планеты 9.

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

Источник

Новый анализ сверхновых разжигает старые споры о существовании темной энергии

Ускоряющееся расширение Вселенной может на самом деле вовсе не существовать, представляя собой лишь кажущийся эффект, согласно новому исследованию. В этой новой работе обнаружено, что яркости сверхновых типа Ia ближе соответствуют модели Вселенной, не включающей допущение существования темной энергии, по сравнению со стандартной моделью, включающей представление об этой таинственной невидимой субстанции.

Считается, что темная энергия составляет примерно 70 процентов от всего содержимого Вселенной. Это понятие было введено для объяснения наблюдаемого ускорения расширения Вселенной. Ускорение расширения Вселенной ученые зафиксировали по измерениям расстояний до взрывов сверхновых в далеких галактиках, которые мы видим на расстояниях более далеких, чем в том случае, если бы Вселенная расширялась без ускорения.

В новом исследовании ученые сравнивают стандартную модель холодной темной материи (LambdaCDM) с другой моделью, называемой timescape cosmology (timescape – “бег во времени”). В этой модели нет темной энергии. Согласно полученным в исследовании результатам соответствие модели timescape cosmology данным из каталога сверхновых типа Ia получается более точным, по сравнению с моделью LambdaCDM.

К сожалению, в настоящее время ученые не имеют достоверных с точки зрения статистики данных, позволяющих определиться в пользу той или иной модели Вселенной, однако будущие космические миссии, такие как миссия Euclid («Евклид») Европейского космического агентства, позволят провести необходимые измерения, чтобы окончательно выяснить, существует ли темная энергия на самом деле.

Работа опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society; главный автор Лоуренс Х. Дам (Lawrence H. Dam).

Источник

Зонд Cassini готовится совершить финальное погружение в атмосферу Сатурна

Зонд НАСА Cassini («Кассини») считает последние часы до своего финального погружения в атмосферу Сатурна, которое завершит плодотворную миссию продолжительностью 13 лет, позволившую значительно расширить наши знания об этом газовом гиганте.

Совершив почти 300 орбитальных витков вокруг Сатурна, зонд Cassini помог сделать немало значительных открытий, таких как обнаружение морей из жидкого метана на поверхности гигантского спутника Сатурна Титана и подповерхностного океана на Энцеладе, небольшом по размерам спутнике газового гиганта.

22 апреля зонд начал маневры, предваряющие его финальное погружение в атмосферу Сатурна.

Приблизившись к Титану и воспользовавшись гравитацией этого массивного спутника Сатурна, Cassini приступил к выполнению 22 витков по орбитам, пролегающим между Сатурном и его кольцами. Последние 5 орбит, выполняемых этим космическим аппаратом, проходят уже в верхних слоях атмосферы Сатурна, а последнее погружение глубоко в атмосферу планеты состоится 15 сентября.

Последние маневры Cassini начнутся в 8:37 GMT в пятницу. В 11:53 GMT космический аппарат должен войти в атмосферу Сатурна, в то время как его антенны будут направлены в сторону Земли, а двигатели включены на полную мощность, чтобы удерживать аппарат на заданной траектории.

Примерно минуту спустя, когда зонд будет находиться на высоте 1510 километров над верхним слоем облаков Сатурна, связь будет прервана, а через несколько секунд после этого начнется дезинтеграция космического аппарата, сообщает НАСА.

Миссия Cassini-Huygens является совместным проектом НАСА, Европейского космического агентства и Итальянского космического агентства.

Источник

Российские ученые создали нанозвезды, способные находить и уничтожать рак

МОСКВА, 13 сен — РИА Новости. Ученые из Национального технологического университета "МИСиС" совместно с коллегами из Института ядерной физики имени Саха (Калькутта, Индия) смогли синтезировать стабильные золотые наночастицы в форме звезд для борьбы с онкологическими заболеваниями. Недорогие и нетоксичные наночастицы позволят эффективно диагностировать рак на ранних стадиях и точечно уничтожать пораженные клетки. Результаты исследования опубликованы в научном издании Journal of the Chemical Society.

Сегодня в медицине активно используются плазмонные наноматериалы на основе серебра и золота. Плазмонными называют наноструктуры, проявляющие необычные оптические и физические свойства, обусловленные колебанием свободных электронов внутри них. Само колебание зависит от формы и размера наночастиц. 
Такие наночастицы имеют широкое биомедицинское применение — они используются в геномике, биосенсорике, иммуноанализе, лазерной фототерапии раковых клеток, адресной доставке лекарственных препаратов, ДНК и антигенов, биоимиджинге и мониторинге клеток и тканей.

 

© НИТУ "МИСиС"

Наночастицы из золота под микроскопом

Приповерхностные молекулы наночастицы из золота значительно усиливают сигнал комбинационного рассеяния, то есть при свечении лазера наблюдается обратный яркий отблеск. Использование серебра в таком же эксперименте дает меньший сигнал комбинационного рассеяния, кроме того, этот металл более токсичен. Именно наночастицы из золота способны приумножить данный сигнал во много раз и ярко светиться при скоплении даже небольшого количества молекул, поэтому с их помощью можно диагностировать рак на самых ранних стадиях.

 

© НИТУ "МИСиС"

Наночастицы из золота под микроскопом

Однако у плазмонных наночастиц на основе золота есть существенный недостаток: при введении в кровь они начинают агрегировать (слипаться) под воздействием слишком большой для них концентрации хлорида натрия. В итоге сосуды засоряются, и доставить наночастицы к пораженным тканям становится невозможно. 
"Молодые ученые Центра энергоэффективности НИТУ "МИСиС" под руководством профессора Дулала Сенапати из Института ядерной физики имени Саха смогли решить эту проблему, — рассказывает ректор НИТУ "МИСиС" Алевтина Черникова. — Они синтезировали стабильные наночастицы на основе золота, которые не агрегируют при введении в кровь и обладают высокой эффективностью в спектроскопии комбинационного рассеяния".

Доставка наночастиц к опухоли может осуществляться двумя способами. В первом — "золотой" магнитный наносердечник вводится прямо в опухоль, после чего при помощи магнитного поля золотые наночастицы концентрируются около него. Во втором — наночастицу специально покрывают антителами, составляющими пару антителам, свойственным некоторым видам раковых опухолей. В результате антитела "сцепляются", и наночастицы осаждаются на опухоли.

 

© НИТУ "МИСиС"

На схеме показана "работа" золотой наночастицы внутри опухоли

Оказалось, что выгодно создавать наночастицы именно в форме звезд, так как они более эффективны при фототермальной терапии.

"Процесс фототермальной терапии можно описать следующим образом, — поясняет руководитель инфраструктурного проекта НИТУ "МИСиС" (проект "Получение, характеризация и применение функционализированных анизотропных наноматериалов в селективном обнаружении биомаркеров, ультраточном количественном анализе и терапии") профессор Института ядерной физики имени Саха Дулал Сенапати.  — Когда наночастица добирается до пораженного участка, на нее начинают воздействовать лазером, она поглощает свет и фокусирует его наподобие линзы, направляя его точечно в острый край звезды. Затем этот свет преобразуется в огромное количество тепла (около 4500-5000 градусов по шкале Цельсия), которое концентрируется на кончике звезды. Генерируемый таким образом тепловой поток разрывает мембрану раковой клетки и уничтожает ее, не оказывая негативного воздействия на здоровые клетки. Наши наночастицы в форме звезд поглощают свет на длине волны 600-900 нанометров. Это очень хорошо, потому что именно в этой области спектра наше тело прозрачно для излучения. Большинство биологических молекул в этой области спектра не способны поглощать свет".

 

© НИТУ "МИСиС"

Наночастицы из золота под микроскопом при большом увеличении

Синтезируют золотые наночастицы в водном растворе с использованием витамина C, поэтому они нетоксичные и недорогие. По предварительным оценкам, себестоимость раствора объемом 100 микролитров составляет около 50 рублей.

Работа над технологией проводилась при участии специалистов Российского онкологического центра имени Н. Н. Блохина. Сейчас ученые работают над улучшением частиц — пытаются синтезировать другие типы звезд.

Источник

Астрономы выяснили влияние скорости вращения галактик на их форму

Астрономы впервые смогли понять, как скорость собственного вращения галактик связана с их формой.

Хотя это кажется на первый взгляд очевидным, но в действительности определение истинной пространственной формы галактик представляет собой отнюдь не самую простую задачу, и астрономы продвинулись в ее решении лишь примерно 90 лет назад.

«В этом исследовании мы впервые смогли надежно оценить влияние, которое различные свойства галактики – конкретно ее скорость вращения - оказывают на ее форму», - сказала руководитель исследовательской группы доктор Кэролин Фостер (Caroline Foster) из Сиднейского университета, Австралия.

Галактики могут иметь форму «блина», «футбольного мяча» или чего-то среднего между этими двумя крайними типами.

Исследователи обнаружили в этой работе, что галактики, вращающиеся с более высокой скоростью, имеют форму, более близкую к плоской, чем галактики, которые вращаются медленнее.

«И среди спиральных галактик более быстровращающиеся галактики имеют диски более правильной формы», - добавляет член исследовательской группы профессор Сиднейского университета Скот Крум (Scott Croom).

Команда сделала это открытие при помощи инструмента SAMI (the Sydney-AAO Multi-object Integral field unit), позволяющего получать подробную информацию о движении газа и звезд внутри галактик. Он может анализировать по 13 галактик за один раз, и с помощью этого инструмента команда Фостер изучила набор из 845 галактик, что почти в три раза больше, по сравнению с объемом набора галактик, изученного в предыдущем наиболее обширном аналогичном исследовании.

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

Источник

Ученые впервые вырастили кости

Ученые впервые смогли вырастить в лабораторных условиях костную ткань. Успех в этом эксперименте открывает новые возможности для хирургов и трансплантологов — теперь они смогут восстанавливать кости людей, которым из-за серьезных травм грозит ампутация конечностей. О проделанной работе ученые рассказали в журнале Nature Biomedical Engineering.

Команда ученых из Шотландии и Ирландии разработала устройство, которое генерирует нановибрации и проводит их через находящуюся в коллагеновом геле взвесь мезенхимальных стволовых клеток, способных дифференцироваться в остеобласты, клетки кости.

Клетки образуют «костную шпатлевку», как ее называют исследователи, которая потом используется для лечения переломов и болезней, разрушающих костную ткань.

Использование собственных мезенхимальных клеток пациента сводит к минимуму риск отторжения и позволяет лечить серьезные повреждения. Создатели материала считают, что он станет отличной заменой используемым сегодня костным трансплантатам.

«Мы помещаем «шпатлевку» на анатомически правильный коллагеновый каркас. Мы используем много клеток одновременно, так что они с большой вероятностью образуют новую кость. В лаборатории мы как бы объясняем им, что надо делать, а организм пациента работает как биореактор, делая все остальное», - объясняет Мэтью Далби, профессор клеточной инженерии в Университете Глазго.

Команда начала работу в этой области еще в 2009 году. Ученые помещали клетки на виброплатформы и наблюдали, как те образуют костную ткань. Однако для того, чтобы восстанавливать поврежденные кости людей, материал должен был обладать трехмерной структурой.

Для достижения результата они основывались на позаимствованной у физиков технике, использовавшейся для исследования гравитационных волн. Через специальные камеры ученые пропускали колебания с амплитудой в 20 нанометров. Для гравитационных волн этого было бы недостаточно, но для клеток подошло отлично.

«Мы берем клетки пациента, помещаем их в гель и ставим все это в биореактор, где клетки вибрируют со скоростью 1000 колебаний в секунду»,

- рассказывает Далби.

Такая частота колебаний приводит к формированию из клеток костной ткани. Коллагеновый гель позволяет им образовывать трехмерную структуру. Коллаген — основной компонент соединительной ткани человека, и гель биологически совместим с тканями пациента.

Камера выполнена из алюминия и оснащена пьезоприводами. Над ними расположена пластина, которая проводит вибрации. Сам материал закреплен на движущейся платформе. Пьезоприводы ритмично сокращаются и расширяются, когда им передается напряжение. Вибрации с частотой, например, 1000 Гц способны регулировать работу ионных каналов в клетках, вызывая приток калия или кальция.

Сейчас для восстановления кости после тяжелых переломов хирурги используют маленькие фрагменты тазовой кости пациента. Для трансплантации необходима также костная ткань другого человека без живых клеток.

Использование донорских тканей повышает риск отторжения.

Новая технология снизит этот риск и позволит избежать дополнительных операций, чтобы взять костную ткань пациента.

Также ученые надеются помочь жертвам терактов и военным, потерявшим конечности. Новые руки и ноги, правда, вырастить в лаборатории пока не получится, но откорректировать кость так, чтобы человек мог использовать протез, вполне реально.

«Выживаемость людей все повышается, но мы еще страдаем от множества травм, - рассказывает Далби. - В сотрудничестве с благотворительной организацией сэра Бобби Чарльтона (легенда английского футбола - «Газета.Ru») мы уже доказали эффективность нашего метода, восстановив собаке лапу, которую иначе пришлось бы ампутировать».

Метод будет испытан на человеке в 2020 году. Ученые планируют восстановить с помощью «шпатлевки» кость руки пациента.

На создание костной ткани и операцию по ее вживлению уйдет не больше недели, уверен Далби.

Биореактор тем временем отправится в другие лаборатории для поиска новых способов его применения. Так, предполагается, что с его помощью можно будет «выключать» клетки рака кости.

Источник

Ученые из Китая создали

МОСКВА, 12 сен — РИА Новости. Китайские ученые заявляют о создании "рабочей" версии микроволнового двигателя EmDrive, работу которого невозможно объяснить в рамках классической физики, сообщает Daily Mailсо ссылкой на телеканал CCTV-2.

Технические подробности изобретения не приводятся. Однако в ролике о нем говорится, что двигатель в ближайшее время будет испытан в космосе.

EmDrive представляет собой устройство из магнетрона, генерирующего микроволны, и резонатора, накапливающего энергию их колебаний. При этом создается тяга, которую невозможно объяснить законом сохранения энергии. Как отмечают ученые, силовая установка на базе такого двигателя позволила бы человечеству добраться до края Солнечной системы буквально за несколько месяцев.

Ранее специалисты из НАСА опубликовали научную работу, в которой утверждали, что EmDrive действительно производит "постоянную" тягу, при этом ни топливо не тратится, ни направленный пучок излучения не вырабатывается, что противоречит, как утверждают эксперты, закону сохранения импульса.

Источник

Физики из России придумали материал для суперкомпьютеров будущего

МОСКВА, 12 сен – РИА Новости. Российские физики-теоретики предсказывают существование особого класса материалов — полуметаллов, которые не содержат атомов металлов и могу стать основой будущих сверхбыстрых компьютеров, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.

"В каком-то смысле наше открытие было сюрпризом даже для нас самих. Оно, в сущности, подтверждает знаменитый ленинский тезис о неисчерпаемости электрона наравне с атомом. Теперь дело за экспериментаторами. Веществ, которые хорошо описываются рассмотренной нами моделью, известно достаточно много. Поэтому я убежден, что предсказанная нами фаза будет в конце концов обнаружена", — заявил Артем Сбойчаков из Института теоретической и прикладной электродинамики РАН.

Так называемые полуметаллы с точки зрения физиков являются не химическими веществами, занимающими промежуточное положение между настоящими металлами и полупроводниками вроде кремния, а особыми материалами, избирательно пропускающими электрический ток. Приставка "полу-" в их названии обусловлена тем, что они пропускают лишь те электроны, чей спин повернут или вверх, или вниз.

Подобные материалы, как объясняет пресс-служба МФТИ, сегодня считаются одним из главных кандидатов на замену кремния и других полупроводников, применяемых при производстве электроники. Полуметаллы позволят ученым и инженерам использовать спин электронов для передачи информации. Это сделает компьютеры в десятки раз более быстрыми и экономными и позволит "воскресить" закон Мура, потерявший свою силу в последние годы.

Как объясняют Сбойчаков и его коллеги, все известные полуметаллы содержат в себе атомы и ионы настоящих металлов, многие из которых являются редкими и дорогими, а другие – крайне токсичными и небезопасными для человека. Это не позволяет использовать спиновую электронику в качестве компонентов кибернетических протезов и различных вживляемых чипов.

Ученые из ИТПЭ РАН, МФТИ и их зарубежные коллеги из Японии и США, экспериментируя с особыми изолирующими материалами, электроны и "дырки" в которых распределены неравномерно, выяснили, что свойствами полуметаллов могут обладать и вещества, не содержащие в себе настоящих металлов.

Как оказалось, подобные изоляторы можно превратить в полуметаллы, если заменить часть их атомов особым набором других элементов, который поменяет распределение "лишних" электронов и областей избыточного положительного заряда и объединит их в цепочки, по которым спиновый ток сможет беспрепятственно двигаться.

В роли таких присадок, как отметил Александр Рожков, физик из московского Физтеха в Долгопрудном, могут выступать атомы азота, фосфора и других элементов, число электронов в которых отличается от того, как много их содержится в оригинальном материале.

По словам российских физиков, их теоретическое открытие уже привлекло внимание коллег-экспериментаторов из американского университета Ратгерса, и те пообещали в ближайшее время начать процесс подбора правильной "начинки" для вещества-изолятора, которая превратила бы его в неметаллический полуметалл. Создание такого вещества ускорило бы разработку спиновой электроники и помогло человечеству найти новые применения для подобных материалов.

Источник

Астрономы разрешают загадку, связанную с массой белого карлика

Новые наблюдения двойной звезды 40 Эридана BC, включающей красного и белого карликов, проведенные астрономами из Военно-морской обсерватории США, позволили уточнить значения орбитального периода и массы компонент этой интересной звездной пары.

Система 40 Эридана BC представляет собой хорошо известную двойную звезду, которая наблюдалась многими астрономами с того момента, когда ее параметры впервые были точно измерены английским астрономом Уильямом Руттером Дейвсом в 1867 г. Она находится на расстоянии примерно 16 световых лет от Земли, и ее легко наблюдать в любительские телескопы. Одна из ее компонент – белый карлик – представляет собой остатки массивной звезды, вспыхнувшей как сверхновая, которые являются относительно редкими в нашей Вселенной. Другая компонента – красный карлик – является самым распространенным классом «нормальных» звезд.

Предыдущие расчеты орбит компонент системы 40 Эридана BC привели к расхождению между значениями массы белого карлика, измеренными соответственно по его орбитальному движению и по методу гравитационного красного смещения.

Согласно новым данным, полученным группой астрономов во главе с доктором Брайаном Мейсоном (Brian Mason), при помощи метода, называемого спекл-интерферометрией, с использованием 66-сантиметрового телескопа-рефрактора Great Equatorial Военно-морской обсерватории США, орбитальный период этой системы составляет 230,29 +/- 0,68 лет, что примерно на 20 лет меньше, чем показывали предыдущие наблюдения. Масса белого карлика по новым данным составляет 0,573 +/- 0,018 масс Солнца, что примерно на 0,15 массы Солнца больше, чем согласно предыдущим оценкам, и ближе к результату, полученному по методу гравитационного красного смещения.

Работа принята к публикации в журнале Astronomical Journal.

Источник

Российские физики проведут эксперименты на будущей космической станции КНР

НОВОСИБИРСК, 12 сен — РИА Новости. Ученые Института теплофизики СО РАН запланировали провести три научных эксперимента на планируемой к запуску в ближайшие годы космической станции Китая, сообщил журналистам во вторник руководитель лаборатории интенсификации процессов теплообмена института Олег Кабов.

Речь идет об эксперименте по испарению в области контактной линии (один из пока неисследованных природных феноменов), эксперименте по проблемам конденсации и созданию конденсаторов пара для условия микрогравитации. Третий эксперимент будет посвящен кипению в микро- и миниканалах, что используется в различных системах охлаждения.

В свою очередь, представитель китайского космического агентства Чжао Цзяньфу сообщил, что на планируемой к запуску космической станции запланировано развитие сотрудничества с российскими учеными и в настоящее время уже действует ряд соглашении о сотрудничестве.

"В 2020 году будет запущен центральный модуль, через два года станция будет полностью запущена в работу, и в течение десяти лет на ней будут проводиться испытания", — сказал он.

Источник

Британские физики создали первое отключаемое "жидкое зеркало"

МОСКВА, 11 сен — РИА Новости. Ученые из Великобритании создали необычные наночастицы, которые могут одновременно быть прозрачными для света и превращаться в идеальное зеркало, и опубликовали "рецепт" по их изготовлению в статье в журнале Nature Materials.

"Наночастицы находятся в очень тонком балансе. Мы очень долго пытались заставить их вести себя правильно, однако они постоянно склеивались друг с другом, а не равномерно распределялись по раствору. Нам пришлось создать десятки моделей и провести столь же большое число экспериментов для того, чтобы создать действительно управляемый слой наночастиц", — рассказывает Джошуа Эдель (Joshua Edel) из Имперского колледжа Лондона (Великобритания).

Наночастицы и тонкие полоски из некоторых металлов, к примеру золота или серебра, способны поглощать видимый свет и передавать его дальше в виде других форм электромагнитного излучения. В это время на поверхности металла возникают так называемые плазмоны — коллективные колебания электронов, способные поглощать и испускать энергию в виде световых волн.

Одним из самых ярких примеров работы плазмонов считается древнеримский кубок Ликурга — сосуд из стекла, меняющего прозрачность в зависимости от освещения. Другие примеры их работы — микроволновый "плащ-невидимка", созданный в 2014 году, и прозрачный футуристический дисплей на плазмонах, созданный в MIT.

Эдель и его коллеги, в том числе российский физик Алексей Корнышев, очень долгое время пытались ликвидировать один из главных недостатков плазмонов — почти полную невозможность управлять их свойствами после того, как они были изготовлены.

Как объясняют ученые, то, как плазмоны взаимодействуют со светом и какой именно свет они поглощают или пропускают через себя, зависит от двух их характеристик — размеров и расстояния между индивидуальными наночастицами. Физики достаточно давно научились управлять положением отдельных наночастиц, однако "дирижирование" миллионами и миллиардами плазмонов оставалось нерешенной задачей.

Корнышев, Эдель и их единомышленники смогли решить эту проблему, используя две остроумные идеи: они поместили наночастицы не на поверхность другого металла или кремния, как это обычно делают ученые в опытах с плазмонами, а в водный раствор, и создали особую химическую среду, позволявшую управлять положением всех частиц в растворе при помощи импульсов электричества.

Создание этого "жидкого зеркала" началось с того, что ученые заметили, что обычные наночастицы золота, покрытые полимерной пленкой, могут отталкиваться друг от друга или сближаться друг с другом, не склеиваясь, если их зарядить и поместить в особый электролит, состоящий из двух несмешиваемых жидкостей с разными электрическими свойствами.

В состоянии покоя эта жидкость заставляет кусочки золота удаляться друг от друга на достаточно большие расстояния, в результате чего она становится прозрачной для волн видимого света. Если же через нее пропустить электрический ток, то положение ионов в электролите поменяется, и часть заряженных частиц увлечет за собой частицы золота и выстроит и в своеобразный плоский лист.

Частицы металла в нем будут находиться достаточно близко для того, чтобы они могли поглощать фотоны видимого света и повторно излучать их в обратном направлении, что будет делать поверхность раствора зеркальной. При этом они не склеятся друг с другом, что позволяет сделать зеркало прозрачным, отключив ток или поменяв местами полюса у его источника.

Подобные структуры, как отмечают физики, позволяют не только создавать "электрические" зеркала, но и множество других экзотическх оптических приборов с полностью управляемой оптикой, которые сегодня считаются фантастикой. Такие плазмонные устройства, по мнению Эделя и Корнышева, могут в разы ускорить скорость работы глобальной сети, создать новые телескопы и стать основой для световых компьютеров будущего.

Источник

Сверхтонкий космический аппарат будет собирать космический мусор

Проблема космического мусора в настоящее время становится все более острой. Для утилизации фрагментов техногенного мусора, находящихся на орбите, компания Aerospace Corporation предлагает конструкцию нового космического аппарата под названием Brane Craft, основная «изюминка» которого будет состоять в том, что этот сверхтонкий аппарат, напоминающий лист фольги, будет «обертываться» вокруг целевого фрагмента мусора и сводить его с орбиты в атмосферу Земли, где фрагмент безопасно сгорит и перестанет представлять угрозу для спутников или астронавтов.

Этот проект недавно получил второй платеж в рамках финансирования по программе НАСА Innovative Advanced Concepts, предназначенной для финансирования новых проектов, которые с учетом сегодняшнего уровня развития технологий не могут быть реализованы в ближайшей перспективе – если могут быть реализованы вообще.

Размер аппарата Brane Craft составляет около одного метра, а толщина – менее половины толщины человеческого волоса. Это значительно усложняет защиту электроники аппарата от радиации и микрометеоритов.

Поэтому главным принципом, положенным в основу конструкции этого аппарата, стала способность к восстановлению, обеспечиваемая тем, что все системы аппарата имеют ячеистую структуру и выход из строя одной из ячеек, например одной из ячеек солнечной панели при повреждении микрометеоритом, мало влияет на работоспособность системы в целом. Для защиты аппарата от космической радиации в настоящее время в компании Aerospace Corporation ведутся дополнительные разработки.

Аппарат Brane Craft будет легким и дешевым, источниками энергии для него станут сверхтонкие солнечные панели и относительно небольшое количество топлива, заправляемого в "ячеистые" сверхтонкие резервуары. Однако стоит отметить, что прототип этого аппарата, если он будет построен, вряд ли сможет свести с орбиты фрагмент мусора массой свыше 2 килограммов, по крайней мере в течение нескольких первых лет отработки этой технологии.

Источник

© NASA Энцелад

Сатурн знаменит своими кольцами, но также вокруг него вращается более 60 лун. Среди них — два возможных кандидата на наличие жизни. Благодаря «Кассини», теперь мы знаем намного больше о сатурнианских спутниках.

© NASA

© NASA

© NASA

© NASA

© NASA

© NASA

 

Источник