Новости науки

На спутнике Сатурна Титане обнаружен длинный ледяной пояс

Необычный спутник Сатурна Титан хранит множество секретов под слоями толстой дымки, однако теперь ученые нашли способ заглянуть под эту дымку – и обнаружили мощную, протяженную структуру из водяного льда.

Этот ледяной блок протянулся почти на половину длины экватора Титана. Обнаружение этой гигантской структуры стало неожиданностью для ученых, которые рассчитывали обнаружить лишь отдельные небольшие участки водяного льда – и теперь исследователи до сих пор не могут разобраться, с какого рода геологической структурой они столкнулись. Это исследование базируется на данных, собранных при помощи космического аппарата НАСА Cassini («Кассини»), которые провел 13 лет, изучая систему Сатурна, и осуществил более 100 пролетов мимо этого массивного спутника гигантской планеты, прежде чем был намеренно отправлен на курс погружения в плотные слои атмосферы планеты для завершения миссии в сентябре 2017 г.

В этом новом исследовании ученые во главе с Кейтлин Гриффит (Caitlin Griffith), планетологом из Аризонского университета, США, применили статистический подход, называемый методом главных компонент, который позволяет «замаскировать» основные структуры на поверхности Титана – такие как органическую дымку – и сфокусироваться на меньших по размерам структурах, которые не видны при использовании альтернативных методов обработки данных, например таких, как водяной лед. В этой работе астрономы проанализировали при помощи данного метода участок поверхности Титана, простирающийся между 30 градусами северной и 30 градусами южной широты.

В настоящее время команда Гриффит затрудняется сказать, что именно представляет собой этот протяженный ледяной «шрам» на поверхности Титана, однако ряд экспертов считает, что структура может представлять собой крупную трещину, через которую на поверхность спутника Титана поднялся водяной лед из подповерхностного слоя.

Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy 29 апреля.

Источник

В России пройдут испытания самого мощного лазера в мире

Сотрудники Всероссийского научно-исследовательского института экспериментальной физики в Сарове завершили монтаж камеры взаимодействия, которая станет элементом самого мощного в мире лазера.
Камера взаимодействия представляет собой сферу диаметром 10 метров и весом около 120 тонн. В ней будет происходить "контакт" лазерной энергии с мишенью. Высота здания для лазерной установки составляет 32 метра.
До сегодняшнего дня самой мощной лазерной установкой по праву считалась американская National Ignition Facility (NIF), находящаяся в Ливерморской национальной лаборатории имени Эрнеста Лоуренса (LLNL).
Российский же лазер будет гораздо мощнее американского. С его помощью впервые в истории физики ученые зажгут термоядерную мишень в лаборатории. Запуск намечен на 2019 год, а начать использовать установку планируется в 2022 году. 

Источник

Установлен новый рекорд эффективности квантовой памяти

Исследовательская группа нашла способ повысить эффективность фотонной квантовой памяти до 85% при точности воспроизведения более 99%.
Квантовая память позволяет хранить и восстанавливать краткосрочные состояния одиночных фотонов в квантовых компьютерах. Создание высокоэффективных систем все еще останется серьезной проблемой, поскольку требуют идеально подобранного интерфейса фотон-вещество. Задачу усложняет и то, что энергия одиночного фотона мала и может быть легко потеряна в шумном море рассеянного светового фона. Эти проблемы на протяжении долгого времени не позволяли добиться показатели эффективности такого типа памяти более 50%.
Недавно группе из трех китайских университетов удалось закодировать летящий кубит на поляризацию одиночного фотона и сохранить его в атомах рубидия в крошечном, похожем на волосы пространстве. При этом физики охладили частицы щелочного металла до абсолютного нуля (0,00001 К) с помощью лазеров и магнитного поля. Они также нашли способ отличить один фотон от шумов фонового освещения.
Схема экспериментальной установки однофотонной квантовой памяти.
Разработка китайцев еще на один шаг приблизила технологию универсального квантового компьютера к реальности. Подобные устройства памяти также можно использовать в квантовых сетях и положить основу нового поколения квантового Интернета.
Хотя квантовая память, продемонстрированная в этой работе, предназначена только для одной операции на кубит, она открывает возможность для дальнейших технологических разработок в данном направлении.
Ранее российские физики разработали новый способ охлаждения квантового компьютера.

Источник

Дагестанский физик выиграл грант на 6 млн рублей на свои исследования

Дагестанский физик выиграл грант на 6 млн рублей на свои исследованияФизик из Дагестана, старший научный сотрудник лаборатории вычислительной физики и физики фазовых переходов Института физики Дагестанского научного центра РАН Магомедзагир Бадиев выиграл грант на 6 миллионов рублей Российского фонда фундаментальных исследований, сообщают в пресс-службе научного центра.Срок действия гранта два года, выделен он на исследование фазовых переходов, критических и магнитных свойств в спиновых системах с фрустрациями и hard/soft гетероструктурах.В феврале текущего года ученный был награжден также почетной грамотой Правительства Дагестана.

Источник

Луна сформировалась в результате выплескивания магмы с поверхности Земли

Луна могла сформироваться в результате древнего столкновения Земли, на поверхности которой в то время находился глобальный океан магмы, с гигантским небесным телом размером с Марс, сообщается в новом исследовании.

Земля сформировалась примерно 4,5 миллиарда лет назад, а Луна – чуть позже, согласно результатам предыдущих исследований. Наиболее популярной версией происхождения Луны считается гипотеза гигантского столкновения. Согласно этой версии, Луна сформировалась в результате столкновения древней Земли и небесного тела размером с Марс – протопланеты под названием Тея (мать Луны в древнегреческой мифологии).

При таком столкновении Луна могла сформироваться из осколков Земли и Теи, и современные компьютерные модели показывают, что более 60 процентов материала Луны в этом случае должны представлять собой материал Теи. Однако на самом деле материал Луны демонстрирует очень тесное сходство с материалом Земли.

Это противоречие было разрешено в новой научной работе, проведенной группой исследователей во главе с Нацуки Хосоно (Natsuki Hosono), планетологом из Агентства морских и геологических наук и технологий Японии. В своей работе авторы показали при помощи построенных компьютерных моделей, что в случае наличия на древней Земле глобального океана магмы – сценарий, который находит отражение во многих предлагаемых моделях ранней Земли – столкновение с Теей приводит к выбиванию с поверхности Земли, а точнее – «выплескиванию», значительно большего количества материала, по сравнению с другими моделями. Этот сценарий может объяснить сходство между материалом Земли и Луны в рамках теории гигантского столкновения, считают авторы.

Исследование опубликовано в журнале Nature Geoscience вчера, 29 апреля.

Источник

Астрономы открывают невероятно бедную металлами звезду

Международная команда астрономов обнаружила новую, чрезвычайно бедную металлами звезду, которая имеет наименьшее содержание железа, когда-либо измеренное в истории науки. Получивший название SMSS J160540.18−144323.1, этот вновь обнаруженный объект представляет собой самую бедную железом звезду среди звезд, для которых было осуществлено обнаружение железа.

Бедные металлами звезды являются редкими объектами, поскольку лишь несколько звезд с отношением [Fe/H] ниже -5 были открыты до настоящего времени. Сегодня объект SMSS J0313–6708 с металличностью ниже -7,3 является самой бедной железом звездой, известной на настоящее время. Однако самой бедной железом звездой, для которой было проведено определение железа, являлась до сегодняшнего дня звезда HE 1327−2326, имеющая металличность на уровне -5,7.

Астрономы заинтересованы в расширении пока еще небольшого списка звезд с низкой металличностью, поскольку они могут расширить наши знания о химической эволюции Вселенной. Считается, что ранняя эволюция Вселенной тесно связана со свойствами этих бедных металлами звезд, появившихся в ней в числе первых.

В поисках таких звезд группа астрономов под руководством Томаса Нордлендера (Thomas Nordlander) из Австралийского национального университета использовала телескоп SkyMapper и спектрографы, установленные на других наземных телескопах. Эти наблюдения позволили исследователям обнаружить, что звезда SMSS J160540.18−144323.1 (SMSS 1605−1443), расположенная в гало Млечного пути, на расстоянии примерно 36000 световых лет от нас, имеет сверхнизкое содержание железа.

Согласно исследованию, звезда SMSS 1605−1443 относится к ветви красных гигантов и имеет эффективную температуру примерно в 4850 Кельвинов при удивительно низком содержании тяжелых элементов, включая экстремально низкое содержание железа – на уровне -6,2.

Также астрономы в своей работе отметили, что звезда SMSS 1605−1443 имеет повышенное содержание углерода, в то время как содержание остальных элементов является типичным для звезд гало. В целом авторы заключают, что научный интерес представляют дальнейшие исследования этой звезды Популяции III с получением спектров более высокого разрешения.

Исследование появилось на сервере предварительных научных публикаций arxiv.org.

Источник

Ученые рассказали, какой была Вселенная до Большого взрыва

Большим взрывом обычно считают начало всего: около 13,8 миллиардов лет назад наблюдаемая Вселенная взорвалась и расширилась. Но какой она была до этого момента?
Пока на этот вопрос еще никому не удалось ответить. Однако, по мнению ученых, она могла быть какой угодно. И каждый вариант по-своему удивителен.

В начале
Первое, что нужно понять, это то, чем на самом деле был Большой взрыв.
«Большой взрыв — это момент во времени, а не точка в пространстве», — сказал Шон Кэрролл, физик-теоретик из Калифорнийского технологического института (США). Итак, сотрите из своего воображения крошечный клочок плотной материи, внезапно взрывающийся в пустоту.
Во-первых, отметил Кэролл, Вселенная при Большом Взрыве, возможно, не была особенно маленькой. Конечно, все в наблюдаемой сегодня Вселенной — сфере диаметром около 93 млрд световых лет, содержащей как минимум 2 триллиона галактик — было втиснуто в пространство шириной менее сантиметра. Но за его пределами, возможно, было много того, чего земляне никогда не смогут увидеть, поскольку свет физически не может преодолеть расстояние в 13,8 млрд лет.
Таким образом, вполне вероятно, что Вселенная во время Большого Взрыва была крошечной или, наоборот, бесконечно большой, но узнать это наверняка вряд ли когда-либо получится.
По словам ученого, за пределами нашей Вселенной действительно ничего нет, потому что Вселенная по определению — это и есть все. Итак, во время Большого взрыва все было плотнее и горячее, чем сейчас, но «снаружи» этого всего было не больше, чем сегодня. Кэрролл подчеркнул, что как бы ни было заманчиво объяснить все божественным промыслом и представить, что вы могли бы стоять в пустоте и смотреть на измученную маленькую Вселенную прямо перед Большим взрывом, к сожалению, это невозможно. Вселенная не расширялась в космос; расширилось само пространство.
Никто точно не знает, что происходило в ней после Большого взрыва до момента, когда она достаточно остыла, чтобы протоны и нейтроны могли столкнуться. Многие ученые считают, что в течение этой первой секунды Вселенная прошла процесс экспоненциального расширения, называемого инфляцией. Это сгладило бы материю пространства-времени и могло бы объяснить, почему сегодня вещество во Вселенной так равномерно распределено.
До взрыва
Возможно, что до Большого взрыва вселенная была бесконечной полосой ультратонкого, плотного материала, сохраняющегося в устойчивом состоянии до тех пор, пока по какой-то причине не произошел, собственно, сам Большой взрыв. Эта сверхплотная вселенная, возможно, управлялась квантовой механикой, пояснил Кэрролл. Таким образом, Большой Взрыв представлял бы момент, когда классическая физика взяла на себя главную движущую силу эволюции Вселенной.
Для Стивена Хокинга этот момент был всем, что имело значение: до Большого взрыва, по его словам, события неизмеримы и, следовательно, не определены. Хокинг назвал это безграничным предложением: время и пространство, по его словам, конечны, но у них нет границ, точно так же, как конечна планета Земля, но она тоже не имеет границ.
«Поскольку события до Большого взрыва не имеют наблюдаемых последствий, можно также исключить их из теории и сказать, что время началось с Большого взрыва», — рассказал он в интервью National Geographic Show «StarTalk».
Или, возможно, до Большого взрыва было что-то еще, о чем стоит задуматься. Согласно одной из теорий, Большой взрыв — это не начало времени, а скорее момент симметрии. Другими словами, до Большого взрыва была другая вселенная, идентичная этой, но с энтропией, растущей к прошлому, а не к будущему.
По словам Кэрролла, растущая энтропия, или растущий беспорядок в системе, — это, по сути, стрелка времени, поэтому в этой зеркальной вселенной время бы шло в обратном направлении относительно времени в современной Вселенной, которая оказалась бы в прошлом. Сторонники этой теории также предполагают, что другие свойства Вселенной также были бы перевернуты в этом «зеркале». Например, физик Дэвид Слоун писал, что асимметрии в молекулах и ионах (так называемые хиральности) будут противоположны тем, что есть в нашей Вселенной.

Согласно этой гипотезе, Большой взрыв был не началом всего, а скорее моментом времени, когда Вселенная перешла от периода сжатия к периоду расширения. Эта теория, получившая название «Большой отскок», предполагает, что нас окружают бесконечные Большие Взрывы, поскольку Вселенная постоянно расширяется, сжимается и расширяется снова. Проблема с этой идеей, заключается в том, сказал Кэролл, что объяснений, почему и как расширяющаяся Вселенная будет сжиматься и возвращаться в состояние с низкой энтропией, нет.
Кэрролл и его коллега Дженнифер Чен имеют собственное видение «вселенной до Большого взрыва». В 2004 году физики предположили, что, возможно, наша Вселенная, какой мы ее знаем, является порождением родительской вселенной, из которой вырвалось немного пространства-времени.
По словам Кэрролла, это похоже на распад радиоактивного ядра: когда ядро распадается, оно выплевывает альфа— или бета-частицу. Родительская вселенная может делать то же самое, за исключением того, что вместо частиц она выплевывает маленькие вселенные, возможно, бесконечно. «Простое квантовое колебание, которое позволяет этому случиться», — объяснил Кэрролл. Эти «малыши» являются «буквально параллельными вселенными», которые никак не взаимодействуют и не влияют друг на друга.
Если все это и звучит довольно странно, то только потому, что у ученых пока нет возможности даже просто взглянуть назад, на сам момент Большого взрыва, не говоря уж о том, чтобы увидеть, как все было до него. Обнаружение в 2015 году гравитационных волн, исходящих от мощных галактических столкновений, позволяет использовать их для раскрытия фундаментальных загадок о расширении Вселенной в эту первую критическую секунду.
Кэрролл отметил, что физикам-теоретикам тоже есть над чем поработать, например, делать более точные прогнозы о работе квантовых сигналов, таких как квантовая гравитация.
«Мы даже не знаем, что мы ищем. И так будет до тех пор, пока у нас не появится хотя бы элементарная теория», — сказал Кэрролл. 

Источник

Снимок: Гигантская галактика вокруг гигантской черной дыры

10 апреля 2019 г. команда телескопа Event Horizon Telescope (EHT) представила первое в мире изображение горизонта событий черной дыры, зоны, пределы которой не может покинуть ничто, даже свет. Эта гигантская черная дыра массой примерно в 6,5 миллиарда масс Солнца расположена в эллиптической галактике Мессье 87 (М87).

Теперь этот новый снимок, сделанный при помощи космического телескопа НАСА Spitzer («Спитцер»), демонстрирует всю галактику М87 целиком в инфракрасном свете. Снимок, сделанный ранее при помощи телескопа EHT (нижняя врезка), отличается тем, что представляет вид галактики в радиодиапазоне и демонстрирует тень, отбрасываемую черной дырой на окружающий ее материал, светящийся высокоэнергетическим светом.

При падении материала на центральную сверхмассивную черную дыру галактики М87 происходит высвобождение огромного количества гравитационной энергии в форме двух направленных в противоположные стороны джетов. На представленном снимке можно разглядеть оба джета (верхняя врезка). Джет, находящийся справа, направлен почти в сторону Земли, однако все же проецируется при наблюдениях не в точку, а в линию небольшой длины. Ударная волна, формируемая при столкновении джета с материалом галактики, наблюдается в месте начала изгиба этого джета на снимке.

Второй джет движется очень быстро в направлении от Земли, поэтому не наблюдается в виде линии почти во всех диапазонах длин волн. Однако ударная волна, формируемая этим джетом при столкновении с материалом межзвездного пространства, все же видна на снимке. Расположенная слева от центра галактики, эта структура напоминает перевернутую букву «С».

Источник

Ученые Института астрономии РАН создали созвездия Мстителей

Сотрудники Института астрономии при Российской академии наук совместно с видеоблогером Дмитрием Побединским создали созвездия в честь выхода фильма "Мстители. Финал". Созвездия не только связаны с Мстителями* своей формой, но и имеют много общего с героями с научной точки зрения. Например, в созвездии Халка находится переменная звезда HIP 96682, которая может менять свой размер, плотность и цвет, также, как и сам герой*. Всего свои созвездия получили 10 супергероев.
"Фильм "Мстители: Финал" навсегда изменит киновселенную Marvel. И мы хотели увековечить память о героях с помощью небесных тел, которые будут светить еще очень и очень долго", — говорит Дмитрий Побединский, автор YouTube-канала "Физика от Побединского".
"Мы хотели не просто нарисовать в небе из звезд героев, — отмечает Анастасия Топчиева, младший научный сотрудник, аспирантка ИНАСАН. — Мы подошли к этой задаче с научной точки зрения, тем более почти каждый Мститель тесно связан с наукой. Здорово, что этот фильм может найти отклик у людей разных профессий: от профессиональных ученых до людей, далеких от всего этого"
Проект поддержали создатели самого популярного в мире приложения для любителей астрономии — Star Walk 2. Теперь созвездия Мстителей, найденные российскими учеными, смогут увидеть поклонники MARVEL по всему миру.
Над созвездиями работали: — Левкина Полина Анатольевна, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник ИНАСАН. — Молярова Тамара Сергеевна, младший научный сотрудник, аспирантка ИНАСАН. — Постникова Екатерина Сергеевна, младший научный сотрудник, аспирантка ИНАСАН. — Топчиева Анастасия Павловна, младший научный сотрудник, аспирантка ИНАСАН.
Информационным партнером проекта выступило научно-популярное издание Naked Science. 

Источник

Проходящие астероиды раскрывают тайны самой крохотной звезды, измеренной учеными

Астрономы определили размер самой крохотной звезды, измеренной на сегодняшний день, наблюдая тени проходящих перед ней астероидов.

Большинство звезд ночного неба находятся слишком далеко от нас, чтобы их размер можно было определить с высокой точностью, даже при помощи лучших современных оптических телескопов. Однако астрономы научились решать эту проблему, используя для измерений дифракционный метод.

Дифракция звездного света происходит, когда перед звездой проходит какой-либо объект, например астероид, затмевая собой звезду. Наблюдая процесс затмения звезды астероидом, астрономы могут рассчитать продолжительность снижения светимости звезды до определенного уровня. Зная скорость астероида, исследователи затем могут определить размер звезды. Используя этот метод, астрономы смогли более точно определить диаметр нескольких далеких звезд, согласно заявлению, сделанному учеными из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра, США.

Используя телескопы Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (VERITAS) обсерватории им. Уиппла, штат Аризона, США, астрономы тщательно проанализировали процесс затмения звезды TYC 5517-227-1 60-километровым астероидом Импринетта, состоявшегося 22 февраля 2018 г. Для получения детальной дифракционной картины были сделаны снимки этого астрономического события со скоростью примерно 300 кадров в секунду.

Полученные таким образом данные позволили выяснить, что диаметр этой звезды, расположенной на расстоянии 2674 световых года от нас, составляет около 11 диаметров Солнца. Это означает, что данная звезда, которая теперь классифицируется как красный гигант, на самом деле оказалась значительно больше, чем считалось ранее.

Астрономы смогли также применить этот новый метод при затмении солнцеподобной звезды TYC 278-748-1 88-километровым астероидом под названием Пенелопа, которое наблюдалось 22 мая 2018 г. Эта звезда, находящаяся на расстоянии 700 световых лет от Земли, является в настоящее время самой крохотной в ночном небе звездой, для которой был определен диаметр, сказали исследователи.

«Используя тот же подход для сбора данных и расчетов, мы определили, что диаметр этой звезды составляет 2,17 диаметра Солнца, - отметил в сделанном заявлении один из авторов исследования Майкл Дэниел (Michael Daniel), руководитель научной команды проекта VERITAS. – Согласно этим прямым измерениям, размер звезды составляет 2,17 диаметра Солнца, в то время как ранее проведенные измерения давали оценку этого диаметра в 1,415 размера нашего светила».

Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.

Источник

«Хаббл» приблизился к открытию «новой физики» в расширении Вселенной

Астрономы точно измерили расстояние до пульсирующих звезд в соседней галактике и подтвердили, что Вселенная сейчас расширяется быстрее, чем об этом говорят наблюдения за "эхом" Большого Взрыва. Результаты замеров "Хаббла", указывающие на наличие "новой физики", были опубликованы в Astrophysical Journal.
"Открытие расхождений в значении постоянной Хаббла — кажется, самое интересное событие в космологии за последние десятилетия. Его статистическая значимость постепенно росла и теперь его просто нельзя отмести как погрешность измерений. Этот разрыв не мог появиться в наших данных по случайности", — заявил Адам Рисс (Adam Riess) из университета Джона Гопкинса (США).
Темные дела

Еще в 1929 году знаменитый астроном Эдвин Хаббл доказал, что наша Вселенная не стоит на месте, а постепенно расширяется, наблюдая за движением далеких от нас галактик. В конце 20 века астрофизики обнаружили, наблюдая за сверхновыми первого типа, что она расширяется не с постоянной скоростью, а с ускорением.
Причиной этого, как сегодня считают ученые, является "темная энергия" — загадочная субстанция, заставляющая пространство-время растягиваться все быстрее и быстрее.
В июне 2016 года, нобелевский лауреат Адам Рисс и его коллеги, открывшие этот феномен, вычислили точную скорость расширения Вселенной сегодня, используя переменные звезды-цефеиды в Млечном Пути и в соседних галактиках, расстояние до которых можно вычислить со сверхвысокой точностью.
Это уточнение дало крайне неожиданный результат — оказалось, что две галактики, разделенные расстоянием примерно в 3 миллиона световых лет, разлетаются со скоростью около 73 километров в секунду.
Подобная цифра была на 9% выше, чем показывают данные, полученные при помощи орбитальных телескопов WMAP и Planck — 69 километров в секунду, и ее невозможно объяснить при помощи имеющихся у нас представлений о природе темной энергии и механизме рождения Вселенной.
Эти расхождения заставили космологов задуматься о двух возможных путях объяснения этой аномалии. С одной стороны, вполне возможно, что замеры "Планка" или Рисса и его коллег являются ошибочными или неполными. С другой — вполне допустимо и то, что в ранней Вселенной могла существовать и третья "темная" субстанция, отличная от темной материи и энергии, а также то, что последние могут быть нестабильными и постепенно распадаться.
Столкнувшись с этой проблемой, Рисс и его коллеги начали перепроверять свои собственные выкладки, используя "Хаббл" для наблюдений за цефеидами в соседней с нами галактике, Большом Магеллановом Облаке.
Их главная задача состояла в том, чтобы точнее измерить расстояние до этих звезд и доказать, что скорости их движения действительно были выше, чем предсказывают данные по свойствам "эха" Большого Взрыва. Осознавая важность этой задачи, НАСА разрешило астрономам напрямую управлять работой гироскопов телескопа для повышения стабильности картинки.
Окно в мир новой физики

В этом им помог специальный алгоритм управления работой "Хаббла" и его инфракрасной камерой, созданный два года назад научной командой телескопа, позволивший ученым почти мгновенно нацеливаться на цефеиды в Большом Магеллановом Облаке в рамках одного и того же цикла наблюдений. Благодаря этому Рисс и его коллеги смогли проследить сразу за 70 цефеидами, не отнимая несколько месяцев наблюдений у других ученых.
"Когда "Хаббл" точно нацеливается на какой-то объект в космосе, используя уже известные звезды в качестве ориентира, он может проследить только за одной цефеидой за всю свою орбиту. Вместо этого мы подобрали группы этих звезд, которые были расположены друг к другу так близко, что мы могли "переключаться" между ними, не перенаправляя телескоп", — объясняет Стефано Казертано (Stefano Casertano), член научной команды "Хаббла".
Подобный трюк позволил ученым повысить качество замеров расстояния до цефеид почти в два раза, с 2,5% до 1,3%, что резко повысило точность оценки постоянной Хаббла. Ее значение не поменялось в меньшую сторону и она даже несколько выросла, достигнув отметки в 74 километра в секунду.
Что самое важное, эти замеры, как подчеркивает Рисс, достигли статистической значимости в 4,4 сигма. Это означает, что вероятность случайной ошибки при проведении наблюдений составляет один на сто тысяч — столь "удачное" совпадение, по мнению астрофизика, крайне маловероятно. Повышение точности замеров до 1%, пояснил ученый, полностью закроет этот вопрос.
Почему это так, космологи и астрофизики до сих пор не могут сказать. С одной стороны, ученые допускают, что в ранней Вселенной существовала еще одна форма "темной энергии", заставившая ее расширяться быстрее, чем она это делала во времена Большого Взрыва. С другой, Рисс и его коллеги не исключают того, что темная материя может сильнее взаимодействовать с видимой материей и темной энергией, чем мы считаем раньше.
"Современные космологические модели подразумевают, что текущие темпы расширения Вселенной должны совпадать с теми значениями, которые были вычислены по микроволновому фоновому излучению. Соответственно, наличие расхождений будет указывать на существование новой физики. В прошлом, теоретики постоянно говорили мне, что это невозможно, так как подобное нововведение разрушит все их теории. Теперь они думают, что нам придется это сделать", — заключает Рисс. 

Источник

Вселенная расширяется быстрее, чем предполагалось, показывают новые данные

Наша Вселенная расширяется быстрее, чем ожидалось, и это указывает на то, что астрономам, возможно, нужна новая физика для обоснования принципов устройства космоса, сообщается в новом исследовании.

Согласно новой оценке, Вселенная расширяется примерно на 10 процентов быстрее, по сравнению с результатом расчетов, проведенных, исходя из состояния Вселенной вскоре после Большого взрыва. Кроме того, это исследование позволяет значительно снизить вероятность того, что наблюдаемое несоответствие является совпадением – с 1/3000 до всего лишь 1/100000.

«Это несоответствие постепенно усиливалось, и теперь достигло такой величины, что мы уже не можем считать его случайным «выбросом», - сказал Адам Рисс, профессор физики и астрономии Университета Джона Хопкинса в Балтиморе, в сделанном заявлении.

«Это не то, чего мы ожидали», - сказал Рисс, который вместе с соавторами получил в 2011 г. Нобелевскую премию по физике за то, что в конце 90-х гг. показал, что расширение Вселенной происходит с ускорением. Пока остается неясным, что именно приводит к ускорению расширения Вселенной, однако многие астрономы привлекают для объяснения таинственную силу, расталкивающую объекты, которая называется темной энергией.

В новом исследовании Рисс и коллеги изучили при помощи космического телескопа НАСА Hubble («Хаббл») 70 переменных звезд класса цефеид, расположенных в галактике Большое Магелланово Облако, одной из галактик-спутников Млечного пути. Переменные звезды класса цефеид пульсируют с прогнозируемой частотой, что позволяет астрономам рассчитывать расстояния до этих звезд.

На основании полученных в ходе наблюдений данных Рисс и его группа рассчитали текущую скорость расширения Вселенной, известную также как постоянная Хаббла. Уточненное значение этой константы составило 74,03 километра в секунду на один мегапарсек (один мегапарсек равен примерно 3,26 миллиона световых лет).

Неопределенность этой оценки составляет всего лишь 1,9 процента, сказали исследователи. Для сравнения, неопределенность предыдущих оценок постоянной Хаббла составляла соответственно 10 процентов в 2001 г. и 5 процентов - в 2009 г.

В то же время «ожидаемая» скорость расширения Вселенной составляет 67,4 километра в секунду на мегапарсек. Эта прогнозная величина базируется на наблюдениях реликтового излучения, которые были выполнены при помощи европейского спутника Planck («Планк»). Реликтовым излучением называют послесвечение Вселенной, сохранившееся со времен Большого взрыва.

«Это не просто расхождение между двумя различными методами измерения постоянной Хаббла. Здесь кроется какое-то фундаментальное различие!» - прокомментировал Рисс.

Исследование появилось на сервере предварительных научных публикаций arxiv.org.

Истончик

Физики научились управлять рентгеновским скальпелем

Сотрудники Сибирского федерального университета вместе с зарубежными коллегами впервые ускорили вращение молекулы и зафиксировали явление с помощью рентгеновских лучей. Это поможет ученым управлять сверхтонким рентгеновским "скальпелем", чтобы разрезать молекулы. Работа проходила в рамках проекта, поддержанного грантом Российского научного фонда, а ее результаты были опубликованы в журнале PNAS.
Одним из направлений рентгеновской физики считается контроль динамики движения молекул, в частности их вращения, который относится к фундаментальным аспектам физики и химии. Для этого ученые исследуют электронную структуру молекул, то есть то, как расположены электроны на разных оболочках их атомов. За работу в этой области в 1924 году швед Манне Сигбан получил Нобелевскую премию по физике: он использовал методы рентгеновской спектроскопии и с их помощью впервые полностью описал структуру электронной оболочки атома. Его сын, Кай Сигбан, продолжил работу отца и добился сверхвысокого разрешения оболочки. За это он тоже получил Нобелевскую премию, уже в 1981 году.

В своей работе ученые использовали специальный тип рентгеновской спектроскопии, в котором рентгеновский фотон, поглощенный молекулой, выбрасывал из нее глубокий 1s-электрон. Созданное нестабильное высоковозбужденное состояние молекулы распадалось спустя очень короткое время. Высвободившаяся при этом распаде энергия приводила к выбросу из молекулы так называемого оже-электрона, который регистрировал детектор.
Ученые долгое время считали, что с помощью такого метода невозможно обнаружить вращение молекул, так как оно очень медленное по сравнению с длительностью исследуемого рентгеновского процесса. То есть поглощение фотона и испускание оже-электрона происходили слишком быстро, чтобы зафиксировать медленное вращение. Чтобы ускорить вращение молекулы, ученым нужно было передать ей большой угловой момент — количество вращательного движения.
"В своей работе мы рассказали о новом эффекте, который впервые позволил наблюдать динамику молекулярного вращения в рентгеновских спектрах. Для этого мы перевели молекулу углерода в состояние сверхбыстрого вращения, ионизировав ее фотонами большой энергии", — рассказал Фарис Гельмуханов, один из авторов статьи, доктор физико-математических наук, профессор Королевского технологического института (Стокгольм, Швеция), старший научный сотрудник Сибирского федерального университета.
Ученые преобразовали молекулу углерода в ион с помощью жестких рентгеновских фотонов с энергией около 10 кэВ. У таких фотонов длина волны очень короткая, поэтому они ведут себя подобно "вещественным частицам" — электронам или протонам.
После облучения фотоэлектрон, как снаряд, вылетел из атома углерода и передал ему большой импульс отдачи. Так он привел молекулу в сверхбыстрое вращение с эффективной вращательной температурой, близкой к температуре на поверхности Солнца — около 10 000 оС. Благодаря сверхбыстрому вращению молекула могла повернуться на заметный угол за короткое время рентгеновского процесса.
Кроме того, авторы определили угол этого поворота с помощью оже-электрона, выбившегося из молекулы на восемь фемтосекунд позднее. Оже-электроны — это частицы, которые вылетают из молекулы, как только на одной из ее внутренних оболочек появляется свободное место. Варьируя энергию рентгеновского фотона и, как следствие, скорость вызванного вращения, ученые смогли отобразить на экране динамику этого вращения.
Авторы отмечают, что эта работа фундаментальная, и ее основное практическое применение — рентгеновская фотохимия, которая изучает химические превращения под воздействием света. С помощью результатов исследования ученые смогут разработать новые подходы к управлению химическими реакциями рентгеновским светом, который служит сверхтонким "скальпелем" атомарных размеров. Им можно разрезать молекулу вблизи заданного атома.
"Следующий этап исследований — распад молекулы в процессе ионизации фотонами с энергией больше 10 кэВ. Вылет ускоренного фотоэлектрона приведет молекулу в состояние сверхбыстрого вращения. В этом случае мы ожидаем разрыв химической связи за счет центробежной силы. Его механизм сходен с механизмом разрыва нитки, на конце которой привязан вращающийся грузик", — заключил Фарис Гельмуханов. 

Источник

На поверхности Луны оказалось больше трещин, чем считалось прежде

Новый анализ показывает, что на поверхности Луны в действительности находится значительно больше трещин, чем мы привыкли считать.

Начиная с эпохи формирования Луны, которое произошло примерно 4,3 миллиарда лет назад, столкновения с астероидами формировали на поверхности углубления и воронки. Однако повреждение поверхности не ограничилось лишь верхним слоем – трещины пошли на глубину до 20 километров, выяснили исследователи в новой работе.

В этом новом исследовании показано, что верхний слой лунной коры – мегареголит – склонен к формированию глубинных трещин при бомбардировке астероидами. Новые находки хорошо согласуются с данными, собранными ранее при помощи миссии НАСА Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL), состоящей из двух орбитальных космических аппаратов-близнецов и отправленной на Луну в 2011 г. для составления карты гравитационного поля. Эти данные показали, что плотность коры Луны на самом деле существенно меньше расчетной, рассказал Шон Уиггинс (Sean Wiggins), главный автор нового исследования.

Уиггинс и его коллеги подозревают, что древние столкновения могли привести к формированию значительного количества трещин на поверхности Луны, повышая ее пористость и снижая плотность. Предложенная авторами модель показала, что при столкновении с поверхностью Луны астероида диаметром всего лишь 1 километр может произойти открытие трещин на глубину до 20 километров. После столкновения с объектом диаметром 10 километров трещины открываются примерно на такую же глубину, однако при этом простираются в горизонтальном направлении на расстояние до 300 километров от ударного кратера, отмечают авторы.

Исследование опубликовано в журнале Journal of Geophysical Research: Planets.

Источник

Физики наблюдали самый медленный распад атома

Исследовательская группа, возглавляемая физиками из Цюрихского университета, смогла наблюдать чрезвычайно редкий процесс с использованием детектора XENON1T.
Национальная лаборатория Гран-Сассо находится на глубине 1,5 километра в итальянских горах Гран-Сассо. Здесь исследователи заняты поисками частиц тёмной материи в условиях изоляции от любых радиоактивных помех с помощью детектора XENON1T. До сих пор при использовании этого детектора физикам не удавалось наблюдать частицы тёмной материи, но теперь детектор впервые зафиксировал распад атома ксенона-124. Измеренный период полураспада показал, что промежуток времени, за который распалась половина радиоактивных атомов, присутствовавших в образце, более чем в триллион раз превышает возраст Вселенной. Таким образом, наблюдаемый процесс является самым редким и самым медленным процессом во Вселенной, который когда-либо можно было наблюдать непосредственно в детекторе.
По словам экспертов, эти результаты демонстрируют, насколько хорошо детектор XENON1T может выявлять очень редкие процессы и отклонять фоновые сигналы. Теперь учёные смогут также искать так называемый безнейтринный двойной захват электронов, который мог бы пролить свет на важные вопросы, касающиеся природы нейтрино. Детектор XENON1T является международным проектом, в котором участвуют около 160 исследователей.

Источник

Турбулентные потоки в ядре Земли объясняют «подергивание» ее магнитного поля

Магнитный «щит» защищает нашу планету от потоков солнечного ветра и космической радиации, делая возможным существование жизни на Земле. Однако с частотой примерно один раз в 10 лет магнитное поле Земли испытывает нечто вроде «подергивания».

«Геомагнитное подергивание» представляет собой резкое изменение мощности магнитного поля Земли. В то время как некоторые изменения силы магнитного поля планеты происходят постепенно, на протяжении сотен или тысяч лет, эти внезапные «подергивания» продолжаются в течение не более чем нескольких лет и происходят локально. Например, одно из первых зарегистрированных «подергиваний» привело к кратковременному искажению магнитного поля Земли над Западной Европой в 1969 г.

Начиная с того времени, ученые регистрировали эти геомагнитные явления с частотой примерно один раз в 10 лет, и исследователи до сих пор не знают точно, что является причиной этих событий. В то время как многие геомагнитные события, включая полярные сияния, связаны с попаданием потоков заряженных частиц солнечного ветра в магнитосферу Земли, эти «подергивания», по-видимому, обусловлены процессами, происходящими глубоко в ядре нашей планеты, где генерируется ее магнитное поле в результате движения потоков раскаленного жидкого железа. Точный механизм их возникновения, тем не менее, пока остается загадкой для ученых.

В новой научной работе показано при помощи компьютерного моделирования, что отвечать за возникновение «подергиваний» магнитного поля Земли может процесс «всплывания» сгустков расплавленного железа из глубин ядра к его поверхности. Построенная модель, которая была рассчитана на мощном французском суперкомпьютере, удовлетворительно воспроизводит возникновение «подергиваний» с частотой от 6 до 12 лет. Однако, как отмечают авторы, подтвердить или опровергнуть предложенный механизм пока не представляется возможным, поскольку раскаленное ядро Земли недоступно для непосредственных наблюдений. Тем не менее, возможность прогнозировать «подергивания» поможет при составлении прогнозов мощности магнитного поля планеты, отмечают ученые.

Источник

Как умрет Вселенная

Как погибнет Вселенная? Чтобы ответить на этот вопрос физики потратили бесчисленные часы, аккуратно выдвигая наиболее правдоподобные гипотезы.
«Из учебников по астрономии мы знаем, что есть три основных варианта будущего для Вселенной», — говорит Роберт Колдуэлл, космолог из Дартмутского университета в Ганновере, штат Нью-Гемпшир.

При одном сценарии космос может продолжать расширяться вечно, и вся материя в конечном итоге распадается на энергию в так называемой «горячей смерти», рассказал Колдуэлл. В качестве альтернативы, гравитация может привести к повторному коллапсу Вселенной, создав обратное Большому взрыву Большое сжатие. С другой стороны, есть вероятность, что темная энергия будет все больше ускорять расширение Вселенной, которое превратится в неконтролируемый процесс, известный как Большой Разрыв.
Прежде чем начать обсуждать конец Вселенной, надо вспомнить ее рождение. Сегодня ученые сходятся во мнении, что время и пространство появились во время Большого взрыва, когда разорвалась субатомная, ультра-горячая и сверхплотная точка. После того, как все достаточно охладилось, частицы начали образовывать более крупные структуры, такие как галактики, звезды и жизнь на Земле. В настоящее время мы живем спустя примерно 13 миллиардов лет после начала существования Вселенной, но, учитывая различные сценарии ее гибели, неясно, сколько еще времени ей уготовано впереди.
Согласно первому сценарию, Вселенная прекратит существование из-за горячей смерти — все звезды в космосе сожгут свое топливо, и большинство из них превратятся в белые карлики и нейтронные звезды. Самые большие станут черными дырами. Хотя эти «монстры» не так прожорливы, как их часто изображают, через определенное время их массивное гравитационное притяжение втянет в их пасти большую часть окружающего вещества.
«Вот тогда может произойти нечто захватывающее», — цитирует Колдуэлл Live Science.
Считается, что черные дыры испускают особый тип излучения, получивший название излучение Хокинга, в честь ныне покойного физика Стивена Хокинга, который впервые постулировал теорию. Это излучение фактически лишает каждую черную дыру крошечной массы, заставляя ее медленно испаряться. По словам Кевина Пимбблета, астрофизика из Университета Халла в Великобритании, через 10^100 лет все черные дыры рассеются, оставив только инертную энергию.
Напротив, в условиях Большого сжатия гравитационное притяжение звезд и галактик однажды начнет снова объединять всю Вселенную. Этот процесс будет происходить как Большой Взрыв наоборот, когда галактические скопления будут разрушаться и сливаться, затем воедино сольются звезды и планеты, и, наконец, все во Вселенной снова образует плотную точку бесконечно маленького размера.
Такой результат обеспечивает некоторую временную симметрию космосу.
В последнем сценарии, который получил название Большой разрыв, темная энергия — таинственная субстанция, которая действует против гравитации, — разламывает все на части. Расширение космоса ускоряется, пока далекие галактики не удаляются от нас так быстро, что их свет больше не виден. По мере ускорения расширения все более близкие объекты начинают исчезать за воображаемой стеной, которую Колдуэлл назвал «стеной тьмы».
«Галактики распадаются, Солнечная система распадается, позвольте вашему воображению разгуляться. Планеты, затем атомы, а после и сама Вселенная», — сказал он.
Какая же из этих смертей имеет больше шансов на существование? Ученые пока не знают, поскольку свойства темной энергии еще недостаточно изучены. Колдуэлл надеется, что обсерватории, которые сейчас находятся в процессе разработки, вроде широкоугольного ИК-телескопа NASA WFIRST или большого телескопа LSST, который вскоре будет развернут, помогут выяснить поведение темной энергии, возможно, предоставив лучшее понимание конца существования нашей Вселенной. 

Источник

Зонд InSight фиксирует первое «землетрясение» на Марсе

Ученые только что почувствовали, как Красная планета движется под их ногами - за миллионы километров от нее.

6 апреля 2019 года зонд InSight зафиксировал свое первое подтвержденное марсотрясение, явление, которое ученые прогнозировали, но не могли подтвердить, произошло на соседней планете. Измерение марсианского эквивалента землетрясений и сейсмических волн, проходящих через внутреннее пространство планеты, было одной из ключевых научных задач посадочного аппарата.

«Мы месяцами ждали нашего первого землетрясения», - заявил Филипп Логнонне, главный инженер по оборудованию, в заявлении, опубликованном французским космическим агентством, которое следит за сейсмометром из национального исследовательского центра. «Это так здорово - наконец-то доказать, что Марс все еще сейсмически активен».

Ученые никогда не думали, что землетрясения будут такими же частыми, как их земные эквиваленты, потому что на Марсе нет тектонических плит, чьи взаимодействия вызывают множество землетрясений на Земле. Но они подозревали, что процесс, вызванный медленным охлаждением планеты, может вызвать спорадические землетрясения, когда энергия проникает сквозь внутреннюю часть планеты.

Теперь у них есть первое доказательство того, что это так. 6 апреля невероятно чувствительный сейсмический детектор установленный на Марсе, зафиксировал крошечное движение изнутри планеты. Предварительно подтвержденный сигнал может иметь компанию из похожих толчков, полученных 14 марта, 10 и 11 апреля, но ученые пока не знают, что вызвало эти толчки и не могут подтвердить, что эти колебания отражают внутреннюю активность.

Ученые, следящие за сейсмометром, всегда знали, что перед ними стоит сложная задача. Инструмент должен был быть тщательно спроектирован, чтобы добиться получения невероятно точных сигналов. Он также нуждался в защите от ветра, поэтому сам инструмент покрыт белым куполом, щитом, который помогает инструменту фокусироваться только на внутренней части планеты. Сигнал полученный 6 апреля - это награда, которую они заработали за весь сложный процесс проектирования.

Хотя ученые взволнованы обнаружением сигналов, они не помогут им решить конечную цель миссии InSight, которая заключается в анализе внутренней структуры Марса. Это конкретное землетрясение не было достаточно сильным, чтобы получить данные, необходимые для этого анализа.

Источник

Доказано существование редкой и аномальной материи

Физики Инсбрукского Университета в Австрии получили новое доказательство существования одной из самых экзотических и редких форм материи, демонстрирующей парадоксальные свойства. Она является квантовым газом, обладающим одновременно твердыми и сверхтекучими свойствами. Об этом сообщает издание Science Alert.
Исследователи создали конденсаты Бозе-Эйнштейна из изотопов эрбия-166 и диспрозия-164. Считается, что при охлаждении до температуры, близкой к абсолютному нулю, атомы самопроизвольно организуются в каплеобразные кристаллические структуры, но при этом в совокупности продолжают проявлять признаки сверхтекучести.
Поведение атомов определяется одной и той же волновой функцией, то есть, все частицы газа тождественны друг другу, и это является одним из условий достижения сверхтекучей твердости (supersolid).
Полученные данные свидетельствуют о том, что параметры сверхтекучей твердости обоих газов различались между собой. Так, в конденсате атомов эрбия эта форма была переходной и легко разрушающейся, в то время как в конденсате из диспрозия она характеризовалась беспрецедентной стабильностью. В первом газе состояние длилось несколько десятков миллисекунд, а в диспрозии — более 150 миллисекунд.
Конденсат Бозе — Эйнштейна представляет собой вещество, образованное бозонами — частицами, которые могут находиться в одном и том же квантовом состоянии. Это отличает их от фермионов (например, электронов), в отношении которых действует принцип запрета Паули. Данное свойство позволяет бозонам при сверхнизких температурах демонстрировать видимые невооруженным глазом квантовые эффекты, например, сверхтекучесть, при которой квантовая жидкость может просачиваться через трещины без трения. 

Источник

Исследование дисковых галактик проливает свет на движения звезд

Астрофизики совершили важный шаг на пути к выяснению таинственного механизма, посредством которого дисковые галактики поддерживают форму своих спиральных рукавов. Их находки свидетельствуют в пользу гипотезы, согласно которой эти спиральные рукава формируются в результате действия волн плотности, создающих спиральный узор при распространении по галактике.

Дисковые галактики, к которым относится и наша галактика Млечный путь, составляют 70 процентов от числа всех известных галактик. Для них характерно наличие спиральных рукавов, однако астрономам остаются неизвестными причины их формирования и сохранения ими формы на протяжении продолжительного времени.

Эта научная проблема может быть проиллюстрирована следующим образом. Звезды в дисковой галактике обращаются вокруг центрального уплотнения, называемого «балджем», при этом звезды, расположенные ближе к центру, движутся быстрее, чем звезды, расположенные у края диска. Однако, если бы спиральные рукава состояли бы из фиксированных групп звезд, то звездам, расположенным у края диска, пришлось бы проходить большую дистанцию, чем звездам, расположенным в середине, чтобы сохранить неизменной спиральную структуру. То есть, этим звездам пришлось бы двигаться быстрее, чем звездам, расположенным у края диска, чтобы оставаться в составе своей группы.

В 1960-х гг. ученые предложили гипотезу «волн плотности» для объяснения этого парадокса. Согласно этой гипотезе, сквозь галактику движутся волны плотности, через которые, в свою очередь, проходят движущиеся по галактике звезды. При приближении к зоне повышенной плотности звезды «затормаживаются», словно автомобили, подъезжающие к длинной дорожной «пробке», в то время как передние звезды покидают «пробку».

В новом исследовании астрономы во главе с Райаном Миллером (Ryan Miller), приглашенным профессором физики Университета Арканзас, нашли подтверждение гипотезе волн плотности, наблюдая звезды, «отставшие» от движения спиральных волн плотности, и звезды, «обгоняющие» движение этих волн. Авторы проанализировали снимки из базы данных NASA/IPAC Extragalactic Database и выяснили, что звезды одного возраста формируют отдельные группы (мини-спиральные рукава). Положение этих групп звезд точно соответствовало прогнозам, сделанным на основании гипотезы волн плотности.

Исследование опубликовано в журнале Astrophysical Journal.

Источник