Новости науки

Ученые из Германии превратили обычные спутники в системы квантовой связи

МОСКВА, 15 июн – РИА Новости. Самые обычные спутники связи можно использовать для передачи и телепортации "запутанных" фотонов на сверхбольшие расстояния и организации систем межконтинентальной квантовой связи, защищенной от взлома, заявляют немецкие физики в статье, опубликованной в журнале Optica.

"Мы были очень удивлены тем, как хорошо квантовые состояния переживали транспортировку через атмосферу в сторону наземной станции связи. Мы показали, что современные системы оптической коммуникации на спутниках уже сейчас можно использовать для создания квантовых систем связи. Это заметно сократит стоимость их разработки и позволяет говорить, что первые подобные системы появятся уже через пять лет", — заявил Кристоф Марквардт (Christoph Marquardt) из Института изучения света в Эрлангене (Германия).

Феномен квантовой запутанности является основой современных квантовых технологий. Это явление, в частности, играет важную роль в системах защищенной квантовой связи – такие системы полностью исключают возможность незаметной "прослушки" из-за того, что законы квантовой механики запрещают "клонирование" состояния частиц света. В настоящее время системы квантовой связи активно разрабатываются в Европе, в Китае, в США.

За последние годы ученые из России и зарубежных стран создали десятки систем квантовой связи, узлы которых могут обмениваться данными на достаточно больших расстояниях, составляющих около 200-300 километров. Все попытки расширить эти сети до международного и межконтинентального уровня столкнулись с непреодолимыми трудностями, связанными с тем, как свет угасает при движении через оптоволокно.

По этой причине многие команды ученых задумались о переводе систем квантовой связи на "космический" уровень, обмениваясь информацией через спутник, позволяющий восстанавливать или усиливать "незримую связь" между запутанными фотонами. Первый космический аппарат такого рода уже присутствует на орбите – им является китайский спутник "Мо-цзы", выведенный в космос в августе 2016 года.

Как отмечают Марквардт и его коллеги, разработка таких спутников "с нуля" может занять несколько десятилетий, что побудило ученых проверить, можно ли использовать уже существующие системы орбитальной оптической связи, применяемые на разных зондах и на МКС, для обмена квантовыми сигналами.

Для проверки этих идей ученые заручились поддержкой телекоммуникационной компании Tesat-Spacecom и Немецкого космического агентства DLR, чьи руководители позволили физикам вмешаться в работу лазеров на борту двух спутников – климатической обсерватории Sentinel-1 и одного из спутников связи из сети EDRS, выведенного в космос в 2016 году на борту российской ракеты "Протон".

Как обнаружили ученые, эти лазеры в принципе мало в чем отличались от тех, которые сегодня применяются для получения пар "запутанных" фотонов в наземных сетях квантовой связи. Это позволило физикам быстро приспособить их для работы в качестве одного из звеньев космической и наземно-космической квантовой сети.

Ее работу ученые проверили в прошлом году, установив контакт с наземной системой оптической связи, расположенной на острове Тенерифе. Измеряя поляризацию фотонов и другие их физические характеристики на земле и в космосе, ученые убедились в том, что частицы света действительно были запутаны и пригодны для передачи зашифрованных данных.

Сейчас ученые работают вместе с инженерами Tesat-Spacecom и разрабатывают полноценную систему квантовой связи, которая включает в себя все элементы, отсутствующие в уже запущенных спутниках, такие как квантовый генератор случайных чисел и системы "просеивания" шифровальных ключей.

Источник

Получены новые доказательства того, что все звезды рождаются парами

Был ли у нашего Солнца таинственный звездный компаньон 4,5 миллиарда лет назад?

Почти однозначно да – хотя он не обязательно был точной копией нашего светила. А кроме того, звездный компаньон имелся у каждой звезды в начале ее жизненного цикла, согласно новому анализу, проведенному физиком-теоретиком из Калифорнийского университета в Беркли и радиоастроному из Смитсоновской астрофизической лаборатории Гарвардского университета, оба научных учреждения США.

У многих звезд имеются компаньоны, включая нашего ближайшего соседа, Альфу Центавра, представляющую собой тройную систему. Астрономы уже давно ищут этому объяснение. Сформировались ли двойные и тройные системы сразу? Может быть, одна звезда захватила другую? Распадаются ли иногда двойные системы с формированием одиночных звезд?

Астрономы даже производили поиски компаньона нашего Солнца, звезды под названием Немезида, которая получила свое название по той причине, что, предположительно, запустила на орбиту к Земле астероид, который столкнулся с нашей планетой и привел к вымиранию динозавров. Эта звезда так никогда и не была обнаружена.

В новом исследовании ученые во главе с Сарой Садавой (Sarah I Sadavoy) на основании анализа радиоастрономических данных, полученных при помощи обзоров неба VANDAM и SCUBA-2, для гигантского молекулярного облака, расположенного в направлении созвездия Персея, а также математического моделирования, смогли показать, что почти все звезды, подобные Солнцу рождаются совместно со звездами-компаньонами.

Исследование увидело свет на сервере предварительных научных публикаций arxiv.org.

Источник

Ученые объяснили природу возникновения «свежих» следов присутствия воды на Марсе

По результатам изучения следов присутствия воды на Марсе, которые обнаружили спутники NASA в течение последних лет, было выяснено, что к их образованию привели падения метеоритов на крупные марсианские кратеры, где на их кромках вследствие чего лед начинал таять.

Этими выводами поделился Дэвид Вайсс (David Weiss) - сотрудник Брауновского университета в США, исключив из возможных причин, приведших к возникновению найденных долин, выход грунтовых вод на поверхность, иначе бы следы воды были бы обнаружены и в кратере, но этого не было.

Среди ученых и планетологов блуждают расхожие мнения. Многие из них находят много «подтверждений» существования в древние времена на Марсе рек, озер и даже целых океанов, соразмерных нашему Северному Ледовитому. А другая часть исследователей склонна считать, что и в глубокой древности Марс был чересчур холодным для постоянного присутствия на нем океанов, и лишь при извержении вулканов или метеоритных ударов, вода на поверхности могла принимать жидкую форму.

Развеяли эти представления снимки кратеров Исток и Йезеро, расположенные в экваториальной части Марса, а так же Лио, находящийся на северной полярной широте. На них четко были видны следы, оставленные потоками воды, еще совсем недавно протекавших по поверхности, примерно несколько десятков или сотен миллионов лет тому назад.

С этого момента ученые занялись разгадкой тайны попадания жидкой воды на Марс, да и еще как она могла так долго сохраниться до образования хоть и не глубоких, но довольно разветвленных сети каналов по склонам кратеров. Учеными было сделано предположение об относительно теплом и мягком климате на Марсе, присутствовавшим в не совсем далеком прошлом. Благодаря этому ледяные запасы под землей, в тех районах, которые были более «подвержены» солнечному освещению, могли иногда таять и выходить наверх после метеоритных ударов.

Однако, исследования Вайсса и его коллег, проведенных над структурой долин на кромках марсианского кратера Лио, заставили с этим не согласиться. Они воспользовались полученными с зонда MRO, фотографиями кратера Лио, представляющего собой гигантский котлован диаметром 225 км и ушедшего вглубь на семь километров, к образованию которого привел удар о поверхность крупного астероида примерно 1,6-3 миллиардов лет назад.

Кромки Лио были все в каких-то своеобразных речушках, протекавших по этим краям около 1,2-1,8 миллиардов лет назад. То, как устроены эти русла, а вернее их сосредоточение лишь на северной стороне без «проникновения» внутрь самой воронки, опровергает теорию о грунтовых водах.

Ответить на вопрос о возникновении этих рек ученым удалось изучив «историю» зарождения кратера Лио. Русла и долины от самых «свежих» рек образовались именно в местах предположительного падения расплавленных фрагментов пород и грунта, после того, как крупный астероид ударился о поверхность Марса. Геологи рассчитали, что такого астероидного удара, а точнее тепла, выработанного вследствие этого, вполне хватило бы, чтобы растаяли подземные ледяные запасы и образовалось значительное количество жидкой воды, чтобы проточить такие каналы.

Источник

Необычно широкая зона жесткого рентгеновского излучения, вокруг ядра галактики

Сверхмассивные черные дыры массами в несколько миллионов или даже миллиардов солнечных масс обнаружены в ядрах почти всех галактик. Млечный путь, к примеру, содержит в центре черную дыру массой примерно в 4 миллиона солнечных масс. Вокруг этой черной дыры расположен тор из газа и пыли, и когда материал падает на черную дыру, внутренний край этого тора может разогреваться до температуры в несколько миллионов градусов и излучать в рентгеновском диапазоне, а точнее, в жесткой части рентгеновского диапазона.

Наблюдения, проведенные при помощи рентгеновской космической обсерватории НАСА «Чандра» (Chandra), показывают, что жесткое рентгеновское излучение в галактиках, как правило, исходит из относительно небольших областей размером всего лишь в несколько сотен световых лет, окружающих центральную черную дыру галактики.

Расположенная на расстоянии всего лишь примерно 70 миллионов световых лет от нас галактика ESO428-G014 представляет собой относительно близко расположенный пример галактики, излучающей в жестком рентгене. Однако, к своему удивлению, команда астрономов во главе с Пепи Фаббиано (Pepi Fabbiano) изГарвард-Смитсоновского астрофизического центра, США, в новом исследовании обнаружила, что жесткое рентгеновское излучение в этой галактике исходит из довольно обширной области размером порядка нескольких тысяч, а не сотен световых лет. Этот случай стал первым обнаружением «рассеянного» жесткого рентгеновского излучения в галактике. В настоящее время команда Фаббиано работает над объяснением этих загадочных находок, при этом одна из рабочих гипотез связана с возможным ускорением частиц в радиоджетах этой галактики.

Исследование появилось на препринт-сервере arxiv.org.

Источник

Ученые создали окна, способные извлекать "зеленое" топливо из воздуха

МОСКВА, 14 июн – РИА Новости. Физики и химики из Австралии разработали необычный катализатор, пленки из которого могут "высасывать" пары воды из воздуха и разлагать их на водород и кислород, говорится в статье, опубликованной в журнале ACS Nano.

"Сегодня большинство ученых сосредоточило свои усилия на создании систем и катализаторов, расщепляющих воду в жидком виде. Подобный подход налагает массу ограничений и мешает снижению стоимости водорода и повышению КПД катализаторов. Многие из этих проблем можно решить, разлагая пары воды, а не ее молекулы в растворах и электролитах", — заявил Торбен Дэнеке (Torben Daeneke) из университета RMIT в Мельбурне (Австралия).

За последние годы физики создали множество расщепителей воды, которые разлагают молекулы воды на кислород и водород при помощи света или электрического тока, наиболее удачные версии которых только приближаются к коммерческой рентабельности. Кроме того, подобные катализаторы в большинстве случаев или разрушаются, или загрязняются при расщеплении воды, что вынуждает ученых разрабатывать далеко не бесплатные методики их регенерации.

Дэнеке и его коллеги нашли способ решить обе этих проблемы, экспериментируя с необычными катализаторами на базе соединений молибдена и серы. Эти вещества, как рассказывают ученые, их коллеги уже достаточно давно пытаются приспособить для расщепления жидкой воды при помощи света, однако никто до настоящего времени не изучал, как они ведут себя на воздухе.

Изучая свойства сульфида молибдена, ученые заметили, что это вещество хорошо вбирает в себя пары воды из воздуха, которые впоследствии куда-то бесследно исчезали. Проследив за процессами внутри кристаллов и молекул этого катализатора, авторы статьи обнаружили, что они могут присоединять к себе молекулы воды, "отрывать" от них кислород и выделять чистый водород и кислород при облучении светом.

Скорость подобного извлечения воды и ее расщепления можно заметно повысить, если нанести наночастицы сульфида молибдена на прозрачную и плоскую поверхность, такую как стекло. Руководствуясь этой идеей, ученые превратили этот катализатор в полупрозрачную "краску" для окон, смешав его с наночастицами оксида титана.

Подобные покрытия, как отмечают физики, могут вырабатывать водород в любых условиях и в любом месте на Земле, где светит Солнце и воздух содержит хотя бы минимальную долю водных паров. Эффективность работы подобных "топливных окон" можно улучшить, заменив наночастицы титана на частицы кремния или других полупроводников, лучше поглощающих свет, или поместив молекулы катализатора в трехмерную решетку, хорошо пропускающую излучение светила.

Помимо производства возобновляемого топлива, подобные краски и другие материалы на базе сульфида молибдена можно применять для создания высокочувствительных датчиков влажности и систем осушения воздуха, работающих сами по себе, не требуя внешнего источника энергии и замены расходных материалов.

Источник

Юпитер является древнейшей планетой Солнечной системы, доказали ученые

Международная группа исследователей смогла доказать, что Юпитер является наиболее старой планетой нашей планетной системы.

Анализируя изотопы вольфрама и молибдена, входящие в состав вещества железных мететоритов, команда ученых в новой работе нашла, что материал метеоритов представлен двумя четко выделяющимися разновидностями, связанными с двумя разными частями солнечной туманности, которые сначала сосуществовали, но затем были разделены в период между 1 миллионом и 3-4 миллионами лет после формирования Солнечной системы.

«Наиболее вероятный механизм этого эффективного разделения состоит в формировании Юпитера, прорезавшего щель в диске и предотвратившего обмен материала между этими двумя газовыми резервуарами, или частями солнечной туманности, - сказал Томас Крюйер (Thomas Kruijer), главный автор новой работы. – Юпитер является самой древней планетой Солнечной системы, и его твердое ядро сформировалось задолго до того, как произошло рассеяние газа солнечной туманности, что согласуется с моделью формирования гигантских планет, называемой моделью аккреции ядра».

Юпитер является наиболее массивной планетой Солнечной системы, и его присутствие оказывает очень большое влияние на динамику солнечного аккреционного диска. Знание возраста Юпитера является ключом к пониманию того, как Солнечная система эволюционировала, превращаясь постепеннно в ту структуру, которую она представляет собой в настоящее время. Хотя модели предсказывали, что Юпитер сформировался относительно рано, однако до настоящего времени его возраст не был точно датирован.

Команда показала в своей работе на основе анализа изотопного состава вещества, входящего в состав метеоритов, что твердое ядро Юпитера сформировалось не более чем через 1 миллион лет после формирования Солнечной системы, что делает его самой древней в Солнечной системе планетой.

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

Источник

Ученые смоделировали крупнейшую на сегодня виртуальную Вселенную

Исследователи из Цюрихского университета построили модель формирования всей Вселенной при помощи мощного суперкомпьютера. Гигантский каталог, состоящий примерно из 25 миллиардов виртуальных галактик, был сгенерирован на основе набора из 2 триллионов цифровых частиц. Этот каталог используется для калибровки экспериментов, которые будут размещены на борту спутника «Евклид» (Euclid), планируемого к запуску в 2020 г. с целью исследования природы таинственных темной материи и темной энергии.

На протяжении трех лет группа астрофизиков из Цюрихского университета разработала и оптимизировала революционный код, описывающий с беспрецедентной точностью динамику темной материи и формирование крупномасштабных структур Вселенной. Как сообщают в своей недавно опубликованной работе Дуглас Поттер (Douglas Potter) и его коллеги, этот код (под названием PKDGRAV3) был разработан для оптимизации использования доступной памяти архитектур современных суперкомпьютеров, таких как суперкомпьютер "Piz Daint" Швейцарского национального вычислительного центра. Разработанный Поттером и его командой код выполнялся на этой машине в течение всего лишь 80 часов, и результатом его выполнения стала виртуальная Вселенная из двух триллионов макрочастиц, представляющих текучую среду из темной материи, из которой затем был сформирован каталог, включающий 25 миллиардов виртуальных галактик.

Благодаря высокой точности расчетов, описывающих эволюцию жидкости из темной материи под действием собственной гравитации, исследователи смогли смоделировать формирование небольших сгустков материи, называемых гало из темной материи, в которых, внутри которых, как считается, формируются галактики, подобные Млечному пути. Основной трудностью при построении этой модели было моделирование очень небольших галактик, размером порядка одной десятой диаметра Млечного пути, в гигантском объеме всей наблюдаемой Вселенной. Это требование было предъявлено европейской миссией «Евклид», основной целью которой является исследование «темной стороны» Вселенной.

Работа опубликована в журнале Computational Astrophysics and Cosmology.

Источник

«Двойники» Земли у красных карликов скорее всего безжизненны, сказали ученые

Результаты наблюдений за красными карликами показали, что практически всеми из их числа вырабатывается огромное количество малых вспышек, которые могут привести к уничтожению атмосферы и жизни на планетах, находящихся в их окружении. Этими доводами поделился Скотт Флеминг (Scott Fleming) – сотрудник из Института космического телескопа в Балтиморе (США).

В течение прошлого года было обнаружено несколько планет, которые могли бы претендовать на звание «двойника» Земли. Три из них располагались в звездной системе TRAPPIST-1 в созвездии Водолея, и еще одна, первая из найденных, у самого близлежащего к нам красного карлика - Проксима Центавры.

«Общим» для этих планет являются их небольшие размеры, расположение на орбите, в так называемой «жизнеспособной зоне», где возможно существование воды в жидком состоянии, а так же вращение их всех происходит вокруг красных карликов. Однако, последний «критерий» в некоторых случаях имеет и отрицательную сторону в силу крайне беспокойного характера последних в «юном» возрасте, из-за вырабатываемых ими большого числа малых вспышек.

Взяв за основу собранные ультрафиолетовым телескопом GALEX архивные данные, которые скопились за всю продолжительность его пребывания на орбите с 2003 по 2012 года, Флеминг вместе со своими коллегами решили определить насколько часто такие типичные красные карлики, как TRAPPIST-1 и звезда LHS-1140, вырабатывают подобные вспышки.

В совокупности было обнаружено, что на поверхностях нескольких десятков красных карликов, оставили следы ни одна сотня вспышек, которые по своей силе и продолжительности имели очень широкие пределы. Среди обнаруженных выбросов присутствовали, как сверхмощные, аналогично которым даже на Солнце не наблюдалось за последние 200-300 лет, так и незначительные, схожие с теми, что Солнце порождает каждый день.

Конечно, воздействие подобных вспышек Земле не угрожает в отличие от планет, вращающихся на орбитах TRAPPIST-1 и LHS-1140. Их удаленность от светил колоссально меньше, что представляет серьезную опасность. Даже возникновение самых слабых вспышек и связанных с этим ультрафиолетовых всплесков, приведет к разрушению озонового слоя, уничтожению атмосферы, а после и к проникновению на саму поверхность, где жизнь сможет зародиться уже с крайне малой вероятностью.

Прийти к окончательному заключению, как говорят сами ученые, они смогут в будущем году, с выводом на орбиту нового телескопа «Джеймс Уэбб». Только благодаря ему станет возможным сделать снимки планет, и провести изучение их атмосферного состава. Так мы сможем понять, на самом деле ли безжизненны «двойники» Земли у светил TRAPPIST-1 и LHS-1140.

Источник

Физики из США превратили графен в

МОСКВА, 10 июн – РИА Новости. Сжатие графена до сверхвысоких давлений превратило его в сверхпрочный, но при этом гибкий материал, который в будущем послужит основой для бронежилетов и обшивки космических кораблей, говорится в статье, опубликованной в журнале Science Advances.

"Легкие материалы, обладающие высокой прочностью и эластичностью, подобные тому, который мы создали, являются критически важными для тех областей промышленности и инженерии, где уменьшение массы является главной задачей  вне зависимости от цены вопроса. Более того, мы полагаем, что эта методика синтеза новых форм углерода позволит нам создать принципиально новые материалы, пока неизвестные науке", — заявил Чжишэн Чжао (Zhisheng Zhao) из Института науки Карнеги в Вашингтоне (США).

За последние два десятилетия ученые создали несколько сверхпрочных материалов на базе углерода, карбида кремния и ряда других материалов, которые способны выдерживать давление, в сотни тысяч и миллионы раз превышающее атмосферное. Изучение их свойств помогает ученым понять, как устроено и как ведет себя ядро Земли и ее далеких "кузин" у других звезд, а также приближает нас к созданию высокотемпературных сверхпроводников и других чудо-материалов.

Чжао и его коллеги открыли новую форму углерода, обладающую чрезвычайно полезными практическими свойствами, наблюдая за тем, что происходит с еще одной недавно открытой "версией" этого элемента — графеном, "нобелевским" углеродом – при сжатии до экстремально высоких давлений.

Сжимая склеенные "пачки" листов графена до давлений, превышающих атмосферное в 250 тысяч раз, ученые обнаружили, что они превращаются  в материал, одновременно обладающий и некоторыми свойствами алмаза, и некоторыми свойствами графена за счет наличия типично "алмазных" и "графеновых" связей между атомами углерода.

Это вещество, которое ученые пока просто называют "сжатым стеклоуглеродом", обладает прочностью, не уступающей алмазу, но при этом оно может растягиваться в несколько раз, подобно графену.

В частности, самые удачные образцы этого материала уступают алмазу в прочности всего в 3 раза, но при этом они растягиваются и восстанавливают свою форму не хуже, чем резина. Как показали дальнейшие опыты, частицы сжатого стеклоуглерода могут царапать карбид кремния, рубины, сапфиры и другие драгоценные камни, что подтвердило его высокую прочность.

По своему внутреннему устройству, как показали рентгеновские "фотографии" кусочков этого материала, он представляет собой набор из изогнутых листов графена, "склеенных" между собой небольшими островками из атомов углерода, соединенных так же, как атомы внутри кристаллической решетки алмаза.

Количество этих связей и их расположение, как отмечает Чжао, зависело от того, как сильно ученые нагревали и сжимали графен, что позволяет очень гибко управлять свойствами  этой формы углерода.

Благодаря такому устройству плотность этого материала остается рекордно низкой – всего 2 грамма на кубический сантиметр, что примерно равно плотности кевлара или человеческих костей, и в разы меньше аналогичного показателя для железа, меди и других металлов.

Это, в свою очередь, позволяет применять конструкции из таких "растягивающихся алмазов" для создания сверхлегких бронижилетов, корпусов и обшивки спутников и космических кораблей и прочих целей, где требуется малый вес и сверхвысокая прочность. Кроме того, сжатый стеклоуглерод может стать основой для электроники будущего, так как внутри него электроны могут вести себя так же необычно, как и в графене.

Источник

Физики научились очищать воду от нефти с помощью наночастиц и магнитов

МОСКВА, 9 июн — РИА Новости. Американские физики создали наночастицы, способные присоединяться к каплям или молекулам нефти и позволяющие извлекать их из воды и любых других жидкостей при помощи магнитов, говорится в статье, опубликованной в Journal of Nanoparticle Research.

"Сейчас мы работаем над созданием технологии, которая бы позволяла нам перерабатывать эти наночастицы, не прибегая к химикатам и сложным реакциям, которые сами по себе порождают опасные отходы. Мы полагаем, что создание таких технологий позволит не только снизить расходы на борьбу с разливами нефти, но и сделает этот процесс менее опасным для экологии", — заявил Саэбом Ко (Saebom Ko) из университета Техаса в Остине (США).

Авария на нефтедобывающей платформе Deepwater Horizon в Мексиканском заливе в 2010 году, а также проникновение углеводородов в грунтовые воды при разработке сланцевых месторождений в США заставили ученых искать новые пути для борьбы с загрязнением воды нефтью. Сегодня для этих целей применяются специальные вещества, похожие по свойствам на мыло, которые соединяются с нефтью и заставляют ее всплывать на поверхность воды в виде пены.

Эти вещества сами по себе стоят очень недешево и наносят почти такой же вред природе, что и нефть. Поэтому ученые сегодня пытаются приспособить "нефтеядных" микробов и различные наночастицы для борьбы с загрязнениями менее дорогими и опасными путями.

Ко и его коллеги рассказали о создании наночастиц, способных помочь решению подобных задач. Они представляют собой микроскопические сферы из атомов железа, покрытые особым слоем из кремнийорганических полимерных молекул с положительным зарядом. Этот заряд  позволяет им "приклеиваться" к молекулам тяжелых углеводородов в каплях нефти, заряженных отрицательно, и двигать их вместе с ними.

Когда частицы попадают в магнитное поле, они начинают двигаться в сторону его источника, позволяя довольно быстро и качественно извлекать любые количества нефти из воды. Для этого достаточно "засеять" воду наночастицами, включить магнит и просто слить воду. Вся нефть и наночастицы останутся "приклеенными" к стенке сосуда или трубы, к которой приложен магнит.

Этот процесс работает быстрее, чем остальные технологии очистки нефти, не использующие магниты: магнитные поля могут быть на несколько порядков сильнее силы притяжения Земли, что заставляет частицы двигаться к их источнику быстрее, чем всплывают на поверхность капли нефти, покрытые "мылом".

Схожим образом, как отмечают ученые, можно решать и другие промышленные задачи по очистке и разделению перемешанных жидкостей и прочих субстанций — для этого достаточно покрыть наночастицы другим типом полимера, который будет притягиваться или соединяться с прочими видами молекул и атомов. К примеру, ученые сейчас трудятся над созданием систем очистки воды от свинца и других тяжелых металлов. Работу систем проверят в полевых условиях этим летом.

Источник

Физики впервые сфотографировали квазичастицу света и материи

МОСКВА, 8 июн – РИА Новости. Ученые впервые увидели то, как возникает и распадается поляритон – квазичастица, способная одновременно вести себя и как частица, и как волна, компьютеры на базе которых будут в миллионы раз быстрее их современных аналогов,  говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Photonics.

"Мы первые, кому удалось увидеть эти квазичастицы, получить их фотографии и понять, как они распространяются, накладываются друг на друга и излучают свет. Создание пар экситонов-поляритонов при комнатной температуре открывает дорогу для создания нанофотонных микросхем, способных заменить кремниевую микроэлектронику", — заявил Чже Фэй (Zhe Fei) из университета Айовы в Эймсе (США).

Сегодня практически все физики, за исключением небольшой группы маргиналов, полагают, что свет одновременно ведет себя и как частицы, и как электромагнитные волны. На базе этого феномена, который в прошлом не совсем корректно называли "корпускулярно-волновым дуализмом", построены многие современные технологии, такие как матрицы фотокамер и различные светодатчики.

Ученые достаточно давно пытались подтвердить двойную природу фотонов, частиц света, однако все такие эксперименты заканчивались безрезультатно — свет позволял нам смотреть на себя только с одной стороны, проявляя себя только в качестве частицы или волны.

Поляритоны представляют собой одну из относительно недавно созданных виртуальных частиц, которая, как и фотон, одновременно ведет себя как волна и как частица. Он состоит из трех компонентов — оптического резонатора, набора из двух зеркал-отражателей, заточенной между ними световой волны и квантового колодца – атома и вращающегося вокруг него электрона, который периодически поглощает и испускает квант света.

 

© Фото : Hu et al. / Nature Photonics 2017

Фотографии поляритонов, полученные учеными

Фэй и его коллеги впервые смогли увидеть эти квазичастицы и сфотографировать то, как они возникают и движутся внутри сверхтонкой пластинки из диселенида молибдена – полупроводникового материала с несколькими необычными свойствами.

Главным необычным свойством этого вещества, как рассказывает Фэй, является то, что внутри него могут возникать поляритоны уже при комнатной температуре, а не только при охлаждении пластины почти до абсолютного нуля. Это позволило ученым использовать "обычный" сканирующий оптический  микроскоп для наблюдений за ними, а не дорогостоящие спектроскопы, способные  отслеживать сигналы, порождаемые поляритонами при сверхнизких температурах.Воспользовавшись этой чертой диселенида молибдена, Фэй и его коллеги смогли не только увидеть поляритоны при помощи своих собственных глаз, но и измерить их некоторые физические характеристики. К примеру, ученые обнаружили, что подобные квазичастицы могут проходить необычно большое расстояние – около 12 микрометров – даже при комнатной температуре.Это открытие, в частности, говорит о том, что подобные квазичастицы можно использовать в качестве переносчиков информации в будущих световых компьютерах. По оценкам Фэя, подобные вычислительные системы смогут работать в миллионы раз быстрее, чем современная кремниевая микроэлектроника, и при этом потреблять аналогичное или даже меньшее количество энергии.

Источник

Физики создали первый "плоский" двухмерный магнит

МОСКВА, 8 июн – РИА Новости. Американские ученые создали первый магнит из абсолютно плоского и двухмерного материала, получив аналог графена из соединения хрома и йода, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

"Двухмерные магниты являются крайне интересными сами по себе, так как они позволяют очень четко и точно менять магнитные свойства их отдельных частей. Но еще интереснее выглядит комбинация из нескольких разнородных слоев подобного рода. В таком случае внутри в них могут возникать экзотические феномены, которые мы никогда раньше не видели", — рассказывает Сяодун Сюй (Xiaodong Xu) из университета Вашингтона в Сиэтле (США).

Все магнитные материалы, как рассказывают ученые, состоят из особых областей, которые обычно называют "доменами". Как правило, спины электронов у атомах в таких доменах повернуты  в одну сторону, противоположную тому, в какую стороны направлены спины электронов в соседних доменах.Благодаря этому куски железа не обладают собственным магнитным полем, но могут намагничиваться, если поместить их во внешнее магнитное поле.Эти домены  ведут себя как единое целое, "коллективно" меняя намагниченность при приложении электрического поля или других воздействиях, что не позволяет записывать информацию в спины электронов у отдельных атомов. По этой причине ученые сегодня активноразрабатывают альтернативные подходы к хранению информации, так как магнитные системы хранения данных уже почти подошли к этому пределу.

Сюй и его коллеги заявляют, что эта проблема может быть решена при помощи принципиально новых магнитных материалов, имеющих абсолютно плоскую структуру. Им удалось создать несколько версий таких 2D-магнитов, используя простейшую технологию, которую первооткрыватели графена, Андрей Гейм и Константин Новоселов, использовали для получения первых образцов этого "плоского углерода".

Как рассказывает американский исследователь, ученые давно знают, что трийодид хрома (CrI3), соединение из трех атомов йода и одного атома хрома, обладает интересными магнитными свойствами, которые могут в принципе сохраняться в плоских слоях этой соли. Проблема заключалась в том, что у ученых не получалось синтезировать одиночный слой из молекул этого соединения. Более того, многие физики вообще сомневались в том, что CrI3 или любой другой магнитный материал сохранит свои свойства при превращении в двухмерную структуру.

Команда Сюя решила эту проблему и доказала, что этот материал сохранит свои магнитные свойства, используя тот же самый скотч, который был применен российско-британскими физиками для получения графена. Оторвав несколько полосок "плоского" трийодида хрома, ученые измерили их магнитные свойства и другие характеристики.

Для этого физики намагнитили такую пластинку и подсветили ее светом, наблюдая за тем, будет ли магнитное поле, "записанное" в этот аналог графена, влиять на поляризацию света. Поляризация действительно менялась, что подтвердило, что двумерные магнитные материалы действительно могут существовать. Аналогичным образом ученые создали еще один 2D-магнит, используя другое вещество – сплав хрома, германия и теллура.

Что интересно, трийодид хрома теряет эти необычные свойства в том случае, если оторвать не один, а сразу два слоя его молекул, но сохраняет их при наличии трех и более слоев. Почему это так происходит, ученые пока не знают, но планируют раскрыть эту загадку в ближайшее время, а также более детально изучат магнитные свойства этого нового 2D-материала.

Источник

Галактики гибнут «задыхаясь» в плену облаков горячего газа, выяснили астрономы

В ходе проводимой ежегодно в Остине (США) встречи общества астрономов, участники заявили о том, что затрудняет формирование новых звезд. Сталкиваясь и сливаясь, друг с другом, галактики фактически «задыхаются» от образующихся особых зон турбулентности в их газовых облаках, из-за которых происходит преобразование энергии их движения в тепло.

Об этом рассказал Джек Бернс (Jack Burns) – сотрудник университета Колорадо в Боулдере (США). Если взглянуть на слияние галактических скоплений с точки зрения энергетических масштабов, то - это самые большие «взрывы» во Вселенной, разумеется, после Большого Взрыва.

Наблюдая за окружающими нас галактиками в космическом пространстве в течение последних лет, стало ясно, что больше половины из их числа – это «живые мертвецы». Постепенное выгорание присутствующих в них светил приводит к медленному угасанию галактик, ведь новые звезды в них уже не формируются. Чтобы перезапустился процесс звездообразования, в них должны проникать из межгалактической среды потоки холодной материи. Однако, эти «зомби» галактики окружены гигантскими облаками раскаленного газа. Именно это, по мнению ученых, является главной причиной массового угасания Вселенной.

Астрономы прозвали открытый феномен «смертоносными сферами», о возникновении которых астрофизики ведут на сегодняшний день самые горячие споры. Первые считают к этому «причастными» чрезмерно активные сверхмассивные черные дыры из центральной части галактик. Вторые «винят» слияния крупных галактик и сопутствующие этому процессы, в том числе слишком высокую скорость зарождения звезд и сверхновых.

Бернс вместе со своей командой, наблюдая за галактическим скоплением Abell 115 в созвездии Рыб, удаленном от Земли приблизительно на 2,4 миллиарда световых лет, обнаружили доказательство второй теории. В некоторых отдельных объектах, - своеобразных останках двух столкнувшихся в недавнем прошлом крупных галактических «семейств», астрономы обнаружили гигантские раскаленные газовые облака температурой в 166 000 000 градусов по Цельсию. Для «привычных» столкновений это до невозможного высокая температура, из-за чего было решено провести спектральный анализ этих галактик с помощью рентгеновской обсерватории «Чандра» и радиотелескопа VLA (Very Large Array).

Как было обнаружено, между галактиками образуются определенные зоны турбулентности в наиболее жарких участках газовых облаков. Они возникли перед самым слиянием «предтеч» скопления Abell 115, в результате двигающихся на сверхзвуковых скоростях «лоб в лоб» отдельных газовых и пылевых скоплений. Подобно ложке в стакане, именно эти зоны турбулентности создают дополнительное перемешивание и разогрев газа, формируя «смертоносные сферы», которые нашли у других галактик.

По расчетам астрономов, в будущем ожидается постепенное исчезновение части подобных зон в скоплении Abell 115, что сделает его более холодным и спокойным, и некоторые галактики в нем не утратят способности к формированию новых светил.

Источник

Млечный путь лежит внутри галактической пустоты, считают исследователи

С космологической точки зрения Млечный путь и его непосредственные окрестности находятся в «дебрях» Вселенной.

В 2013 г. наблюдения, проведенные астрономом из Висконсинского университета в Мадисоне, США, Эми Баргер (Amy Barger) и её студентом Райаном Кинаном (Ryan Keenan), показали, что наша Галактика в контексте крупномасштабной структуры нашей Вселенной находится внутри гигантской пустоты – области пространства, содержащей намного меньше галактик, звезд и планет, чем ожидалось.

Теперь в новом исследовании, проведенном студентом Висконсинского университета в Мадисоне, также работающим в команде Баргер, приводится подтверждение этой идеи, согласно которой мы живем внутри «дырки» швейцарского сыра, с которым можно сравнить структуру Вселенной. Кроме того, эти результаты помогают устранить противоречие между результатами измерений константы Хаббла, получаемыми при использовании различных методов. (Константа Хаббла представляет собой число, отражающее скорость расширения Вселенной.)

Для измерения константы Хаббла ученые применяют различные методы, среди которых можно выделить метод, основанный на использовании относительно близко расположенных сверхновых, и метод с использованием реликтового излучения, свечения Вселенной, сохранившегося со времен Большого взрыва. Как выяснили Баргер и его коллеги, пустота, в которой находится наша Галактика, называемая пустотой KBC, влияет на результаты измерений константы Хаббла при помощи первого метода и почти не оказывает влияния на результаты измерений этой величины, полученные при использовании метода, основанного на измерениях параметров реликтового излучения.

Исследование было представлено вчера, 6 июня, на собрании Американского астрономического общества.

Источник

Экстремальная экзопланета имеет температуру поверхности почти как у звезды

Представьте планету размером с Юпитер, обращающуюся вокруг родительской звезды с периодом 1,5 суток, разогретую до температуры, превышающей температуру большинства звезд, и демонстрирующую гигантский, светящийся газовый хвост, напоминающий хвост кометы.

Именно такую планету обнаружила, как она считает, исследовательская группа под руководством астрономов из Университета штата Огайо и Университета Вандербильта, оба научных учреждения США. Эта планета обращается вокруг массивной звезды под названием KELT-9, расположенной на расстоянии 650 световых лет от Земли в направлении созвездия Лебедь.

Разогретая на дневной стороне до 4600 Кельвинов, эта вновь открытая планета, получившая обозначение KELT-9b, на самом деле горячее, чем многие звезды, и всего лишь на 1200 градусов холоднее нашего Солнца. На самом деле ультрафиолетовое излучение, испускаемое родительской звездой, настолько мощное, что планета в буквальном смысле испаряется, формируя горящий газовый хвост. Кроме того, планета находится по отношению к звезде в приливном захвате, то есть она всегда обращена к светилу одной и той же стороной. Поэтому дневная сторона планеты постоянно бомбардируется ультрафиолетовыми лучами звезды и там не могут формироваться молекулы, такие как вода, диоксид углерода и метан.

У этой сверхразогретой планеты есть и другие отличительные особенности. Например, она является газовым гигантом, который имеет массу в 2,8 массы Юпитера, но его плотность составляет лишь половину плотности крупнейшей планеты нашей планетной системы, поскольку экстремально мощное излучение со стороны массивной родительской звезды приводит к «раздуванию» атмосферы, подобно воздушному шару.

Исследование появилось в журнале Nature; главный автор работы Б. Скотт Гауди (B. Scott Gaudi), профессор астрономии Университета штата Огайо.

Источник

Новая оценка количества воды, необходимого для формирования долин на Марсе

В новом исследовании, проведенном учеными под руководством профессора географии Вея Люо (Wei Luo), произведен расчет количества воды, необходимого для формирования древней сети долин на поверхности Марса, и сделан вывод о том, что на поверхности Марса однажды находилось значительно больше воды, чем считалось ранее.

В этом исследовании приводятся свидетельства в пользу гипотезы, согласно которой на Марсе раньше поддерживался более теплый климат, при этом вода испарялась из древнего океана, возвращаясь на поверхность в форме дождя и формируя обширную сеть долин на поверхности. Люо и его коллеги, используя новый алгоритм, производят более точную оценку суммарного объема марсианских долин и количества воды, которое требовалось для формирования этих долин посредством эрозии с течением времени. Большая часть этих долин сформировалась более чем 3 миллиарда лет назад.

«По нашим самым консервативным оценкам глобальный объем сетей марсианских долин и общий объем воды, необходимый для формирования этих долин, оказываются примерно в 10 раз выше, по сравнению с аналогичными значениями, найденными предыдущими исследователями», - сказал Люо.

Кроме того, эта новая оценка количества воды, необходимого для формирования долин, оказалась по крайней мере на один порядок выше, по сравнению с объемом этого гипотетического океана и примерно в 4000 раз больше, по сравнению с общим объемом долин.

«Это означает, что вода циркулировала по сети речных долин на поверхности Марса много раз – а для активного циркулирования воды необходимо присутствие на поверхности планеты обширного открытого водоема, такого как океан», - добавил Люо.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Источник

Могут ли гравитационные волны рождаться внутри плотных скоплений звезд?

Астрофизики всего мира, затаив дыхание, слушали появившееся 1 июня сообщение о том, что эксперимент LIGO зарегистрировал уже третий по счету импульс гравитационных волн. Предсказанные более чем столетие назад Альбертом Эйнштейном и впервые обнаруженные при помощи обсерватории LIGO в 2015 г., гравитационные волны открывают новый способ наблюдения самых высокоэнергетических событий Вселенной.

Происхождение гравитационных волн в каждом из трех зарегистрированных при помощи обсерватории LIGO случаев представляется связанным с катастрофическим столкновением пары гигантских черных дыр. До появления обсерватории LIGO астрономы даже не имели доказательств того, что черные дыры таких масс существуют во Вселенной. Теперь перед исследователями встала новая важная задача, состоящая в определении происхождения этих пар черных дыр, кружащихся в «гибельном танце», двигаясь по спирали навстречу друг другу, чтобы в конечном счете слиться в единое целое.

Три исследователя недавно приняли участие в круглом столе, проводимом научной организацией Kavli Foundation и посвященном описанной здесь проблеме. Эти исследователи при помощи современных компьютерных моделей и наблюдений при помощи нескольких различных телескопов смогли идентифицировать космические окрестности сталкивающихся черных дыр.

Ряд признаков – включая данные, полученные в последний раз при помощи обсерватории LIGO – указывает на то, что сталкивающиеся черные дыры могут рождаться в плотных скоплениях звезд, называемых шаровыми скоплениями. Исследователи все больше склоняются к мнению, что внутри шаровых скоплений звезд имеются «темные сердца», состоящие из десятков или даже сотен черных дыр – и представляющие собой области пространства с наибольшей известной на настоящее время плотностью распределения этих экзотических космических объектов.

«Мы предполагали сначала, что шаровые скопления звезд не способны удерживать черные дыры, - сказал Рейнер Спурцем (Rainer Spurzem), профессор Института астрономии и астрофизики Кавли Пекинского университета и Китайской академии наук, один из участников дискуссии. – Однако компьютерные модели, запущенные недавно мною и моими коллегами не подтвердили этого предположения».

Таким образом, ученые пришли к выводу, что шаровые скопления звезд создают идеальные условия для формирования пар черных дыр, которые могут в процессе дальнейшей эволюции могут стать источниками гравитационных волн.

Источник