Новости науки

Найдены доказательства голографической Вселенной

Международная группа космологов из Канады, Великобритании и Италии получила данные, свидетельствующие в пользу теории голографической Вселенной. Свои выводы ученые представили в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters. Кратко об исследовании сообщает издание Gizmodo.

Голографический принцип гласит, что информация, содержащаяся внутри определенного объема пространства, закодирована в границах, окружающих эту область. Он также предполагает, что все мироздание может быть представлено в виде двумерной плоскости, которая накладывается на границу наблюдаемой Вселенной. Принцип был представлен в рамках квантовой гравитации — области физики, которая пытается объяснить гравитацию, описываемую теорией относительности Эйнштейна (ОТО), законами квантовой механики.

Принципы квантовой гравитации используют, чтобы выяснить, что происходило во время Большого взрыва, когда вся масса Вселенной находилась в сверхплотном объеме и попадала под действие квантовых эффектов. Голографическая теория позволяет упростить трехмерную Вселенную, в которой действует гравитация, до двухмерной, и таким образом решить противоречия, возникающие при попытке совместить ОТО с квантовой механикой.

Космологи использовали двумерную модель Вселенной, которая на основе наблюдаемых ранее параметров, смогла в точности воспроизвести картину микроволнового фона — теплового излучения, равномерно заполняющего космическое пространство. Полученные результаты свидетельствуют в пользу применимости голографического принципа, хотя пока и не опровергают стандартные космологические модели.

Источник

В ЦЕРНе открыли новый источник асимметрии материи и антиматерии

Коллаборация LHCb (Large Hadron Collider beauty experiment), работающая на Большом адронном коллайдере (БАКе), обнаружила нарушение CP-инвариантности в распадах барионов — самое значительное известное проявление асимметрии между материей и антиматерией среди частиц, состоящих из трех кварков. Соответствующее исследование опубликовано в журнале Nature Physics, кратко о нем сообщает ЦЕРН.

Физики проанализировали статистику распадов лямбда-барионов и их античастиц, накопленную в течение первых трех лет работы БАКа. Чувствительные к нарушению CP-инвариантности величины для материи и антиматерии, как показали ученые, в ряде случаев оказались отличными друг от друга до 20 процентов. Статистическая значимость составила 3,3 стандартного отклонения.

В физике элементарных частиц открытие фиксируется, если его статистическая значимость равна минимум пяти стандартным отклонениям (в этом случае вероятность ошибки равна примерно 0,00005 процента). Физики из LHCb полагают, что последующий анализ работы БАКа за 2016 год доведет статистическую значимость до необходимого для официального открытия значения.

Сохранение CP-инвариантности предполагает наличие комбинированной симметрии относительно операции зеркального отражения (P-инвариантность) и замены частиц на античастицы (C-инвариантность). Нарушение такого рода четности означает наличие в природе принципиальных различий между материей и антиматерией. Ранее нарушение CP-инвариантности было обнаружено в распадах K и B мезонов — частиц, состоящих их двух кварков.

Источник

Вселенная не только «тянет», но и «толкает» нашу Галактику

Хотя мы не можем этого почувствовать, но мы находимся в постоянном движении, двигаясь вместе с Землей при её вращении вокруг своей оси и вокруг Солнца, вместе с Солнечной системой при ее движении по Галактике и вместе с нашей галактикой Млечный путь, которая в компании галактики Андромеда движется по расширяющейся Вселенной. Но что является источником энергии для движения нашей Галактики?

До настоящего времени ученые считали, что плотная область Вселенной притягивает нашу Галактику, подобно тому, как Земля притягивала ньютоновское яблоко. Эта область носит название Великий аттреактор и представляет собой группу из полдюжины крупных скоплений галактик, расположенную на расстоянии 150 миллионов световых лет от Млечного пути. По мере накопления астрономами знаний фокус внимания сместился на еще одну область пространства, содержащую более двух десятков скоплений галактик и называемую Сверхскоплением Шепли, которая находится на расстоянии примерно 600 миллионов световых лет от Великого аттрактора.

Сегодня ученые под руководством профессора Иегуда Хоффмана (Yehuda Hoffman) из Еврейского университета в Иерусалиме, Израиль, сообщают о том, что наша Галактика движется по Вселенной под действием не только притяжения, но и отталкивания. В своей работе эти ученые описывают прежде неизвестную, очень крупную область пространства в нашей внегалактической округе. Обедненная галактиками, эта область пространства Вселенной, получившая название Dipole Repeller, оказывает отталкивающее действие на Местную Группу галактик.

Исследователи представили свои результаты в журнале Nature Astronomy.

Источник

Источником материала Солнечной системы оказались гигантские звезды

Ученые раскрыли происхождение зерен звездной пыли, входящих в состав облака пыли, из которого сформировались планеты нашей Солнечной системы, указывается в новом исследовании.

Исследователи разрешили давнюю загадку, связанную с источником этих зерен, которые сформировались задолго до появления нашей Солнечной системы, и могут быть обнаружены в составе метеоритов, падающих на Землю.

В течение своего жизненного цикла звезды размерами примерно в шесть раз крупнее Солнца – называемые звездами асимптотической ветви гигантов (Asymptotic Giant Branch, или AGB) – сбрасывают свои внешние оболочки, формируя межзвездное облако из газа и частиц пыли. Считается, что наша Солнечная система сформировалась из одного из таких облаков, при этом частицы этой первичной пыли должны входить в состав вещества ряда примитивных метеоритов. Однако до настоящего времени ученые не находили в составе этих космических камней пылинок, состав которых соответствовал бы составу пыли, формируемой звездами AGB.

В новом исследовании международная команда ядерных физиков во главе с М. Лугаро (M. Lugaro) из обсерватории Конкоя, Венгрия, смогла найти ниточку, связывающую воедино зерна пыли, входящие в состав вещества примитивных метеоритов Солнечной системы, и зерна пыли, производимые звездами AGB. Такой ниточкой оказались ядерные реакции, превращающие пылинки одного из этих видов в другой. Исследователи обнаружили, что реакция между протоном и изотопом кислорода 17O происходит в два раза чаще, чем ожидалось. Влияние этих ядерных реакций отчетливо наблюдается в некоторых зернах пыли, входящих в состав вещества метеоритов, что позволяет разрешить загадку их происхождения, поясняют члены команды.

Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.

Источник

Ученые создали первый транзистор, работающий на энергии тепла

МОСКВА, 31 янв – РИА Новости. Физики из Швеции создали первый транзистор, в котором роль носителя информации играет не электрический сигнал, а потоки тепла, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

"Мы первыми представили логическое устройство, транзистор в данном случае, чьей работой управляет тепло, а не электричество. Создав конденсатор, который может превращать разницу температур в электрический ток, мы задумались, можно ли его применить для других целей", — рассказывает Ксавье Криспин (Xavier Crispin) из университета Линчёпинга (Швеция).

В прошлом году, как рассказывает Криспин, его команда открыла необычный органический полимер, обладающий крайне интересными термоэлектрическими свойствами. Его отрицательно заряженные цепочки очень слабо реагируют на изменение температур, благодаря чему их смесь с положительно заряженными ионами, сильно реагирующими на заморозку или нагрев, превращается в так называемый термоконденсатор.

Под этим словом ученые понимают устройство, способное преобразовать разницу температур на его противположных концах в электрический ток. Иными словами, если погрузить такой конденсатор в ведро с горячей водой, он сам по себе зарядится электричеством благодаря тому, что более подвижные ионы мигрируют в сторону "горячей" части конденсатора, а нити полимера останутся на месте.

Открыв эту комбинацию веществ, Криспин и его коллеги задумались, можно ли применить его для создания более сложных устройств, использующих тепло в качестве носителя информации. Плодом этих усилий стало создание гибридного электрон-теплового транзистора, работой которого управляет электрод, изготовленный из данного электролита и играющий роль затвора.

По сути, он представляет собой тепловой аналог обычного полевого транзистора – когда температура электрода повышается, он приобретает все больший положительный заряд. В зависимости от типа и устройства транзистора, это приводит к тому, что ток или начинает идти между "входом" и "выходом" логического устройства, или же он блокируется.

Как отмечают ученые, все взаимодействия в таком транзисторе можно перевести на тепловую основу, что позволило бы создать целый новый класс полупроводниковых логических устройств. По словам Криспина, разработанный его командой полимер обладает очень высокой чувствительностью к теплу, в 100 раз более высокой, чем у всех остальных соединений такого рода, что позволяет применять транзисторы на его базе в качестве медицинских приборов, "умных пикселей" для инфракрасных камер и целого ряда других гаджетов и устройств.

Подобные устройства, как отмечают ученые, смогут работать напрямую на базе энергии солнечного тепла и света, не потребляя электричества и функционируя даже в тех условиях, в которых обычно электроника не работает по физическим причинам или из-за соображений безопасности.

Источник

Питер Уиллис из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене и его коллеги разработали методику по выявлению жизни, которую можно будет использовать в миссиях к Энцеладу и Европе — лунам Сатурна и Юпитера.

Европа. © NASA

МФТИ: второй закон термодинамики может нарушаться в квантовом мире

МОСКВА, 30 янв – РИА Новости. Физики из МФТИ, РАН и Аргоннской Национальной Лаборатории США нашли намеки на то, что энтропия в квантовых энергетически изолированных системах может не расти, а уменьшаться, тем самым нарушая второй закон термодинамики, говорится в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports.

"Представьте себе Золушку, которую мачеха заставляет разобрать перемешанную чечевицу и горох, то есть понизить энтропию в системе. Классическая Золушка в изолированной системе не смогла бы это сделать, а квантовая — может. Мы можем "вычистить" состояния за счет квантовых эффектов", — объясняет Гордей Лесовик из Московского физико-технического института в Долгопрудном, чьи слова приводит пресс-служба МФТИ.

Одной из основ современной физики и космологии является концепция так называемой "стрелы времени" – постулат о том, что время в нашей Вселенной движется исключительно в одном направлении, из прошлого в будущее. Иными словами, мы движемся сквозь четырехмерное пространство исключительно в одном направлении по оси времени, и "перемотать" время назад невозможно.

С точки зрения физики это проявляется в том, что со временем неупорядоченность, хаотичность Вселенной, состояние, которое ученые называют энтропией, неуклонно растет. К примеру, данный процесс проявляется в том, как меняется состояние энергии Вселенной. Этот принцип, который ученые часто называют "вторым законом термодинамики", считается нерушимым правилом, управляющим жизнью всей Вселенной на всех уровнях.

Лесовик и его коллеги выяснили, что это правило, скорее всего, нарушается на квантовом уровне, пытаясь совершить обратное – доказать так называемую Н-теорему, описывающую процесс роста энтропии в замкнутой системе.

Эта теорема была сформулирована еще в 1870 годах известным австрийским физиком Людвигом Больцманом, однако ее доказать никто не мог в рамках классической физики. Позже, когда возникла квантовая теория, ученые начали связывать H-теорему с необычными свойствами квантового мира,  так как квантовая теория информации показывает, что энтропия системы может оставаться в некоторых случаях на постоянном уровне, как это и предсказывал Больцман.

Как рассказывает Лесовик, его группа уже несколько лет пытается "перевести" идею Больцмана на язык квантовой физики. Каждый раз, когда ученые думали, что они справились с доказательством Н-теоремы, они находили новые "дырки" в своих выкладках, что в конечном итоге убедило исследователей, что энтропия может не только оставаться на прежнем уровне или расти, но и убывать.

Руководствуясь этой идеей, ученые проанализировали свои прежние выкладки и выделили те условия, в которых энтропия системы падает сама по себе, без передачи тепловой энергии куда-то вовне.  Как оказалось, нечто подобное может происходить, если поместить заряженную частицу в коридор с двумя выходами из него, возле которых установлен очень мальнький квантовый магнит, с которым взаимодействует частица.

Этот квантовый магнит, как рассказывают ученые, будет работать примерно так же, как знаменитый "демон Максвелла", придуманный британским физиком Джеймсом Максвеллом еще в 1867 году для демонстрации того, что второй закон термодинамики можно нарушить хотя бы в теории.

По его задумке некое существо, позднее названное "демоном Максвелла", охраняло дверь между двумя комнатами. Демон, зная энергию приближающейся к двери молекулы, открывает проход только для "быстрых" молекул, закрывая дверь перед "медленными". В результате в одной комнате окажутся все "быстрые" молекулы, а в другой медленные, и возникшую разницу температур можно использовать в практических целях.

По словам Лесовика, ученые в ближайшее время планируют провести экспериментальную проверку этого эффекта, работающего на квантовом уровне. Такой эксперимент откроет возможность создания квантовых холодильников и двигателей нового типа.

Источник

Обнаружены блазары, слабо излучающие в радиодиапазоне

Блазар представляет собой галактику, центральное ядро которой является ярким в широком диапазоне длин волн, начиная от низкоэнергетических радиоволн и вплоть до высокоэнергетических гамма-лучей. Астрономы считают, что ядро блазара содержит сверхмассивную черную дыру, подобную сверхмассивной черной дыре, лежащей в сердце квазара. Излучение возникает, когда материя падает в направлении черной дыры и перетекает в мощные, узконаправленные джеты излучающих электромагнитные волны заряженных частиц, движущихся со скоростью, близкой к скорости света. Два определяющих свойства блазара – мощное излучение в радиодиапазоне и высокая изменчивость – являются результатом аккреции материи и испускания джетов.

Хотя другие активные ядра галактик также испускают джеты, состоящие из частиц материи, класс блазаров отличается тем, что джеты этих объектов направлены в сторону Земли. Мощное радиоизлучение джетов блазаров, как правило, маскирует эмиссионные и абсорбционные линии вещества этих галактик и не позволяет определить расстояние до них, однако в новом исследовании, проведенном астрономами из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра, США, Раффаэле Д’Абруско (Raffaele D"Abrusco) и Говардом Смитом (Howard Smith), сообщается об обнаружении уникальных блазаров, «тусклых» в радиодиапазоне. Астрономы обнаружили эти объекты в каталоге источников космической гамма-обсерватории НАСА «Ферми» (Fermi), однако не нашли им соответствия в каталогах радиоисточников, включая каталог инфракрасных источников, составленный при помощи спутника WISE.

В настоящее время авторы статьи работают над объяснением загадочного «молчания» исследуемых ими блазаров в радиодиапазоне и планируют дополнительные наблюдения для подтверждения достоверности обнаруженных фактов, которые идут вразрез с наиболее популярными на сегодня гипотезами о природе блазаров.

Источник

Астрономы из России узнали, почему на Марсе были океаны из теплой воды

МОСКВА, 27 янв – РИА Новости. Океаны из теплой воды существовали на Марсе благодаря периодическим выбросам метана его вулканами, который порождал парниковый эффект и делал красную планету достаточно теплой для существования жидкой воды на ее поверхности, говорится в статье, опубликованной в журнале Geophysical Research Letters.

"Юный Марс был уникальным в том смысле, что он был единственной планетой, кроме Земли, о которой мы можем со всей уверенностью сказать, что на ней, хотя бы на непродолжительное время, были все условия для зарождения и процветания жизни. Если мы поймем, как выглядел и как работал Марс в прошлом, мы сможем понять, как можно найти такие же планеты вне пределов Солнечной системы", — заявил Робин Вордсворт (Robin Wordsworth) из Стэнфордского университета (США).

Сегодня почти никто не сомневается в том, что на поверхности Марса в далеком прошлом, 3,8-3,5 миллиарда лет назад, существовал океан из жидкой воды. Проблема заключается в том, что ученые до сих пор не пришли к единому выводу, как он сформировался, как он оставался жидким и как он испарился в космос.

Часть астрономов предполагает, что атмосфера Марса была достаточно густой и теплой для того, чтобы удерживать воду в жидком состоянии на протяжении длительного времени, а другие планетологи полагают, что океаны появлялись на Марсе лишь на очень непродолжительное время, когда его запасы льда растапливались или извержениями вулканов, или ударами метеоритов. В пользу всех этих теорий есть свои доказательства, и поэтому ученые продолжают спорить и по сей день.

Вордсворт и его коллеги, в том числе ряд российских планетологов из МГУ, Института физики атмосферы РАН в Москве и Томского университета, добавили к числу этих гипотез еще одну новую теорию, создав компьютерную модель атмосферы раннего Марса. В этой атмосфере, как предположили ученые, должен был присутствовать не только углекислый газ, азот и водород, но и еще одно вещество, которое уже находили на Марсе – метан.

"Можно повысить количество СО2 в атмосфере Марса в сотни раз, и все равно Марс будет оставаться слишком холодным для того, чтобы вода хотя бы растаяла. Соответственно, на Марсе должно было быть что-то, что усиливало парниковый эффект", — объясняет Вордсворт.

Как отмечает ученый, на Марсе почти нет кислорода, благодаря чему метан, образующийся в его недрах в результате нагрева определенных горных пород и попадающий в атмосферу вместе с извержениями вулканов, должен был накапливаться в прошлом в достаточно больших количествах. Российские и американские планетологи проверили, хватало ли его для того, чтобы хотя бы временно растапливать океаны Марса.

Их расчеты раскрыли неожиданный ответ. Оказалось, что добавление даже небольших количеств метана в крайне разреженную атмосферу из углекислоты резко усиливало парниковый эффект, повышая температуры на десятки градусов Кельвина при увеличении концентрации СН4 всего на один процент.

К примеру, если бы атмосфера красной планеты была такой же плотной в прошлом, как и воздушная оболочка Земли, температура поверхности Марса была такой же, как на Земле сегодня, при всего 2-10% метана в воздухе Марса, несмотря на то, что Солнце было на треть тусклее нынешнего примерно четыре миллиарда лет назад.

Такое "парниковое одеяло" должно было просуществовать несколько сотен миллионов лет в период активности вулканов Марса, чего в принципе было достаточно для зарождения жизни. Следы этого процесса, как считают ученые, можно найти на поверхности Марса, в виде отложений клатратов и прочих минералов, содержащих метан, которые в будущем можно будет обнаружить при помощи роверов или после высадки людей на красную планету.

Источник

Получен «святой Грааль физики»

Ученые из Гарвардского университета (США) впервые, по их словам, могли наблюдать фазовый переход Вигнера-Хантингтона, свидетельствующий об образовании металлического водорода. Соответствующее исследование опубликовано в журнале Science, кратко о нем сообщает EurekAlert!

«Это святой Грааль физики высоких давлений, — сказал соавтор работы Исаак Сильвера. — Это первый образец металлического водорода на Земле, потому, когда вы смотрите на него, вы наблюдаете то, что никогда не существовало прежде».

Ученым, по их словам, удалось обеспечить переход жидкой фазы атомарного водорода в твердую. Это произошло, когда материя была помещена в крайне экстремальные условия одновременно высоких давлений (465-495 гигапаскалей) и низких температур (5,5 кельвина).

Спектроскопический анализ показал, что водород находится в атомарном состоянии, а имеющееся теоретическое обоснование — то, что материя при этом находится в твердой, а не жидкой, фазе. Между тем, прямого экспериментального свидетельства пребывания материи в качестве именно металлического, а не жидкого, водорода ученые пока не получили.

В 1935 году физики Юджин Вигнер и Белл Хантингтон теоретически обосновали существование высокотемпературной сверхпроводимости водорода. Из их работы следовало, что при давлении 25 гигапаскалей при комнатной температуре водород должен находиться в металлическом состоянии и быть сверхпроводником.

Считается, что газовые гиганты Юпитер и Сатурн между своими ядром и атмосферой содержат толстый слой металлического водорода. Эпизодические сообщения о получении необычного вещества возникали, начиная с 1996 года, однако корректность представляемых учеными данных часто вызывала сомнения их коллег.

Источник

Ученые: сверхбыстрое расширение Вселенной указывает на "новую физику"

МОСКВА, 26 янв – РИА Новости. Независимая группа ученых подтвердила, что Вселенная действительно расширяется сейчас еще быстрее, чем показывали расчеты, построенные на наблюдениях за "эхом" Большого Взрыва, говорится в серии из пяти статей, принятой к публикации в журнале Monthly Notices of Royal Astronomical Society.

"Расхождения в текущей скорости расширения Вселенной и тем, что показывают наблюдения за  Большим взрывом, не только подтвердились, но и усилились благодаря новым данным по тому, как далекие галактики искривляют свет. Эти несовпадения могут быть порождены "новой физикой" за пределами Стандартной модели космологии, в частности, некой иной формой темной энергии", — заявил Фредерик Кубрин (Frederic Coubrin) из Федеральной политехнической школы в Лозанне (Швейцария).

Темные роды Вселенной

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, действующая на материю как своеобразная "антигравитация".

В июне прошлого года, нобелевский лауреат Адам Рисс (Adam Reiss) и его коллеги, открывшие этот феномен, вычислили точную скорость расширения Вселенной сегодня, используя переменные звезды-цефеиды 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 заметно 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.

Рисс и его коллеги предположили, что существует еще и третья "темная" субстанция – "темное  излучение" (dark radiation), заставлявшее ее ускоряться быстрее теоретических предсказаний в первые дни жизни Вселенной. Подобное заявление не осталось без внимания, и коллаборация H0LiCOW, включающая в себя десятки астрономов со всех континентов планеты, начала проверку эту гипотезы, наблюдая за квазарами – активными ядрами далеких галактик.

Игра космических свечей и линз

Квазары, благодаря гигантской черной дыре в их центре, особым образом искривляют структуру пространства-времени, усиливая свет, проходящий через его окрестности, подобно гигантской линзе.

Если два квазара расположены друг за другом для наблюдателей на Земле, возникает интересная вещь – свет более далекого квазара расщепится при прохождении через гравитационную линзу первого ядра галактики. Из-за этого мы увидим не два, а пять квазаров, четыре из которых будут световыми "копиями" более далекого объекта. Что самое важное, каждая копия будет представлять собой "фотографию" квазара в разные периоды его жизни из-за того, что их свет тратил разное количество времени на выход из гравитационной линзы.

Продолжительность этого времени, как объясняют ученые, зависит от скорости расширения Вселенной, что позволяет вычислить ее, наблюдая за большим числом далеких квазаров. Этим и занимались участники H0LiCOW, отыскивая подобные "двойные" квазары и наблюдая за их "копиями".

В общей сложности Кубрин и его коллеги нашли три подобных квазарных "матрешки" и детально изучили их, используя орбитальные телескопы "Хаббл", "Спитцер" и ряд наземных телескопов на Гавайских островах и в Чили. Эти замеры, по словам исследователей, позволили им измерить постоянную Хаббла на "среднем" космологическом расстоянии с уровнем погрешности в 3,8%, что в разы лучше ранее полученных результатов.

Эти расчеты показали, что Вселенная расширяется со скоростью около 71,9 километров в секунду, что в целом соответствует тому результату, который Рисс и его коллеги получили на "близких" космологических расстояниях, и говорит в пользу существования некой третьей "темной" субстанции, разгонявшей Вселенную в ее юности. Другой вариант объяснения разночтений с данными – Вселенная на самом деле не является плоской, а напоминает сферу или "гармошку". Кроме того, возможно, что количество или свойства темной материи поменялись за последние 13 миллиардов лет, благодаря чему Вселенная начала расти быстрее. 

В любом случае, ученые планируют изучить еще примерно сто подобных квазаров для того, чтобы убедиться в достоверности полученных ими данных, и понять, как можно объяснить столь необычное поведение Вселенной, не укладывающееся в стандартные космологические теории.

Источник

Таинственный тусклый объект обнаружен в окрестностях квазара MG 0414+0534

Астрономы заметили таинственный тусклый объект в окрестностях квазара, наблюдаемого при помощи природной гравитационной линзы в виде четырех различных изображений и обозначаемого как MG 0414+0534. Этот объект, который был обнаружен при помощи радиотелескопа Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), может оказаться богатой пылью, темной карликовой галактикой или сверхдиффузной галактикой (ultra-diffuse galaxy, UDG).

Квазар MG 0414+0534 демонстрирует отчетливую аномалию светового потока, наблюдаемую как красное смещение при наблюдениях в оптическом и ближнем ИК-диапазонах. Эта аномалия приводит ученых в недоумение, поскольку её природа до конца не ясна.

Для выяснения происхождения этой аномалии в новом исследовании группа ученых под руководством Кайки Таро Иноуэ (Kaiki Taro Inoue) из Университета Кинки, Япония, провела наблюдения квазара MG 0414+0534 при помощи обсерватории ALMA. Результатом этих наблюдений стало обнаружение тусклого объекта, испускающего поток радиоизлучения со спектральной плотностью 0,3 мЯн, в окрестностях квазара. Объект имеет линейный размер порядка 16300 световых лет и общую массу порядка одного миллиарда солнечных масс, в то время как масса находящейся в нем пыли составляет примерно 10 миллионов солнечных масс.

Этот объект может быть как богатой пылью темной карликовой галактикой, так и сверхдиффузной галактикой, то есть галактикой с очень низкой плотностью распределения звезд, считают авторы статьи. Для выяснения истинной природы этого загадочного тусклого объекта требуются дополнительные исследования, говорят они.

Исследование появилось на сервере предварительных научных публикаций arxiv.org.

Источник

Новое исследование данных, полученных американской космической станцией «Мессенджер», запущенной в 2004 году для изучения Меркурия, позволило ученым узнать больше о природе магнитосферы этой ближайшей к Солнцу планеты. Новые данные приближают специалистов и к раскрытию одной из главных загадок геофизики — пониманию происхождения магнитного поля Земли, сообщает «Лента.ру».

Источник

Выбросы метана могли привести к разогреву древнего Марса

Присутствие воды на древнем Марсе представляет собой парадокс. Существует ряд географических свидетельств того, что по поверхности планеты периодически протекали реки. Однако в тот период, когда, предположительно, эти реки текли по поверхности планеты – то есть в период от трех до четырех миллиардов лет назад – Марс должен был быть слишком холодным, чтобы вода могла оставаться на его поверхности в жидкой форме. Так что же приводило к разогреву планеты?

Исследователи из Школы инженерных и прикладных наук (John A. Paulson School of Engineering and Applied Science, SEAS) Гарвардского университета, США, во главе с Робином Вордсвортом (Robin Wordsworth), ассистент-профессором наук об окружающей среде и инжиниринга школы SEAS, предполагают, что древний Марс мог разогреваться время от времени за счет мощного парникового эффекта смеси атмосферных газов.

Четыре миллиарда лет назад Солнце светило примерно на 30 процентов менее ярко, чем сегодня, и следовательно, значительно меньшее количество тепла получала от нашей звезды марсианская поверхность. Чтобы задержать это скудное тепло на планете потребовался бы значительно больший по величине парниковый эффект, чем тот, который мог быть вызван находящимся в то время в атмосфере планеты диоксидом углерода. Так, даже стократное увеличение давления диоксида углерода, по сравнению с современным его парциальным давлением в атмосфере Марса, при численном моделировании климата планеты не дает возможности повышения температуры на поверхности до температуры таяния льда, пояснил Вордсворт.

Для решения этой проблемы Вордсворт и его команда предложили сценарий, согласно которому мощный парниковый эффект в атмосфере раннего Марса достигается за счет взаимодействия трех основных атмосферных газов: метана, водорода и диоксида углерода. В настоящее время на Марсе характер атмосферы окислительный, однако в древности планета имела восстановительную атмосферу, и выделявшийся в результате протекания геологических процессов метан разлагался с выделением водорода. В исследовании показано, что парниковый эффект, создаваемый смесью метана и водорода, взаимодействующих с диоксидом углерода, мог обусловливать существенно более интенсивный разогрев планеты, чем считалось ранее.

Работа опубликована в журнале Geophysical Research Letters.

Источник

Физики из ЮАР удлинили квантовую связь на бесконечное расстояние

МОСКВА, 23 янв – РИА Новости. Физики продемонстрировали возможность работы технологий коррекции ошибок в режиме реального времени в квантовых системах передачи данных, что открывает дорогу для абсолютной защиты передаваемых данных на неограниченно большие расстояния, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Physics.

"Нам удалось впервые показать, что обычный свет можно использовать для анализа квантовых линий данных, и такие замеры будут полным эквивалентом того, что происходит при квантовой томографии квантовых состояний. Они будут именно эквивалентными, а не просто похожими или имитирующими их. Для их создания мы воспользовались так называемыми векторными лазерными лучами, которые часто называют "классически запутанными" лазерами", —  объясняет Бинвену Ндагано (Bienvenu Ndagano) из университета Витватерсранда в Йоханнесбурге (ЮАР).

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". Однако запутанные состояния очень хрупки, они легко разрушаются при передаче из-за помех, оптических потерь.

Только недавно физики начали задумываться о том, что подобных потерь можно избежать, восстанавливая утерянную запутанность или усиливая сигнал при помощи феномена, который открывший его российский физик Александр Львовский называет "квантовым катализом". Создание приборов, которые используют этот феномен, считается сегодня критически важным для запуска "квантового интернета" и развития квантовых технологий в целом.

Ндагано и его коллеги заявляют, что подобные ухищрения для усиления квантового сигнала, ведущие за собой замедление скорости передачи данных, на самом деле не нужны – для реконструкции сигнала хватает так называемого "классически запутанного" света.

Под этим словом физики понимают особым образом связанные частицы света, лишенные главного свойства своих собратьев, запутанных квантовым образом – единства всех их свойств и состояний, работающего на любых расстояниях между фотонами. Иными словами, при удалении фотонов на большие расстояния друг от друга эта связь теряется, а не сохраняется, как при квантовом запутывании.

Как правило, они представляют собой частицы света в луче лазера, "закрученном" в спираль. В таких лучах, как объясняют ученые, поляризация фотона неразрывно связана с тем,  в какую сторону "повернуто" электромагнитное поле, что порождает отношения между ними, подобные квантовой запутанности. Многие физики крайне отрицательно относятся к этой идее, считая ее искусственной математической конструкцией, не имеющей ничего общего с реальностью.

Экспериментируя с такими лучами, Ндагано и его коллеги показали, что они могут нести в себе ту же информацию, как и их настоящие квантовые собратья, что позволяет использовать подобный "классически запутанный" свет для коррекции ошибок при передаче сигнала через квантовые линии связи, не "подглядывая" при этом за фотонами.

Работу подобной системы коррекции ошибок ученые продемонстрировали на системе из двух связанных друг с другом кубитов и двух векторных лазеров, которыми они "подсвечивали" ячейки памяти квантового компьютера. При ее помощи ученые записали в кубиты и прочитали фотографию с портретом Джеймса Максвелла, автора классической теории электромагнетизма.

Сейчас южноафриканские физики работают над созданием методов кодировки информации в подобных лучах, и алгоритмов коррекции ошибок. Их создание, как надеются ученые, откроет дорогу для создания почти неограниченной по скорости и "бесконечной" по длине квантовой связи.

Источник

Карликовые галактики помогают пролить свет на темную материю

Первые наблюдения собирающихся в скопления карликовых галактик находятся в хорошем соответствии с наиболее популярной современной теорией формирования крупных галактик, подобных нашему Млечному пути, за счет связывания их воедино при помощи темной материи, сообщили исследователи вчера, в понедельник.

Астрономы обнаружили семь групп из 3-5 карликовых галактик каждая, причем во всех этих галактиках приостановлено звездообразование, в отличие от Млечного пути.

«Мы считаем, что эти группы галактик гравитационно связаны, и поэтому в конечном счете объединятся, формируя одну более крупную галактику средней массы», - рассказала главный автор нового исследования Сабрина Штирвальт (Sabrina Stierwalt), астрофизик из Национальной радиоастрономической обсерватории США, штат Вирджиния.

Эти находки проливают свет на несколько крупных научных проблем, касающихся механизмов формирования галактик в ранней Вселенной, сказала она представителям информационного агентства «Франс-Пресс».

Согласно господствующей сегодня теории после Большого взрыва, произошедшего 13,7 миллиарда лет назад, относительно небольшие галактики начали объединяться между собой, формируя более крупные галактики. Однако до сих пор ученым не удавалось наблюдать такие слияния, происходящие в малом масштабе между карликовыми галактиками, объяснила Штирвальт.

Обнаруженные в этом исследовании группы галактики находятся на расстояниях от 200 до 650 миллионов световых лет от нашей Галактики – что относительно немного по космологическим меркам.

Исследователи открыли эти галактики, анализируя данные, собранные при помощи Слоуновского цифрового обзора неба.

Карликовые галактики также представляют собой природные лаборатории для изучения таинственной темной материи, таинственной субстанции, составляющей примерно четверть всей известной Вселенной, сообщается в исследовании.

Работа опубликована в журнале Nature Astronomy.

Источник

Немецкие ученые создали первый искусственный атом в космосе

МОСКВА, 23 янв – РИА Новости. Физики из Аэрокосмического центра Германии (DLR) рассказали об успешном запуске эксперимента MAIUS 1 в космос, в рамках которого ученые впервые в истории планеты получили искусственный атом – конденсат Бозе-Эйнштейна – в условиях невесомости, сообщает пресс-служба DLR.

"Конденсат Бозе-Эйнштейна образуется, если охладить газ до почти абсолютного нуля. Мы рады тому, что нам удалось показать, что MAIUS 1 смог выработать его в космосе. За шесть минут, когда зонд находится  в невесомости, мы смогли провести около 100 экспериментов, посвященных исследованию волновых свойств материи", — заявил Райнер Форке (Reiner Forke), участник проекта из DLR.

Конденсат Бозе-Эйнштейна представляет собой необычную по своим свойствам форму материи, похожую на газ и жидкость, которая ведет себя как один атом и обладает типичными "атомными" свойствами. Это, как рассказывают ученые, позволяет легко манипулировать свойствами подобных искусственных "атомов" и использовать их в качестве кубитов, ячеек квантовых компьютеров, и прототипа сверхпроводниковых структур.

Физиков давно интересовало, как подобные коллективные "атомы" ведут себя в космосе, однако проверка их идей была затруднена тем, что установка, способная охладить атомы щелочных металлов для их превращения в конденсат Бозе-Эйнштейна, занимала несколько зданий. Немецкие инженеры решили эту проблему, создав миниатюрную ловушку-чип для атомов MAIUS 1 и отправив ее в космос на борту геодезической ракеты с космодрома Эсрейндж в Швеции.

В этом чипе присутствует два типа охлаждающих устройств – лазеры, подавляющие вибрации атомов и заставляющие их охлаждаться, и магнитная ловушка, отбрасывающая самые "горячие" атомы и оставляющая внутри себя только самые холодные и неподвижные частицы. Результаты опытов, проведенных в невесомости, помогут физикам и инженерам миниатюризировать другие квантовые приборы и научиться интегрировать их в спутники.

В рамках двух последующих миссий MAIUS, запуск которых намечен на 2018 и 2019 года, немецкие ученые планируют не только продолжить изучение свойств конденсата Бозе-Эйнштейна, но и попытаются проверить теорию относительности Эйнштейна, в частности, так называемый принцип эквивалентности, сравнивая скорости падения двух искусственных атомов, собранных из атомов рубидия и калия.

Помимо DLR, схожий проект планирует осуществить в этом году НАСА – в июне на МКС будет отправлен инструмент CAL, в котором так же будет формироваться конденсат Бозе-Эйнштейна.

Источник

Открыта одна из самых ярких известных науке далеких галактик Вселенной

Международная команда исследователей, возглавляемая учеными из Канарского института астрофизики (Instituto de Astrofísica de Canarias, IAC) Университета Ла-Лагуны (University of La Laguna, ULL), оба научных учреждения Испания, открыла одну из самых ярких «неактивных» галактик ранней Вселенной. Обнаружение галактики BG1429+1202 стало возможным, благодаря «помощи» со стороны массивной эллиптической галактики, лежащей вдоль линии наблюдения этого космического объекта, которая в этом случае действовала подобно линзе, увеличивая яркость далекого объекта и искажая его наблюдаемую форму. Эти результаты являются частью проекта BELLS GALLERY, основанного на анализе более 1,5 миллиона спектров галактик, полученных при помощи Слоуновского цифрового обзора неба (Sloan Digital Sky Survey, SDSS).

«Это один из немногих известных примеров галактик с высокой наблюдаемой яркостью, а также с высокой собственной светимостью, - сказал Руи Маркес Чавес (Rui Marques Chaves), докторант IAC-ULL и главный автор нового исследования. – Эти наблюдения позволили нам определить ключевые свойства наблюдаемой системы за очень короткое время».

Для наблюдений этой системы ученые использовали два телескопа, находящихся в Обсерватории Роке-де-лос-Мучачос: Gran Telescopio CANARIAS (GTC) и William Herschel Telescope (WHT). Эта система сформирована массивной эллиптической галактикой, лежащей на расстоянии 5400 миллионов световых лет, и расположенной позади неё галактикой BG1429+1202, испускающей Лайман-альфа излучение и находящейся на расстоянии примерно 11400 миллионов световых лет от нас. Линзирующая галактика дает четыре отчетливых изображения этой далекой галактики (левая часть врезки на фото), при этом регистрируемый световой поток возрастает в 9 раз, по сравнению с гипотетическим сценарием отсутствия этой природной гравитационной линзы (правая часть врезки).

Исследование появилось в журнале Astrophysical Journal.

Источник

Физики выяснили, как можно расплавить лед при температуре ниже нуля

МОСКВА, 23 янв – РИА Новости. Американские физики выяснили, что многие сплавы и другие твердые вещества, в том числе и лед, можно превратить в жидкость при температурах заметно ниже их точки плавления, особым образом варьируя давление, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

"Так как преобразующие фазовые переходы являются фундаментальным процессом в природе, наше исследование дало нам новую информацию о том, как разные материалы меняют свои свойства. Возможно, что и другие вещества могут трансформироваться аналогичным образом", — заявил Гоинь Шэнь из Института науки Карнеги в Вашингтоне (США).

Гадкий химический утенок

Помимо классической тройки "газ — жидкость — твердое вещество" и примкнувшей к ним плазмы, существует и несколько экзотических вариаций агрегатных состояний, в которых некоторые соединения или элементы могут находиться неограниченно долгое время. К примеру, при определенных обстоятельствах вода остается жидкой при температурах ниже нуля. Аналогичным образом ведут себя углекислота и ряд других соединений, а также сплавов.

Это состояние, так называемая "сверхохлажденная жидкость", играет большую роль в формировании облаков в атмосфере Земли, а также широко используется в промышленности и пищевой индустрии. Физики и химики сегодня активно изучают свойства таких соединений и изобретают новые способы их получения.

Шэнь и его коллеги, в том числе россиянин Станислав Синогейкин, открыли принципиально новый способ получения сверхохлажденных жидкостей, используя метод "от противного". Как объясняют ученые, обычно физики и инженеры получают такие жидкости, охлаждая их особым образом и в особых условиях до температур ниже точки превращения в твердую материю.

Ученые из Института науки Карнеги пошли обратным путем: они пытались заставить твердый материал расплавиться до того, как его температура достигнет точки плавления.

Подобный подход интересен не только с научной точки зрения, но и для решения целого ряда практических задач, в том числе транспортировки и "растворения" материалов, которые обычно являются твердой материей, а не жидкостью. К примеру, многие геологи считают, что материя ядра Земли и окружающей его мантии может быть такой метастабильной "супержидкостью", свойства которой следует учитывать при изучении недр планеты.

Выжать воду из камня

Руководствуясь подобной аналогией, команда Шэня экспериментировала с кристаллами висмута – редкоземельного металла, использующегося в обрабатывающей промышленности и в качестве базы для ряда катализаторов и научных приборов. Одним из самых интересных свойств висмута является то, что его плотность в виде твердого металла заметно ниже, чем плотность расплава. Это делает его очень похожим на воду, которая тоже обладает подобными аномальными свойствами.

Пытаясь воспроизвести условия в центре Земли, Шэнь и его коллеги сжимали висмут в алмазных тисках до давления, превышающего атмосферное в 30 тысяч раз, а затем плавно опускали его до уровня в 12 тысяч атмосфер, наблюдая, что происходит с кристаллами металла. При этом висмут был нагрет всего до 215 градусов Цельсия, что почти на 60 градусов меньше температуры его плавления в нормальных условиях.

Как показали эти опыты, подобная процедура приводит к превращению висмута в сверхохлажденную жидкость в момент, когда давление падает до точки в 24 тысячи атмосфер (2,3 гигапаскаля). В таком состоянии, по словам ученых, висмут может находиться на протяжении многих часов или даже дней, пока его не нагреют или не охладят. Это позволяет ученым говорить о том, что материя в недрах Земли действительно может быть подобной жидкостью.

Схожим образом, как считают ученые, можно расплавить и другие материалы, способные превращаться в сверхохлажденные жидкости. Их создание и изучение поможет лучше понять, какие процессы управляют их рождением и как их можно использовать в повседневной жизни, науке и промышленности.

Источник