Новости науки

В ЦЕРНе получили светящуюся антиматерию

Физики из ЦЕРНа впервые наблюдали светящуюся антиматерию — переход атома антиводорода из основного энергетического состояния в возбужденное, сопровождающийся поглощением фотона. Посвященное этому исследование опубликовано в журнале Nature.

Эксперимент ученых был организован следующим образом. В цилиндрическую вакуумную камеру высотой 280 нанометров и диаметром 44 миллиметра, защищенную от внешних магнитных полей, помещались атомы антиводорода — связанное состояние антипротона и антиэлектрона (позитрона).

При помощи лазерного излучения антиатомы переводились из основного состояния в возбужденное. Это позволило ученым впервые измерить частоту квантового перехода 1S–2S. Полученные данные, по их словам, находятся в хорошем соответствии с результатами спектроскопии атома водорода.

Эксперименты физиков проходили на антипротонном замедлителе, установленном в ЦЕРНе — Европейской организации по ядерным исследованиям. В ней же, на границе Франции и Швейцарии, расположен Большой адронный коллайдер — крупнейшая в мире ускорительная установка. В 2012 году специалисты организации сообщили об открытии частицы со свойствами бозона Хиггса.

Источник

Невероятная материя

На исследовательском ядерном реакторе Томского политехнического университета ученые получили источник антиматерии. Подобного результата удалось добиться в результате бомбардировки нейтронами изотопа обычной меди ⁶³Cu — в итоге исследователи получили нестабильный изотоп ⁶⁴Cu. С помощью этого изотопа будут проводиться испытания новых материалов для водородной энергетики.

Вся материя мира состоит из электронов, протонов, нейтронов и более мелких частиц, которые принято называть элементарными. Согласно Стандартной модели, которая описывает всю физику за исключением новой, принято считать, что у каждой из этих частиц имеется античастица, например, антиатом или антимолекула. Более того, существуют гипотезы, которые гласят что во Вселенной должны существовать невидимые человеческому глазу «антимиры», целиком и полностью составленные из антиматерии.

Между частицей и античастицей существует целый ряд принципиальных различий, включая противоположный имеющемуся электрический заряд. При встрече этих частиц происходит их аннигиляция, позволяющая веществу превратиться в энергию в виде фотонов — частиц света. Существует и обратный процесс — превращение энергии в вещество.

При этом встретить античастицы в нашем мире крайне непросто. Дело в том, что вероятность встретить свою противоположность и аннигилировать слишком высока. Впрочем, производство античастиц на конвейер уже поставили ученые. Самый простой способ получить их — спровоцировать позитронный распад изотопов некоторых химических элементов.

Именно по этому пути и пошли исследователи из Томского политехнического, решившие получить источник антиматерии из обычной меди. Для этого им пришлось воспользоваться мощностями расположенного на территории ТПУ исследовательского ядерного реактора: ученые бомбардировали нейтронами изотоп ⁶³Cu. В результате они получили нестабильный изотоп ⁶⁴Cu.

Результатом любого подобного опыта становится испускание изотопом позитронов — античастиц электронов, которые при встрече с электронами уничтожают друг друга, оставляя после себя лишь фотоны.

Принимавший участие в эксперименте апирант кафедры общей физики Физико-технического института ТПУ Юрий Бордулев рассказал, что современная наука пока не до конца изучила все возможности использования антиматерии. При этом ее источники уже активно используются в различных областях диагностики.

«В медицине, например, существует метод позитронной эмиссионной томографии для поиска раковых опухолей, а в материаловедении позитрон является мощным чувствительным инструментом для исследования дефектов различных материалов», — резюмировал Бордулев.

Впрочем, в ТПУ знали о том, как использовать антиматерию, еще до начала эксперимента по получению ее источника. Исследователи с кафедры общей физики намерены использовать антиматерию для изучения материалов-накопителей для водородной энергетики. В ходе этого они применят метод спектроскопии электрон-позитронной аннигиляции (ЭПА-спектроскопии).

Водородная энергетика была выбрана исследователями не случайно в силу того, что она является одной из наиболее динамично развивающихся альтернатив традиционным источникам энергии. Но для ее использования и внедрения имеется одно серьезное препятствие: отсутствие надежных «топливных баков» для водорода. Дело в том, что в обычных баллонах водород хранить крайне опасно, поэтому исследователи предлагают закачивать водород прямо в металлы или другие материалы.

По словам Юрия Бордулева, при испытании таких накопителей водорода (в частности, сплавов титана, железа, ванадия и других) происходит ухудшение их поглощающей способности.

«Когда материал многократно насыщают водородом, в нем образуются так называемые «водород-индуцированные дефекты». Таким образом, емкость этих материалов-накопителей существенно снижается», — добавил Бордулев.

При этом применяемый и разработанный в ТПУ метод ЭПА-спектроскопии не только не имеет аналогов, но и эффективным образом помогает определять количество и типы таких дефектов. На данный момент в качествеисточников позитронов для ЭПА-спектроскопии применяются радиоактивные изотопы на основе солей натрия или титана. Однако их нельзя использовать в среде водорода, а также в условиях повышенных температур.

Заведующий кафедрой общей физики ТПУ Андрей Лидер уверен, что с получением нового источника антиматерии тренд изменится.

«Изотоп ⁶⁴Cu позволит выявлять дефекты непосредственно в процессе сорбции водорода, устойчив к высоким температурам. Мы планируем объединить в одной экспериментальной установке газовый реактор наводороживания и электрон-позитронный спектрометр. Таким образом, уникальные данные по дефектообразованию в процессе наводороживания с использованием этого изотопа будут получены нами впервые в мире», — резюмировал Лидер.

Статья подготовлена при подержке пресс-службы Томского политехнического университета.

Источник

Данные со спутника GRAIL указывают на наличие на Луне лавовых трубок

Команда исследователей из Университета Пердью, США, обнаружила, анализируя данные, полученные с лунного орбитального аппарата, свидетельства того, что на поверхности Луны могут находиться крупные лавовые трубки, в которых, возможно, смогут укрываться будущие лунные колонисты. В своей новой работе команда приводит анализ данных, полученных от сдвоенного космического аппарата НАСА Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL) и описывает факты, указывающие на наличие под поверхностью Луны лавовых трубок.

Предыдущие исследования, проведенные на Земле, показали, что лава, протекающая по поверхности способна формировать твердую оболочку, внутри которой продолжается течение потока лавы, и по мере иссякания внутреннего потока внутри этой оболочки формируется полый канал, или лавовая трубка. Примеры подобных явлений были обнаружены в Исландии и на Гавайях.

В новом исследовании команда ученых во главе с Дэвидом М. Блэром (David M. Blair) сообщает об обнаруженных ими неравномерностях в гравитационном поле близ поверхности Луны, составление подробной карты которого является основной целью миссии GRAIL, указывающих на дефицит материала в приповерхностном слое материи. Этот дефицит может быть связан с расположением под поверхностью Луны лавовых трубок, кроме того наличие такого рода объектов подтверждается снимками местных обрушений стенок отдельных лавовых трубок, считают исследователи. По этим новым данным, полученным при помощи миссии GRAIL, авторы работы составили компьютерную модель, расчет которой продемонстрировал, что под поверхностью Луны, вероятно, находятся более широкие и прочные лавовые трубки, чем на Земле.

Исследование вышло в журнале Icarus.

Источник

Снимок: «Хаббл» всматривается в удивительно красивую галактику

В 1900 г. астроном Джозеф Лант сделал открытие: всматриваясь через телескоп, установленный в обсерватории Кейптауна, британско-южноафриканский ученый заметил этот удивительно красивый вид в южном созвездии Журавль: спиральную галактику с перемычкой, ныне получившую название IC 5201.

Спустя более чем столетие эта галактика все еще продолжает вызывать интерес у астрономов. Для того чтобы сделать этот завораживающий и таинственный снимок галактики IC 5201, была использована камера Advanced Camera for Surveys (ACS) космического телескопа НАСА «Хаббл». Камера ACS «Хаббла» способна различать индивидуальные звезды, входящие в состав иных галактик, что делает её бесценным инструментом для исследований формирования, эволюции и гибели различных популяций звезд в космосе.

Галактика IC 5201 расположена на расстоянии свыше 40 миллионов световых лет от нас. Так же, как и две трети от числа всех спиральных галактик – включая нашу галактику Млечный путь – эта галактика имеет перемычку из звезд, проходящую через её центр.

Источник

Специалисты ЦЕРН впервые измерили оптический спектр антиматерии

ЖЕНЕВА, 19 дек — РИА Новости, Елизавета Исакова. Специалисты Европейской организации по ядерным исследованиям впервые в истории смогли измерить оптический спектр атома антиматерии, сообщает пресс-служба ЦЕРН.

Согласно данным, опубликованным в журнале Nature, проект ALPHA Европейской организации измерил оптический спектр атома антиводорода, впервые сравнив световой спектр материи и антиматерии. Это достижение является результатом технологических разработок, которые открывают совершенно новую эру в высокоточном исследовании антиматерии.

"Использование лазера для наблюдения за переходом в антиводород и сравнение его с водородом, чтобы увидеть, подчиняются ли они тем же законам физики, всегда было одной из основных целей исследования антиматерии… Движение и захват антипротонов или позитронов легко осуществим, потому что они являются заряженными частицами. Но когда вы их соединяете, то вы получаете два нейтральных антиводорода, которые намного труднее поймать, поэтому мы разработали специальную магнитную ловушку, которая работает на том факте, что антиводород слегка намагничен", — рассказал Джеффри Ангст, официальный представитель коллаборации ALPHA.

В пределах экспериментальных погрешностей результат измерения спектральной линии антиводорода не показывает никакой разницы по сравнению с эквивалентной спектральной линией водорода. Это согласуется со стандартной моделью физики элементарных частиц, которая предсказала, что водород и антиводород должны иметь одинаковые спектроскопические характеристики.

ALPHA представляет собой уникальный эксперимент на объекте Замедлителя антивещества в ЦЕРН, который способен производить атомы антиводорода и удерживать их в специально спроектированной магнитной ловушке. Атомы, попавшие в такую ловушку, могут быть исследованы с помощью лазеров или других источников излучения.

Коллаборация ALPHA планирует улучшить результаты эксперимента и в будущем провести более точные измерения. Это позволит определить, насколько различно ведут себя материя и антиматерия, чтобы подтвердить предположения в рамках стандартной модели физики элементарных частиц.

Источник

Астрономы наблюдают таинственные затемнения близлежащей молодой звезды

Астрономы обнаружили кратковременные, напоминающие транзиты события снижения яркости молодой звезды под названием RIK-210, расположенной на расстоянии примерно 472 световых года от нас в OB-ассоциации звезд Верхней Скорпиона. Результаты этих наблюдений удивили ученых, поскольку эти спады яркости звезды не могли быть вызваны затмевающей эту звезду звездой-компаньоном или коричневым карликом.

Возраст звезды RIK-210 составляет от 5 до 10 миллионов лет; она имеет массу порядка половины массы Солнца и радиус примерно в 1,24 солнечного радиуса. Наблюдения этой звезды проводились недавно при помощи расширенной миссии космического телескопа НАСА «Кеплер», известной как К2. Команда исследователей во главе с Тревором Давидом (Trevor David) из Калифорнийского технологического института, в новой работе проанализировала данные, полученные в рамках миссии К2.

Команда обнаружила таинственные снижения яркости звезды, происходящие с периодом примерно 5,67 суток, что совпадает с периодом вращения звезды. При этом ученые отмечают, что эти спады довольно глубокие (подчас более 15 процентов) и короткие по продолжительности, если относить их к периоду вращения звезды. Более того, морфология этих спадов яркости менялась в течение всей наблюдательной кампании, в то время как картина распределения солнечных пятен по поверхности звезды сохранялась примерно постоянной на протяжении этого отрезка времени.

В попытке объяснить эти результаты наблюдений исследователи сначала исключили гипотезу о прохождении перед звездой звезды-компаньона или коричневого карлика, поскольку эта версия не соответствовала результатам измерений радиальной скорости звезды, а также архивным и полученным в результате дополнительных наблюдений фотометрическим данным. Согласно мнению членов научной группы Тревора наиболее правдоподобной версией, объясняющей эти наблюдения, представляется затмение звезды магнитосферным облаком плазмы, скорость изменения пропускающей способности которого по отношению к свету звезды намного выше, чем скорость вращения звезды вокруг своей оси.

Исследование появилось на сервере предварительных научных публикаций arxiv.org.

Источник

Новая гравитационная теория Э. Верлинде проходит первую проверку наблюдениями

Команда ученых под руководством Марго Брауэр (Margot Brouwer) из Лейденской обсерватории, Нидерланды, впервые протестировала новую теорию, предложенную физиком-теоретиком Эриком Верлинде (Margot Brouwer) из Амстердамского университета, используя для этого линзирующий эффект, характерный для гравитации. Брауэр и её команда измерили распределение гравитационных сил вокруг более чем 33000 галактик, чтобы проверить предсказания Верлинде. В результате ученый пришла к выводу, что теория Верлинде хорошо согласуется с полученными её группой результатами.

Гравитация галактик искажает пространство, поэтому свет, идущий от находящихся далеко позади них объектов, претерпевает искажение, подобно тому как это происходит в линзе. Этот эффект может быть использован для измерения распределения гравитации вокруг галактики-линзы. Однако данные, полученные астрономами до настоящего времени, указывают на то, что на расстояниях от галактики-линзы, составляющих порядка одной сотни радиусов галактики, величина силы гравитации оказывается намного выше, чем в соответствии с теорией гравитации Эйнштейна. Для объяснения этого несоответствия современная теория предлагает введение дополнительной сущности – так называемой темной материи, частицы которой не участвуют ни в одном из известных видов взаимодействия, кроме гравитационного.

Согласно заявлению Верлинде его новая теория позволяет объяснить эту «дополнительную» гравитацию, исходя лишь из измерений массы видимой материи, без привлечения представлений о таинственной ненаблюдаемой субстанции.

Брауэр провела расчеты распределения гравитации для 33613 галактик на основе теории Верлинде, основываясь только на массах находящейся в них видимой материи. Она сравнила полученные прогнозы с распределением гравитации, измеренным при помощи наблюдений эффекта гравитационного линзирования, и установила, что прогнозы Верлинде хорошо согласуются с результатами наблюдений. Однако гипотеза темной материи также способна объяснить эти результаты, отмечает Брауэр.

В настоящее время теория Верлинде находится в зачаточном состоянии и не может объяснить многие результаты наблюдений, хорошо описываемые с привлечением представлений о темной материи, однако результат этого первого теста выглядит воодушевляющим, подводит итог Брауэр.

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

Источник

Где находится лед на Церере?

На первый взгляд Церера, крупнейшее небесное тело Главного астероидного пояса, отнюдь не выглядит ледяной. Снимки, полученные при помощи космического аппарата НАСА Dawn, выявляют темную, покрытую кратерами поверхность, самая яркая область которой состоит из солей с высокой отражательной способностью – но не изо льда! Однако в новом исследовании, опубликованном членами научной команды зонда Dawn, показано, что у поверхности карликовой планеты действительно находится водяной лед.

В этом исследовании ученые во главе с Томасом Преттиманом (Thomas Prettyman) проанализировали при помощи инструмента Gamma ray and neutron detector (GRaND) зонда Dawn концентрации водорода в приповерхностном слое (глубиной один метр) грунта Цереры. Результаты этих измерений показывают, что под поверхностью Цереры может находиться слой горных пород, перемешанных с водяным льдом. Содержание водяного льда согласно результатам исследования может достигать 10 процентов по массе.

На основе этих данных, а также других данных, собранных при проведении этого исследования, Преттиман и его коллеги выдвинули гипотезу о том, что происхождение водяного льда на Церере связано с гравитационной дифференциацией слоев вещества карликовой планеты, произошедшей в результате разогрева и расплавления горных пород в её недрах. Источником энергии для превращения горных пород в расплав с достаточно низкой для разделения слоев вязкостью исследователи называют радиоактивный распад, происходящий в глубинах Цереры.

Исследование опубликовано в журнале Science.

Источник

Ученые нашли галактики, нарушающие законы стандартной модели физики

МОСКВА, 16 дек – РИА Новости. Небольшие спиральные галактики, найденные в последние годы, нарушают постулаты Стандартной модели физики, так как темная материя в них должна не только притягивать видимую материю, но и удерживать ее на месте иными способами, говорится в статье, опубликованной в журнале MNRAS.

"Эти мини-спиральные галактики могут быть порталом, который ведет нас в мир новой физики, выходящей за пределы стандартной модели и ее объяснений темной материи и темной энергии. Мы изучили 36 таких галактик, что достаточно для выведения статистических выводов, и обнаружили связь между структурой обычной материи, слагающей звезды и газ, и аналогичным свойством ее темной "сестры", — заявил Паоло Салуччи (Paolo Salucci) из института SISSA в Триесте (Италия).

Достаточно долгое время ученые считали, что Вселенная состоит из той материи, которую мы видим, и которая составляет основу всех звезд, черных дыр, туманностей, скоплений пыли и планет. Но первые наблюдения за скоростью движения звезд в близлежащих к нам галактиках показали, что светила на их окраинах движутся невозможно высокой скоростью, примерно в 10 раз выше, чем показывали расчеты.

Причиной этого, как сегодня считают ученые, была так называемая темная материя – загадочная субстанция, на чью долю приходится примерно 75% от массы материи во Вселенной. Как правило, в каждой галактике примерно в 8-10 раз больше темной материи, чем ее видимой "кузины", и эта темная материя удерживает звезды на месте и не дает им "разбежаться".

Сегодня, как рассказывает Салуччи, почти все ученые уверены в существовании темной материи, однако ее свойства, помимо ее очевидного гравитационного влияния на галактики и скопления галактик, остаются загадкой и предметом споров среди астрофизиков и космологов. Большинство ученых предполагает, что частицы темной материи, так называемые "вимпы", вряд ли взаимодействует с видимой материей как-то иначе, кроме как посредством гравитации.

Салуччи и его коллеги нашли первые свидетельства того, что это не так, наблюдая за недавно открытыми карликовыми галактиками в ближайших окрестностях Млечного Пути. Эти галактики похожи по своей форме и свойствам на Млечный путь, однако они в десятки и даже сотни раз меньше, чем наша Галактика.

Наблюдения за движением звезд внутри и на окраинах трех десятков таких "мини-галактик" раскрыли непонятный феномен – оказалось, что форма сгустков темной материи в таких звездных мегаполисах совпадала с тем, как выглядели сами галактики.

"К примеру, если видимая материя в галактике определенной массе будет сосредоточена в одном месте, то тогда темная материя будет делать то же самое. Аналогичным образом, если галактика будет сильно "растянута" и звезды в ней будут располагаться на большом расстоянии друг от друга, темная материя будет принимать схожую форму. Это очень сильный эффект, который нельзя объяснить при помощи Стандартной модели физики", — объясняет Салуччи.

Как отмечает ученый, схожие эффекты существуют и в более крупных галактиках, однако подобное распределение темной материи в них объяснялось раньше астрофизическими процессами, которые можно описать в рамках существующих сегодня представлений об устройстве Вселенной. Дальнейшие наблюдения за небольшими галактиками, как надеется Салуччи, помогут нам понять, как именно нарушается Стандартная модель и какими свойствами обладает темная материя.

Источник

Астрономы изучают «темное прошлое» звезды, поглощающей планеты

Международная команда астрономов, включающая исследователей из Чикагского университета, США, сделала редкое открытие планетной системы, родительская звезда которой похожа на Солнце. Особенно интригующим оказался необычный состав звезды, который указывает на то, что она поглощает некоторые из своих планет.

Исследователи во главе с Хорхе Менделесом (Jorge Melendez) изучали звезду HIP68468, которая находится на расстоянии 300 световых лет от нас. При помощи 3,6-метрового телескопа, установленного в обсерватории Ла-Силья, Чили, эти ученые открыли свою первую экзопланету в 2015 г. Более новое открытие, совершенное командой, еще ждет подтверждения, однако речь в нем идет о двух планетах-кандидатах – супернептуне и суперземле. Орбиты этих планет лежат удивительно близко к родительской звезде, при этом одна из планет на 50 процентов массивнее Нептуна и находится от родительской звезды на таком же расстоянии как Венера от Солнца. Другая из этих планет, ставшая первой суперземлей, обнаруженной на орбите вокруг звезды, подобной Солнцу, имеет массу порядка трех масс Земли и находится настолько близко к звезде, что совершает один оборот по орбите вокруг нее всего лишь за трое суток.

«Эти две планеты, скорее всего, мигрировали внутрь из внешней части планетной системы, в то время как внутренние планеты системы были вытолкнуты из неё или поглощены звездой», пишут авторы в своей работе.

Химический состав звезды HIP68468 указывает на поглощение ею планет, поскольку в её составе присутствует избыточное количество лития, который интенсивно разлагается в недрах звезд, однако относительно устойчив в более холодных недрах планет. Очевидно, что этот литий попал в звезду относительно недавно, вероятно, через поглощение одной или нескольких планет в системе этой звезды, делают вывод ученые.

Исследование вышло в журнале Astronomy & Astrophysics.

Источник

Неожиданное взаимодействие между темной и нормальной материей

Статистический анализ спиральных мини-галактик открыл неожиданное взаимодействие между темной и нормальной материей. Согласно новому исследованию, в котором указывается на статистическую значимость данного отношения и невозможность объяснения его в рамках Стандартной модели, такие космические объекты могут служить «порталами» в новую физику, способную объяснить такие явления как темная материя и темная энергия.

Они напоминают нашу спиральную галактику, однако примерно в десять тысяч раз меньше её по размерам: спиральные мини-галактики, изученные научной командой под руководством Паоло Салуччи (Paolo Salucci), профессора Международной школы перспективных исследований (International School for Advanced Studies, SISSA), Италия, могут «открыть окно в новую физику, простирающуюся далеко за границы Стандартной модели и способную объяснить темную материю и темную энергию», как сказал Салуччи.

Согласно этому исследованию новому исследованию для наблюдаемых спиральных мини-галактик наблюдается зависимость между структурой обычной материи и темной материи. «Если для данной массы нормальная материя в галактике плотно упакована, то же самое можно сказать и о находящейся в ней темной материи. Если нормальная материя распределена по галактике равномерно, то за ней следует и темная материя», объясняет Салуччи.

Согласно авторам работы этот эффект не может быть объяснен в рамках Стандартной модели физики элементарных частиц, а достоверность его наличия подтверждается большим числом проявлений: в исследовании было изучено 36 галактик – число, вполне достаточное для статистического исследования.

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

Источник

Система вентиляции в автомобиле

Ученые из Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН представили физико-математическую модель, иллюстрирующую изменения направления воздушного потока. Их исследование проходило в рамках проекта, поддержанного Российским научным фондом (РНФ), а его результаты былипредставлены в журнале Applied Thermal Engineering.

Во время предыдущих исследований ученые составили физико-математическую модель теплообмена в устройстве, которое вентилирует помещения. Оно представляет собой воздухо-воздушный теплообменник с периодическим изменением направления воздушного потока.

«В данной работе представлена физико-математическая модель расчета воздухо-воздушного теплообменника с периодическим изменением направления воздушного потока. Модель учитывает процессы испарения и конденсации влаги на стенках каналов теплообменной матрицы регулярной структуры (основы теплообменника), а также возможность образования водяного тумана непосредственно в воздушных потоках», – объясняет главный автор статьи, заведующий лабораторией проблем энергосбережения Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, доктор технических наук Михаил Низовцев.

Экспериментально и теоретически было определено, что эффективность работы теплообменника линейно увеличивается с уменьшением расхода воздушного потока. Ученые показали, что изменением соотношения расходов воздуха противоположного направления через теплообменник можно регулировать температуру воздуха, поступающего в помещение. Продемонстрирована возможность применения модели для оптимизации режимных и конструктивных параметров теплообменника.

Ученые также исследовали регенеративный теплообменник. Это техническое устройство, в котором горячий и холодный теплоносители контактируют с одной и той же поверхностью поочередно. Так, после контакта с горячим теплоносителем в стенке накапливается теплота, которая отдается при контакте с холодным.

Исследователи определили влияние уровня влажности на тепло- и влагообменные процессы в регенеративном теплообменнике, а также зависимость его температурной и влажностной эффективности от относительной влажности внутреннего воздуха. Так же ученые графически определили связь между температурой наружного воздуха и относительной влажностью внутреннего воздуха, при которых начинается формирование льда в каналах теплообменной матрицы.

Созданная модель может быть использована для анализа влияния режимных параметров, геометрических размеров каналов и свойств используемых материалов на эффективность работы теплообменника.

«Результаты данных исследований будут применяться для совершенствования конструкции и режима работы воздухо-воздушных теплообменников для энергосберегающей вентиляции жилых и офисных помещений», — комментирует Михаил Низовцев.

Источник

Физики выяснили, почему солнечные вспышки не сжигают атмосферу Земли

МОСКВА, 14 дек – РИА Новости. Атмосфера Земли не превращается в кипящий океан огня во время появления мощных вспышек на Солнце благодаря особому механизму, который заставляет ее верхние слои сбрасывать огромные количества тепла в открытый космос, говорится в статье, опубликованной в журнале Space Weather.

"Мы обнаружили, что быстрые потоки плазмы, выброшенные Солнцем и порождающие ударные волны в атмосфере Земли, заставляют ее нагреваться и расширяться. С другой стороны, этот же самый процесс порождает молекулы оксида азота, которые заставляют атмосферу сбросить энергию и охладиться", — рассказывает Делорес Книпп (Delores Knipp) из университета Колорадо в Боулдере (США).

Земля, в отличие от Венеры и ряда других планет Солнечной системы, обладает своим собственным магнитным полем, который вырабатывается в результате движения жидких потоков металла в ее ядре. Это магнитное поле играет роль своеобразного "щита", который отражает космические лучи, заряженные частицы высоких энергий, и защищает Землю от солнечного ветра и выбросов корональной массы на Солнце.

Открытие этого магнитного "щита" и бомбардирующих его вспышек на Солнце поставило перед учеными новую загадку – почему столкновения корональных выбросов массы, гигантских сгустков горячей солнечной плазмы, не разогревают атмосферу Земли и не сжигают все, что есть на ее поверхности.

Как рассказывает Книпп, она нашла ответ на этот вопрос, изучая малоизвестные заметки об одном из самых сильных выбросов корональной массы на Солнце. Оно произошло в 1967 году, еще до отправки первых солнечных обсерваторий в космос, данные с которых сегодня используются для раскрытия тайн взаимодействия Земли и светила.

Изучая графики солнечной активности в 1967 году и то, как на нее реагировала атмосфера, Книпп обнаружила, что столкновение солнечной плазмы с магнитным "щитом" Земли приводит не только к разогреву атмосферы, но и к рождению других процессов, которые могут охлаждать Землю.

Их существование она проверила, изучив данные, которые собирали два относительно малоизвестных зонда НАСА – SNOE и TIMED, изучавшие концентрацию одного из токсичных газов – окиси азота (NO) в верхних слоях атмосферы Земли в 90 годы и сегодня. Этот газ, как предположила Книпп, мог играть ключевую роль в охлаждении Земли после удара солнечного выброса, поглощая энергию коронального выброса и "катапультируя" ее назад в космос в виде тепла и других форм электромагнитного излучения.

Как показало сравнение всплесков в концентрации NO в атмосфере и времени вспышек, это, скорее всего, действительно так – каждый эпизод солнечной активности сопровождался резким повышением в концентрации оксида азота в ионосфере, что приводило, через относительно небольшое время, к резкому уменьшению температуры воздуха с 400 градусов Цельсия до отрицательных значений.

Это защищает атмосферу Земли от перегрева и позволяет жизни существовать на ней даже после мощнейших вспышек на Солнца, подобных событию Каррингтона 1859 года и выбросу корональной массы в марте 1989 года, когда их эффекты вывели из строя телеграфные сети в США и всю электросеть в Канаде. Дальнейшее изучение этого механизма самоохлаждения, как надеются ученые, поможет понять, какую угрозу жизни несут супер-вспышки на Солнце и как мы можем от них защититься.

Источник

Российские физики сделают ядерное топливо более долговечным

МОСКВА, 14 дек – РИА Новости. Физики из Московского физтеха и Объединенного института высоких температур РАН выяснили, как ведет себя ядерное топливо при появлении дефектов в его кристаллической решетке, что позволит увеличить сроки жизни "урановых таблеток", говорится в статье, опубликованной в International Journal of Plasticity.

"Мы сделали важный шаг на пути к описанию таких сложных процессов, как распухание и повышение хрупкости ядерного топлива во время его эксплуатации, полностью основываясь на компьютерном моделировании", — заявил Сергей Стариков, сотрудник МФТИ и ОИВТ, чьи слова приводит пресс-служба физтеха.

Ядерное топливо, как и все другие источники энергии, меняет свои свойства и химический состав при его использовании. По мере выгорания соотношение числа атомов урана и кислорода в нем заметно меняется, и эти изменения, вкупе с взаимодействием радиации с оболочками  "таблеток" диоксида урана, приводят к заметным изменениям в форме этих топливных элементов и выделению химически агрессивных молекул.

Многие из этих изменений происходят по той причине, что кристаллы диоксида урана, "спрессованные" в эти таблетки, меняют свою форму при распаде урана внутри них или в соседних группах атомов. Понимание того, как появляются эти деформации и как они влияют на "разбухание" ядерного топлива, крайне важно для обеспечения безопасности работы реактора, так как изменения в геометрии кристаллов влияют не только на форму таблеток, но и на то, как протекают реакции ядерного деления внутри него.

Российские физики раскрыли некоторые детали этого процесса, которые помогут сделать топливо более долговечным и безопасным, создав компьютерную модель кристаллов диоксида урана, меняющих свою форму под действием распадов атомов, флуктуаций температуры и прочих внешних сил.

Эти расчеты показали, что структура кристаллов диоксида урана может меняться при очень высоких температурах – 700 градусов Цельсия и больше – двумя разными путями. Учет этих процессов при проектировании ядерных реакторов и топливных элементов для них, и их дальнейшее изучение при помощи модели Старикова и его коллег, как надеются авторы статьи, поможет сделать ядерную энергетику еще более безопасной.

Источник

Жизнь на Проксиме b возможна, если планета имеет толстую атмосферу

Димитра Атри (Dimitra Atri), астробиолог из Института космических наук «Blue Marble», Чили, представила новую работу, описывающую компьютерное моделирование условий на поверхности планеты Проксима b, обращающейся вокруг звезды Проксимы Центавра, на поверхности которой может существовать жизнь.

В августе прошлого года команда ученых идентифицировала планету, движущуюся по орбите вокруг звезды Проксимы Центавра – красного гиганта, расположенного на расстоянии всего лишь 4,2 светового года от нас. Обнаружение планеты в обитаемой зоне этой самой близкой к Солнцу звезды, известной ученым, взбудоражило астрономическое сообщество, поскольку подразумевало возможное наличие на поверхности этой планеты внеземной жизни. Начиная с того времени, сообщает Атри, она разработала модель, которая позволяет измерить влияние звездных вспышек на эту планету и определить, сможет ли в условиях воздействия этих вспышек на планете зародиться жизнь.

Чтобы определить, будет ли Проксима b пригодна для жизни, Атри пришлось принять во внимание три основных фактора – тип и размер звездных вспышек, различные толщины атмосферы планеты и мощность её магнитного поля. Она сообщает, что в том случае, если бы оказалось, что Проксима b имеет атмосферу, схожую с атмосферой Земли, то жизнь, зародившаяся на её поверхности, могла бы перенести губительное влияние звездных вспышек. Если бы эта планета, напротив, не имела толстой атмосферы или имела бы слабое магнитное поле, то крупные вспышки на родительской звезде стерли бы с лица этой планеты все живое.

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

Источник

Мощные ветра несут рубины и сапфиры по небу на гигантской экзопланете

Признаки, указывающие на мощные ветра, меняющие направление, были обнаружены на планете размером в 16 раз больше Земли, которая находится на расстоянии свыше 1000 световых лет от нас – первый случай в истории науки, когда на газовом гиганте, лежащем за пределами Солнечной системы, были обнаружены такие атмосферные явления, свидетельствующие о наличии погоды – согласно новому исследованию, проведенному сотрудниками Уорикского университета, Великобритания.

Доктор Дэвид Армстронг из Астрофизической группы Уорикского университета открыл, что газовый гигант под названием HAT-P-7b испытывает крупномасштабные изменения направления и силы ветров, дующих на планете, что даже приводит к формированию гигантских бурь.

Это открытие было сделано в результате измерений количества света, отраженного от атмосферы планеты HAT-P-7b. Эти измерения показали, что самая яркая точка планеты со временем меняет свое положение.

Это смещение обусловлено экваториальным струйным течением при постоянно меняющихся скоростях потоков, которое способно двигать облака по поверхности планеты.

Облака на этой планете весьма и весьма необычные – они представляют собой, вероятно, капли расплавленного оксида алюминия, химического соединения, являющегося основой нескольких драгоценных камней, известных на Земле, таких как сапфир и рубин. Дело в том, что планета находится в приливном захвате по отношению к родительской звезде, поэтому одна из её сторон всегда обращена в сторону звезды, и температура на этой стороне планеты достигает 2860 К.

Исследование вышло в журнале Nature Astronomy.

Источник

Файрвол против Эйнштейна

Элегантным и красивым доказательством положений общей теории относительности Эйнштейна в уходящем году стало первое экспериментальное обнаружение гравитационных волн, доходящих до Земли от далеких и мощных астрофизических событий Вселенной.

Поиск гравитационных волн — это одна из крупнейших проблем современной физики. Согласно ОТО, любая материя, движущаяся с ускорением, создает возмущение пространства-времени — гравитационную волну.

Это возмущение тем больше, чем выше ускорение и масса объекта. Ввиду слабости гравитационных сил по сравнению с другими фундаментальными взаимодействиями эти волны должны иметь весьма малую величину, с трудом поддающуюся регистрации.

Именно поэтому эксперты справедливо предполагали, что недавнее открытие гравитационных волн международной коллаборацией LIGO сможет удостоиться Нобелевской премии по физике, которая, впрочем, пока досталась другим ученым.

Как известно, уже три (два точно, одно с низкой достоверностью) слияния черных дыр были зафиксированы Лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерваторией LIGO. Поскольку гравитационная волна обладает свойством изменения метрики, попав на прибор, она изменяет длину плеча каждой из систем, и лазерный интерферометр фиксирует это изменение.

Так, 11 февраля 2016 года было объявлено о первом зафиксированном всплеске, который дошел до Земли от двух слившихся черных дыр, второй раз об аналогичном открытии было объявлено в июне. На этот раз слившиеся дыры были более легкими, чем в феврале, — в 14 и 8 масс Солнца.

Слияния черных дыр были найдены благодаря ранее рассчитанному спектру сигнала — иначе говоря, ученые знали заранее, как должен выглядеть гравитационный «звон» от подобных событий. И, поскольку классические черные дыры — объекты, напрямую вытекающие из общей теории относительности, сигналы с LIGO считаются весомым доказательством как справедливости самой ОТО, так и существования черных дыр.

Однако вместе с основным «звоном» от черных дыр были зафиксированы несколько «эхо», которые могут говорить о новой физике и возможном нарушении ОТО у границ черных дыр. По крайней мере, так интерпретируется недавняя публикация трех теоретиков вредакционной статье журнале Nature.

Согласно ОТО, неотъемлемым атрибутом черной дыры является так называемый горизонт событий, залетев за который любая материя или свет уже не может вернуться обратно. Однако не все ученые придерживаются классического представления о черных дырах. Так, в 2012 году теоретик Джозеф Полчински предположил, исходя из соображений квантовой физики, что вместо горизонта событий у черной дыры есть некий высокоэнергетический барьер, файрвол (от англ. firewall), из высокоэнергичных частиц, с которым столкнется любая падающая на дыру материя.

Вскоре после обнаружения всплесков на LIGO ученые под руководством Витора Кардосо предположили, что если вблизи черных дыр наблюдается отклонение от ОТО, например существует упомянутый «файрвол», то сливающиеся дыры должны помимо основного сигнала создавать слабые «послезвучия» — эхо. Это связано с тем, что при слиянии гравитационные волны запираются между внутренней и внешней границей огненной стены, отскакивают от них и лишь некоторые выходят наружу.

Группа ученых под руководством Ниайеша Афшорди, известного специалиста по квантовой гравитации из Института «Периметр», создали модель. В ней они рассчитали, как выглядел бы сигнал от слияний черных дыр, у которых вместо горизонта событий были барьеры, отражающие гравитационные волны.

Расчеты показали, что помимо главного звона должны наблюдаться отдельные эхо — спустя 0,1, 0,2 и 0,3 секунды.

Теоретически рассчитанные значения «эхо» для события GW150914

Обратившись к данным, полученным детектором LIGO, ученые обнаружили такие послезвучия в полученных сигналах, причем на тех же временных интервалах. Проблема в том, что достоверность этих сигналов по общепринятым меркам довольно низка — всего 2,9 сигма.

Это значит, что «сигнал» с вероятностью 1/270 мог оказаться простым шумом. Известно, что сигнал в массиве данных считается пойманным, если его достоверность равняется 5 сигма (вероятность ошибки равна 1/3 500 000). Понять, есть ли нарушающие ОТО «эхо» в сигналах LIGO, помогут будущие наблюдения, сделанные с повышенной точностью.

«Хорошо, что скоро будут получены новые данные в LIGO, полученные с повышенной чувствительностью, и в течение следующих двух лет мы сможем подтвердить их или опровергнуть», — заявил Афшорди.

С осторожностью к предположениям группы Афшорди относиться советуют и опрошенные «Газетой.Ru» российские астрофизики.

«Все эти квантовые структуры являются предметом квантовой гравитации, которой нет, этот файрвол — лишь одна из идей о том, что находится под горизонтом черной дыры, — считает ведущий научный сотрудник отдела релятивистской астрофизики ГАИШ МГУ, доктор физико-математических наук Константин Постнов. — Если само событие (слияние черных дыр) ученые наблюдают с высоким уровнем значимости, то всяческие послесвечения и эхо настолько маленькие, что говорить о них пока преждевременно.

Нужно увеличить чувствительность раз в десять, все эти эффекты пока — заявка на будущее».

Кстати, Константин Постнов был одним из российских соавторов статей 1997 года, в которых были даны теоретические расчеты слияний черных дыр, которые теперь проверяются наблюдениями LIGO.

В том, что из-за низкой достоверности сигнала утверждать что-то определенное пока рано, убежден и академик Валерий Рубаков, мировой специалист в области квантовой теории поля, физики элементарных частиц и космологии. «Статистическая достоверность «сигнала» не очень высока, сигналы с такой достоверностью очень часто рассасываются. Но если это сигнал — значит, ОТО нарушается вблизи горизонта черной дыры.

В целом статья будет иметь позитивное влияние: поиск экзотики в экспериментальных данных — дело благородное, даже если эта экзотика не очень теоретически обоснована, и даже если этот поиск закончится не обнаружением, а экспериментальным пределом. А вдруг повезет? Или будет открыто совсем не то, что искали? Такое редко, но бывает», — пояснил Рубаков «Газете.Ru».

Свой комментарий дал и главный научный сотрудник Астрокосмического центра ФИА, д.ф.-м.н. Павел Иванов.

«В физике черных дыр известен так называемый «информационный парадокс», предложенный Хокингом - куда девается вся информация, падающая в черную дыру? Он особенно существенен, если мы учтем, что согласно опять-таки Хокингу, черные дыры испаряются, причем могут испариться совсем и все, с чем мы останемся, это так называемое «тепловое» или «чернотельное» излучение, которое может быть описано только своей температурой. В квановомеханическом подходе информационный парадокс приводит к сложности описания систем, содержащих черные дыры, с помощью уравнения Шредингера — возможно, самого фундаментального уравнения современной физики.

Было предложено несколько возможных объяснений информационного парадокса. В частности, в 2012 году группой авторов, содержащей в том числе, одного лауреата престижной премии Дирака, была предложена весьма радикальная идея — для того, чтобы совместить принципы квантовой механики с известными свойствами черных дыр, наблюдатель, падающий в черные дыры, должен встретиться с очень энергичным излучением вблизи горизонта событий. Это излучение получило название «файрволл» — огненная стена. Мне такое объяснение совсем не нравится, так как вступает в противоречие с другим фундаментальнейшим принципом современной физики — принципом эквивалентности, который, в частности, приводит к тому, что наблюдатель, свободно падающий в черную дыру,

должен ощущать себя почти так же, как и наблюдатель, покоящийся в пустом пространстве, при условии, что его размеры малы по сравнению с размерами черной дыры.

В этой работе предполагается, что эта огненная стена может быть смоделирована, как полупроницаемая мембрана, находящаяся вблизи горизонта событий. После слияния черных дыр, гравитационное поле образовашейся черной дыры находится в возбужденнном нестационарном состоянии и излучает так называемые «квазинормальные» гравитационные волны. Присутствие мембраны приводит, по словам авторов, к тому, что эти гравитационные волны, отражаясь от нее, приходят к наблюдателю несколько раз, то есть возникает своеобразное «эхо» в сигнале, регистрируемом гравитационноволновой антенной.

Авторы утверждают, что они действительно, нашли признаки такого эха в сигналах, принятых недавно гравитационноволновой антенной LIGO. Мне это кажется спорным, так как, во первых, противоречит принципу эквивалентности, во вторых существуют некоторые технические замечания к статье. В третьих, хотя я не являюсь специалистом по обработке наблюдений, кажется странным, что на рисунках в статье показаны теоретические кривые с «эхом» и без него, шумовая компонента, но не показан сам сигнал.

В любом случае, наличие такого «эха» обязано быть подтверждено специалистами по обработке сигналов из команды LIGO.

Поэтому, с моей точки зрения, говорить о каком-то прорыве в понимании «информационного парадокса» в частности и в понимании физики черных дыр в целом на основании этой статьи нельзя. С другой стороны, попытки выйти за рамки традиционной теории с помощью изучения гравитационных волн от черных дыр, представляются весьма интересными.

Источник

Темная материя Вселенной "худеет", заявляют российские физики

МОСКВА, 12 дек – РИА Новости. Количество темной материи во Вселенной уменьшилось примерно на 2-5%, что может объяснять расхождения в значении некоторых важных космологических параметров во времена Большого Взрыва и сегодня, заявляют российские космологи в статье, опубликованной в журнале Physical Review D.

"Представим, что темная материя состоит из нескольких компонент, как и обычная. И одна компонента состоит из нестабильных частиц, чье время жизни довольно большое: в эпоху образования водорода, через сотни тысяч лет после Большого взрыва, они еще есть во Вселенной, а сегодня они уже исчезли, распавшись в нейтрино или гипотетические релятивистские частицы. Тогда количество темной материи в прошлом и сегодня будет разным", — заявил Дмитрий Горбунов из Московского Физтеха, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Темная материя — гипотетическое вещество, которое проявляет себя исключительно через гравитационное взаимодействие с галактиками, внося искажения в их движение. Частицы темной материи не взаимодействуют с какими-либо видами электромагнитного излучения, а потому не могут быть зафиксированы во время непосредственных наблюдений. На долю темной материи приходится около 26% массы Вселенной, в то время как "обычная" материя составляет лишь около 4,8% от ее массы — все остальное приходится на не менее загадочную темную энергию.

Наблюдения за распределением темной материи по ближайшим и далеким от нас уголкам мироздания, проведенные при помощи наземных телескопов и зонда "Планк", недавно раскрыли странную вещь – оказалось, что скорость расширения Вселенной, и некоторые свойства "эха" Большого взрыва в далеком прошлом и сегодня заметно отличаются. К примеру, сегодня галактики разлетаются в стороны друг от друга заметно быстрее, чем это следует из результатов анализа реликтового излучения.

Горбунов и его коллеги нашли возможную причину этого.

Год назад один из авторов статьи, академик Игорь Ткачев из Института ядерной физики РАН в Москве, сформулировал теорию так называемой распадающейся темной материи (DDM), в которой, в отличие от общепринятой теории "холодной темной материи" (CDM), часть или все ее частицы являются нестабильными. Эти частицы, как предположили Ткачев и его соратники, должны распадаться достаточно редко, но в заметном количестве для того, чтобы породить отклонения между юной и современной Вселенной.

В своей новой работе Ткачев, Горбунов и их коллега Антон Чудайкин попытались вычислить, как много темной материи должно было распасться, используя данные, собранные "Планком" и другими обсерваториями, изучавшими реликтовое излучение и первые галактики Вселенной.

Как показали их расчеты, распад темной материи действительно может объяснять то, почему результаты наблюдений за этой субстанцией при помощи "Планка" не соответствуют данным наблюдений за ближайшими к нам скоплениями галактик.

Что интересно, для этого требуется распад относительно небольшого количества темной материи – от 2,5 до 5% от ее общей массы, чье количество почти не зависит от того, какими фундаментальными свойствами должна обладать Вселенная. Сейчас, как объясняют ученые, вся эта материя распалась, и остальная темная материя, стабильная по своей природе, ведет себя так, как описывает теория CDM. С другой стороны, возможно и то, что она продолжает распадаться.

"Это означает, что в сегодняшней Вселенной на 5% меньше тёмной материи, чем было в эпоху формирования первых молекул водорода и гелия после рождения Вселенной. Мы сейчас не можем сказать, как быстро распалась эта нестабильная часть, возможно, что темная материя продолжает распадаться и сейчас, хотя это уже другая значительно более сложная модель", — заключает Ткачев.

Источник

Обсерватория солнечной динамики НАСА наблюдала за огромной солнечной корональной дырой со 2 по 9 декабря 2016 года.

Такие дыры возникают в тех частях солнечной короны, где магнитное поле Солнца открыто космосу. Заряженные частицы устремляются в космос на высокой скорости, понижая плотность и температуру материала в тех областях короны, где это происходит. Результатом становится темное пятно в короне, которое видно при сканировании рентгеновскими лучами.
Заряженные частицы выбрасываются из короны Солнца все время, создавая солнечный ветер. Так как материал в короне горячий и двигается энергично, гравитация Солнца не сдерживает его полностью. В среднем, солнечный ветер дует со скоростью 400 км/с. Но скорость ветра, который выбрасывается из корональных дыр, в два раза выше.
Корональная дыра на этой анимации направила поток солнечного ветра более или менее прямо к Земле. Результатом стал небольшой геомагнитный шторм в пятницу, 9 декабря. Геомагнитные бури происходят, когда поток высокоскоростного солнечного ветра передает значительный объем энергии в гигантский магнитный пузырь Земли — магнитосферу. Это может вызвать значительные изменения в течениях, плазме и полях в магнитосфере, результатом чего становятся красивые полярные сияния и перебои в работе спутников и электросетей.

Источник

Мощные ветра несут рубины и сапфиры по небу на гигантской экзопланете

Признаки, указывающие на мощные ветра, меняющие направление, были обнаружены на планете размером в 16 раз больше Земли, которая находится на расстоянии свыше 1000 световых лет от нас – первый случай в истории науки, когда на газовом гиганте, лежащем за пределами Солнечной системы, были обнаружены такие атмосферные явления, свидетельствующие о наличии погоды – согласно новому исследованию, проведенному сотрудниками Уорикского университета, Великобритания.

Доктор Дэвид Армстронг из Астрофизической группы Уорикского университета открыл, что газовый гигант под названием HAT-P-7b испытывает крупномасштабные изменения направления и силы ветров, дующих на планете, что даже приводит к формированию гигантских бурь.

Это открытие было сделано в результате измерений количества света, отраженного от атмосферы планеты HAT-P-7b. Эти измерения показали, что самая яркая точка планеты со временем меняет свое положение.

Это смещение обусловлено экваториальным струйным течением при постоянно меняющихся скоростях потоков, которое способно двигать облака по поверхности планеты.

Облака на этой планете весьма и весьма необычные – они представляют собой, вероятно, капли расплавленного оксида алюминия, химического соединения, являющегося основой нескольких драгоценных камней, известных на Земле, таких как сапфир и рубин. Дело в том, что планета находится в приливном захвате по отношению к родительской звезде, поэтому одна из её сторон всегда обращена в сторону звезды, и температура на этой стороне планеты достигает 2860 К.

Исследование вышло в журнале Nature Astronomy.

Источник