Новости физики и космоса 

Выпуск 6 (153) 16 - 31 марта 

Российские физики создали "сердце" миниатюрных атомных часов

Ученые из Физического института имени Лебедева (ФИАН) РАН закончили разработку квантового дискриминатора - устройства, которое должно стать "сердцем" создаваемых исследователями миниатюрных атомных часов. Об этом сообщается в пресс-релизе института.

Атомные часы - это прибор для измерения времени, в котором в качестве постоянного периодического процесса используются собственные колебания атомов или молекул. Одной из важнейших характеристик атомных часов является их нестабильность. Чем больше это значение, тем большая ошибка набегает в часах за один и тот же промежуток времени.

На сегодняшний день самыми точными атомными часами являются цезиевые. Их нестабильность составляет 10^-16. Для большинства применений достаточно более высоких значений нестабильности: так, нестабильность атомных часов на спутниках ГЛОНАСС составляет около 10^-13. Для использования на Земле годятся часы с нестабильностью 10^-11-10^-9.

Нестабильность часов, создаваемых специалистами ФИАН в сотрудничестве с учеными из Института лазерной физики СО РАН, будет составлять 10^-13. При этом объем часов не будет превышать 50 кубических сантиметров.

Физики создали трехмерный плащ-невидимку

Физики создали технологию, которая позволяет делать невидимыми объекты в трехмерном пространстве. До сих пор все подобные разработки "работали" только в двух измерениях. Новая работа опубликована в журнале Science. Коротко о ней пишет портал Physics World.

В своей работе ученые использовали метаматериалы - материалы, свойства которых, в первую очередь, зависят от структуры, а не от химического состава. Метаматериалы способны искажать пути попадающих на них лучей света таким образом, что наблюдатель, которого достигают отраженные лучи, видит не реальную картину, а некую иллюзию.

Авторы новой работы, в число которых входит один из главных специалистов по невидимости Джон Пендри, научились делать невидимым объект, находящийся под слоем метаматериала (в качестве аналогии можно привести мяч, спрятанный под ковром). Пластинка из метаматериала была сделана из тонких кремниевых слоев, уложенных друг на друга, между которыми находилась прослойка из полимера определенной структуры.

Метаматериал помещался на подложку из золота, на которой был сделан бугорок. "Ковер-невидимка" из метаматериала так изменял пути световых лучей, что наблюдатель не видел бугорка. Причем в отличие от предыдущих технологий, невидимость обеспечивалась во всех трех направлениях. Правда, размер бугорка, который ученым удалось замаскировать, составлял всего 30 на 10 на 1 микрометр. По словам авторов работы, теоретически, с помощью нового метода можно делать невидимыми и более крупные объекты, однако для этого придется затратить массу усилий на изготовление ковра-невидимки.

Еще одно ограничение новой работы - длина волны излучения. Пока физики смогли "приспособить" только инфракрасный диапазон. Однако, по их словам, точно так же можно маскировать объекты и для видимого света.

Большой адронный коллайдер установил новый рекорд энергии пучков

Специалисты, работающие на Большом адронном коллайдере, поставили новый рекорд энергии. Ученым удалось запустить пучки протонов с энергией 3,48 тераэлектронвольта по ускорительному кольцу в обоих направлениях. Об этом сообщает The Wired.

Время разгона пучков до максимальных значений энергии составило 75 минут вместо запланированных 15, уточняет Associated Press. По словам генерального директора CERN (Европейский центр ядерных исследований - организация, курирующая проект БАК) Рольфа Дитер Хойера, причиной задержки стали неполадки в системе защиты коллайдера. Дитер Хойер отметил, что в ближайшем будущем этот сбой будет устранен.

На этой неделе исследователи намерены провести столкновения пучков, энергия каждого из которых составит 3,48 тераэлектронвольта. Если все пойдет по плану, ученые намерены проводить столкновения с таким значением энергии от полутора до двух лет. Затем работа БАК будет прервана на год для того, чтобы специалисты смогли подготовить ускоритель к выходу на максимально возможное значение энергии столкновений - 14 тераэлектронвольт (соответственно, энергия каждого пучка составит 7 тераэлектронвольт). Ранее предполагалось, что остановка коллайдера произойдет раньше.

Большой адронный коллайдер - это самый крупный ускоритель элементарных частиц на планете. Длина ускорительного кольца, по которому циркулируют протоны, составляет 27 километров. В 2009 году специалисты БАК впервые смогли разогнать пучки элементарных частиц до энергии 1,18 тераэлектронвольта и провести столкновения частиц с рекордной энергией 2,36 тераэлектронвольта. До сих пор таких значений не удавалось достичь ни на одном ускорителе.

Ученые разработали препятствующие застреванию колеса для марсоходов

Ученые разработали новую технологию колес для марсоходов, позволяющую аппаратам избегать попадания в песчаные ловушки. Коротко ее описывает журнал Der Spiegel.

Основным отличительным свойством новых колес является их способность препятствовать застреванию марсохода в вязком грунте. За счет особой конструкции при попадании на опасную поверхность колесо аппарата будет не проваливаться глубже, а выталкиваться наружу.

В настоящее время специалисты проверяют свойства колес в специальных контейнерах, заполненных песком, свойства которого напоминают свойства марсианского грунта. В таких же ловушках исследователи отрабатывали различные подходы к вызволению марсохода "Спирит", застрявшего в песке Красной планеты в апреле 2009 года. Несмотря на все усилия специалистам не удалось сдвинуть марсоход с места. В итоге было принято решение превратить "Спирит" в стационарную платформу по сбору информации (хотя позже появились сообщения, что аппарат удалось сдвинуть на 34 сантиметра).

Белое пятно на Нептуне оказалось гигантским штормом

Астрономы прояснили природу необычного светлого пятна на южном полюсе Нептуна - им удалось установить, что пятно представляет собой гигантский шторм. Статья исследователей еще не принята к публикации, однако ее препринт доступен на сайте arXiv.org.

Белое пятно на южном полюсе Нептуна было обнаружено во время сближения с планетой "Вояджера-2" в августе 1989 года. Уже тогда многие специалисты предположили, что пятно представляет собой метановые облака, затянутые в гигантский (тысячи километров в диаметре) шторм.

В рамках нового исследования ученые построили компьютерную модель пятна, используя собранные телескопом "Кек" данные, а также информацию о штормах на Сатурне, полученную "Кассини". Как оказалось, модель дает результаты, близкие к наблюдаемым.

В частности, она позволила объяснить аномалию 2007 года, когда пятно неожиданно разделилось на два, а потом снова объединилось в одно. По словам ученых, ураган на Нептуне во многом похож на земных "собратьев". Так, например, у этого образования имеется глаз, а также концентрические круги вокруг него.

Ученые нашли на Луне "Луноход-2"

Ученые обнаружили на снимках Луны, переданных орбитальным зондом Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), советский "Луноход-2". Фото лунохода и их краткое описание доступны на портале Universe Today.

На фотографиях хорошо заметны оставленные луноходом следы. Исследователи смогли соотнести те или иные детали на фотографиях с событиями, которые происходили с луноходом. Так, на фото видно место, где он несколько раз проехал назад и вперед, чтобы собрать дополнительные данные.

Также на снимках можно разглядеть сам аппарат. Он виден как небольшое темное пятно (см. иллюстрацию к новости).

Астрономы заглянули внутрь Большого красного пятна Юпитера

Астрономы смогли измерить температуру в различных частях Большого красного пятна Юпитера - гигантского шторма, бушующего на газовом гиганте. Результаты новой работы приняты к публикации в журнал Icarus. Коротко они описаны на сайте Лаборатории реактивного движения.

Средняя температура пятна, диаметр которого в три раза больше диаметра Земли, составляет около 110 кельвинов (минус 163 градуса по Цельсию). Новые наблюдения позволили астрономам обнаружить более горячие завихрения. В частности, теплой является сердцевина пятна, окрашенная в интенсивный красный цвет. Разница в температурах составляет около 3-4 кельвинов. Именно из-за перепада температур между центром и внешними частями пятна циркуляция газов имеет различное направление: в центре они вращаются по часовой стрелке, а снаружи - против.

Также ученые показали, что холодные вихри присутствуют по краям пятна, и в этих местах различные газы опускаются вниз.

Для изучения пятна ученые использовали сразу несколько огромных телескопов. Так, в работе проанализированы данные, полученные массивом телескопов VLT (Very Large Telescope - очень большой телескоп) Европейской южной обсерватории, данные обсерватории Гемини (Gemini) и японского телескопа Subaru на Гавайских островах. Кроме того, ученые использовали информацию, полученную инфракрасным телескопом NASA на Гавайях. В итоге разрешение полученных изображений оказалось сравнимо с разрешением снимков, которые делает орбитальный телескоп "Хаббл".

На Юпитере нашли гелиевые дожди

Астрофизики обнаружили, что на Юпитере идут дожди из неона и гелия. Статья ученых появилась в журнале Physical Review Letters, а ее краткое изложение приводится на сайте Американского физического общества.

В рамках исследования ученые построили компьютерную модель внешних слоев газового гиганта на основе начал термодинамики. В результате им удалось установить, что в полученных условиях гелий не смешивается с остальными газами, а конденсируется в виде капель, которые падают внутрь планеты. То есть идет гелиевый дождь.

Ученым удалось установить, что капли содержат большое количество неона. Оба этих факта позволяют объяснить дефицит гелия и неона в верхних слоях Юпитера. Аномалия была обнаружена в сентябре 2003 года, когда аппарат "Галилео" был намеренно направлен в атмосферу газового гиганта, откуда перед гибелью передал исследователям большое количество информации о строении планеты.

Помимо аномально низкого содержания некоторых инертных газов зонду удалось зафиксировать недостаток кислорода в атмосфере. Этот факт исследователи объяснили случайностью - "Галилео" вошел в атмосферу Юпитера в районе пониженного содержания кислорода. Суммарная площадь таких районов на условной поверхности планеты составляет всего несколько процентов.

В марсианской сере нашли следы жизни

Серосодержащие вещества на Марсе, возможно, несут отпечатки живых организмов, которые в прошлом обитали на Красной планете. К такому выводу пришли ученые, исследовавшие изотопный состав марсианских сульфидов. Статья исследователей опубликована в журнале Geology. Ее краткое изложение приводит New Scientist.

На поверхности Марса находится огромное количество различных веществ, содержащих серу. На Земле некоторые из них - сульфаты - используются бактериями. Продуктом реакций, осуществляемых микробами, являются сульфиды. Земные микроорганизмы "предпочитают" использовать сульфаты, содержащие легкий изотоп серы ³²S, а не более тяжелый ³⁴S. Соответственно, производимые ими сульфиды также обогащены ³²S.

Авторы новой работы анализировали изотопный состав сульфидов в марсианском кратере Хотон. Они обнаружили, что содержание тяжелого изотопа серы в сульфидах на 7 процентов меньше, чем в сульфатах. По мнению исследователей, такое соотношение изотопов может указывать на их биогенное происхождение.

По итогам исследования породы стен кратера, ученые заключили, что сульфиды образовались при температуре около 70 градусов Цельсия. Специалисты полагают, что это произошло 39 миллионов лет назад, когда на Марс упал астероид, "породивший" кратер Хотон.

Черные дыры поставили под сомнение природу темной материи

Темная материя, возможно, распределена во Вселенной иначе, чем предписывают большинство из существующих теорий. К такому заключению пришли астрономы, изучающие поглощение темной материи черными дырами. Выводы ученых опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Коротко работа описана в пресс-релизе Королевского астрономического общества Великобритании.

Темной материей, или скрытой массой называют пока не обнаруженную экспериментально субстанцию, которая участвует в гравитационных взаимодействиях, но не участвует в электромагнитных. Гипотеза о существовании темной материи была предложена после того, как астрономы обнаружили, что массы известных астрономических объектов недостаточно для того, чтобы они взаимодействовали так, как это наблюдают ученые.

Авторы нового исследования строили математические модели поглощения темной материи черными дырами - объектами со столь сильным гравитационным полем, что даже излучение не способно его покинуть. Большинство гипотез, описывающих свойства темной материи, предполагают, что она существует в виде плотных "комков". Согласно новым данным, если бы это предположение оказалось верным, то сверхмассивные черные дыры (массой от нескольких миллионов до миллиардов масс Солнца) в молодой Вселенной, засасывая в себя огромные количества темной материи, изменили бы облик Вселенной до неузнаваемости. Другими словами, если бы темная материя была распределена так, как считается, окружающее космическое пространство выглядело бы сейчас совершенно иначе.

Ученые определили критическое значение плотности темной материи - семь солнечных масс на каждый кубический световой год. По утверждениям авторов работы, темная материя не может быть упакована с большей плотностью даже локально.

В Млечном Пути нашли огромные пылевые облака

Космический телескоп "Планк" обнаружил в Млечном Пути огромные структуры из холодной пыли и газа. Изображение этих "облаков" в псевдоцветах и их описание доступны на сайте Европейского космического агентства (ESA).

Пылевые "облака" удалены от Солнца на расстояние около 500 световых лет. Их различные участки имеют температуру от 12 до нескольких десятков кельвинов (ноль кельвинов - это минус 273,15 градуса Цельсия). На представленном специалистами изображении наиболее окрашенные участки соответствуют самым низким температурам. Более блеклые цвета (бело-розовые) указывают на более теплые участки. Такие "горячие" регионы сосредоточены в плоскости Млечного Пути (розовая полоса внизу изображения).

На данный момент ученые не могут объяснить, какие механизмы придали "облакам" их форму. В структурировании пылевых образований могли принять участие гравитация, испускаемое звездами излучение и летящие от них потоки частиц, а также магнитные поля.

Астрономы нашли самые старые сверхмассивные черные дыры

Астрономы обнаружили самые старые из известных черных дыр. Исследователи показали, что квазары J0005-0006 и J0303-0019 образовались спустя всего миллиард лет после Большого взрыва. Статья ученых опубликована в журнале Nature. Коротко работа описана на сайте Лаборатории реактивного движения.

Считается, что квазары - это галактики на раннем этапе развития, в центре которых расположена сверхмассивная черная дыра, поглощающая окружающее вещество. Материя, падающая на черную дыру, разогревается и начинает интенсивно испускать излучение в различных диапазонах. По этому излучению ученые и узнают о присутствии черной дыры.

Квазары J0005-0006 и J0303-0019 впервые были обнаружены в ходе анализа данных, полученных во время Слоановского цифрового обзора неба (SDSS). Эти два объекта наряду еще с 19 квазарами были отнесены учеными к классу самых далеких (а значит, старых) из известных квазаров. Более пристальное изучение при помощи инфракрасного телескопа Spitzer показало, что J0005-0006 и J0303-0019 заметно отличаются от остальных - эти объекты практически полностью лишены пыли. Пыль заполняет космическое пространство, однако на самых ранних этапах формирования Вселенной ее не было. Входящие в состав пылинок относительно тяжелые вещества образовались в недрах звезд, которых в молодой Вселенной еще не было.

Ученые получили дополнительные подтверждения того, что J0005-0006 и J0303-0019 образовались вскоре после Большого взрыва, определив массу их черных дыр. Чем больше разогретой пыли находится в квазаре, тем больше масса черной дыры (у нее много "пищи" для роста). Массы черных дыр J0005-0006 и J0303-0019 оказались самыми маленькими из всех известных квазаров молодой Вселенной.

Астрономы обнаружили следы других Вселенных

Астрономы, исследующие микроволновое фоновое, или реликтовое, излучение Вселенной, нашли загадочный "темный поток". По мнению специалистов, он может указывать на существование других Вселенных. Статья ученых опубликована в журнале Astrophysical Journal Letters. Коротко о работе пишет портал Physics World.

Авторы работы анализировали данные, переданные зондом WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe - зонд для исследования анизотропии микроволн имени Уилкинсона). Этот зонд исследует заполняющее Вселенную реликтовое излучение с 2001 года. Считается, что это излучение осталось со времен Большого Взрыва.

В ходе анализа реликтового излучения ранее было выяснено, что температура космического пространства везде одинакова и составляет около 2,7 кельвина. Новые данные зонда WMAP показали, что в некоторых местах температура отклоняется от средней на одну десятитысячную градуса. Авторы новой работы выяснили, что эти отклонения "ведут" к нескольким галактическим скоплениям. Исследователи заключили, что эти скопления двигаются в определенном направлении, и это движение никак не связано с общим расширением Вселенной.

Такое поведение скоплений не может быть объяснено в рамках существующих физических теорий. Ученые полагают, что за него "ответственна" некая сила, источник которой находится за пределами видимой Вселенной. Специалисты уже окрестили обнаруженное ими явление "темным потоком" по аналогии с темной материей и темной энергией, которые пока не обнаружены экспериментально, но используются физиками для объяснения наблюдаемых в космосе взаимодействий.

Исследователи предложили возможное объяснение наблюдаемому явлению. Согласно одной из гипотез, в момент Большого Взрыва было рождено множество Вселенных, которые можно представить как пузыри. Когда с момента Взрыва прошло 10^-36 секунд, один из пузырей начал расширяться и в конце концов образовал нашу Вселенную. "Темный поток" - это след одного из соседних "пузырей".