Огромная черная дыра, массой 17 миллиардов Солнц, найдена учеными в весьма неожиданном месте


Известно, что сверхмассивные черные дыры обычно располагаются в центрах галактик больших размеров и, чем больше масса черной дыры, тем больше возмущений в окружающем пространстве производит их присутствие. Поэтому факт обнаружения черной дыры, масса которой в 17-18 раз превышает массу Солнца, в недрах огромной эллиптической галактики, расположенной в "тихом" уголке Вселенной, вызвало у ученых-астрономов чувство некоторого удивления. Более того, галактика, в которой находится этот "черный монстр", должна иметь балдж, сферическую центральную выпуклость, гораздо больших размеров, которые должны соответствовать размерам и массе черной дыры.

"Недавно обнаруженная черная дыра "проживает" в центре массивной эллиптической галактики NGC 1600, расположенной в зоне "космического болота", как мы это называем. Эта область представляет собой маленькое скопление, насчитывающее 20 галактик, и это место является одним из самых тихих уголков во Вселенной" - рассказывает Чанг-Пей Ма (Chung-Pei Ma), ученый-астроном, руководитель группы MASSIVE Survey, которая занимается исследованиями самых массивных галактик и гигантских черных дыр. Данное открытие весьма тем, что его можно сравнить с обнаружением огромного небоскреба, типичного для центральных частей самых больших мегаполисов в мире, где-нибудь на окраинах маленького городишки.

Астрономы сообщают, что во Вселенной есть еще множество скоплений, подобных NGC 1600, которые отличаются малой массой и малой концентрацией материи. Таким образом, обнаруженная сверхмассивная черная дыра может стать первой из череды открытий. "Вполне вероятно, что во Вселенной найдется множество "небоскребов", стоящих не в центре Манхэттена, к примеру, а в небольших городках, типичных для равнин Среднего Запада" - рассказывает Чанг-Пей Ма


Для того, чтобы обнаружить черную дыру-монстра и измерить ее параметры, астрономы обычно используют корреляцию между размерами выпуклости звезд в центре галактики, балджа, и количеством сопутствующих черных дыр меньших размеров. Когда черная дыра увеличивается до определенных размеров, ее гравитационное влияние приводит к формированию четко выраженного диска из близлежащих звезд и материи. В случае галактики NGC 1600, размеры и другие показатели всех вторичных образований вокруг черной дыры, в 10 раз меньше, чем они должны быть в соответствии с имеющимися теориями, которые не раз подтверждались наблюдениями за другими уголками космоса.

У ученых уже имеется теория, объясняющая факт "нарушения правил" черной дырой галактики NGC 1600. По их мнению, раньше это были две разные черные дыры, которые столкнулись, сформировав одну огромную черную дыру. Образовавшийся "монстр" начал усиленно "пожирать" весь газ и материю из окружающего пространства до тек пор, пока в этом пространстве не остались лишь жалкие крохи материи. И это привело к тому, что центральная выпуклость галактики имеет меньшие размеры, чем должны быть при условии нормального "развития" черной дыры.

"После такого "обжорства" черная дыра превратилась в своего рода "спящего гиганта"" - рассказывает Чанг-Пей Ма, - "Единственным способом обнаружения таких объектов является измерение скорости звезд, вращающихся в непосредственной близости от них и которые подвергаются сильному воздействию их гравитации. Таки измерения скорости позволяют нам сделать оценку марсы и размеров черной дыры".

Вышеупомянутые измерения скорости движения звезд были произведены при помощи телескопа Gemini на Гавайях и космического телескопа Hubble Space Telescope, данные которых взаимно дополняют друг друга.

Источник

Свет - движущая сила "программируемой материи" нового типа


Свет определенных длин волн (цвета) может быть использован для снабжения энергией и управления движением частиц активных материалов, которые называют термином "программируемая материя". Такие материалы, способные динамически изменять свою форму, структуру и некоторые другие свойства, согласно заложенной в них "программе", в будущем будут широко использоваться в самых различных областях, начиная от медицины, машиностроительной промышленности, заканчивая космическими и военными технологиями.

Ученые из Лундского университета, Швеция, работая с коллегами из университетов Дюссельдорфа, Эдинбурга и Кебриджа, разработали модель активного материала, частицы которого начинают двигаться под управлением света с определенными параметрами. Свет питает эти частицы точно также, как и некоторые микроорганизмы, частицы материала начинают двигаться, спонтанно формируя структуры наподобие насосов, которые позволяют переместить еще большее количество других подобных частиц. Изменяя форму луча падающего света, его интенсивность и длину волны, можно управлять направлением и скоростью перемещения частиц программируемой материи.

Отметим, что исследования, связанные с программируемой материей являются относительно новой областью. Ученым уже удавалось добиться подобного поведения частиц материи, которые для перемещения используют своего рода топливо, к примеру, сахар или пероксид водорода, однако, разработка материи, частицы которой для функционирования нуждаются только в свете, является достаточно серьезным прорывом в данном направлении.

"У выбранной нами стратегии имеется огромный потенциал для разработки недорогого и простого способа накачки энергией и управления функциями не только частиц активных материалов, но и микроорганизмов, которые будут выступать в роли микророботов" - рассказывает Джоаким Стенхэммэр (Joakim Stenhammar), один из исследователей, - "Используя такие активные частицы можно произвести программируемую материю, которая позволит переместить ряд технологий из разряда научной фантастики в разряд реально существующих вещей. Только представьте себе некие универсальные предметы, которые меняют свою форму и функциональность по желанию человека. Кроме этого, конструкции, созданные из таких материалов, могут быстро и самостоятельно адаптироваться к любым колебаниям параметров окружающей среды, изменяя структуру, свойства и функции материала".

"Сейчас мы еще не готовы произвести полнофункциональные программируемые материалы, обладающие широким спектром возможностей" - пишут исследователи, - "Но наша работа является одним из первых шагов к реализации того, что в настоящее время считается абсолютно невозможным".

Источник

Ученые обнаружили новое состояние материи, проявляющееся в двумерных материалах


Международная группа исследователей, в состав которой входили исследователи из Кембриджского университета, обнаружила доказательства существования необычного и загадочного состояния материи, проявляющегося в материале одноатомной толщины. Это состояние, известное под названием квантовой спиновой жидкости, было предсказано в теории в 1973 году, а первые проявления материи, находящейся в этом состоянии внутри обычных неплоских материалов были получены экспериментальным путем в 2012 году. Появление квантовой спиновой жидкости обуславливается "жидким" поведением спинов (моментов вращения) частиц, и ученые считают, что в материи, находящееся в таком состоянии, электроны, считавшиеся ранее неделимыми частицами, расщепляются на меньшие части.

Исследовательская группа использовала двухмерный материал, структура которого напоминает структуру графена. И, при помощи некоторых уловок, в этом материале были зарегистрированы четкие подписи присутствия так называемых майорановских фермионов. Результаты этого эксперимента, объединенные с некоторыми основными квантовыми теориями, указывают на присутствие квантовой спиновой жидкости, соответствующей теоретической модели Китаева.

В среде обычного магнитного материала электроны ведут себя подобно крошечным магнитам. Когда такие материала охлаждаются до температур, близких к абсолютному нулю, направления всех "электронных магнитов" упорядочиваются и указывают в одном направлении. В материале, содержащем квантовую спиновую жидкость, даже при охлаждении, направления магнитных моментов не выравниваются и это обуславливается влиянием квантовых колебаний.

В экспериментах, которые проводились при участии ученых из Национальной лаборатории Ок-Ридж, ученые использовали технологии рассеивания нейтронов для получения данных о фракционализации электронов в двухмерных кристаллах хлорида рутения (RuCl3). Этот метод заключается в исследовании магнитных свойств кристаллов путем их "освещения" потоком нейтронов и регистрации ряби, подобной интерференционной ряби, которую создают на поверхности датчика отклонившиеся от своего пути нейтроны.

Обычный магнитный материал оставил бы на поверхности датчика маленькое пятно от нейтронов с четкими границами. Однако, наличие квантовой спиновой жидкости и майорановских фермионов в материале приводит к рассеиванию нейтронного луча. Именно это зарегистрировали ученые и полученные ими результаты отлично вписываются в существующие теоретические модели, что можно считать достаточно убедительным доказательство факта существования квантовой спиновой жидкости в двумерных материалах.

Наблюдение весьма интригующего явления раскола электронов, называемого фракционализацией, в реальном двумерном материале может стать основой для технологий генерации и практического использования майорановских фермионов. Эти квазичастицы, состоящие из "обломков" электронов в данном случае, могут стать основой квантовых компьютеров, квантовых коммуникационных устройств и других технологий, которые невозможно реализовать другими путями.

"Это является важным шагом к пониманию нами природы квантовой материи" - пишут исследователи, - "И наблюдение за материей, находящейся в новом квантовом состоянии - это не просто забава, это дает нам в руки массу возможностей и массу новых технологий".

Источник

Звезды - источник происхождения золота и других тяжелых элементов во Вселенной


Если вы считаете, что источником происхождения золота, из которого сделано ваше кольцо или часы, является шахта в одном из уголков Земного шара, то вы заблуждаетесь. В данном случае надо глядеть гораздо дальше и не только по расстоянию, но назад во времени. Исследователи из Мичиганского университета и их коллеги из Технического университета Дармштадта, Германия, создали математическую модель, дающую подсказки касательно происхождения всех тяжелых элементов, из которых состоит все видимое нам в доступной части Вселенной.

В настоящее время существуют две теории, описывающие процессы образования тяжелых элементов. Первая - это сверхновая звезда, массивная звезда, которая подошла к концу цикла своей жизни и взорвалась, разрушив себя своей же гравитацией. Вторым источником тяжелых элементов могут стать столкновения нейтронных звезд, когда две маленькие и невероятно плотные звезды сталкиваются, извергая в окружающее пространство огромное количество энергии и материи.

"В настоящее время никто не знает точного ответа на данный вопрос" - рассказывает Витольд Назаревич (Witold Nazarewicz), профессор из Мичиганского университета, - "Разработанная нами математическая модель позволяет свести воедино результаты некоторых практических наблюдений и теорию, давая подсказки относительно происхождения тяжелых элементов".

Используя множество данных, собранных практическим путем и рассчитанных, согласно имеющимся теориям, ученые смогли смоделировать процессы формирования тяжелых элементов в обоих указанных выше случаях, при взрывах сверхновых и во время столкновений нейтронных звезд. К сожалению, результаты расчетов этой модели так и не позволили ученым сделать окончательный выбор в пользу одного из двух вариантов.

"Наша работа является работой из той области, где математические модели неплохо указывают направление для проведения дальнейших исследований" - рассказывает профессор Назаревич, - "А практическая сторона наших исследований будет выполнена при помощи нового средства FRIB (Facility for Rare Isotope Beams), на котором мы будем искать критические области, области с подходящим набором параметров окружающей среды при которых идут процессы синтеза тяжелых элементов. И полученные нами экспериментальные данные позволят компенсировать неточности математических моделей".

Установка FRIB, которая сейчас создается усилиями ученых и инженеров Мичиганского университета, будет способна производить и сталкивать лучи, состоящие из разогнанных до высоких энергий ядер атомов редких изотопов. Экзотические ядерные реакции и реакции распада позволят ученым открыть массу новых неизвестных свойств редких изотопов и лучше понять некоторые процессы из области ядерной физики, ядерной астрофизики. А некоторые из полученных результатов могут найти практическое применение в медицинских технологиях, в промышленности и в системах безопасности

Источник