Новости космической науки и технологий

[MAXSIMUS]

Радикальное открытие предполагает, что Солнечная система имеет две плоскости орбитального совмещения

[img]https://i.postimg.cc/XYPm4ytr/Dve-ekliptiki-e1601449500397-858x400.jpg[/img]
Если бы вы могли уменьшить масштаб и посмотреть на Солнечную систему издалека, вы бы увидели, что планеты более или менее выровнены на плоскости, вращаясь вокруг экватора Солнца.

Это называется эклиптикой, и считается, что это остаток после образования Солнечной системы — плоский диск пыли, кружащийся вокруг Солнца, который постепенно сгруппировался в планеты, астероиды и другие космические тела.

Однако есть несколько тел, которые движутся за пределами этой плоскости — в основном долгопериодические кометы с орбитами от сотен до десятков тысяч лет, вращающиеся в самых дальних уголках Солнечной системы, в облаке Оорта из ледяных тел.Теперь мы можем понять их странную орбиту. Согласно новому исследованию, некоторые из этих долгопериодических комет, выровнены по другой орбитальной плоскости — то, что ее первооткрыватели называют «пустой эклиптикой», повернутой на 180 градусов по отношению к галактическому полюсу.

Открытие может пролить свет на то, как кометы первоначально образовались в Солнечной системе.

На самом деле мы не можем наблюдать орбиты долгопериодических комет целиком. Они маленькие и тусклые, и у нас просто нет технологий, чтобы увидеть их через определенный момент, не говоря уже о том, что их орбиты намного длиннее, чем продолжительность жизни человека. Однако когда они приближаются к Солнцу достаточно близко, чтобы мы могли их обнаружить, мы можем использовать траектории и скорости, чтобы вывести полные орбиты.



Астроном Арика Хигучи из Университета окружающей среды и Национальной астрономической обсерватории Японии и ее коллеги некоторое время работали над расчетом орбит долгопериодических комет. При этом они заметили кое-что интересное в точке орбиты, наиболее удаленной от Солнца.

Эта точка называется афелием, и она должна оставаться довольно близко к эклиптике для тел, орбиты которых начинаются на этой плоскости. Так было с некоторыми из долгопериодических комет.

Но была вторая группа долгопериодических комет, проекции которых не указывали на афелий, соответствующий эклиптике. Но и их афелии не были распределены случайным образом; вместо этого они, казалось, выровнялись по второй, незаселенной орбитальной плоскости.

Эклиптика ориентирована на 60 градусов по отношению к галактической плоскости. Новая эклиптика также ориентирована на 60 градусов от галактической плоскости, но в другом направлении. И это может быть ключом к разгадке того, как возникла пустая эклиптика.

Исследователи говорят, что она могла быть создана галактическим приливом, то есть гравитационным полем самой галактики. Со временем оно могло сместить некоторые из долгопериодических комет. Вот почему команда называет вторую эклиптику «пустой» — она ​​изначально возникла таковой, пока за миллиарды лет галактический прилив не заселил ее кометами.



Это известная концепция; астрономы предсказывали влияние галактического прилива на кометы Облака Оорта на протяжении десятилетий.

Тем не менее, эта идея нуждается в дополнительных доказательствах, поэтому Хигучи и ее команда выполнили аналитические вычисления, чтобы смоделировать, как галактический прилив повлияет на долгопериодические кометы. Как ученые и предсказывали, распределение афелий имело два различных пика — около эклиптики и пустой эклиптики.

Это очень веское свидетельство, но для подтверждения результатов предстоит еще много работы.

«Исследование распределения наблюдаемых малых тел должно включать множество факторов. Детальное изучение распределения долгопериодических комет будет нашей будущей работой».

[MAXSIMUS]

Одинокая планета-сирота размером с Землю блуждает по Галактике


[img]https://i.postimg.cc/rmzkmwHY/20201003221309.jpg[/img] Несмотря на то, что большинство планет в нашей галактике Млечный путь входят в состав планетных систем звезд и обогреваются их светом, ученым известны также планеты, которые по той или иной причине покинули исходные планетные системы и движутся теперь в темноте космоса в одиночестве, разорвав гравитационную связь с родительской звездой.

Астрономы называют такие планеты «планетами-сиротами», «планетами-странницами» или «блуждающими планетами», и с каждым днем мы совершенствуем инструменты для поиска таких планет. В новом исследовании команда астрономов обнаружила то, что может оказаться одной из таких блуждающих планет, имеющей массу примерно как у Земли или Марса.

Обнаружение в космосе объекта, который почти не излучает собственного света и не имеет поблизости освещающей его яркой звезды, представляет собой серьезную проблему. Однако есть две научных организации, которые специализируются именно на таких поисках: эксперимент Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) и коллаборация Korean Microlensing Telescope Network (KMTN).

В новой работе группа астрономов, входящих в состав обоих этих проектов, которую возглавлял Пшемек Мруз (Przemek Mróz), исследователь-постдок из Калифорнийского технологического института, США, объявила об открытии планеты-странницы, имеющей небольшую массу. Рядом с планетой не обнаружено звезды, а ее расстояние до Земли остается неподтвержденным. Команда говорит, что эти находки доказывают эффективность метода микролинзирования для нахождения блуждающих планет в нашей галактике Млечный путь.

При гравитационном микролинзировании присутствие беззвездной планеты обнаруживается по характерному искажению ею света, идущего от далекого источника, в качестве которого может, например, выступать звезда или даже галактика. Однако серьезная проблема, затрудняющая работу с событиями микролинзирования, состоит в их кратковременности. Мруз и его коллеги указывают в своей работе, что «события микролинзирования, обусловленные планетами земного типа, имеют экстремально малые угловые эйнштейновские радиусы (0,1 угловой микросекунды) и временные масштабы (0,1 суток)». Так, эта вновь открытая планета, которая получила название OGLE-2016-BLG-1928, была открыта в ходе чрезвычайно короткого события микролинзирования продолжительностью всего лишь 41,5 минуты, отмечают авторы.

Исследование опубликовано на сервере препринтов arxiv.org.

[boom]

Сегодня человечество отмечает годовщину начала освоения космоса

Ровно 63 года назад, 4 октября 1957-го, началась космическая эра человечества: тогда с 5-го Научно-исследовательского полигона Министерства обороны СССР, получившего впоследствии название космодром Байконур, был запущен первый искусственный спутник Земли.

Этим аппаратом стал «Спутник-1», также известный как «ПС-1» («Простейший Спутник-1»). Для запуска использовалась ракета-носитель «Спутник» (Р-7), которая вывела аппарат на эллиптическую орбиту через 295 секунд после старта.

Разработка «ПС-1» началась в ОКБ-1 (сейчас — Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С.П. Королёва) в ноябре 1956 года. Спутник представлял собой шар диаметром 58 сантиметров и массой 83,6 килограмма, оснащённый четырьмя штырьковыми антеннами для передачи сигналов работающих от батареек передатчиков.

После успешного старта первый в истории человечества космический аппарат подал голос. «Бип! Бип!», — так звучали позывные «Спутника-1».

Важно отметить, что «ПС-1», несмотря на простоту конструкции, решал целый ряд задач. Это проверка расчётов и основных технических решений, принятых для запуска; ионосферные исследования прохождения радиоволн, излучаемых передатчиками спутника; экспериментальное определение плотности верхних слоёв атмосферы по торможению спутника и исследование условий работы аппаратуры в космической среде.

В общей сложности спутник смог совершить 1440 оборотов вокруг Земли. Аппарат летал 92 дня — до 4 января 1958 года, хотя радиопередатчики функционировали только в течение двух недель после старта.

[MAXSIMUS]

Физика частиц и Вселенная
Мы привыкли встречать понятие «антиматерия» в фантастических рассказах, однако для ученых она давно уже стала повседневной реальностью. Считается, что в момент Большого Взрыва наша Вселенная состояла из нее почти наполовину. Одна из самых серьезных задач современной фундаментальной науки — понять, почему она вся исчезла, чтобы наш «чисто материальный» мир смог возникнуть и эволюционировать. Тара Ширс посвятила этим вопросам почти всю свою научную карьеру. Для этого она участвует в сложных экспериментах, проводимых в Европейском центре ядерных исследований (CERN) и на Международной космической станции. Таким необычным образом основная специальность ученой объединилась с ее увлечением — астрономией, имеющей дело с крупномасштабными структурами и большими телескопами. Со школьных лет я интересовалась астрофизикой, поэтому быть здесь и слушать доклады коллег-ученых — огромное удовольствие для меня: ведь моя собственная работа связана с самыми мелкими элементами Вселенной — субатомными частицами.

[img]https://i.postimg.cc/CLWRyCHZ/1525807668-0-134-5184-3050-600x0-80-0-0-6e623e78c2a5687a6af73f046a6bc43d.jpg[/img]
Основной предмет моего доклада — антиматерия. Многим кажется, что это нечто из научной фантастики, однако я хочу показать, что на самом деле она является реальным фактом, причем с ней связана одна из главных загадок, которым наука пока не нашла объяснения. Кроме того, я расскажу о том, какую роль играет физика элементарных частиц в изучении строения Вселенной и заполняющего ее вещества. Я начну с того, что нам уже известно, а потом перейду к месту антиматерии в нашей системе знаний об устройстве мироздания. Я постараюсь объяснить, в чем принципиальная важность антиматерии, каким образом мы работаем над ее изучением с помощью наших экспериментов, расскажу об их самых последних и выдающихся результатах и о том, как близко мы подобрались к раскрытию ее тайн.

Перед тем, как перейти к вопросам антиматерии, позвольте прояснить некоторые контекстуальные аспекты. Мы, физики, занимающиеся элементарными частицами, не используем огромные телескопы и прочее оборудование из арсенала астрофизиков. Подход, который мы применяем, заключается в изучении самых мелких составных частей всего сущего. Базовые элементы, из которых состоит все вокруг — звезды, галактики, мы с вами — универсальны и одинаковы. По нашему убеждению, достигнув понимания, каким образом устроены эти элементарные частицы и как они себя ведут, мы сумеем узнать, как устроено все, что из них состоит, на более крупных масштабах. Наш подход дополняет методы, используемые в астрофизике.Итак, если рассмотреть материю, из которой соткано все вокруг нас, на микроуровне, то можно обнаружить, что любые объекты состоят всего лишь из 12 универсальных базовых составных элементов: 6 видов элементарных частиц, называемых кварками, и 6 видов элементарных частиц, называемых лептонами. Они различаются между собой особенностями поведения. Чтобы понимать, о каких мелких объектах идет речь, стоит помнить, что по отношению к размеру атома они так же малы, как атом по отношению к человеку. На самом деле мы не имеем представления о том, насколько малы элементарные частицы: они слишком крохотные, чтобы их можно было измерить. Фактическая их величина может оказаться еще меньше. Именно на таком уровне мы изучаем Вселенную, чтобы постараться разгадать ее тайны.

Все элементарные частицы взаимодействуют между собой с помощью фундаментальных сил природы — электромагнетизма, гравитации, сильного ядерного взаимодействия, поддерживающего стабильность атомного ядра, и слабого ядерного взаимодействия, благодаря которому происходит радиоактивный распад. К счастью, мы уже понимаем, как «работает» большинство этих сил. Наше понимание принимает форму уравнений, лежащих в основе физики элементарных частиц — науки, объясняющей экзотические условия суб-атомной Вселенной. Теория эта настолько элегантна и лаконична, что все ее уравнения можно уместить в надписи на футболке. При этом она необычайно успешно объясняет, как ведут себя ее «фигуранты», каким образом они взаимодействуют с различными силами и между собой, и каких результатов можно ожидать в каждом из наших экспериментов. Теория настолько точна, что еще ни один полученный экспериментальный результат не противоречил ее предсказанию. По этой причине она получила название Стандартной модели элементарных частиц.

Тем не менее, как бы ни была хороша наша теория, во Вселенной существует немало явлений, в понимании которых она помочь нам не способна. И одна из таких загадок связана с антиматерией.

Позвольте продемонстрировать, каким образом антиматерия вписывается в изложенную картину. Дело в том, что каждая из известных физике элементарных частиц потенциально имеет свой эквивалент с противоположным зарядом, который под воздействием природных сил ведет себя подобно зеркальному отражению «оригинала». Если материя и антиматерия встретятся, они аннигилируют — вся их масса превратится в колоссальное количество чистой энергии. Всего четверть грамма материи и антиматерии при аннигиляции способны выделить энергию, соответствующую по мощности взрыву в 5 килотонн в тротиловом эквиваленте. Это уж точно стало бы впечатляющим свидетельством успеха эксперимента по получению античастиц…

Но не переживайте: едва ли антиматерия будет использована в разрушительных целях, ведь благодаря своей редкости она — еще и самое дорогое вещество во Вселенной.

Стоимость получения одного ее миллиграмма составила бы около 100 млрд долларов, однако за всю историю человечества мы и близко не набрали такого количества. Все, что нам удалось создать в лабораториях — ничтожные доли микрограмма.



Тем не менее, антиматерия существует в естественных условиях: например, при радиоактивном распаде калия на всей Земле за один день могут выделяться десятки позитронов (антиэлектронов). Но даже в масштабах Вселенной количество антиматерии невероятно мало, и именно эта ее редкость — большая загадка для науки.Чтобы понять, почему редкость антиматерии настолько удивительна, придется рассмотреть историю Вселенной с самого ее зарождения. Все началось с Большого Взрыва, породившего невообразимо горячий «бульон» из фундаментальных частиц, который наполнил собой стремительно расширяющееся пространство и с течением времени остыл, собравшись позже в атомы, молекулы, газовые облака, из которых, в свою очередь, образовались звезды, планеты, галактики и все, что мы видим вокруг нас сегодня — без малого 14 млрд лет спустя. Во всей этой истории, в самом ее начале, антиматерия играет важнейшую роль, поскольку, судя по тому, что мы знаем, одна половина Вселенной исходно состояла из антиматерии, а другая — из материи.

На заре времен частицы материи и антиматерии, сталкиваясь друг с другом, аннигилировали, превращаясь в энергию в форме фотонов электромагнитного излучения, а те снова превращались в пары частиц и античастиц. Процесс бурлящего образования и исчезновения бесчисленного количества таких пар продолжался по мере расширения и остывания ранней Вселенной. Однако спустя непродолжительное даже по меркам повседневности время — менее одной секунды после рождения — Вселенная остыла настолько, что движение частиц замедлилось, а энергии фотонов перестало хватать на образование все новых пар материи/антиматерии. Процесс массовой аннигиляции прекратился. Все вещество, которое мы можем наблюдать — это остатки «последнего раунда» взаимной аннигиляции частиц и античастиц.

То, что мы, как и весь мир вокруг нас, сотканы из «нормальной» материи, указывает на факт, что в этом последнем раунде баланс нарушился: частиц материи оказалось ненамного, но больше, чем частиц антиматерии, с которыми они могли бы аннигилировать. В противном случае не осталось бы ничего, чтобы образовать наполняющее Вселенную вещество — в ней был бы только свет, но не было бы ни звезд, ни планет, ни жизни. Своим существованием мы обязаны тому незначительному, едва заметному перевесу в сторону материи, который позволил ей «одержать победу» над антиматерией, чтобы позже сформировать привычную нам среду обитания.Можно сказать, что загадкой является даже не сама редкость антиматерии, а то, что стало причиной ее редкости. Тайна, которую мы хотим раскрыть, заключается в том, что
же обусловило нарушение баланса в пользу материи, ведь ответ на этот вопрос фундаментальным образом повлияет на наше понимание того, как Вселенная оказалась в современном состоянии.

Что же говорит нам об этом наша теория, Стандартная модель? Ничего. Согласно ей, материя и антиматерия должны вести себя одинаково. Тем не менее, проводя эксперименты, мы замечаем различия. Это как раз тот случай, когда теоретические наработки не могут дать вразумительного объяснения экспериментальным данным. В такой ситуации эксперимент — наша единственная надежда постичь тайну антиматерии; очевидно, это возможно только путем анализа результатов множества различных опытов и измерений в надежде, что в итоге они сложатся в стройную картину различий между обычной материей и антиматерией. Если этот подход принесет плоды, позже станет возможным интегрировать новое понимание в сложившуюся систему знаний об устройстве Вселенной.

Учитывая все вышесказанное, логичным кажется следующее предположение: а что, если антиматерии вовсе не было меньше, чем обычной, что она существует по сей день и просто скрывается там, где мы ее не видим? Это предположение не только заслуживает внимания, но и получило проверку. Если антиматерия встретится с обычной материей где-то в глубинах космоса, при их аннигиляции выделится характерное излучение. Ученые пытались обнаружить фотоны, потенциально порожденные такими событиями — но ни один телескоп не смог зарегистрировать ничего подобного.

Кроме того, мы составили и детально изучили фотографию Вселенной на самых ранних этапах ее эволюции — карту реликтового микроволнового излучения, возникшего, как только сформировались первые нейтральные атомы, сделав пространство прозрачным для света. Если бы существовали регионы массового скопления антиматерии, на этой карте были бы видны изменения плотности фотонов, обусловленные ее аннигиляцией с материей. Есть и другое следствие встречи антиподов, которое могла бы отражать карта реликтового излучения — ведь аннигиляция происходит с выделением огромного количества энергии. Используя теоретические данные, космологи могут предсказать, каким образом в таком случае выглядела бы «фотография» юной Вселенной, а потом сравнить ее с результатами, полученными экспериментально. Тем не менее, пока с помощью подобных методов в космосе не было обнаружено значительных скоплений антивещества.

Но что, если антиматерия присутствует не в форме огромных залежей, а в виде компактных скоплений, и поэтому нам не удается ее засечь? Могут ли существовать звезды из антиматерии, извергающие потоки античастиц? Может быть, она как-то связана с таинственной темной материей, которая служит своеобразным «клеем», удерживающим галактики от разрушения? Один из способов обнаружить такие небольшие «антиматериальные объекты» заключается в попытке выявить испущенные ими частицы.



Нам известно, что существует множество источников космических лучей, которые, достигая газовой оболочки нашей планеты, активно взаимодействуют с ней, порождая потоки частиц и античастиц на пути к поверхности Земли. Очевидно, изучая результаты этих множественных взаимодействий и преобразований, иногда очень сложно восстановить картину событий и сказать наверняка, что же породило полученный набор данных — материя или антиматерия. Возможно, когда-нибудь мы придумаем способ это сделать.

Чтобы быть абсолютно уверенными, необходимо изучать космические лучи непосредственно в космосе — до того, как они вступят в контакт с земной атмосферой. К счастью, у нас есть экспериментальная площадка, где ведутся именно такие исследования. Устройство, предоставляющее возможность изучения космических лучей, которые пронизывают открытый космос, называется «магнитный альфа-спектрометр», или AMS.Этот прибор установлен на борту Международной космической станции и вот уже 5 лет из 20 запланированных регистрирует и классифицирует высокоэнергетические частицы, заполняющие космическое пространство. Внутри альфа-спектрометра находятся детекторы, позволяющие определять, к какому виду относятся зарегистрированные частицы и какой энергией они обладают, а также каков их электрический заряд, что дает возможность отнести частицу к материи либо антиматерии. Одна из задач AMS заключается в подсчете количества частиц обоих видов.

Ожидается, что детектором будет зарегистрировано некоторое количество антивещества, возникшего в результате привычных физических процессов — например, при столкновении высокоэнергетических протонов с межзвездной пылью и газом могут образовываться частицы как материи, так и антиматерии. При этом в пропорциональном соотношении последней должно быть больше при низких энергиях, а при высоких энергиях ее количество начнет уступать обычной материи. Именно это изменение баланса при возрастании энергии частиц вызывает живой интерес у ученых.

Существует несколько видов событий, вследствие которых могут появляться высокоэнергетические античастицы. Считается, что одним из них может быть аннигиляция темной материи, поскольку ее частицы предположительно обладают чрезвычайно большой массой, и соответственно при их аннигиляции должно выделяться колоссальное количество энергии. Обнаружение признаков таких событий многое сказало бы нам и о характере самой антиматерии, и о местах во Вселенной, где следует ее искать.

Высокоэнергетические античастицы также могут образовываться при более тривиальных астрофизических процессах. Например, пульсары, вращающиеся с огромной скоростью, разгоняют частицы своими невероятно мощными магнитными полями, благодаря чему они могут вырываться в открытый космос с колоссальной энергией.

В декабре прошлого года были получены и проанализированы последние экспериментальные данные, касающиеся электронов и позитронов, зарегистрированных AMS. С одной стороны, результаты свидетельствуют об однозначном наличии антиматерии в современной Вселенной… но, с другой стороны, количество ее несоизмеримо меньше, чем обычной.

Примечательно в этих результатах то, что доля антиматерии при более высоких энергиях оказалась больше ожидаемой. Такой неожиданный вывод озадачил ученых и вызвал у них желание сопоставить полученные данные с теоретическими предсказаниями поведения темной материи: может ли эта таинственная субстанция оказаться ответственной за такие последствия? Оказалось, что теория потрясающим образом согласуется с экспериментальными данными. Открытым остается лишь вопрос точности измерений AMS: достаточна ли она, чтобы установить источник антиматерии — является ли им темная материя или же менее экзотические объекты (такие, как пульсары)? Для того, чтобы понять, как правильно интерпретировать имеющиеся данные, необходимо продолжать наблюдения в течение длительного времени и проанализировать более значительные массивы информации. Таким образом, пока у нас недостаточно оснований, чтобы делать однозначные выводы, но уже получены определенные свидетельства в пользу существующих теорий об источниках антиматерии.

Космос — не единственное место, где можно вести подобные исследования. Помимо естественных источников антиматерии, существуют и созданные человеком — например, в Европейской лаборатории физики частиц в CERN, где подход к изучению вопроса немного иной. В частности, там антиматерию исследуют с помощью устройства, именуемого «замедлителем антипротонов». Специальная установка позволяет создавать антипротоны и объединять их с позитронами в атомы антиводорода. После этого производятся все возможные измерения, результаты которых используют для сравнения с хорошо известными соответствующими показателями обычного водорода.

Одна из основных проблем, связанных с изучением антиматерии, заключается в ее характерной черте — моментальной аннигиляции при контакте с любой обычной материей. Куда же можно поместить вновь созданный атом антиводорода, если все наши контейнеры и оборудование состоят из материи? Для этой цели в CERN используют замысловатую технологию, основанную на том факте, что атом (и антиатом) имеет слабый магнитный момент, позволяющий удержать его в подвешенном состоянии путем помещения в мощное магнитное поле в вакууме. И пока антиатом не столкнется с молекулой воздуха или стенками контейнера, ученые получают возможность провести необходимые измерения. В настоящее время ведутся работы по усовершенствованию этой технологии и разрабатываются программы исследований, которые планируют производить таким способом.Вопросы, которые предстоит изучить, в частности, включают следующие: что происходит с антиматерией под действием гравитации? Падает ли она вниз, как обычная, или, наоборот, «воспаряет»? На данный момент мы не знаем этого наверняка — ответ предстоит найти экспериментальным путем. Пока предполагается, что верен первый вариант.

Еще одна работа, опубликованная по результатам исследований, касалась структуры антиводорода. Пока она представляется аналогичной структуре обычного атома: позитрон, обращающийся вокруг антипротона, имеет такую же энергию, как обычный электрон на орбите вокруг ядра простого водорода.

Хочу обратить внимание на то, что работы, которые я упомянула — лишь первые шаги, фундамент для будущих исследований. Оборудование постоянно совершенствуется, технологии и методы дорабатываются, а значит, в будущем нас ждет множество захватывающих и неожиданных открытий касательно природы антиматерии.

Еще больше новых знаний об этой экзотической субстанции удалось получить в результате проведения одного эксперимента, предметом которого были не антиатомы, а элементарные античастицы. Исследование проводилось с помощью Большого адронного коллайдера — самого мощного ускорителя частиц, имеющегося в распоряжении CERN. Эта установка представляет собой огромную трубу длиной 27 км, замкнутую в кольцо, внутри которой пучки протонов (или более тяжелых ионов) разгоняются в противоположных направлениях практически до скорости света. При этом они сталкиваются между собой в четырех точках на своем пути, где расположены наши детекторы. Подобные эксперименты дают надежду на то, что нам удастся приоткрыть завесу тайны, ведь они позволяют — на крохотную долю секунды и в невообразимо малых масштабах — восстановить температуры и плотности, имевшие место на заре времен, первые мгновения жизни нашей Вселенной.Такие столкновения порождают изобилие частиц и античастиц, последний раз существовавшее около 14 млрд лет назад, и дают нам уникальный шанс детально изучить их. Для этих целей мы используем детекторы, которые работают подобно гигантским трехмерным цифровым фотокамерам, позволяющим запечатлеть все продукты столкновений, измерить энергию, с которой они разлетаются, и зарегистрировать элементы, на которые они вскоре распадаются. Используя эту информацию, мы можем воссоздать картину события и определить, какие виды частиц возникли при ударе протона о протон.

В момент столкновения количество порожденной им материи равно количеству антиматерии. Однако к тому моменту, когда наши детекторы засекут его результат — например, «осколок» в виде нижнего кварка или другой частицы — какое-то незначительное время, миллионная доля секунды уже пройдет. Проанализировав количество материи и антиматерии в этот следующий момент, мы сможем определить, чего осталось больше, произошло ли нарушение баланса. Исходя из полученных данных, похоже, что он действительно нарушается.

В ходе эксперимента наблюдаются определенные виды частиц, обладающие собственной характерной «подписью», которая позволяет выделить их среди других. Как я уже упоминала, в момент столкновения производится одинаковое количество материи и антиматерии — а вот во время замера, спустя несказанно малые доли секунды, материи регистрируется значительно больше. Аналогичные выводы получены при проведении множества других исследований, в том числе и при наблюдениях иных видов частиц. Таким образом, эксперименты, которые проводятся в CERN, помогают углубить наше понимание природы антиматерии на уровне элементарных частиц.

Что же все это означает? Если помните, я говорила, что наши теории не дают объяснений, в чем же заключается разница между материей и антиматерией, обуславливающая такое различие в их количестве. Чтобы интерпретировать результаты исследований, необходима соответствующая теоретическая парадигма, позволяющая вписать в нее экспериментально полученные данные. Это значит, что существующую теорию необходимо модифицировать таким образом, чтобы она учитывала отличия между материей и антиматерией, приводящие к фактически наблюдаемым показателям. Чтобы добиться этого, мы использовали, признаюсь, далеко не самое элегантное решение, и ввели в нашу теорию всего одно число, отвечающее за различия между видами материи.

Идея заключается в следующем: если мы измерим различия между материей и антиматерией, то сможем сравнить полученные данные с теоретическими предсказаниями. Стоит отметить, что мы не имеем возможности предсказать их различие точно, поскольку упомянутое число нам неизвестно. Однако, сопоставив фактически наблюдаемые результаты с предсказанием, мы могли бы получить его приблизительное значение. Подобную процедуру нужно проделать не только для одного, а для нескольких видов измерений, и, сравнив результаты с теоретическим прогнозом, получить еще одно примерное значение неизвестного числа… Следуя этой методике и проведя множество аналогичных расчетов, мы сможем сравнить полученные приблизительные значения и проанализировать, насколько результаты согласуются друг с другом.

Выполнив описанные операции, мы получили область на графике, где кривые результатов различных экспериментов пересекаются. Это означает, что существует некий параметр, объясняющий различия между материей и антиматерией. Если учесть его в нашей теории, она получит возможность объяснить все имеющиеся наблюдательные данные. Это поистине удивительно — ведь, несмотря на то, что мы не имеем четкого представления о природе антиматерии, похоже, мы сумели отыскать действенный способ с точностью описать и предсказать ее поведение. В современной космологии уже имеются теории, позволяющие сделать оценку количества вещества во Вселенной. Наши успехи в поиске описания характера антиматерии могут быть использованы, чтобы «отмотать» назад время в рамках таких теорий и узнать, сколько же ее было при зарождении нашего мира. Результаты таких теоретических изысканий говорят о том, что галактики из антиматерии вряд ли существуют — количество ее, скорее всего, слишком мало.

Таким образом, самый очевидный вывод, к которому мы пришли в ходе наших экспериментов — мы совершенно не понимаем природы антиматерии. На текущем уровне изученности субатомной Вселенной мы не можем дать объяснения ее поведению. Однако такой результат тоже можно считать вдохновляющим: это означает лишь то, что ответ содержится не в уже известных данных, а в новой физике, которую еще предстоит открыть.



Эксперименты, о которых я рассказала — лишь эпизоды из огромного множества исследований, ведущихся в этой области. Важно и то, что некоторые из наших данных указывают на возможную связь антиматерии и темной материи. Надеюсь, уже в недалеком будущем удастся подтвердить или опровергнуть эту гипотезу, а может быть, даже получить прямые доказательства верности такого варианта объяснения природы экзотических форм материи. Уверена, что результаты не заставят себя ждать, и в ближайшие десятилетия мы сможем приоткрыть завесу тайны, окутывающей многие наиболее фундаментальные вопросы устройства Вселенной.

[Administrator]

Фото дня: спиральная галактика со сверхмассивной чёрной дырой

Орбитальный телескоп «Хаббл» (NASA/ESA Hubble Space Telescope) продолжает радовать великолепными снимками Вселенной. Сегодня в рубрике «Изображение» недели представлена завораживающая фотография объекта NGC 1365.

Названная структура представляет собой спиральную галактику с перемычкой, расположенную на расстоянии приблизительно 60 млн световых лет от нас в созвездии Печи.

В центре NGC 1365 располагается сверхмассивная чёрная дыра. Такие образования могут иметь массу от 105 до 1011 масс Солнца. Кроме того, в галактике наблюдаются ряд сверхновых.

На представленном изображении отчётливо видна характерная структура спиральных галактик — в данном случае с закручивающимися против часовой стрелки спиральными ветвями. Яркие светло-голубые зоны — это области, содержащие большое количество молодых звёзд.

Данный снимок был получен в рамках научного проекта, предусматривающего наблюдения Вселенной с помощью двух обсерваторий — «Хаббла» и Большой Атакамской Миллиметровой / субмиллиметровой решётки (The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA).

[MAXSIMUS]

Астрономы получили доказательство взрыва сверхновой недалеко от Земли 2,5 миллиона лет назад
За свою 4,5-миллиардную историю Земля прошла через многочисленные испытания. Различные катастрофы угрожали планете: от столкновений с астероидами до вулканических пожаров и ледниковых периодов. И все же жизнь сохраняется.

Среди всех опасностей, угрожающих планете, наиболее опасной может быть близлежащая звезда, взрывающаяся как сверхновая.

Когда достаточно массивная звезда достигает конца своей жизни, она взрывается как сверхновая. Гиперэнергетический взрыв может освещать небо несколько месяцев, превращая ночь в день для любых планет, находящихся достаточно близко.Если планета окажется слишком близко, она будет стерилизована или даже уничтожена. В предсмертной агонии звезда производит определенные химические элементы, которые распространяются в космос.

В течение многих лет исследователи ломали голову над доказательствами того, что где-то в окрестностях Земли пару миллионов лет назад взорвалась сверхновая. Доказательством этого является концентрация 60Fe, изотопа железа, производимого сверхновыми звездами, обнаруженного вокруг Земли.

Новое исследование представляет дополнительные доказательства взрыва сверхновой около Земли 2,5 миллиона лет назад. На этот раз это концентрация 53Mn, еще одного радиоизотопа, производимого сверхновыми.



Исследование, в котором представлены результаты, называется «53Mn, произведенное сверхновыми на Земле». Ведущий автор статьи — доктор Гюнтер Коршинек из Мюнхенского технического университета. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Основное внимание в исследовании уделяется так называемым железомарганцевым коркам. Они сделаны из камня, но больше похожи на шоколадный торт. Это морские отложения, которые со временем растут по мере того, как оксиды железа и марганца выпадают в осадок из морской воды.

Помимо того, что они являются потенциальным источником ценных минералов, они также являются ценным доказательством для ученых. Команда исследователей изучила образцы этих железомарганцевых корок и обнаружила не только 60Fe, но и 53Mn.

60Fe, обнаруженный на Земле, является потенциальным свидетельством взрыва сверхновой в непосредственной близости от Земли. 60Fe известен как потухший радионуклид. Поскольку его период полураспада составляет 2,6 миллиона лет, любой 60Fe на Земле должен был давно распасться на никель. Обнаружение его сейчас означает, что с астрономической точки зрения он был произведен в более позднее время.



Но сверхновые — не единственное, что может синтезировать 60Fe. Он также может быть произведен звездами ветви гигантов (AGB). Все звезды в диапазоне масс от низкой до средней (от 0,6 до 10 масс Солнца) проходят этот этап эволюции ближе к концу своей жизни.

Так что вполне возможно, что 60Fe, обнаруженный на Земле, произошел от одного из них в течение последних нескольких миллионов лет, а не от сверхновой. Как можно ответить на вопрос об источнике 60Fe?

В своей статье исследователи пишут, что «однозначный радионуклид, образованный только сверхновой, такой как 53Mn, обнаруженный в тех же образцах, что и 60Fe, может решить этот вопрос».

Теперь ученые обнаружили 53Mn в тех же железомарганцевых корках, что и 60Fe. В отличие от 60Fe, 53Mn не могут производиться звездами AGB. Он может быть произведен только сверхновыми.
«Таким образом, 53Mn является вторым радиоизотопом из той же сверхновой, где был обнаружен 60Fe, и впервые был обнаружен 53Mn, образованный в результате нуклеосинтеза во время взрыва сверхновой».

Что касается эффекта, который взрыв оказал на Землю, это источник больших предположений, исследований и споров. Некоторые говорят, что это спровоцировало частичное исчезновение морской мегафауны плиоцена. Другие говорят, что он мог спровоцировать обращение человечества к двуногому движению.



Хотя это исследование не рассматривает влияние сверхновой на жизнь, оно представляет все более убедительные доказательства в пользу взрыва сверхновой.

[MAXSIMUS]

Первый сверхгорячий нептун LTT 9779b является «невероятной планетой»
движется по орбите вокруг близлежащей звезды LTT 9779.

Эта планета обращается настолько близко к родительской звезде, что год на ее поверхности длится всего лишь 19 часов, а температура достигает более чем 1700 градусов Цельсия.

При этих температурах тяжелые элементы, такие как железо, могут быть ионизированы в атмосфере, а молекулы – диссоциированы, что создает уникальные условия «природной лаборатории» для изучения химии внесолнечных планет.

Хотя эта планета имеет массу примерно вдвое больше, чем у Нептуна, она также характеризуется слегка большим размером, а поэтому ее плотность примерно равна плотности ледяного гиганта Солнечной системы. Это означает, что планета LTT 9779b должна иметь гигантское ядро массой примерно в 28 масс Земли и атмосферу, масса которой составляет около 9 процентов от общей массы планеты, пояснили авторы работы.

Возраст этой системы составляет примерно половину от возраста Солнца, то есть около 2 миллиардов лет, но, учитывая мощный поток излучения со стороны звезды, эта планета размером с Нептун не должна была иметь возможности удерживать вокруг себя атмосферу на протяжении настолько долгого времени, показывают модели. Поэтому происхождение обнаруженной системы стало большой загадкой для астрономов.

Солнцеподобная звезда LTT 9779 расположена на расстоянии всего лишь 260 световых лет от нас. Она очень богата металлами – так, количество железа в ее атмосфере в два раза превышает количество железа в атмосфере Солнца. Это может указывать на то, что планета изначально сформировалась как более крупный газовый гигант, поскольку такие тела обычно склонны формироваться вблизи звезд с высоким содержанием железа, считают авторы.

Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy; главный автор Джеймс С. Дженкинс (James S. Jenkins).

[MAXSIMUS]

Некоторые планеты могут быть лучше для жизни, чем Земля

[img]https://i.postimg.cc/Y9Mt7qDW/20201005154459.jpg[/img] Земля не обязательно лучшая планета во Вселенной. Исследователи определили две дюжины планет за пределами нашей Солнечной системы, на которых могут быть условия, более подходящие для жизни, чем наши собственные. Некоторые из этих звезд на орбите, возможно, даже лучше нашего Солнца.

В исследовании, проведенном ученым из Университета штата Вашингтон Дирком Шульце-Макухом, недавно опубликованном в журнале Astrobiology, подробно описываются характеристики потенциальных «сверхобитаемых» планет, включая те, которые старше, немного больше, немного теплее и, возможно, более влажные, чем Земля. Жизнь также могла бы легче развиваться на планетах, которые вращаются вокруг более медленно меняющихся звезд с большей продолжительностью жизни, чем наше Солнце.

Все 24 главных претендента на получение сверхобитаемых планет находятся на расстоянии более 100 световых лет от нас, но Шульце-Макух сказал, что это исследование может помочь сфокусировать дальнейшие усилия по наблюдению, например, с космического телескопа Джеймса Веба НАСА, космической обсерватории LUVIOR и телескопа Европейского космического агентства PLATO.

«С появлением будущих космических телескопов мы получим больше информации, поэтому важно выбрать некоторые цели», - сказал Шульце-Макух, профессор WSU и Технического университета в Берлине. «Мы должны сосредоточиться на определенных планетах, на которых есть наиболее многообещающие условия для сложной жизни. Однако мы должны быть осторожны, чтобы не застрять в поисках второй Земли, потому что могут быть планеты, которые могут быть более подходящими для жизни, чем наша».

Для исследования Шульце-Макух, геобиолог, специализирующийся на планетной обитаемости, объединился с астрономами Рене Хеллером из Института исследований солнечной системы им. Макса Планка и Эдвардом Гинаном из Университета Вилланова, чтобы определить критерии сверхобитаемости и провести поиск среди 4500 известных экзопланет за пределами нашей солнечной системы ища хороших кандидатов. Пригодность для проживания не означает, что на этих планетах определенно есть жизнь, это просто условия, способствующие жизни.

Исследователи выбрали планетно-звездные системы с вероятными планетами земной группы, вращающимися в пределах обитаемой зоны родительской звезды, из архива экзопланет, представляющих интерес.

Хотя Солнце является центром нашей солнечной системы, у него относительно короткая продолжительность жизни - менее 10 миллиардов лет. Поскольку на появление на Земле любой формы сложной жизни потребовалось почти 4 миллиарда лет, у многих звезд, похожих на наше Солнце, называемых G-звездами, могло закончиться топливо, прежде чем сложная жизнь могла возникнуть.

Помимо изучения систем с более холодными G-звездами, исследователи также рассмотрели системы с К-карликовыми звездами, которые несколько холоднее, менее массивны и менее ярки, чем наше Солнце. K-звезды имеют преимущество в продолжительности жизни от 20 до 70 миллиардов лет. Это позволило бы планетам, вращающимся вокруг них стать старше, а также дало бы жизни больше времени для развития до той сложности, которая в настоящее время наблюдается на Земле. Однако, чтобы быть обитаемыми, планеты не должны быть настолько старыми, чтобы они исчерпали свое геотермальное тепло и не имели защитных геомагнитных полей. Земле около 4,5 миллиардов лет, но исследователи утверждают, что оптимальным местом для жизни является планета, возраст которой составляет от 5 до 8 миллиардов лет.

Размер и масса тоже имеют значение. Планета, которая на 10% больше Земли, должна иметь более пригодную для жизни землю. Можно ожидать, что если масса планеты примерно в 1,5 раза больше массы Земли, то она будет дольше сохранять внутренне тепло за счет радиоактивного распада, а также будет иметь более сильную гравитацию, чтобы удерживать атмосферу в течение более длительного периода времени.

Вода - ключ к жизни, и авторы утверждают, что она поможет, особенно в виде облаков и морей. Немного более высокая температура, примерно на 5 градусов по Цельсию выше, чем на Земле, вместе с дополнительной влажностью также будет лучше для жизни. Это предпочтение тепла и влаги наблюдается на Земле с большим биоразнообразием тропических дождевых лесов, чем в более холодных или засушливых районах.

Среди 24 кандидатов на лучшую планету ни одна из них не отвечает всем критериям сверхобитаемых планет, но одна имеет четыре критических характеристики, что делает ее, возможно, намного более комфортной для жизни, чем наша родная планета.

«Иногда трудно передать этот принцип сверхобитаемых планет, потому что мы думаем, что у нас лучшая планета», - сказал Шульце-Макух. «У нас есть большое количество сложных и разнообразных форм жизни, и многие из них могут выжить в экстремальных условиях. Хорошо иметь адаптируемую жизнь, но это не означает, что у нас есть все самое лучшее».

[Administrator]

Фото дня: звёздный круговорот в ночном небе

Европейская Южная Обсерватория (ESO, European Southern Observatory) представила великолепный снимок ночного неба над обсерваторией Параналь в Чили. На фотографии запечатлены завораживающие звёздные круги.

image.png

Подобные звёздные треки можно зафиксировать, осуществляя фотосъёмку с длинными экспозициями. При вращении Земли наблюдателю кажется, что бесчисленные светила описывают на небе широкие дуги.

Помимо звёздных кругов, на представленном изображении запечатлена освещённая дорога, ведущая к обсерватории Параналь, где установлен Очень Большой телескоп ESO (VLT). На этом снимке на вершине горы Серро Параналь видны два из четырёх основных телескопов комплекса и обзорный телескоп VST.

Ночное небо на фотографии разрезает широкий оранжевый луч. Это след от лазерных пучков, исходящих от одного из инструментов VLT, растянувшийся из-за длинной экспозиции.

Добавим, что ESO располагает тремя уникальными наблюдательными пунктами мирового класса, находящимися в Чили: Ла Силья, Параналь и Чахнантор. На Паранале ESO на правах партнёра предоставила место для установки Южной Решётки черенковских телескопов (Cherenkov Telescope Array South), крупнейшей в мире и рекордной по чувствительности гамма-обсерватории.

image.png

[MAXSIMUS]

Автостопом на Энцелад или есть ли жизнь на спутнике Сатурна
Экзотический спутник Сатурна Энцелад может быть обитаемым. Но, чтобы исключить любую ошибку, надо понять, могут ли оказаться среди обнаруженных «живых» гости с Земли.

Космические путешествия автостопом — не новость. Вот планетологи и задумались, как избежать ошибочных выводов. Причем решение только одного этого вопроса позволит понять, как вычислять обитаемость конкретных космических объектов без примеси вторженцев с других уголков космоса.

Так вот, речь идет о предстоящей миссии, в которой задействован Enceladus Orbilander — одиночный космический аппарат, способный сначала вращаться вокруг луны Сатурна, а затем благополучно приземлиться на ледяную поверхность Энцелад. Важно, чтобы аппарат не притащил за собой представителей земной живности.

Пока что решается три самых важных вопроса: как удерживать оптимальную орбитальную высоту, как приземлиться в нужном месте и что будет с аппаратом после того, как он выполнит свою задачу.Уязвимость миссии заключается именно в этих трех пунктах. Опасно то, что под ледяным покровом находится океан. И этот океан может оказаться домом для продуктов органической химии, плавающей в воде, и энергетической составляющей. Как видно, это — все три компонента, необходимые для жизни. И вот тут надо провести миссию так, чтобы во время посадки аппарат не пробил нежный лед и не заразил океанские воды чем-то принесенным с Земли.

Конечно, судьба Enceladus Orbilander не будет столь же драматичной, как у Кассини. Ведь его собираются посадить на поверхность ледяной планеты, а не просто отправить в небытие. Но посадка должна быть осуществлена так и в таком месте, чтобы аппарат мог оставаться там и после окончания своей работы хоть вечность, без опаски провалиться в океан и — опять мы о том же — заразить его земными организмами.

Почему мы все время говорим о заражении? И начиная разговор о том или ином пункте предстоящей миссии, опять возвращаемся к этой теме?

Дело в том, что ученым интересно узнать реальную картину. А это невозможно без соблюдения практически полной стерильности. Но и отправить в космос идеально чистый аппарат нереально. Плюс, по дороге он точно все равно что-то подхватит. И вот исследователи решили подключить одно из правил: постоянную проверку рабочих инструментов. В том числе проверку пустых проб.

Что касается самих инструментов обнаружения жизни, то на Enceladus Orbilander их шесть. Ведь пока еще не придумано ничего, где после нажатия одной только кнопочки можно получить ответ: О, да! Здесь есть жизнь! Остается доработать все нюансы и отправиться в космическое путешествие на Энцелад.

[img]https://i.postimg.cc/5t3jPqzh/S-Zemli-avtostopom-na-Entselad-ili-est-li-zhizn-na-sputnike-Saturna.jpg[/img]