Дайджест научпоп-новостей за неделю, о которых мы ничего не писали

Астрономы нашли недостающее звено между чёрными дырами звёздной массы и сверхмассивными чёрными дырами

Хотя чёрные дыры известны как самые разрушительные объекты во Вселенной, их эволюция в значительной степени окутана тайной. Астрономам известны сверхмассивные чёрные дыры, существующие в центре галактик, таких как наша, и чёрные дыры, чья масса менее чем в 100 раз превышает размер нашего Солнца, но чёрные дыры средней массы в значительной степени ускользают от обнаружения. Однако ситуация может измениться с недавним открытием кандидата в чёрные дыры, который может существовать в шаровом скоплении Омега Центавра и потенциально может стать «недостающим звеном» в понимании учёными эволюции чёрных дыр.

Для открытия международная группа исследователей использовала космический телескоп «Хаббл» и провела около 20 лет, изучая более 500 изображений семи быстро движущихся звёзд, расположенных внутри Омеги Центавра, которая находится на расстоянии чуть более 17 000 световых лет от Земли и имеет возраст чуть более 11,5 миллиарда лет. Возможная причина столь длительного исследования заключается в том, что Омега Центавра содержит около 10 миллионов звёзд, средняя масса каждой из которых равна четырём нашим Солнцам, а диаметр шарового скопления составляет около 150 световых лет.

«Мы обнаружили семь звёзд, которых там быть не должно», — говорит Максимилиан Хеберле, аспирант Института астрономии Макса Планка в Германии и руководитель исследования. «Они движутся так быстро, что должны покинуть скопление и никогда не возвращаться. Наиболее вероятное объяснение заключается в том, что очень массивный объект гравитационно притягивает эти звёзды и удерживает их вблизи центра. Единственный объект, который может быть настолько массивным, — это чёрная дыра, масса которой по меньшей мере в 8200 раз больше массы нашего Солнца».

Астрономы обнаружили самую раннюю галактику, которую мы когда-либо видели

Недавно обнаруженная галактика побила рекорд самой ранней из увиденных, бросив серьёзный вызов нашим современным моделям формирования галактик. Она называется JADES-GS-z14-0 и видна нам такой, как она выглядела менее чем через 300 миллионов лет после Большого взрыва. Вторая недавно открытая галактика, JADES-GS-z14-1, находится почти на таком же расстоянии.

«В январе 2024 года NIRSpec наблюдал за этой галактикой, JADES-GS-z14-0, в течение почти десяти часов, и когда спектр был обработан, появились однозначные доказательства того, что галактика действительно находится на красном смещении 14,32, побив предыдущий рекорд самой удалённой галактики», — говорят астрономы Стефано Карниани из Scuola Normale Superiore в Италии и Кевин Хейнлайн из Университета Аризоны.

«Судя по снимкам, источник имеет размер более 1600 световых лет в поперечнике, что доказывает, что свет, который мы видим, исходит в основном от молодых звёзд, а не от излучения вблизи растущей сверхмассивной чёрной дыры».

«Такое количество звёздного света означает, что галактика в несколько сотен миллионов раз больше массы Солнца! В связи с этим возникает вопрос: как природа смогла создать такую яркую, массивную и большую галактику менее чем за 300 миллионов лет?»

По этому вопросу были написаны три отдельные работы, одна из которых недавно опубликована в журнале Nature.

Сверхтонкий световой парус может доставить крошечный космический аппарат к ближайшим звёздам

Создание материалов, которые одновременно хорошо отражают свет и при этом достаточно легки, оказалось сложной задачей. Теперь исследователи использовали метод искусственного интеллекта под названием «нейронная оптимизация топологии» для создания листа нитрида кремния нанометровой толщины, который может воплотить эту идею в жизнь.

На создание методики исследователей вдохновил проект Breakthrough Starshot, запущенный Breakthrough Initiatives в 2016 году. Проект Starshot предполагает создание флота из примерно 1000 крошечных космических аппаратов, использующих световые паруса и земной лазер, чтобы достичь Альфы Центавра в течение 20-30 лет. Зонды будут оснащены камерами и другими датчиками, которые будут передавать данные по прибытии.

Чтобы достичь требуемых скоростей, космические аппараты должны быть невероятно лёгкими — сами зонды будут всего сантиметров в диаметре и весить несколько граммов. Но чтобы собрать достаточно света, площадь паруса должна составлять около 100 квадратных футов, поэтому для снижения веса нужны новые сверхлёгкие материалы.

Один из перспективных подходов заключается в создании оптических наноструктур, называемых «фотонными кристаллами», состоящих из повторяющейся сетки крошечных отверстий. Проделывание миллионов или миллиардов таких отверстий в материале значительно уменьшает его вес, но эти повторяющиеся структуры также создают необычные оптические эффекты, которые могут реально улучшить отражательную способность материала.

Выяснить, как именно расположить эти отверстия, довольно сложно, поэтому группа из Делфтского университета (Нидерланды) и Брауновского университета (США) прибегла к помощи искусственного интеллекта. Они объединили нейронную сеть с более традиционной программой вычислительной физики, чтобы найти оптимальную конфигурацию и форму отверстий для минимизации массы и увеличения отражательной способности.

В результате получилась решётка из бобовидных отверстий толщиной менее 200 нанометров. Чтобы показать, что конструкция работает так, как ожидалось, они использовали подход, называемый наводной литографией, в котором лазер использует невероятно детализированный трафарет для создания отверстий в пластине из нитрида кремния. Используя этот подход, команда создала образец площадью 32 кв.см. дюймов, который весил всего несколько микрограммов.

Массивное возмущение солнечного ветра привело к тому, что магнитосфера Земли оказалась без привычного хвоста

В статье, опубликованной в Geophysical Research Letters, Ли-Джен Чен и его коллеги сообщают о беспрецедентных наблюдениях редкого явления, возникающего во время коронального выброса массы (КВМ).

КВМ обычно движется быстрее, чем скорость Альфвена — скорость, с которой вибрирующие линии магнитного поля движутся через намагниченную плазму, которая может меняться в зависимости от плазменной среды. КВМ в 2023 году нарушил нормальную конфигурацию магнитосферы Земли примерно на два часа. Исследователи проанализировали данные наблюдений, полученные с помощью многомасштабной магнитосферной миссии НАСА (MMS), чтобы узнать, что произошло.

24 апреля 2023 года космический аппарат MMS заметил, что хотя скорость течения солнечного ветра была высокой, скорость Альфвена во время сильного КВМ была ещё выше. Обычно солнечный ветер движется быстрее, чем скорость Альфвена. Эта аномалия привела к временному исчезновению носовой ударной волны Земли, что позволило плазме и магнитному полю Солнца напрямую взаимодействовать с магнитосферой.

На месте хвоста земного ветра появились структуры, называемые крыльями Альфвена, которые соединили магнитосферу Земли с недавно вспыхнувшей областью Солнца. Это соединение действовало как магистраль, переносящая плазму между магнитосферой и Солнцем.

Исследователи обнаружили хлопья графена в образце лунного грунта

Исследование, опубликованное в журнале National Science Review, свидетельствует о существовании графена, образованного в естественных условиях из нескольких слоёв, — вещества, состоящего из атомов углерода в особой тонкослойной структуре.

Команда под руководством профессоров Мэн Цзоу, Вэя Чжана и старшего инженера Сюйцзюань Ли из Цзилиньского университета, а также Вэньцай Рена из Института исследования металлов Китайской академии наук проанализировала образец лунного грунта оливковой формы размером 2,9 мм на 1,6 мм, полученный в результате миссии «Чанъэ-5» в 2020 году.

По словам команды, учёные обычно считают, что около 1,9 % межзвёздного углерода существует в форме графена, форма и структура которого определяются процессом его образования.

Используя специальный спектрометр, исследователи обнаружили в богатом углеродом участке образца соединение железа, тесно связанное с образованием графена. Затем они использовали передовые технологии микроскопии и картирования, чтобы подтвердить, что углерод в образце состоит из «хлопьев», имеющих от двух до семи слоёв графена.

Команда предположила, что графен с несколькими слоями мог образоваться во время вулканической активности на ранних этапах существования Луны и был катализирован солнечными ветрами, которые могут перемешивать лунный грунт и железосодержащие минералы, что помогло преобразовать структуру атомов углерода.