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

Устройство на основе бумаги генерирует электричество для носимой электроники из влаги в воздухе

Профессор Бингемтонского университета Сокхын Чой, доцент Анвар Эльхадад, доктор философии и аспирантка Янг «Лекси» Гао разработали новый метод извлечения влаги из воздуха и превращения её в электричество.

В статье, недавно опубликованной в журнале Small, команда из Бингемтона описала своё носимое устройство на бумажной основе, которое обеспечивает постоянный высокоэффективный выход энергии за счёт захвата влаги.

«В будущем носимая электроника будет использовать разные методы сбора энергии, но доступные сейчас методы очень нерегулярны по времени, случайны по расположению и неэффективно работают, — говорит Чой. — Причина, по которой я заинтересовался этой темой, заключается в том, что влага в нашем воздухе распространена повсеместно, и я понял, что собирать энергию из влаги очень просто».

Адаптировав знания, полученные в лаборатории биоэлектроники и микросистем о биобатареях за последние 15 лет, генератор использует споры бактерий, которые расщепляют молекулы воды на положительные и отрицательные ионы.

Капилляры бумаги поглощают споры, создавая градиент, в котором положительных ионов больше сверху, чем снизу, и этот дисбаланс приводит к возникновению электрического заряда.

Поглощение влаги усиливается за счёт добавления слоя особой бумаги, гидрофобной с одной стороны и гидрофильной с другой, которая втягивает молекулы воды и удерживает их внутри устройства до тех пор, пока они не будут обработаны.

Исследование продолжает стремление Чоя к созданию папертроники — гибких, носимых, масштабируемых и одноразовых устройств из бумаги, не наносящих вреда окружающей среде. Он считает влажно-электрический генератор революционным для маломощных датчиков, доставки лекарств или электростимуляции.

Китайские учёные заявили о создании оружия для «Звезды смерти»

Китайские учёные разработали новый тип мощного микроволнового оружия, в котором электромагнитные волны сочетаются с технологией сверхточной синхронизации, позволяющей увеличить мощность фокусированного излучения.

Оружейная система, прошедшая экспериментальные испытания на предмет возможного использования в военных целях, состоит из нескольких устройств, передающих микроволны. Эти микроволны могут сливаться в мощный энергетический пучок для атаки выбранной цели.

Это похоже на оружие «Звезды смерти» из фильма «Звёздные войны». Подобная идея считалась трудноосуществимой, поскольку для эффективного объединения энергии одинаковые электромагнитные волны с разных передающих устройств должны приходить в одно и то же место в одно и то же время.

Согласно расчётам исследовательской группы, для этого необходимо, чтобы каждый микроволновый аппарат был развёрнут с погрешностью позиционирования, сведённой к миллиметрам, а погрешность синхронизации времени между ними не может превышать 170 пикосекунд – система должна работать точнее, чем атомные часы на спутниках GPS.

Учёные и инженеры преодолели эти препятствия и построили на западе Китая систему, состоящую из семи передающих аппаратов. Эксперименты подтвердили, что устройство может эффективно подавлять сигналы американских GPS и других спутников, «достигая различных целей, таких как обучение и тренировка, проверка новых технологий и военные учения».

Исследователи соединили устройства синхронизации на передающих платформах оптоволоконной связью, чтобы добиться «сверхвысокой точности синхронизации».

Исследователи раскрыли в мозге механизм, который постоянно обновляет память

Исследователи из Университета Маунт-Синай впервые обнаружили нейронный механизм интеграции памяти. Результаты исследования, о котором сообщается в журнале Nature, демонстрируют, как воспоминания, хранящиеся в нейронных ансамблях мозга, постоянно обновляются и реорганизуются с учётом значимой информации и представляют собой важный шаг в расшифровке того, как наши воспоминания остаются актуальными с учётом самой последней доступной информации. Это открытие может иметь важные последствия для лучшего понимания адаптивных процессов памяти (таких как создание причинно-следственных умозаключений), а также дезадаптивных процессов (таких как посттравматическое стрессовое расстройство).

«Долгое время считалось, что воспоминания формируются во время первоначального обучения и остаются стабильными в нейронных ансамблях с течением времени, позволяя нам вспомнить определённый опыт, — говорит Дениз Цай, доктор философии, доцент кафедры нейронаук в Медицинской школе Икан при Маунт-Синай и старший автор исследования. — Наша работа с мышами показывает несостоятельность этой теории, поскольку она не учитывает, как мозг может одновременно хранить воспоминания и гибко обновлять их актуальной информацией. Такое сочетание стабильности и гибкости в нейронных ансамблях очень важно для того, чтобы мы могли делать повседневные прогнозы и принимать решения, а также взаимодействовать с постоянно меняющимся миром».

Фундаментальный вопрос о том, как мы динамически обновляем воспоминания по мере получения информации, продолжает волновать нейробиологов. В своём исследовании команда Маунт-Синай отслеживала поведение и нейронную активность в гиппокампе взрослых мышей, когда они получали новый опыт, отдыхали после каждого опыта (в так называемые «автономные» периоды) и вызывали воспоминания в последующие дни. Исследователи обнаружили, что после каждого события мозг закрепляет и стабилизирует память путём повторного воспроизведения опыта. После негативного опыта мозг воспроизводит не только это событие, но и воспоминания, возникшие несколькими днями ранее, по-видимому, в поисках связанных событий, которые можно было бы связать воедино и, таким образом, интегрировать воспоминания во времени.

Исследование мышей, переживших крайне неблагоприятное событие (например, получивших удар током по лапкам в определённой обстановке), показало, что негативный опыт приводил к реактивации не только недавнего негативного воспоминания, но и «нейтрального», или неугрожающего, воспоминания, сформированного несколькими днями ранее (в безопасной обстановке, где они не получали ударов током). «Мы обнаружили, что когда мыши отдыхали после крайне негативного опыта, у них одновременно активировался нейронный ансамбль этого опыта и прошлого нейтрального воспоминания, интегрируя таким образом две разные модальности памяти, — объясняет доктор Цай. Мы называем этот феномен «совместной реактивацией ансамбля» и теперь знаем, что он определяет долгосрочное связывание воспоминаний в мозге».

Мощные радиовсплески связали с массивными галактиками

С момента своего открытия в 2007 году быстрые радиовсплески — чрезвычайно энергичные импульсы радиочастотного света — неоднократно озаряли небо, заставляя астрономов искать причины их возникновения. В настоящее время число подтверждённых быстрых радиовсплесков, или БРВ, исчисляется сотнями, и учёные собирают все больше доказательств того, что их вызывает: сильно намагниченные нейтронные звёзды, известные как магнетары (нейтронные звёзды — один из типов мёртвых звёзд). Одно из ключевых доказательств было получено, когда магнетар вспыхнул в нашей собственной галактике, и несколько обсерваторий, включая проект STARE2 (Survey for Transient Astronomical Radio Emission 2) Калифорнийского технологического института, зафиксировали это явление в режиме реального времени.

Теперь, как сообщается в журнале Nature, исследователи под руководством Калифорнийского технологического института обнаружили, где БРВ чаще всего возникают во Вселенной — в массивных звездообразующих галактиках, а не в галактиках с малой массой. Это открытие, в свою очередь, привело к новым идеям о том, как образуются магнетары. В частности, работа предполагает, что эти экзотические мёртвые звёзды, чьи магнитные поля в 100 триллионов раз сильнее земного, часто образуются при слиянии двух звёзд, а затем взрываются, порождая сверхновую. Ранее было неясно, образуются ли магнетары именно таким образом, в результате взрыва двух слившихся звёзд, или же они могут формироваться при взрыве одной звезды.

«Огромная мощность магнетаров делает их одними из самых захватывающих и экстремальных объектов во Вселенной, — говорит Критти Шарма, ведущий автор нового исследования и аспирант, работающий с Викрамом Рави, доцентом астрономии в Калифорнийском технологическом институте. — Очень мало известно о том, что является причиной образования магнетаров после смерти массивных звёзд. Наша работа помогает ответить на этот вопрос».

Хотя известно, что БРВ происходят в галактиках, активно формирующих звёзды, команда, к своему удивлению, обнаружила, что БРВ чаще происходят в массивных звездообразующих галактиках, чем в маломассивных звездообразующих галактиках. Это было интересно, поскольку астрономы ранее считали, что БРВ происходят во всех типах активных галактик.

Звёзды, богатые металлами — что в астрономических терминах означает элементы тяжелее водорода и гелия, — имеют тенденцию расти больше, чем другие звёзды. «Со временем, по мере роста галактик, сменяющие друг друга поколения звёзд обогащают галактики металлами, эволюционируя и умирая», — говорит Рави.

Более того, массивные звёзды, которые взрываются в сверхновых и могут стать магнетарами, чаще всего встречаются парами. На самом деле 84% массивных звёзд — это пары. Поэтому, когда одна из массивных звёзд в двойных звёздах раздувается из-за повышенного содержания металла, избыток материи перетекает на звезду-партнёра, что способствует окончательному слиянию двух звёзд. Объединённые звёзды будут обладать более сильным магнитным полем, чем одиночная звезда.

Астрономы, вероятно, обнаружили самые маленькие из возможных звёзд

Насколько маленькой может быть звезда? Телескоп «Уэбб» помог обнаружить в близлежащих звездообразующих регионах Млечного Пути несколько коричневых карликов с нижним пределом массы. Эти объекты формируются как звёзды, но оказываются недостаточно массивны, чтобы в их ядрах зажёгся водородный синтез. Три группы исследователей идентифицировали дюжину или около того коричневых карликов массой от трёх до восьми масс Юпитера.

«Впервые мы можем искать объекты массой вплоть до пары Юпитеров», — говорит Рэй Джаявардхана, астрофизик из Университета Джонса Хопкинса и член одной из команд. Масса найденных звёзд совпадает с нижним пределом массы, предсказанным теориями звёздообразования, что укрепляет уверенность астрономов в том, что они, наконец, видят самые маленькие коричневые карлики, которые может создать природа.

Однако в одном спорном неопубликованном исследовании четвёртой команды говорится об обнаружении парных коричневых карликов, которые почти так же малы, как Юпитер, — такое неожиданное открытие способно перевернуть модели звёздообразования. «Если один из них окажется настоящей двойной системой с массой Юпитера, это будет просто замечательно», — говорит Александр Шольц из Университета Сент-Эндрюс. Но Коралька Мужич из Института астрофизики и космических наук в Лиссабоне, Португалия, считает это маловероятным. «Я очень скептически отношусь к этому открытию», — говорит она.

В исследовании, опубликованном в конце прошлого года, первая группа сообщила об обнаружении горстки коричневых карликов массой от трёх до восьми масс Юпитера в скоплении IC 348, расположенном на расстоянии около 1000 световых лет. В сентябре группа, в которую входил Джаявардхана, сообщила, что обнаружила шесть маломассивных объектов, самый лёгкий из которых в пять раз тяжелее Юпитера, в звездообразующем регионе NGC 1333. Третья работа, опубликованная на сервере препринтов arXiv в том же месяце, сообщила о нескольких коричневых карликах массой до трёх масс Юпитера в туманности Пламя, расположенной на расстоянии примерно 1350 световых лет. Во всех этих случаях «Уэбб» теоретически должен был обнаружить более мелкие объекты, но не обнаружил.

Не все считают, что дело закрыто. «На данный момент я думаю, что присяжные ещё не определились, — говорит Елена Сабби из Международной обсерватории Джемини. — С одной стороны, близлежащие звёздные ясли, которые рассматривались в этих исследованиях, могут быть не типичны для Млечного Пути». Но самую большую проблему представляют Маккорин и его коллега Сэмюэл Пирсон из Европейского космического агентства, которые в препринте, опубликованном в октябре 2023 года в arXiv, утверждают, что заметили целый ряд вызывающих недоумение коричневых карликов, которые не должны существовать.

В скоплении Трапеция, расположенном в сердце туманности Ориона на расстоянии около 1400 световых лет, МакКогрин и Пирсон заметили 42 коричневых карлика, вращающихся парами, причём некоторые из них были почти такими же лёгкими, как Юпитер. Они назвали эти вызывающие недоумение бинарные объекты с массой Юпитера [Jupiter-Mass Binary Objects], или JuMBO. В одном месте они обнаружили пять таких диковинок подряд, что позволило Маккорину назвать этот район «аллеей JuMBO». «Думаю, будет справедливо сказать, что мы этого не ожидали», — говорит Шольц.

Похоже, что JuMBO противоречат как теории звёздообразования, так и общепринятому мнению о том, что пары звёзд становятся все более редкими при меньших массах. Одна из возможностей заключается в том, что это вовсе не коричневые карлики, а планеты, сформировавшиеся вокруг других звёзд и впоследствии выброшенные в результате гравитационного взаимодействия с другими объектами — но перспектива того, что дуэты планет могут покинуть систему и остаться связанными вместе, кажется крайне незначительной. Другая возможность заключается в том, что JuMBO когда-то были больше, но уменьшились в размерах под воздействием радиации от гигантских звёзд, которых в Трапеции много.