+7 (495) 648-62-26Московский технологический институт+7 (495) 648-62-26

Образовательный блог МТИ

Сверхмассивная чёрная дыра блокирует формирование звёзд в далёком галактическом скоплении

В 3,9 млрд световых лет от нас рентгеновский телескоп «Чандра» и оптический «Хаббл» нашли довольно необычную чёрную дыру, располагающуюся в галактическом скоплении RX J1532.9+3021. Само по себе скопление «тянет» на примерно квадриллион масс Солнца, а в его центре находится большая эллиптическая галактика с закономерно ожидаемой СМЧД.


...Вот только концентрация горячего газа в центре скопления необычайно велика. И это странно: когда газ светится в рентгеновском диапазоне, он довольно быстро охлаждается, и чем ближе центру — тем быстрее. После этого давление в холодном газе в центре скопления должно упасть, а газ в связи с этим должен «уплотниться» и принять живейшее участие в звездообразовании. Словом, — в зарегистрированных в RX J1532 концентрациях он должен создать буквально триллионы звёзд.

Но никаких следов бурного звездообразования не видно — хотя это галактическое скопление довольно неплохо изучено.


Что именно блокирует формирование светил? Снимки в рентгеновском диапазоне показывают в районах, занятых горячим газом с двух сторон от центральной галактики, две большие полости. Их расположение соотносится с релятивистскими струями, исходящими из СМЧД этой галактики и видными в радиодиапазоне. Напрашивается такое предположение: скоростные струи, выбрасываемые из аккреционного диска чёрной дыры, выталкивали газ из районов пустот, и именно чёрной дыре обе полости обязаны своим существованием.

Ударные волны от расширения упомянутых полостей продолжают циркулировать через горячий газ в центре скопления, и несмотря на то, что газ этот активно теряет энергию с рентгеновским излучением, подогрев ударными волнами от релятивистских струй пока сильнее и не даёт газу ни остыть, ни тем более принять участие в звездообразовании.

Остался последний вопрос: как это получается? Чистая арифметика: обе полости в газе, созданные струями, в поперечнике имеют 100 000 световых лет, и это видимая часть нашей собственной Галактики, Млечного Пути. Чтобы образовать такие полости, нужна огромная энергия — в сравнении с другими районами Вселенной просто невероятная.

Между тем, чтобы эту энергию «выдавал» материал аккреционного диска, надо, чтобы в него падало очень много материи, затем поглощаемой ЧД. А следов такого поглощения как раз и нет: яркого свечения в рентгеновском диапазоне из района СМЧД не исходит.

Есть два варианта, которые могли бы объяснить мощные релятивистские струи от СМЧД без активного поглощения ею сторонней материи. Первый: ЧД не сверх-, а ультрамассивна — тяжелее 10 млрд солнечных масс, то есть в тысячи раз массивнее СМЧД в центре Млечного Пути.
 


Вторая версия: СМЧД скромна по массе, всего лишь порядка миллиарда Солнц, зато сверхбыстро вращается. Тогда она поглощает не так много материи, но энергия её релятивистских струй всё равно может быть огромной, чтобы обеспечить подогрев ударными волнами газа в центре скопления, достаточного для блокирования звездообразования.

Правда, несколько усложняет картину то, что если одна из полостей соответствует направлению релятивистских струй идеально, то вторая слегка отклоняется от него. Тут может быть такое объяснение: она порождена сравнительно давним выбросом из окрестностей СМЧД, и та, соответственно, периодически кренится, как вращающийся волчок перед остановкой после потери энергии вращения. Насколько это соответствует действительности и не вызвано ли смещение второй полости какими-то внешними воздействиями, может проясниться лишь после дополнительных исследований.

Астрономы собираются наблюдать столкновение газового облака с черной дырой.

Астрономы собираются наблюдать столкновение газового облака с черной дырой под маркировкой Стрелец А, которая находится непосредственно возле галактического центра Млечного Пути.

Данное чрезвычайно редкое явление случилось на расстоянии 26 тыс. свет. лет от Земли, однако наблюдать его земляне могут лишь в марте нынешнего года. Кроме всего прочего у астрономов в планах стоит зафиксировать процесс поглощения газового облака черной дырой. Научные работники из Соединенных Штатов собираются транслировать съемку с телескопа «Свифт» непосредственно в интернет в режиме реального времени.

Подобное событие происходит во Вселенной чрезвычайно редко, а именно: это случилось последний раз приблизительно 26 тыс. световых лет назад. На данный момент астрономы это явление увидят собственными глазами. Черная дыра, затягивающее облако газа, просто колоссальна, однако ее можно наблюдать исключительно при взаимодействии с некоторыми прочими объектами, в противном случае она невидима.

Стрелец А находится непосредственно в самом центре галактики Млечный путь. Объект этот, который изучен детально в 2002г., являет собой предположительно черную сверхмассивную дыру, масса которой в 4,3 млн. раз больше, чем у Солнца. Как любая приличная черная дыра, эта также поглощает любой попавшийся объект, которому случайно подошел очень близко. Несколько столетий назад подобное поглощение уже случалось, о чем свидетельствует жесткое рентгеновское излучение, которое было зафиксирована в районе данной черной дыры.

Квантовая механика в полимерной пленке

Конденсат Бозе – Эйнштейна был впервые получен при комнатной температуре в тонком слое полимерного материала. Возможно, его удастся использовать в оптоэлектронных устройствах будущего.
 
Исследователи IBM Research впервые продемонстрировали квантовое состояние вещества, известное как конденсат Бозе – Эйнштейна, в люминесцентном полимере, подобном материалам, используемым в светоизлучающих экранах многих современных смартфонов.
 
Возможно, этот эффект удастся использовать при создании новых оптоэлектронных устройств (например, высокоэффективных лазеров и сверхбыстрых оптических коммутаторов) – необходимых элементов компьютеров и информационных сетей будущего.
 
 
Конденсат Бозе – Эйнштейна – это агрегатное состояние материи, которое можно наблюдать в охлажденном почти до абсолютного нуля газе, состоящем из бозонов (частиц с целым спином). При этом частицы такого газа (бозоны) практически перестают двигаться и становятся когерентными, переходя в одинаковое квантовое состояние. Это приводит к проявлению квантовых эффектов на макроскопическом уровне.
 
Ученые смогли добиться возникновения конденсата Бозе – Эйнштейна при комнатной температуре, поместив полимерную пленку толщиной всего 35 нм между двумя зеркалами и направив на неё луч лазера. При этом в материале появлялись экситонные поляритоны – квазичастицы-бозоны, возникающие при взаимодействии фотонов с экситонами. Совокупность этих квазичастиц демонстрировала свойства конденсата Бозе – Эйнштейна.  Такое состояние длилось всего несколько пикосекунд, но исследователи надеются, что этого будет достаточно для использования бозонов в качестве источника когерентного излучения или элемента оптического коммутатора.
 
Ранее подобное явление было продемонстрировано в высококачественных кристаллах, однако использование более простого в получении пластика сокращает путь к практическому использованию свойств конденсата Бозе – Эйншейна.
 
Источник: popmech.ru

Металлическое стекло: как победить хрупкость

Благодаря своей аморфной структуре металлические стекла могут быть прочными, как сталь, и пластичными, как полимерные материалы, они способны проводить электрический ток и обладают высокой коррозионной стойкостью. Такие материалы могли бы получить широкое распространение при изготовлении медицинских имплантатов и разнообразных электронных устройств, если бы не одно неприятное свойство: хрупкость. Металлические стекла, как правило, являются ломкими и неравномерно сопротивляются усталостным нагрузкам, что ставит под вопрос их надежность. Использование многокомпонентных аморфных металлов (композитов) решает эту проблему, однако для монолитных металлических стекол она до сих пор актуальна. 

В рамках нового исследования, проведенного совместно учеными из Лаборатории Беркли и Калифорнийского технологического института, был найден способ повысить усталостную прочность объемных металлических стекол. Объемное металлическое стекло на основе палладия, подвергнутое усталостным нагрузкам, проявило себя ничуть не хуже, чем лучшие из композитных металлических стекол. Его усталостная прочность сравнима с этим показателем для широко используемых поликристаллических конструкционных металлов и сплавов, таких как сталь, алюминий и титан.

Под нагрузкой на поверхности палладиевого металлического стекла образуется полоса сдвига – локальная область значительной деформации, которая принимает ступенчатую форму. При этом по краям трещин, разделяющих «ступени», возникают такие же полосы сдвига, что притупляет вершины трещин и препятствует их дальнейшему распространению.

Палладий характеризуется высоким соотношением модулей объемного сжатия и сдвига, что скрадывает присущую стеклообразным материалам хрупкость, поскольку образование «многоуровневых» полос сдвига, препятствующих дальнейшему росту трещин, оказывается энергетически более выгодным, чем формирование крупных трещин, приводящих к быстрому разрушению образца. Вкупе с высоким пределом выносливости материала эти механизмы значительно повышают усталостную прочность объемного металлического стекла на основе палладия.

Источник: popmech.ru

Ядерное стекло

Трудно представить современный мир без ядерной энергетики, однако проблема утилизации ядерных отходов становится все более острой. Инженеры из Университета Шеффилда предложили весьма необычный способ сокращения их количества путем переплавки в стекло.

Этот метод подразумевает смешивание зараженных плутонием материалов с доменным шлаком путем витрификации (стеклования), таким образом опасные материалы оказываются заключенными в стеклянные кубики, которые намного проще захоронить, чем необработанные отходы. Конечно, использовать полученное стекло нигде не будут, но захоронения могут стать намного компактнее и безопаснее.

Способ не подходит для отработанных стержней, но таким образом вполне можно утилизировать использованные фильтры, средства индивидуальной защиты, а также остатки выведенных из работы сооружений. Процесс пока не проверяли на плутонии, но он хорошо показал себя в случае с церием.

Источник: popmech.ru

Покрытие-хамелеон обманывает тепловизор

Технологии создания активного камуфляжа шагнули вперед: разработано новое покрытие, способное скрыть тепло защищаемого объекта от инфракрасных камер.

В ходе испытаний исследователи нагревали образец. Поначалу он вел себя вполне предсказуемо: при температуре 60°С выглядел в объективе ИК-камеры сине-зеленым, при 74°С – темно-красным. Но затем произошло нечто необычное: при 80°С образец стал казаться не теплее, чем 60°С, а при 85°С – и того холоднее. 

В основе покрытия нового типа – тонкая пленка оксида ванадия, электрические свойства которого заметно меняются с повышением температуры. Так, при комнатной температуре чистый оксид ванадия является изолятором, но при более высоких температурах он переходит в проводящее состояние. Одновременно с изменением электрических свойств меняются и оптические. Это значит, что при использовании оксида ванадия можно добиться различных эффектов, проявляющихся с изменением температуры – например, создать тепловой камуфляж.

Способность оксида ванадия переходить из диэлектрического состояния в проводящее известна с 1959 года. Однако температурные изменения в объемных кристаллах оксида ванадия, как правило, сопровождаются нарушениями структуры, что делает практическое использование данного материала весьма затруднительным. Однако тонкопленочные образцы, полученные материаловедами из Гарварда, гораздо более стабильны. Ученые выяснили, что поведение наноразмерных структур, которые естественным образом формируются в оксиде ванадия во время температурного перехода, можно контролировать, тем самым меняя свойства материала. Введя в образец примеси других веществ (например, методом легирования), можно получить материалы с необычными свойствами.

Так, при легировании оксида ванадия вольфрамом, температура перехода может быть приравнена к комнатной, а диапазон температур, в котором проявляются необычные свойства образца, может быть расширен. 

Помимо маскировки, необычные свойства пленок из оксида ванадия могут быть использованы для ускорения или замедления охлаждения различных конструкций – от жилых домов до спутников. 

Источник: popmech.ru

Новый метаматериал позволяет получить свет с почти бесконечной длиной волны

Группа исследователей из США и Голландии получила метаматериал, способный придать видимому свету необычные свойства: длина волны излучения, проходящего сквозь нанослои серебра и нитрида кремния, становится почти бесконечной.

Характер распространения излучения в среде определяется фазовой и групповой скоростью. Фазовая скорость характеризует быстроту перемещения отдельных минимумов и максимумов электромагнитных волн, а групповая – определяет скорость переноса энергии. Групповая скорость, подчиняясь ограничениям теории относительности, не может превышать скорость света, а фазовая скорость теоретически может принимать любые значения. Когда фазовая скорость равняется нулю, «пики» и «провалы» электромагнитной волны застывают на месте, а при бесконечно больших значениях фазовой скорости бесконечной окажется и длина волны рассматриваемого излучения. Однако в природе не существует материалов, которые демонстрировали бы столь необычные свойства.

Группа ученых, решивших создать искусственный материал, фазовая скорость излучения в котором стремилась бы к бесконечности, составила многослойную конструкцию из серебра и нитрида кремния. Толщина каждого из слоёв меньше длины волны видимого излучения, и оптические свойства обоих материалов оказывают своё влияние на характеристики проходящей сквозь них волны.

То, как свет распространяется в среде, зависит от её диэлектрической проницаемости – сопротивления, которое материал оказывает распространению электромагнитной волны. Для серебра эта величина (начиная с некоторой длины волны) является отрицательной, для нитрида кремния – всегда положительной, а общая диэлектрическая проницаемость материала практически равняется нулю.  Поэтому создается впечатление, что свет, проходящий через данный материал, испытывает нулевое сопротивление и распространяется с бесконечной фазовой скоростью. Так длина волны излучения оказывается почти бесконечной.

Материал был изготовлен путем обработки фокусируемым ионным пучком.  Эта техника позволяет контролировать структуру материала на наноуровне. С помощью специализированного интерферометра исследователи показали, что свет действительно распространяется внутри метаматериала без существенного пространственного изменения фазы – т.е. практически с бесконечной длиной волны.

Метаматериал может найти применение при разработке  новых оптических цепей и их компонентов, а также более совершенных светодиодов.

Источник: popmech.ru

Ученые разглядели витки ДНК в электронный микроскоп

Ученые из Университета Генуи в Италии разработали технологию электронной микроскопии, которая позволила впервые рассмотреть витки на ДНК. 
 
Для получения изображения ученым пришлось создать совершенно новую подложку, на которой фиксировалась нуклеиновая кислота. На ней имелись микроскопические опоры, между которыми была натянута нить ДНК, при этом под молекулой в подложке проделывалось отверстие для электронных лучей.
 
В результате, ученым удалось получить изображение, на котором четко видны бороздки A-формы ДНК.
 
 
Толщина молекулы на изображении не соответствует действительности. Возможно, это связано с тем, что в работе использованы не одиночные молекулы, а тяжи из шести нуклеиновых кислот. Невозможность работать с одиночной ДНК авторы объясняют недостаточной чувствительностью матриц, которые фотографируют электроны. Из-за этого за время нужной экспозиции изображения одиночные молекулы успевают разрушиться под воздействием бомбардировки электронами.
 
Новая технология позволит изучать ДНК-белковые взаимодействия (например, места посадки транскрипционных факторов) непосредственно на индивидуальных молекулах нуклеиновых кислот.
 
Ранее другая группа ученых научилась с помощью атомно-силовой микроскопии определять в ДНК последовательность нуклеотидов.
 
Источник: lenta.ru

 

В Австралии изобрели вечно сухое покрытие

Команда ученых из Сиднейского университета, вдохновившись самой природой, разработала структуру инновационного покрытия, которое, будучи нанесенным на какую-либо поверхность, способно сохранить ее влажной или сухой.
 
Покрытие, созданное исследователями, выполнено из кластеров сферических наночастиц, связанных друг с другом таким образом, что внешне эта структура напоминает форму малины. Свойства покрытия изменяются в зависимости от того, какие частицы его образуют. Если это фторированный полимер, то он обеспечит высокую водоотталкивающую способность поверхности. Заряженные частицы наоборот позволят покрытию впитывать воду.
 
Австралийские ученые вдохновлялись лепестками розы и тем, как попадающие на их поверхность капли воды преобразуются в шарики. 
 
«Мы можем создать поверхность, которая будет вечно оставаться сухой и при этом не требовать очистки, она сможет отталкивать бактерии и даже предотвращать образование плесени и грибка», – заявил доктор Эндрю Телфорд, ведущий исследователь университета Сиднея.
 
Такие материалы могут найти применение в строительстве. Помимо этого ученые полагают, что такое покрытие может быть использовано для снижения конденсации в кабинах воздушных судов или для производства медицинских инструментов, которые можно было бы без опасений использовать и за пределами стерильных операционных.

 

Источник: popmech.ru

«Золотые» свойства дисульфида молибдена

Наночастицы золота значительно улучшают электрические характеристики дисульфида молибдена – перспективного «двумерного» материала.
 
Графен уже почти на протяжении десятилетия наслаждается вниманием исследователей со всего мира, тогда как его «двумерный» соперник толщиной в три атома – дисульфид молибдена – оказался на пике славы относительно недавно. С тех пор как исследователи из EPFL (Федеральной политехнической школы Лозанны) показали, что дисульфид молибдена может быть использован в качестве замены кремния в транзисторах, он занял особую нишу среди конкурирующих «двумерных» материалов, число которых непрерывно растет: исследователи предрекают MoS2 яркое будущее как в качестве самостоятельной основы для наносхем нового поколения, так и в качестве «напарника» графена в этой области.
 
 
Исследователи из Университета штата Канзас (США) улучшили свойства этого перспективного материала, скомбинировав его с наночастицами золота. Команда под руководством профессора Викаса Берри обнаружила, что сера, входящая в состав дисульфида молибдена, способна образовывать прочные связи с благородными металлами, в том числе золотом, создавая своего рода затворные конденсаторы. Манипулируя свойствами дисульфида молибдена с помощью наночастиц золота, можно улучшить характеристики транзисторов, изготовленных на основе этого материала.
 
«Исследование прокладывает путь для создания нового поколения электронных и фотонных устройств, – говорит Берри. – Например, наночастицы золота способны помочь запустить  поверхностные плазмоны в ультратонких материалах, создавая условия для работы плазмонных логических элементов». А продолжающиеся в настоящее время разработки туннельных транзисторов на основе графена и дисульфида молибдена могут использовать наночастицы золота для непосредственного подсоединения проводников к поверхности MoS2. Включение золота в дисульфид молибдена дает возможность создать новые транзисторы, биохимические сенсоры, плазмонные устройства и каталитические подложки.
 
Источник: popmech.ru

 

SkypeПоиск
FacebookVkontakteInstagramTwitterYouTube