Вторая галактика-невидимка

Астрономы обнаружили галактику из темной материи. Для поиска невидимой галактики ученые воспользовались так называемой линзой Эйнштейна - методом, который позволяет находить объекты по их гравитационному влиянию на окружение.

Существование темной материи было постулировано в 1930-е годы шведским астрономом Фрицем Цвикки для объяснения недостатка во Вселенной массы - видимых галактик "не хватало" для того, чтобы небесные тела вели себя так, как наблюдают астрономы. В названии этой субстанции отражена ее основная особенность: темная материя участвует в гравитационном взаимодействии и не участвует в электромагнитном (то есть ее нельзя наблюдать непосредственно). Количественно во Вселенной намного больше темной материи, чем "обычной".

Не так давно астрономы выдвинули гипотезу, что одним из типов объектов, состоящих из этой невидимой субстанции, являются карликовые галактики-спутники больших звездных скоплений. Считается, что "полноценные" галактики наподобие Млечного Пути формируются, притягивая и поглощая своих миниатюрных соседей. Из этого предположения следует, что такие крупные звездные образования должны быть окружены большим количеством мелких спутников (в случае Млечного Пути приблизительное количество оценивается в 10 тысяч).

Однако в действительности астрономам удалось обнаружить в непосредственной близости от Галактики только около 30 "соседок". Ученые предположили, что оставшиеся галактики по тем или иным причинам не смогли сформировать звезд и состоят из темной материи.

Авторы новой работы решили найти такую невидимую спутницу системы JVAS B1938+666, состоящей из двух галактик, которые находятся на одной прямой друг с другом, если наблюдать их с Земли. Такое расположение позволяет использовать метод гравитационного линзирования, или линзу Эйнштейна. Гравитация массивных объектов вроде галактик заметно отклоняет пути света, идущего от более удаленных объектов, и параметры этого отклонения зависят от массы отклоняющей "линзы".

Наблюдая при помощи телескопа Keck II на Гавайских островах систему JVAS B1938+666, астрономы выяснили, что она отклоняет пути прохождения света не так, как предсказывает теория. Соответственно, ученые сделали вывод о существовании у системы спутника из темной материи. Это уже вторая галактика, состоящая из ненаблюдаемой субстанции, известная специалистам. Первая была в 18 раз массивнее нынешней и была слишком велика для того, чтобы быть галактикой-спутником.

Новости

Ученые, работающие в NASA, проговорились о том, что Американское космическое агентство рассматривает возможность создания легкого телескопа ZEBRA, который можно будет без проблем устанавливать на аппараты, отправляющиеся в глубокий космос. По словам Джейми Бока и Чарли Бейкмана, подобный телескоп имеет смысл запускать на расстоянии свыше 6 астрономических единиц (астрономическая единица равна среднему расстоянию от Земли до Солнца) от нашего светила - это примерно орбита Юпитера.

Ученые говорят, что подобный телескоп не смог бы заменить более серьезные проекты, как, например, "Джеймс Уэбб", однако, позволил бы скорректировать наземные наблюдения. Дело в том, что в наблюдении объектов из околоземного пространства мешает так называемый зодиакальный свет - свечение, являющееся следствием рассеяния солнечного света на пыли в Солнечной системе. В качестве возможной миссии, которая могла бы выступить носителем телескопа, называется планируемый на 2020 год полет космического аппарата к Ганимеду.

***

Европейское космическое агентство продолжило работу над космическим аппаратом многоразового использования IXV. Информация о проекте появлялась еще в 2009 году, однако, после этого ничего об аппарате не сообщалось. В рамках работ специалисты перешли к детальному планированию старта, намеченного на 2014 год.

Во время пуска планируется отработать систему входа IXV в атмосферу. Для этого ракета-носитель "Вега" (которая ни разу в космос не летала - ее первый полет запланирован на 2012 год) поднимет аппарат на высоту 450 километров, после чего он войдет в плотные слои атмосферы. При спуске скорость IXV достигнет 7,5 километра в секунду, что, по утверждению специалистов, позволит реалистично смоделировать возвращение аппарата с околоземной орбиты. После входа в плотные слои аппарат откроет парашют и опустится в океан, где его подберут.

Производством космического корабля занимается компания Thales Alenia Space. Изначально говорилось, что старт ракеты состоится в 2012 году. Предполагаемая масса аппарата - около 1,8 тонны. Стоимость проекта составляет около 100 миллионов евро.

***

В Италии приостановлено строительство коллайдера SuperB, который получил от физиков прозвище "фабрика мезонов". Начатое в середине октября 2011 года строительство заморожено до начала 2013 года. Причиной задержки стали трудности с финансированием проекта. Создатели ускорителя, однако, подчеркивают, что данная задержка не скажется на дате ввода инструмента в эксплуатацию - первые пучки по кольцу ускорителя должны пойти в 2016 году.

О том, что ускоритель испытывает серьезные финансовые трудности, говорилось еще в октябре. Тогда было известно, что итальянское правительство выделило 250 миллионов евро на строительство. При этом окончательная стоимость ускорителя может достигнуть 650 миллионов евро. Создатели подчеркивают, что финансовые трудности в настоящее время испытывает вся Италия, а не только проект SuperB.

Коллайдер планируется возвести на территории римского университета "Тор Вергата". У ускорителя будет два кольца по 1,3 километра каждое, которые будут использоваться для разгона электронов и позитронов. Пучки элементарных частиц будут сталкиваться, в результате чего будут возникать B-мезоны. В рамках экспериментов на SuperB ученые надеются уточнить характеристики этих частиц. Кроме этого, данные о распаде мезонов могут указать в теории на существование ранее неизвестных частиц.

***

Ученые прояснили детали кимберлитовых извержений, которые приводят к образованию соответствующих трубок, где добывают алмазы. Кимберлитовая магма формируется довольно глубоко в мантии. По пути наверх она проходит слой мантии толщиной свыше 150 километров. Чтобы при этом сохранилось внутреннее содержание кимберлита (в частности, алмазы), необходимо, чтобы процесс шел достаточно быстро.

В рамках новой работы ученым удалось предложить объяснение всплытию магмы, а также оценить скорость этого процесса. В рамках работы ученые проводили высокотемпературный тест - в специальной плавильне они воссоздавали магму с высоким содержанием солей угольной кислоты, которая отличается тем, что хорошо растворяет, в частности, углекислый газ. После этого они добавили в свою "магму" пироксены - группу минералов, часто породообразующих, содержащих кремний. В результате способность растворять газ у магмы снижалась в несколько раз, и, по словам ученых, буквально за 20 минут она превратилась в пену из-за углекислого газа.

По словам ученых, обнаруженный эффект вступает в действие, когда в мантии встречаются два вида магм. В результате выделения углекислого газа образуются пористые карманы, которые, благодаря своей относительно низкой плотности, начинают резко всплывать. Это позволяет более точно описать динамику кимберлитовых извержений.

Линза, "нарушающая" законы природы

Сделан важный шаг на пути к созданию суперлинзы - совершенной линзы, позволяющей достигнуть неограниченного увеличения объектов. Через такую линзу можно будет увидеть вирусы в капельке крови и другие объекты размером в одну тысячную толщины человеческого волоса.

Суперлинза, то есть совершенная линза, позволяющая достигнуть неограниченного увеличения объектов, до последнего времени оставалась не более чем мыслительной конструкцией. Виной тому естественные ограничения, носящие название дифракционного предела.

Линза не может достичь разрешения меньше длины волны используемого излучения. Соответственно, для оптических линз этот предел - около 200 нанометров, что сравнимо с размером самых маленьких бактерий. Чтобы "видеть" меньшие объекты, людям приходится использовать специальную аппаратуру, генерирующую излучение с другой длиной волны.

Электронные микроскопы с помощью пучка электронов "различают" объекты нанометрового размера; дифрактометры с помощью рентгеновских лучей - десятых долей нанометра. Однако все это дорогие, громоздкие и нетранспортабельные приборы. Необходимость иметь генератор соответствующего излучения закрывает возможность создания действительно портативных устройств такого рода.

Суперлинза - изобретение, фактически "нарушающее" законы природы: она позволяет "видеть" объекты размером меньше длины волны используемого излучения. Скажем, с помощью видимого света (то есть глазом) можно различить объекты не в 200 нанометров, а в 100 нанометров и менее. Чтобы достичь этого эффекта, нужны так называемые метаматериалы - материалы, свойства которых в каком-то смысле и нарушают эти законы: они имеют отрицательный показатель преломления.

Это можно увидеть на примере карандаша, опущенного в воду. Например, милиционеру, измеряющему радаром скорость движения приближающейся машины в воздухе с отрицательным показателем преломления, показалось бы, что она едет по встречной полосе, то есть отдаляется.

В природе такие материалы не встречаются. Теоретически они были предсказаны еще в 1967 году Виктором Георгиевичем Веселаго, а сегодня на основе метаматериалов создаются, например, "плащи-невидимки" и прообразы суперлинз.

Группе Дурду Гани, профессора электрической и компьютерной инженерии Мичиганского технологического университета (Michigan Technological University), удалось сделать важнейший шаг в создании реальной суперлинзы, в которую будут видны объекты размером 100 нанометров.

Для создания суперлинз используются тончайшие металлические пленки со специальной структурой на нанометровом уровне. При возбуждении электрическим полем электронный газ в металле собирает свет, отражающийся от объекта, и преломляет его так, как среда с отрицательным показателем преломления. Такой линзе удается преодолеть дифракционный предел: линза Гани "видит" объекты размером в одну тысячную толщины человеческого волоса.

Исследователям из других групп также удавалось преодолеть дифракционный предел, но лишь для некоторых длин волн видимого света (он представляет собой смесь излучения разной частоты). Группе Гани удалось достичь покрытия всего диапазона: его метаматериалы "растягиваются", преломляя световые волны от инфракрасных до ультрафиолетовых.

Изготовление таких суперлинз относительно недорого, и они компактны, что позволяет надеяться на их внедрение в мобильные устройства, например, в сотовые телефоны. "С мощным микроскопом каждый может стать ученым! Представьте, вы загружаете фото своих клеток на Facebook", - убеждает автор работы.

Их также можно использовать в литографии - процессе, используемом для нанесения электронных микросхем. "Линза определяет размер детали, которую можно нанести. С заменой обычных линз на суперлинзы можно наносить более тонкие схемы более дешево. Фактически снимается ограничение на размер наносимых схем", - подчеркнул Гани.

Сегодня чипы для компьютеров создаются с помощь ультрафиолетовых лазеров, дорогостоящих и сложных. Суперлинза позволить заменить их на самые простые и дешевые красные лазеры, как в лазерных указках.