Край Будущего

В 2019 году всему миру представили первые снимки черной дыры в центре галактики Мессье 87, которая находится в 55 миллионах световых лет от Земли. На этих снимках черная дыра выглядела как светящееся кольцо — «пончик». Сейчас учёные с помощью суперкомпьютеров пытаются лучше понять, что происходит вокруг черной дыры — в частности, с материей, которая находится сразу за её горизонтом событий.

Эндрю Чейл, молодой исследователь из Принстонского университета, входит в команду проекта Event Horizon Telescope (EHT). Этот проект объединяет телескопы по всему миру, чтобы создать гигантский виртуальный телескоп размером с Землю. Такой метод позволяет получить детальные изображения черной дыры M87, используя радиоволны и технику интерферометрии.

На снимках видно свет от горячих электронов, которые движутся по линиям магнитного поля вокруг черной дыры и излучают особый вид света — синхротронное излучение. Учёные хотят понять, какие частицы составляют эту плазму, как они взаимодействуют с магнитными полями и как именно черная дыра выбрасывает мощные струи частиц на тысячи световых лет.

Для этого Чейл и его команда используют суперкомпьютеры, чтобы смоделировать, как взаимодействуют частицы и поля в экстремальных условиях вокруг черной дыры. Они применяют сложные методы, которые учитывают электроны и протоны отдельно, а не как одну смесь. Это важно, потому что температура электронов и протонов влияет на яркость и другие свойства изображения.

Результаты показали, что электроны вокруг черной дыры M87 намного горячее, чем считалось раньше, хотя наблюдения говорят о том, что они могут быть холоднее протонов примерно в 100 раз. Это противоречие указывает на необходимость дальнейших исследований.

Чейл провёл серию симуляций на суперкомпьютерах Stampede2 и Stampede3 в Техасском центре передовых вычислений, используя законы общей теории относительности и магнитной гидродинамики. Эти симуляции учитывают сильное гравитационное притяжение черной дыры и поведение магнитных полей и плазмы вокруг неё.

Исследования показывают, что хотя общая форма и размер тени черной дыры остаются почти постоянными из года в год, детали изображения меняются из-за турбулентности и движения плазмы. Самое яркое пятно на кольце сдвигается, потому что частицы нагреваются и охлаждаются в хаотичном ритме.

Чейл отмечает, что черные дыры — очень сложные объекты, и только с помощью мощных суперкомпьютеров и продвинутого моделирования учёные могут понять, что там происходит. В будущем команда EHT планирует создать даже фильм, показывающий, как меняется черная дыра со временем, используя новые данные и модели.

Для создания устойчивой конструкции использовали лазерно-синтезированные наночастицы Mn₃O₄ с большим числом границ зерен в качестве каркаса для равномерного закрепления Pt-наночастиц. Такая архитектура способствует эффективной генерации горячих электронов даже при низкоэнергетическом инфракрасном излучении, что подтверждено моделированием методом конечно-разностного моделирования во временной области (FDTD).

Эксперименты показали, что инфракрасное фотовозбуждение Pt Cs значительно повышает активность ферментов каталазы (CAT) и оксидазы (OXD), а также усиливает их самокаскадную каталитическую функцию. Исследование опубликовано в Angewandte Chemie. Работа выполнена под руководством профессора Дж. Лян Чанхао из Института физических наук Хэфэй Китайской академии наук совместно с учёными из Университета Падуи и Шанхайского университета Цзяо Тонг.

В опытах на животных Pt Cs продемонстрировали высокую эффективность против опухолей, чувствительных к инфракрасному излучению, а также позволили отслеживать распределение в организме с помощью МРТ. Эти результаты подчёркивают потенциал Pt Cs для эффективной фотокаталитической терапии рака с использованием ближнего инфракрасного света.

В новой статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy и подготовленной профессором Йоркского университета Шарлем-Эдуардом Букаре, представлена простая теоретическая модель эволюции внутренней атмосферы горячих скалистых экзопланет — так называемых «лавовых планет».

«Лавовые планеты обладают экстремальными орбитальными характеристиками, из-за чего знания о каменистых планетах Солнечной системы неприменимы напрямую, и это затрудняет прогнозы при их наблюдении», — отмечает Букаре, доцент кафедры физики и астрономии Йоркского университета.

Разработанная модель предлагает концептуальную основу для понимания их эволюции, включая внутреннюю динамику и химические изменения. Хотя процессы на лавовых планетах протекают в более экстремальных условиях, они сходны с теми, что формируют скалистые планеты в нашей системе.

Лавовые планеты — это миры размером от Земли до сверхземель, вращающиеся очень близко к своим звездам с периодом менее суток. Как и Луна, они находятся в приливном захвате, постоянно обращая к звезде одну сторону. Их дневные поверхности достигают таких температур, что силикатные породы плавятся и испаряются, создавая уникальные условия, не встречающиеся в Солнечной системе. Благодаря короткому периоду обращения эти экзопланеты легко наблюдать, что открывает новые возможности для изучения фундаментальных процессов планетной эволюции.

Исследование объединяет геофизическую механику жидкостей, атмосферную физику и минералогию, чтобы изучить, как химический состав лавовых планет меняется в процессе, напоминающем дистилляцию. При плавлении и испарении горных пород элементы — магний, железо, кремний, кислород, натрий и калий — распределяются между паровой, жидкой и твердой фазами по-разному. Уникальная орбитальная конфигурация лавовых планет поддерживает равновесие между этими фазами на протяжении миллиардов лет, стимулируя долгосрочную химическую эволюцию.

Статья «Роль внутренней динамики и дифференциации на поверхности и атмосфере лавовых планет» написана в соавторстве с учеными из Университета Сент-Эндрюс, Университета Макгилла, Университета Ватерлоо, Университета Сите-Париж и другими.

С помощью численного моделирования команда выделила два возможных конечных состояния лавовых планет:

1. Полностью расплавленная внутренняя часть (вероятно, молодые планеты), при которой атмосфера отражает основной состав планеты, а тепловой перенос внутри расплавленного ядра поддерживает тёплую и динамичную темную сторону.

2. В основном твердая внутренняя часть (вероятно, более старые планеты), с неглубоким лавовым океаном на дневной стороне и снижением содержания натрия, калия и железа в атмосфере.

Букаре отмечает, что исследование начиналось как поисковое с низкими ожиданиями, основанное на новом подходе к моделированию расплавленных скалистых планет, разработанном совместно с коллегами из Института физики земного шара в Париже и опубликованном ранее в Nature.

Результаты работы способствовали выделению 100 часов наблюдений на космическом телескопе Джеймса Уэбба (JWST) — самой совершенной инфракрасной обсерватории с 6,5-метровым сегментированным зеркалом и сверхчувствительными приборами. Предстоящие наблюдения под руководством одного из соавторов позволят проверить теоретическую модель.

«Мы надеемся наблюдать и различать молодые и старые лавовые планеты. Это станет важным шагом в развитии представлений об экзопланетах», — заключает Букаре.

Сотрудничество всегда было ключевым элементом космических исследований, объединяя специалистов из разных областей для достижения общих целей. Одной из важнейших задач современного освоения космоса является долгосрочное заселение Луны. Однако для успешной реализации этой цели инженерам и астронавтам предстоит решить одну из самых сложных проблем — борьбу с лунной пылью.

Лунная пыль значительно отличается от земной: она острая, заряжена электростатически и прилипает к различным поверхностям, включая биологические ткани, такие как легкие, а также к гладким материалам, например стеклу. Для решения этой проблемы несколько исследовательских групп работают над эффективными методами защиты. В Университете Центральной Флориды (UCF) создана совместная команда, которая разрабатывает, тестирует и моделирует специальное покрытие, способное облегчить удаление лунной пыли и защитить оборудование и приборы.

Проект включает четыре специализированные группы, каждая из которых отвечает за определённый этап разработки. Основная цель — создание пассивного покрытия, которое можно наносить на датчики, механизмы и другие поверхности, чтобы предотвратить прилипание пыли или обеспечить её лёгкое удаление с помощью струи воздуха или лёгкого встряхивания, без повреждения покрытия.

Разработкой покрытия руководит доктор Лей Чжай из Центра научных технологий UCF. Покрытие должно эффективно отталкивать пыль как физически, так и электростатически, используя при этом уникальные условия Луны, такие как солнечный ветер и высокий уровень радиации, которые отсутствуют на Земле.

Поскольку радиация является важным фактором в космических технологиях, команда проводит испытания покрытия в условиях, имитирующих лунную среду. Для этого используется вакуумная камера с источниками излучения под руководством доктора Эдриенн Дав, заведующей кафедрой физики UCF и эксперта по физике лунной пыли. В камере покрытие подвергается радиационному воздействию и обработке имитатором лунного реголита, что позволяет оценить его устойчивость к экстремальным условиям.

Для анализа состояния покрытия до и после испытаний применяется атомно-силовой микроскоп (АСМ), которым управляет группа доктора Лорен Тетард. АСМ позволяет исследовать изменения на наноуровне, выявляя возможные повреждения покрытия и остатки пыли, что помогает совершенствовать материал.

Моделированием взаимодействия покрытия с частицами пыли занимается профессор машиностроения доктор Тарек Элгохари. Его работы позволяют предсказывать поведение покрытия в различных условиях, выявлять потенциальные слабые места и разрабатывать меры для повышения надежности.

Борьба с лунной пылью только начинается, но благодаря междисциплинарному сотрудничеству и инновационным подходам она будет успешно развиваться, способствуя успешному освоению Луны и дальнейшим космическим миссиям.

Электрический самолет вертикального взлета и посадки (СВВП) VX4 компании Vertical Aerospace успешно преодолел 27 километров пути от аэропорта Котсуолд до базы ВВС Фэрфорд в Англии. Этот полет стал первым в истории случаем, когда полноразмерный пилотируемый электрический СВВП выполнил перелет в общественном воздушном пространстве между аэропортами.

Созданный бристольской компанией Vertical Aerospace, VX4 представляет собой четырехместный летательный аппарат, предназначенный как для гражданского, так и для военного использования. Перелет на высоте 540 метров при крейсерской скорости 185 километров в час получил одобрение Управления гражданской авиации Великобритании и продемонстрировал возможность интеграции VX4 в стандартные аэропортовые системы.

Полностью электрическая версия VX4 способна преодолевать расстояния до 160 километров, что идеально подходит для коротких городских маршрутов. Гибридная версия, испытания которой планируется начать в 2026 году, сможет преодолевать дистанции свыше 1600 километров. Аппарат способен перевозить полезную нагрузку весом до 1100 килограммов, включая пассажиров или военное оборудование.

Полет из Котсуолда в Фэрфорд подтвердил способность VX4 работать в рамках существующих систем управления воздушным движением, что является важным шагом на пути к коммерческой сертификации самолета, запланированной на 2028 год.