Астрономы "взвесили" огромную черную дыру с высокой точностью при помощи телескопа ALMA


Известно, что черные дыры - это огромные космические объекты, масса которых во много тысяч и миллионов раз превышает массу Солнца. Но каким образом ученым-астрономам удается измерить массу этих объектов? Ведь к ним невозможно добраться, да и инструментов, которые способны сделать такое напрямую в распоряжении человечества еще не имеется. Однако у астрономов имеется множество хитрых методов, при помощи которых можно определить массу любых массивных объектов во Вселенной, включая и черные дыры.

Используя крупнейшую и самую мощную в мире радиообсерваторию, астрономы смогли сделать подробный снимок центральной части эллиптической галактики под названием 1332 NGC, которая находится на расстоянии 75 миллионов световых лет от Земли. Этот снимок дал в руки ученых точное представление облаков газа, циркулирующих вокруг сверхмассивной черной дыры в центре галактики. Известно, что практически все галактики содержат в своем ядре сверхмассивную черную дыру, но черная дыра галактики 1332 NGC выделяется из общего ряда, ее масса превышает массу Солнца в 660 миллионов раз.

Для проведения высокоточных измерений массы вышеупомянутой черной дыры астрономы использовали массив радиотелескопов Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), который располагается в пустыне Атакама, Чили. Даже возможностей и этого самого современного инструмента не было достаточно для проведения прямых наблюдений за черной дырой на таком расстоянии. Но этих возможностей вполне хватило для того, чтобы измерить скорость, уровень турбулентности и прочие параметры сильнейших "штормов" космических газов, возникающих в районе гравитационного колодца черной дыры.

"Для того, чтобы измерить массу черной дыры в центре галактики, нам требуется измерить скорость чего-то, движущегося по кругу возле нее" - рассказывает Аарон Барт (Aaron Barth), ученый-астроном из Калифорнийского университета в Ирвине, - "Для проведения высокоточных измерений мы должны получить изображение центра исследуемой галактики в таком масштабе, где доминирующими силами являются гравитационные силы черной дыры. И телескоп ALMA является самым подходящим инструментом для проведения таких измерений".

В данном случае в качестве движущихся "измерительных" объектов выступали облака холодного молекулярного газа. При помощи телескопа ALMA ученые сначала измерили расстояние от черной дыры до газового облака, угловую скорость движения облака и его массу. Получив на руки точные значения этих параметров, ученые смогли вычислить массу черной дыры, которая входит в группу "супертяжей" даже среди остальных сверхмассивных черных дыр.

Следует отметить, что облако газа сформировало обширный диск материи, вращающийся на удалении 800 световых лет от черной дыры. Это поистине огромное космическое образование, ведь расстояние от Солнечной системы до другой ближайшей звездной системы, Альфа Центавра, ненамного превышает 4 световых года. Диск газа невидим в оптическом диапазоне и в редких случаях его контуры можно увидеть на фоне света плотных скоплений звезд на заднем плане. Однако телескоп ALMA смотрит в космос в радиочастотном диапазоне, а холодный газ как раз и производит достаточное количество радиоизлучения, что позволяет астрономам видеть с такого большого расстояния относительно небольшие особенности, размером в 16 световых лет.

Столь высокая точность наблюдений позволила астрономам обнаружить в облаке газа сферу влияния гравитации черной дыры, области, размером в 80 световых лет. Газ, попадающий в эту область, резко ускоряется и разгоняется до огромной скорости в 480 километров в секунду.

Ранее астрономы производили измерения массы черных дыр по интенсивности света, излучаемого в видимом диапазоне облаками ионизированного газа в диске "кипящей" материи, которая готовится пройти через горизонт событий черной дыры. Такие измерения производились при помощи космического телескопа Hubble Space Telescope и других оптических телескопов. Но яркость свечения "бурных" облаков газа является крайне непостоянной, что вносит в конечный результат достаточно сильную погрешность. Излучение в радиодиапазоне холодного молекулярного газа, преимущественно CO, обладает более стабильными показателями и это предоставляет астрономам невероятно мощный инструмент для дистанционных измерений размеров, массы и некоторых других параметров космических монстров, коими и являются черные дыры.

Источник

Разработан первый в своем роде "растворимый" мемристор


Группа исследователей, в состав которой вошли исследователи из нескольких китайских университетов и нескольких университетов из Великобритании, разработали структуру и изготовили опытные образцы электронных устройств-мемристоров, которые состоят из органического белка и небольшого количества магния и вольфрама. Мемристоры - это электронные приборы, имеющие два электрода, которые не только ограничивают проходящий через них ток, как обычные резисторы, но и запоминают в виде своего сопротивления силу проходившего ранее через них тока. Таким образом мемристоры являются подходящими кандидатами на использование их в качестве базовых компонентов ячеек энергонезависимой памяти и перепрограммируемых логических матриц.

Электронные схемы, исполненные на основе мемристоров некоторое время являются основой так называемой резистивной памяти (ReRAM или RRAM), которая уже выпускается в промышленных масштабах. Также эти элементы являются базой для построения нейроморфных чипов, чипов, работа которых основана на принципах функционирования головного мозга. Но, кроме всего этого, мемристоры также могут стать основой медицинских устройств и имплантатов, контролирующих функционирование различных органов организма человека и доставляющих лекарственные препараты прямо к месту назначения в случае возникновения такой необходимости.

Для того, чтобы иметь возможность использования мемристоров в биологии и медицине ученые уже некоторое время занимались разработкой этих электронных устройств на базе биологически совместимых и органических материалов, которые не вызывают никаких отрицательных и побочных эффектов в случае их введения в организм человека. Большое значение в данном случае имеет "растворимость" компонентов, что позволяет очень просто удалить и вывести из организма внедренные ранее устройства, выполнившие свою функцию. Однако, все органические и полуорганические электронные элементы обладают быстродействием и прочими электрическими параметрами, величины которых на порядки хуже, чем значения аналогичных параметров традиционных полупроводниковых компонентов.

Для создания биологически совместимого и растворимого мемристора исследователи использовали белок, известную всем прозрачную вязкую жидкость, находящуюся внутри куриного яйца. Путем высушивания из белковой жидкости была сформирована тончайшая пленка, которая использовалась в качестве диэлектрика интегральной схемы. Нанесенные поверх этой пленки магниевые и вольфрамовые электроды, выполненные в виде решетки 4 на 4, превращают это все в ячейку мемристора с достаточно неплохими характеристиками.

Полученные таким образом мемристоры работают при электрическом потенциале до 1 Вольта, соотношение состояния их высокого и низкого сопротивления составляет 100 к 1. Это соотношение гораздо больше, чем удавалось добиться во время предыдущих попыток создания мемристоров на базе органических материалов. Опытные образцы органических мемристоров сохраняли свое состояние в течение нескольких часов без каких-либо признаков потери хранимой в них информации, а принцип их работы весьма подобен процессу деградации литиевых аккумуляторных батарей и он заключается в формировании или разрушении металлических нанонитей, пронзающих слой диэлектрика и влияющих на электрическую проводимость.

В сухих условиях органические мемристоры работали более трех месяцев, но стоило только открыть доступ к ним влаге, как их органическая составляющая растворялась приблизительно за 10 часов, а оставшаяся часть растворялась за последующие 72 часа, практически не оставляя никаких следов.

Такие мемристоры и другие электронные компоненты на основе органических материалов станут в будущем основой биологически совместимых устройств, которые используются только в течение короткого периода времени. К таким устройствам можно отнести медицинские имплантаты, датчики диагностических устройств, датчики контроля состояния окружающей среды и другие устройства, которые не будет требоваться извлекать из организма или утилизировать другими способами после того, как они будут использованы по назначению.

Источник

Макромолекула, разработанная компанией IBM, использует три разновидности нападения на смертельные вирусы


С вирусными инфекциями тяжело бороться из-за способности вирусов мутировать и развивать сопротивляемость тем или иным видам лекарственных препаратов, из-за этого такие вирусы, как Эбола и вирус Зика, представляют собой глобальную угрозу для человечества. "Палочкой-выручалочкой" в деле борьбы с вирусами опасных заболеваний может стать макромолекула, разработанная учеными из компании IBM Research совместно с исследователями сингапурского Института биоинженерии и нанотехнологий. Эта макромолекула атакует и поражает большинство из известных вирусов сразу тремя разными способами.

Макромолекула - это сложная полимерная молекула, состоящая из нескольких частей, каждая из которых имеет свое собственное функциональное назначение. Тщательный подбор функций "антивирусной" макромолекулы позволяет ей успешно бороться с вирусной инфекцией, даже той, которая в ходе мутаций приобрела устойчивость к лекарственным препаратам.

Первым "оружием" разработанной макромолекулы является компонент, который буквально притягивает к себе вирусы, электростатически сцепляясь с белками на их поверхности. Отдельные макромолекулы могут сцепиться с несколькими вирусами, лишая последних возможности атаковать и заражать здоровые клетки организма.

Также в состав макромолекулы входит манноза - моносахарид, который определенным образом связан с имунноцитами, клетками иммунной системы организма. Этот моносахарид действует точно так, как он действует в составе иммуноцитов, останавливая вирусы от заражения клеток. И третьим компонентом макромолекулы является часть, которая нейтрализует pH-уровни, создаваемые вирусами внутри клеток, что блокирует способности вирусов к самовоспроизведению.

Эффективность работы новой макромолекулы была проверена на вирусах самых распространенных и опасных типов, вирусе гриппа, Эболы, Марбурга и Энтеровируса 71. Но самым примечательным является то, что ни один из типов вирусов не продемонстрировал способности развития сопротивляемости действию макромолекулы.

В ближайшем будущем исследователи собираются разработать на базе новых макромолекул противовирусные препараты, которые будут включаться в состав моющих средств и стиральных порошков. А в более долгосрочной перспективе все это может стать основой вакцин совершенно нового типа, которые будут эффективно противодействовать всем без исключения категориям вирусных инфекций.

"Мы создали универсальную противовирусную макромолекулу, которая может "заняться" даже самыми коварными из вирусов. Она будет поражать вирус и блокировать заражение вне зависимости от длины цепочки мутаций, через которые прошел вирус" - рассказывает доктор И Ян Янг (Dr Yi Yan Yang) из сингапурского Института биоинженерии и нанотехнологий, - "Новая макромолекула абсолютно безвредна для нормальных здоровых клеток, а применение препарата полностью безопасно".

Источник

Разработан видео-сенсор нового типа, способный обеспечить скорость съемки до 1 миллиона кадров в секунду


Французская компания Chronocam разработала и занимается сейчас практическим внедрением видео-сенсора абсолютно нового типа. Этот сенсор использует кардинально отличные от обычных принципы формирования изображения, что позволяет ему обеспечить быстродействие до одного миллиона кадров в секунду. Благодаря этому он идеально подходит для использования в области компьютерного видения, в автомобилях-роботах и в других устройствах, нуждающихся в функции визуального восприятия окружающей их среды.

Помимо указанного выше быстродействия новый видео-сенсор обладает динамическим диапазоном в 180 дБ, а количество расходуемой им энергии приблизительно в тысячу раз меньше расхода энергии обычных сенсоров, используемых в цифровых камерах. Более подробная техническая информация, касающаяся нового датчика, будет опубликована в рамках конференции, которая будет проходить с 30 мая по 1 июня 2016 года в Акихабаре, Япония.

Следует отметить, что опытные образцы новых датчиков уже были использованы некоторыми автомобилестроителями из Европы и США в рамках программы ADASes (advanced driver assistance systems). А первые результаты этой программы, как ожидается, станут доступны на потребительском рынке уже в 2019 году.

Обычные CMOS видео-сенсоры выполняют построчное сканирование всех пикселей изображения за определенный временной интервал, к примеру, за 1/30 часть секунды. Когда увеличивается разрешающая способность сенсора или требуется увеличение числа снимаемых в секунду кадров, пропорционально увеличивается и количество генерируемой сенсором информации. Это, в свою очередь, требует увеличения вычислительных мощностей, требующихся для обработки и передачи видеоинформации, что влечет за собой увеличение количества расходуемой энергии.

Новый датчик работает несколько по-иному. Когда изменения уровня освещенности фотодиода какого-либо пикселя превышают установленный порог, датчик формирует пакет данных, содержащий координаты пикселя и метку времени. На основе обработки потока таких пакетов синтезируется изображение, а объем передаваемой информации значительно снижается даже без использования традиционных методов сжатия изображений.

В настоящее время метки времени, генерируемые новым датчиком вместе с координатами пикселя, имеют разрешающую способность в 1 микросекунду, позволяя получить быстродействие датчика на уровне миллиона кадров в секунду. В отличие от обычных видео-сенсоров новый сенсор генерирует переменный поток данных, объем которого зависит от динамики снимаемого изображения и от условий съемки, но при любых условиях этот поток имеет в 1000 раз меньший объем, чем поток, генерируемый традиционными методами.

Сейчас в распоряжении компании Chronocam имеются лишь прототипы черно-белых датчиков нового типа. Однако, при помощи традиционного метода, цветных светофильтров на поверхности датчика, можно без особого труда сделать его цветным. А производство новых датчиков практически не отличается от производства обычных CMOS-датчиков и оно выполняется при помощи одних и тех же технологических процессов.

Источник

Ученые-астрономы обнаружили три потенциально пригодных для жизни планеты буквально под боком Солнечной системы


Используя телескоп TRAPPIST (TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope), специально предназначенный для "охоты" за экзопланетами, группа астрономов из Европейской южной обсерватории (European Southern Observatory, ESO) обнаружила три планеты, вращающиеся вокруг холодной красной карликовой звезды, удаленной от Земли на расстояние всего 40 световых лет в направлении созвездия Водолея. Согласно имеющимся данным о размерах этих планет и температурах на их поверхности, все они потенциально пригодны для жизни и они являются наилучшими кандидатами на сегодняшний день для поисков следов внеземных форм жизни.


Звезда, вокруг которой вращаются три вышеупомянутые планеты, носит длинное название 2MASS J23062928-0502285, но сейчас ей дали более короткое название TRAPPIST-1. Первые детальные наблюдения за этой системой были произведены при помощи телескопа TRAPPIST, который находится в составе обсерватории Ла-Силла, расположенной рядом с комплексом ALMA в пустыне Атакама, Чили. Последующие наблюдения, проведенные при помощи более сильных телескопов, включая 8-метровый Very Large Telescope HAWK-I, работающий в инфракрасной части спектра, показали, что размеры всех трех планет, вращающихся вокруг звезды TRAPPIST-1, имеют размеры, близкие к размеру Земли. Две планеты вращаются по стабильным орбитам с периодом обращения в 1.5 и 2.4 суток, а орбита третьей планеты крайне нестабильна, и ее период колеблется в пределах от 4.5 до 73 земных суток.

"До последнего времени существование "красных" миров, вращающихся вокруг крайне холодных карликовых звезд, было чисто теоретическим" - рассказывает Эммэнуел Джехин (Emmanuel Jehin), ученый-астроном из Бельгии, - "А теперь у нас есть не то, что одна такая планета, а целое "семейство" из трех почти идентичных планет".


Звезда TRAPPIST-1 относится к классу ультрахолодных красных карликовых звезд, которые имеют намного более "спокойный характер" нежели наше Солнце. Такие звезды по размеру ненамного превосходят размеры Юпитера и они слишком тусклы для того, чтобы за ними можно было наблюдать при помощи не очень сильных телескопов. Такие звезды достаточно распространены в нашей галактике, галактике Млечного пути, и это связано с тем, что они, в отличие от звезд-гигантов, являются очень и очень долгоживущими. Несмотря на распространенность таких звезд почти все из них не имеют планетарных систем, и случай звезды TRAPPIST-1 является первым случаем в истории астрономии, когда удалось обнаружить такую звезду, имеющую планетарную систему.

Несмотря на близость планет к центральной звезде они получают от нее не такое уж и большое количество энергии, благодаря чему температуры на поверхности этих планет сопоставимы с температурами на поверхности Венеры и Земли. Внутренняя планета этой системы получает от звезды в четыре раза больше энергии, чем Земля получает от Солнца, а средняя планета - в два раза больше. Третья планета, как говорилось выше, имеет нестабильную орбиту, но в самой ее дальней точке она еще получает достаточно энергии для поддержания на поверхности условий, благоприятных для жизни.


Дальнейшие исследования системы звезды TRAPPIST-1 будут направлены преимущественно на поиски следов жизни. Это будет делаться путем анализа состава атмосфер планет в момент, когда они проходят между звездой и Землей. Свет, проходящий сквозь атмосферу, будет приобретать спектральный состав, соответствующий химическому составу атмосферы, а небольшая яркость звезды TRAPPIST-1 позволит ученым без труда выделить из общего потока ту часть света, которая прошла сквозь атмосферу.

"Используя несколько гигантских наземных телескопов и находящийся сейчас на стадии строительства космический телескоп James Webb Space Telescope, который будет запущен в 2018 году, мы сможем определить состав атмосфер планет системы звезды TRAPPIST-1" - рассказывает Жюльен де Ви (Julien de Wit), ученый из Массачусетского технологического института, - "Сначала мы будем искать следы воды и, в случае их успешного обнаружения, будем искать следы биологической активности. Можно сказать, что нам всем улыбнулась удача, указав на планеты, находящиеся столь неподалеку от нашей системы. И дальнейшее их изучение станет очень большим шагом в деле поисков следов жизни в глубинах Вселенной".


Источник

Созданы первые образцы "электронной бумаги" на основе графена


Китайская компания OED Technologies, базирующаяся в Гуанчжоу, специализирующаяся на производстве дисплеев на базе "электронных чернил" и различных типов "электронной бумаги", работая в сотрудничестве со специалистами из других китайских компаний, разработала и изготовила опытные образцы того, что они называют "первой в мире графеновой электронной бумагой". Согласно имеющейся информации, новая разработка является прорывом, который выведет на качественно новый уровень ряд технологий, которые до последнего времени считались чем-то из разряда научной фантастики.

Напомним нашим читателям, что графен - это форма углерода, кристаллическая решетка которого имеет одноатомную толщину. Ряд уникальных свойств этого материала сделали его предметом тщательных исследований за прошедшие несколько лет. Группа исследователей компании OED Technologies так же занималась исследованиями в данной области, и им удалось создать материал на базе графена, который является основой технологии "электронной бумаги". Эта бумага станет базой для создания гибких и тонких дисплеев, отличающихся высокой контрастностью, яркостью изображения и которые будут обладать высокой механической прочностью. А углеродная основа нового материала сделает процесс его производства более дешевым, нежели технологии производства "электронной бумаги", в которых используется индий и другие дорогостоящие металлы.

В настоящее время новый графеновый материал еще не был продемонстрирован на широкой публике. Кроме этого, китайцы держат в тайне цифры, касающиеся стоимости производства и технических характеристик материала "электронной бумаги", что позволяет сделать выводы о том, что работы в данном направлении еще ведутся и для их завершения потребуется некоторое время.

Но, если новая "электронной бумаги" будет соответствовать параметрам, указанным в ее рекламе, это будет означать, что большие перемены ожидают не только рынок устройств для чтения электронных книг. Толщина дисплея книги, которая сейчас определяет толщину устройства в целом, будет составлять всего 0.335 нанометра. Это, в свою очередь, означает, что сама электронная книга может стать похожа на лист обычной бумаги, более того, на основе нового материала могут быть созданы настоящие электронные газеты которые черпают информацию из онлайн-источников и которые можно будет сложить, свернуть и положить в карман одежды или в сумку.

Источник