наука

Некоторые могут подумать что я тупо сфоткал песок, но не будь все так просто..., это 500 миллионов звезд в центре галактики Андромеды.

Наша Галактика оказалась экстраординарно бедной

Космический телескоп «Гайя» позволил оценить скорость движения рекордного количества звезд в Млечном Пути, и новые данные оказались крайне неожиданными. Дело не только в том, что его масса упала во много раз: стало ясно, что сама структура Галактики не такая, как думали раньше.

Космический телескоп «Гайя» на фоне диска нашей Галактики

Примерно полвека назад астрономы обнаружили, что внешние части галактических дисков вне Млечного Пути вращаются значительно быстрее, чем должны бы. Скажем, в Солнечной системе планеты, близкие к Солнцу, вращаются быстро, а более далекие — медленно, и это кажется логичным следствием ослабевания действующего на них притяжения светила. А вот в иных галактиках внешние области вращаются без убывания скоростей вращения — как будто их раскручивает какая-то огромная, но невидимая масса (темная материя).

Это наблюдение совершило революцию в космологии и в итоге в физике. Но оценить, как обстоят дела со скоростями вращения в других галактиках, оказалось намного проще, чем сделать это «у себя дома».

Наблюдать за крупным объектом, находясь внутри него, сложно: например, с нашего места в Галактике видеть другие ее части мешают не только пыль и газ, но и центральная ее часть (что находится за ней — прямыми наблюдениями проверить очень сложно). Революцию в вопросе произвел лишь космический телескоп «Гайя», запущенный 10 лет назад и работающий в точке Лагранжа L2, в полутора миллионов километров от Земли. Он может наблюдать более миллиарда звезд — рекордный показатель в истории астрономии. Однако обработка такого объема данных занимает массу времени и очень сложна.

Поэтому только сейчас в журнале Astronomy and Astrophysics вышла статья, суммирующая данные «Гайи» о скоростях вращения звезд в диске Млечного Пути. Она во многом опирается на результаты наблюдений и работы, вышедшие по этой теме ранее. Авторы новой статьи составили кривые, показывающие скорости вращения звезд в различных частях нашей галактики. Поскольку эти скорости определяются действующей на эти звезды гравитацией, именно по ним можно узнать реальную массу Млечного Пути, которая до этого оставалась объектом ожесточенных дискуссий.

Работа принесла два больших сюрприза. Во-первых, оказалось, что Млечный Путь не показывает ускоренного вращения краев галактического диска, как почти все сколько-нибудь хорошо изученные спиральные галактики, кроме нашей. На расстоянии от 63 до 86 тысяч световых лет от центра Млечного Пути скорость вращения его звезд вокруг галактического центра падает в среднем на 30 километров в секунду. Это не так мало: например, Солнце вращается вокруг ядра Галактики со скоростью 230 километров в секунду. Фактически убывание скоростей вращения звезд в нашей Галактике выглядит как «кеплеровское замедление», сходное с тем, что видно для внешних планет Солнечной системы. И не наблюдаемое пока в других галактиках Вселенной, похожих на нашу.

Это не значит, что темной материи у нас нет: по расчетам авторов новой работы, ее здесь втрое больше, чем обычной. Проблема в том, что для других спиральных галактик это соотношение — шесть к одному, то есть вдвое больше.

Кривая изменения средней скорости звезд в диске Млечного Пути по мере удаления от его центра. Вначале скорость резко возрастает, однако после 15 тысяч парсек начинает снижаться. Такой картины нет в других спиральных галактиках сходной светимости

Второй большой сюрприз: масса Млечного Пути оказалась равна примерно 200 миллиардам масс Солнца. Это примерно в пять раз меньше прошлых общепринятых оценок (триллион солнечных масс) и заметно меньше, чем у других спиральных галактик тех же размеров, что наша, наблюдаемых астрономами. Из этого следует, что оценки масс галактик — спутников Млечного Пути (например, Большого Магелланова облака) нужно пересматривать «вниз», причем довольно сильно.

Авторы исследования отметили, что, согласно их результатам, Млечный Путь оказывается экстраординарно редкой и экстраординарной бедной материей Галактикой. Причины этого пока не ясны.

Среди возможных объяснений ученые приводят то, что после 8-10 миллиардов лет назад наша Галактика практически не испытывала крупных слияний и поглощений (то есть не присоединяла к себе другие галактики). В то же время большинство других наблюдаемых спиральных галактик испытывали крупные слияния не позднее шести миллиардов лет назад. Возможно, что и малое число поздних слияний и малое количестве темной материи у нас как-то связано с тем, что строение рукавов в нашей галактике несколько отличается от большинства наблюдаемых спиральных.

Другое объяснение: «Гайя» использует иные методы для учета скоростей движения галактик. Если с ней что-то не так, то новые результаты по массе и скоростям в Млечном Пути тоже некорректны. В каком-то смысле такой вариант не менее потрясающий, чем первый, поскольку на точности цифр «Гайя» основывается немало выводов астрономов за последние годы.

Отдельно отметим, что если цифры «Гайи» все же корректны, то гипотеза модифицированной ньютоновской динамики (МОНД) неверна. Модифицированная ньютоновская динамика — это теория, предполагающая, что гравитация имеет разную силу для разных расстояний. То есть это объяснение, полностью альтернативное современной физической картине мира, основанной на теории относительности, несовместимой с таким подходом.

МОНД долгие годы пользовалась определенной популярностью, поскольку позволяет и объяснить слишком быстрое вращение дисков других галактик, и не искать темную материю, которая объясняла бы такое вращение. Но, если в нашей Галактике никакого быстрого вращения периферических частей галактического диска нет, а есть кеплеровское замедление его звезд, то МОНД, очевидно, неверна: гравитация не может ослабевать с расстоянием везде, кроме Млечного Пути.

Зато другие подходы — конкретнее, темная материя — с новой работой получили серьезное подтверждение. Количество темной материи в разных галактиках может различаться в рамках самых разных гипотез о ее природе. Теперь осталось лишь выяснить, какая именно из них верна: та, что опирается на данные гравитационного телескопа LIGO, или какие-то иные.

Статья спизжена отсюда

Объект Хербига — Аро HH 211 на свежем снимке Джеймса Уэбба Такие объекты – это небольшие участки туманностей, связанные с молодыми звёздами. Они образуются, когда газ, выброшенный звёздами, вступает во взаимодействие с близлежащими облаками газа и пыли на скоростях в несколько сотен километров в секунду.

Падение антиматерии «закрыло» антигравитацию

Хотя итоги нового эксперимента совпали с общими предсказаниями теории Эйнштейна, по ряду причин полученный результат не был очевиден заранее. Экспериментальные данные впервые позволили решить столь важный вопрос окончательно.

Часть установки ALPHA-g, использованной в новом эксперименте

Принцип слабой эквивалентности сил гравитации и инерции Общей теории относительности Эйнштейна указывает, что все объекты, вне зависимости от их массы или конкретного состава, должны падать в гравитационном поле в одном направлении. Другой вывод просто несовместим с видением гравитации в ОТО.

Однако на протяжении десятков лет целый ряд физиков пытались выдвигать иные предположения — основывая свои попытки на том, что ОТО обладает, на их взгляд, некоторыми слабостями. Первой стало предсказание состояния сингулярности (при котором физические законы не работают, а время не течет) в момент старта Большого взрыва. Вторым многие посчитали отсутствие квантовой теории гравитации — из-за моды на квантовый подход этим ученым казалось, что и гравитация должна быть описана с таких позиций, хотя сам Эйнштейн подобное мнение не разделял.

В этом смысле возможность установить, ведет ли себя антиматерия так, как предсказывает его теория или как предполагали многие сторонники создания квантовой теории гравитации, имела очень большое значение. Если антивещество «падает» вверх, то основные постулаты ОТО нуждаются в корректировке, либо, как это формулируют иные исследователи, «перед нами открывается дорога для Новой физики».

Было и множество гипотез «с практическим уклоном» — о том, что антивещество будет отталкиваться обычной гравитацией, на основе чего можно будет создать «антигравитационные машины». В XX веке в США была даже правительственная программа, исследующая такую возможность.

На практике прояснить вопрос оказалось исключительно сложно: антиматерию трудно создать и изолировать от обычной так, чтобы удерживающие ее при этом магнитные поля не «зашумляли» воздействие гравитации на античастицу.

В 2018 году специальная группа при ЦЕРН запустила ALPHA-g — специализированную магнитную ловушку для атомов антиводорода, созданную именно для проверки такой возможности. Атомы антивещества — антиатомы — сперва «подвешивали» в вакуумной камере, а потом так отключали действующие на них магнитные силы (они же силы, удерживающие атом в пустоте), чтобы можно было непосредственно увидеть, куда же падает антивещество.

Для этого установка использовала мощный источник античастиц:

По расчетам, в случае правоты принципа слабой эквивалентности ОТО 20 процентов всех пойманных в ловушку атомов антиводорода должно было покидать ее через верх, а 80 процентов — через низ. Именно так и произошло в не раз повторенных экспериментах.

Таким образом, международной группе исследователей удалось зафиксировать, что движение антивещества в цилиндре происходит точно как у обычных атомов — вниз, а не вверх. Это сразу закрывает гипотезы «антигравитации».

В то же время, отметили авторы новой работы в журнале Nature, остается неясным, насколько сильно антивещество притягивается гравитацией Земли. С точки зрения ОТО это должно происходить точно так же, как для обычного вещества. Но пока точности наблюдений ALPHA-g не хватает, чтобы подтвердить это экспериментально. Ученые надеются добиться такого результата в будущем.

От того, насколько верна ОТО, фактически зависит не только наше понимание поведения антивещества, но и вся картина Вселенной. Сейчас уже ясно, что прежняя идея о некоей сингулярности в момент Большого взрыва нерабочая. Однако, варианты решения этой проблемы сильно различаются между собой. Часть физиков пытаются решить ее с позиций квантовой механики, а часть, напротив, с позиций теории относительности Эйнштейна.

Статья спизжена отсюда

Ученые разработали препарат, имитирующий физические упражнения для снижения веса и сохранения мышц.

В связи с растущей распространенностью ожирения во всем мире — миллионы людей, некоторые из которых страдают от таких серьезных осложнений, как диабет и сердечно-сосудистые заболевания, — как никогда остро встает вопрос о поиске эффективных медицинских решений. Именно на этой основе был разработан экспериментальный препарат SLU-PP-332, имитирующий благотворное влияние физических упражнений на обмен веществ. Полученный в результате глубоких исследований, проведенных в Университете Флориды, он открывает новые перспективы в лечении ожирения и метаболических заболеваний. Первые испытания на мышах показали снижение веса и повышение выносливости, при этом аппетит и уровень физической активности не изменились, мышечная масса не уменьшилась и не сохранилась. Исследование опубликовано в журнале Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. Каков механизм действия этого чудо-средства? 

Улучшение чувствительности к инсулину и снижение содержания жира в организме особенно актуальны для лечения таких заболеваний, как ожирение и диабет 2-го типа, при которых часто нарушается регуляция углеводного и липидного обмена. Эти результаты дают надежду, особенно тем людям, чьи возможности заниматься спортом ограничены из-за имеющихся заболеваний или физических ограничений. Для таких людей препарат SLU-PP-332 может стать реальной альтернативой для улучшения метаболического здоровья, снижения массы тела и уменьшения риска развития заболеваний, связанных с ожирением, без ограничений и трудностей, связанных с регулярными физическими нагрузками. Более того, отмечает Беррис, этот препарат также обладает значительным потенциалом для сохранения мышечной массы, что является важнейшим фактором в таких процессах, как снижение веса и старение. Действительно, потеря мышечной массы является неизбежным следствием процессов старения и снижения веса. Он добавляет: "Это может позволить людям оставаться здоровыми с возрастом". В другой работе, которую лаборатория Берриса готовится опубликовать, исследователи обнаружили, что это соединение может также лечить сердечную недостаточность, укрепляя сердечную мышцу.

https://new-science.ru/uchenye-razrabotali-preparat-imitirujushhij-fizicheskie-uprazhneniya-dlya-snizheniya-vesa-i-sohraneniya-myshc/

Не имеющие мозга медузы оказались способны учиться на своих ошибках

Международная команда ученых пришла к выводу, что кубомедузы, у которых отсутствует мозг, способны к ассоциативному обучению. Это означает, что сложные нейронные процессы свойственны даже самым примитивным нервным системам.

Кубомедуза Tripedalia cystophora

Ассоциативное обучение — процесс, посредством которого организмы получают информацию об отношениях между событиями или объектами в их среде. Он выражается в изменении существующих моделей поведения или развитии новых моделей — тех, что отражают признание непредвиденных обстоятельств. Поэтому ассоциативное обучение связано со способностью учиться на собственных ошибках.

У медуз нет централизованной нервной системы управления телом, нет мозга как органа принятия решений в прямом их понимании. Такие животные обычно склонны лишь к простому обучению: они вырабатывают привычку к повторяющимся стимулам или усиливают реакцию на них. Но оказалось, что все не так просто: медузы показали себя куда более продвинутыми существами, чем считалось.

Исследователи из Кильского (Германия) и Копенгагенского (Дания) университетов обратили внимание на кубомедузу Tripedalia cystophora, обитающую в Карибском море. Эти мелкие существа питаются рачками, живущими в мангровых зарослях, из-за чего им приходится маневрировать между мириадом корней и не повреждать о сучья свои нежные тела.

Считается, что кубомедузы определяют расстояние до препятствий путем оценки контраста между корнями и окружающей средой при помощи 24 глаз и скоплений нейронов. При этом степень мутности воды в зарослях бывает разной.

Чтобы выяснить, как медузы подстраиваются под меняющуюся среду, ученые провели серию экспериментов. Для начала они поместили стрекающих в резервуар с водой, на стенках которого были нарисованы полосы — они имитировали корни мангровых деревьев. Контрастность этих полос менялась от одного теста к другому. Ученые выяснили, что при высокой контрастности медузы не подплывали к стенкам сосуда слишком близко, а при низкой, наоборот, натыкались на них. Но спустя несколько минут частота столкновений снизилась в два раза. Это означает, что T. сystophora попросту научились избегать препятствий.

До обучения и после обучения

Авторы исследования предположили, что стрекательные извлекают опыт из своих ошибок, запоминая случаи, когда они натыкались на стенку резервуара, а потом меняют свое поведение. Это означает, что кубомедузы способны к ассоциативному обучению.

Чтобы проверить полученные результаты, ученые даже били несчастных стрекательных током — показывали медузам полоски «корней» разного контраста и одновременно стимулировали их нейроны электрическими разрядами (этим имитировали столкновения с препятствием). Что в итоге? Нейроны медуз стали чувствительны даже к полосам с низкой контрастностью.

На основе этого ученые допустили, что любые нервные системы, даже самые простые, способны к ассоциативному обучению. Свои выводы они представили в журнале Current Biology.

Статья спизжена отсюда

О том как работает гравитационный маневр

Хороший тамада и конкурсы интересные

Из учебника по физике за 8й клас