Новое открытие, связанное с кварками, раскрывает важнейшую тайну рождения Вселенной

Пара топ-кварков была обнаружена среди частиц, разлетевшихся при столкновении двух атомов свинца.

Это первый случай, когда такая специфическая кварк-антикварковая пара была обнаружена при столкновении двух ядер. Обнаружение усиливает доказательства того, что все шесть кварковых ароматов существовали на заре времён, в густой кварк-глюонной плазме, которая, как считается, заполнила Вселенную в моменты после Большого взрыва.

Это означает, что мы стали на шаг ближе к тому, чтобы провести новые измерения этого «первобытного супа» и получить новые сведения о том, как формировалась наша Вселенная с самого начала.

Кварк-глюонная плазма — это то, что получается, когда элементарные кварки и глюоны, обычно связанные внутри протонов и нейтронов, освобождаются от своих ограничений и превращаются в рыхлый, взаимодействующий «суп» при чрезвычайно энергичных условиях.

Проблема изучения этого состояния материи заключается в том, что кварки распадаются очень, очень быстро, всего за крошечную долю секунды. Кварк-глюонная плазма, возникшая после Большого взрыва, просуществовала всего несколько миллионных долей секунды, прежде чем частицы слились вместе и начали образовывать обычную материю — этот процесс называется адронизацией.

Часто частицы, которые ищут физики, не обнаруживаются напрямую, а отслеживаются по продуктам их распада, что и было сделано в новом исследовании. На Большом адронном коллайдере группа физиков из коллаборации ATLAS обнаружила образование пары топ-кварков в продуктах их распада через дилептонный канал распада.

В этом процессе топ-кварки распадаются на нижний кварк и W-бозон; W-бозон затем распадается на нейтрино и электрон или мюон. Коллаборация идентифицировала этот процесс в столкновениях между атомами свинца со статистической значимостью 5,03 сигма — это превысило пятисигмальный порог для значимого обнаружения.

Это первый случай, когда производство пары топ-кварков наблюдается в столкновениях между тяжёлыми ядрами. В предыдущей работе описано образование пары топ-кварков при столкновении иона свинца с протоном; новый результат идёт на шаг дальше, открывая путь к будущим исследованиям кварк-глюонной плазмы.

Невероятная фотография показывает сверхмассивную чёрную дыру, выбрасывающую струю материи в межзвёздное пространство

В далёкой галактике обитает прожорливая сверхмассивная чёрная дыра, которая, похоже, играет со своей пищей на новом оживлённом снимке, полученном с помощью Очень Большого Телескопа.

Расположенная на расстоянии более 12 миллионов световых лет от Земли спиральная галактика, известная как NGC 4945, выдувает мощные струи материала из сверхмассивной чёрной дыры, расположенной в её ядре. С помощью Очень большого телескопа (VLT) Европейской южной обсерватории (ESO), расположенного на горе Серро-Параналь в пустыне Атакама на севере Чили, астрономы сняли крупный план активного ядра галактики и быстрые ветры, вырывающиеся из чёрной дыры.

Фотография позволяет предположить, что межзвёздные «объедки» материи выбрасываются в космос, пока голодная чёрная дыра поглощает свой обед. «В самом центре почти каждой галактики находится сверхмассивная чёрная дыра, — говорится в заявлении ESO, сопровождающем новый снимок VLT от 31 марта. — Некоторые из них, как, например, та, что находится в центре нашего Млечного Пути, не особенно голодны. А вот сверхмассивная чёрная дыра NGC 4945 — хищница, поглощающая огромное количество материи».

Галактические ветры, представленные на снимке в виде ярких конусообразных струй вещества, движутся так быстро, что газ и пыль, скорее всего, покидают галактику и выбрасываются в межгалактическое пространство.

«Этот неряшливый едок не соответствует репутации чёрных дыр как всепоглощающих объектов, и выдаёт мощные струи из вещества», — добавили представители ESO.

Учёные «неправильно» использовали приборы «Уэбба» для получения прямых изображений экзопланет

На прошлой неделе астрономы представили новые захватывающие изображения планет в звёздных системах HR 8799 и 51 Эридани — и всё это благодаря творческому использованию космического телескопа имени Джеймса Уэбба.

Уильям Балмер, кандидат наук в Университете Джонса Хопкинса и ведущий автор исследования, рассказал о том, как были получены изображения с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, и почему эти результаты представляют собой большой скачок вперёд в нашем понимании экзопланет, их формирования и поиска внеземной жизни.

«Прямые снимки крайне важны для изучения далёких планет, поскольку они дают нам максимум информации о структуре и составе их атмосфер, не зависящей от света звезды-хозяина», — пояснил Балмер.

Прямая визуализация далёких планет представляет собой серьёзную проблему из-за нескольких факторов. Прежде всего, телескопы с трудом отличают слабый свет планеты от гораздо более яркого света, излучаемого звездой-хозяином. Блики звезды могут перекрывать любые сигналы, исходящие от планеты, что затрудняет детальное изучение её атмосферы. Сложности добавляет и тот факт, что большинство экзопланет находятся невероятно далеко от нас, что ещё больше ограничивает возможность получения их чётких изображений.

Именно здесь на помощь приходит космический телескоп Джеймса Уэбба. Его передовые технологии, включая большое зеркало и набор специализированных приборов, позволяют обнаруживать очень слабые излучения, исходящие от орбитальных экзопланет в среднем инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра — и эта возможность открыла новый рубеж в исследовании экзопланет.

«Различные газы в атмосфере планеты при различных давлениях и температурах будут поглощать или излучать свет определённой длины волны, и мы можем использовать эти химические отпечатки на свете, чтобы моделировать не только то, из чего состоят планеты, но и то, как они могли сформироваться, исходя из того, из чего они состоят», — говорит Балмер.

Балмер и его коллеги сделали ещё один шаг вперёд, получив инновационные коронографические изображения экзопланет HR 8799 и 51 Эридани — и сделали это, используя коронографы «Уэбба» нетрадиционным способом.

«Я люблю шутить, что в этой работе мы „неправильно использовали коронографы“, но на самом деле мы использовали очень тонкую часть маски коронографа, что позволило звёздному свету дифрагировать или просачиваться по краям коронографа», — объясняет Балмер.

Коронографы, впервые разработанные в 1930 году для изучения солнечной короны, работают, блокируя звёздный свет, чтобы выявить слабые окружающие объекты. Коронограф «Уэбба» позволяют получать высококонтрастные изображения экзопланет в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра. Однако если коронограф блокирует слишком много света, он может заслонить не только звезду, но и близлежащие планеты.

Чтобы решить эту проблему, команда Балмера скорректировала маски коронографа «Уэбба», точно настроив количество блокируемого света звезды, чтобы добиться максимальной видимости планет.

НАСА взяло мышей в космос, и это сделало что-то страшное с их костями

Нахождение в условиях микрогравитации может показаться отдыхом для скелета человеческого тела, постоянно несущего на себе груз, но когда астронавты проводят в космосе месяцы, плотность их костей серьёзно снижается, и они могут никогда полностью не оправиться от этого.

Исследование, проведённое на мышах, находящихся на борту Международной космической станции, позволило учёным НАСА лучше понять этот значительный риск для здоровья.

Как выяснилось, потери костной ткани могут быть связаны не с космической радиацией, недостатком солнечного света или другими подобными системными факторами. После того как мыши провели 37 дней на орбите, некоторые части их скелета оказались повреждены сильнее, чем другие.

По сравнению с «наземными» мышами, которых не отправляли с нашей планеты, бедренные кости задних конечностей мышей, побывавших в космосе, были изрезаны большими отверстиями, особенно на их концах, где они соединяются с тазобедренным и коленным суставами. В отличие от этого, поясничная часть позвоночника мышей осталась на удивление целой.

«Особое внимание в нашем исследовании мы уделили бедренной кости, поскольку она играет важную роль в переносе веса мыши», — объясняют исследователи из НАСА и Научного института космических исследований Blue Marble.

У двуногих людей поясничный отдел позвоночника в основном принимает на себя вес верхней части тела, но у четвероногих грызунов эта горизонтальная структура не играет такой несущей роли.

Это позволяет предположить, что кости млекопитающих, несущие вес на Земле, больше всего страдают от микрогравитации на орбите.

Возможно, это похоже на концепцию «используй или потеряешь» в неврологии. Если несущие вес кости не получают привычной «нагрузки», они могут начать разрушаться.

Рой космических аппаратов может обнаружить межзвёздных гостей, проносящихся через нашу Солнечную систему

В 2017 году учёные заметили первого подтверждённого межзвёздного гостя нашей Солнечной системы — Оумуамуа. Хотя Оумуамуа и не был инопланетным космическим кораблём, он был межзвёздным объектом (МЗО), который прибыл из другой планетарной системы, расположенной далеко-далеко, и двигался со скоростью 315 431 км в час.

Чтобы подготовиться к будущим гостям, Хироясу Цукамота, профессор Иллинойского университета Урбана-Шампейн, разработал систему наведения и управления на основе глубокого обучения под названием Neural-Rendezvous, которая может позволить космическим аппаратам безопасно взаимодействовать с МЗО.

Проект, реализуемый в сотрудничестве с Лабораторией реактивного движения НАСА, направлен на решение двух основных проблем, связанных с приближением к МЗО: чрезвычайно большой скорости этих объектов и их плохо изученных траекторий.

«Мы пытаемся встретиться с астрономическим объектом, который проносится через нашу Солнечную систему всего один раз, и мы не хотим упустить эту возможность, — сказал Цукамото в своём заявлении. — Несмотря на то, что мы можем приблизительно определить динамику МЗО заранее, они всё ещё имеют большую неопределённость состояния, потому что мы не можем предсказать время их визита. Это сложная задача».

«Как оптимально расположить несколько космических аппаратов, чтобы получить максимум информации? — говорит Цукамото. — Распределить космические аппараты так, чтобы визуально покрыть высоковероятную область встречи с МЗО, и управлять их с помощью нашей интеллектуальной системы».

Дайджест космических новостей за прошедшую неделю