Край Будущего

Учёные обнаружили холодные облака газа внутри гигантских пузырей Ферми — огромных структур из перегретого газа, простирающихся на 25 тысяч световых лет над и под плоскостью Млечного Пути. Это открытие ставит под сомнение нынешние представления о происхождении пузырей и указывает на их гораздо более молодой возраст.

Пузыри Ферми впервые были выявлены в 2010 году благодаря гамма-обсерваториям. Они представляют собой горячие газовые образования с температурой около миллиона градусов Кельвина. Исследователи из Университета штата Северная Каролина с помощью радиотелескопа Грин-Бэнк получили высокочувствительные данные, позволившие обнаружить внутри пузырей плотные облака нейтрального водорода массой в тысячи солнечных, расположенные на высоте около 12 тысяч световых лет над центром галактики.

Эти облака значительно холоднее окружающего газа — их температура около 10 тысяч градусов Кельвина, что примерно в сто раз ниже. Их существование в столь экстремальных условиях удивительно, поскольку горячий газ и мощные потоки должны быстро разрушать более холодные структуры. Компьютерные модели показывают, что холодные облака в таких условиях выживают не более нескольких миллионов лет. Следовательно, пузыри Ферми не могут быть старше этого времени.

Дополнительные данные из наблюдений космического телескопа Хаббл подтверждают наличие ионизированного газа вблизи этих облаков, что соответствует процессу испарения холодного газа под воздействием горячей среды. Измеренная скорость движения газов достигает около миллиона миль в час, что также указывает на недавнее происхождение пузырей.

Авторы предполагают, что холодные облака были подняты из центральной области Млечного Пути горячим ветром, формирующим пузыри Ферми. Поскольку сам горячий поток невидим, именно эти холодные облака служат маркерами его движения.

Это открытие меняет представления о взаимодействии газовых потоков в центре нашей галактики и ставит новые ограничения на модели эволюции галактик, помогая лучше понять циркуляцию энергии и вещества в космосе.

На протяжении многих веков человечество смотрело на звезды и задавалось одним из самых фундаментальных вопросов: какова же будет конечная судьба Вселенной? Будет ли она бесконечно расширяться, постепенно превращаясь в холодную и пустую бездну, или же нас ожидает более драматический финал?

Недавнее исследование, опубликованное на сервере препринтов arXiv группой физиков из Корнельского университета, Шанхайского университета Цзяо Тонг и других научных центров, предлагает новый взгляд на этот вопрос — и результат оказался весьма конкретным.

Опираясь на данные нескольких масштабных астрономических проектов, включая Dark Energy Survey и Dark Energy Spectroscopic Instrument, учёные создали модель, которая предсказывает, что Вселенная встретит свой конец в виде так называемого «Большого краха» примерно через 33,3 миллиарда лет. Учитывая, что на сегодняшний день возраст Вселенной составляет около 13,8 миллиарда лет, это означает, что у нас есть около 20 миллиардов лет до наступления этого события.

Это предсказание противоречит традиционному мнению о том, что Вселенная будет расширяться вечно. Согласно новой модели, после достижения максимального расширения, которое произойдет примерно через 7 миллиардов лет, процесс пойдет в обратную сторону: Вселенная начнет сжиматься, пока не сойдется в единую точку.

Ключевым элементом в понимании этой судьбы является загадочная темная энергия — таинственная сила, которая составляет около 70% всей Вселенной и отвечает за её расширение.

Долгое время темная энергия рассматривалась как космологическая постоянная — величина, которая обеспечивает постоянное давление, не позволяя расширению замедляться. Однако последние наблюдения указывают на то, что темная энергия может быть динамичной и изменяться со временем. В новой работе учёные предлагают модель, в которой роль темной энергии играет сверхлегкая частица — аксион, а также присутствует отрицательная космологическая постоянная.

Для наглядности можно представить Вселенную как огромную резиновую ленту: сначала она растягивается, расширяясь, но со временем сила упругости начинает преобладать, и лента сокращается обратно.

По расчетам исследователей, Вселенная будет продолжать расширяться, но с замедлением, пока не достигнет максимального размера — примерно на 69% больше нынешнего — через 7 миллиардов лет. После этого начнется постепенное сжатие, вызванное гравитационными силами и отрицательной космологической постоянной, которое в конечном итоге приведет к быстрому и неизбежному коллапсу.

Важно подчеркнуть, что данное предсказание сопровождается значительной степенью неопределенности. Учёные признают, что модель основана на ограниченном объеме наблюдательных данных. Концепция отрицательной космологической постоянной остается гипотетической, и альтернативные сценарии, включая вечное расширение Вселенной, по-прежнему имеют право на существование.

Особую ценность исследования придает то, что в ближайшие годы благодаря новым крупным астрономическим проектам мы сможем получить более точные данные о поведении темной энергии. Это позволит проверить, уточнить или опровергнуть предложенный сценарий «Большого краха» и, возможно, получить окончательный ответ на вопрос о судьбе Вселенной.

Даже если прогноз подтвердится, наступление «Большого краха» не стоит воспринимать как неминуемую катастрофу в обозримом будущем. Срок в 20 миллиардов лет — это колоссальный промежуток времени, за который на Земле сложная жизнь сохранится лишь около 600 миллионов лет, а Солнце уже давно погаснет, а наша галактика столкнется с соседней Андромедой задолго до начала космического коллапса.

Тем не менее, это исследование знаменует собой важный шаг вперед в нашем понимании устройства космоса. Впервые учёные выдвинули конкретное, поддающееся проверке предсказание о конечной судьбе Вселенной, предлагая точную хронологию самого драматичного события — конца всего сущего.

Поклонники космической компании Илона Маска недавно поделились в социальной сети X свежими фотографиями шести обтекателей, предназначенных для прототипов третьего поколения транспортной системы Starship. Эти обтекатели — важная часть аэродинамического облика корабля, обеспечивающая защиту полезной нагрузки и оптимизацию полёта в атмосфере. Судя по снимкам, новые обтекатели отличаются усовершенствованной конструкцией и материалами, что может повысить их прочность и снизить массу, что крайне важно для эффективного вывода грузов в космос.

В настоящее время компания SpaceX продолжает работу над прототипами второго поколения Starship, среди которых Ship 37 и Ship 38 считаются одними из последних. Ожидается, что эти аппараты будут завершать этап испытаний и доводки технических решений, заложенных в текущей версии транспортной системы. Параллельно ведётся активная подготовка к дебюту третьего поколения Starship, который, согласно предварительным планам, состоится в конце 2025 года. Это событие станет важной вехой в развитии космических технологий и позволит значительно расширить возможности для пилотируемых и грузовых миссий.

Одним из ключевых элементов третьего поколения Starship станет увеличение общей высоты системы до рекордных 150 метров. Для сравнения, предыдущие версии были несколько ниже, и это увеличение позволит увеличить полезную нагрузку и вместимость корабля. Высота в 150 метров сделает Starship одним из самых больших и мощных космических аппаратов в истории освоения космоса, способным выполнять самые амбициозные задачи — от доставки грузов на орбиту и Луну до межпланетных полётов на Марс и дальнейшие планетарные миссии.

Что касается двигателей, то в третьем поколении Starship продолжат использоваться усовершенствованные версии двигателей Raptor, а именно Raptor V3. Эти двигатели представляют собой высокотехнологичные жидкостные ракетные двигатели с циклом полного сгорания, работающие на метане и жидком кислороде. Они обеспечивают высокую тягу, эффективность и возможность многоразового использования, что является ключевым фактором для снижения стоимости космических запусков. Двигатели Raptor V3 обладают улучшенной производительностью, повышенной надёжностью и рядом технических инноваций, которые позволят Starship выполнять более сложные и длительные миссии.

Развитие транспортной системы Starship третьего поколения — это не просто технический прогресс, но и стратегический шаг в реализации планов по колонизации Марса, созданию космической инфраструктуры и расширению присутствия человечества в космосе. Увеличение размеров, улучшение двигателей и оптимизация конструкции позволят SpaceX предложить рынку уникальные возможности для коммерческих запусков, научных исследований и межпланетных экспедиций.

Таким образом, наблюдая за публикациями и новостями от поклонников и самой компании, можно с уверенностью сказать, что Starship третьего поколения станет одним из самых значимых проектов в области ракетостроения и космических технологий в ближайшие годы, открывая новые горизонты для освоения космоса и реализации амбициозных космических программ человечества.

В настоящее время человечество потребляет около 15 тераватт энергии каждую секунду, из которых примерно 2,5 тераватта приходится на электричество. Энергетический кризис с каждым днём становится всё острее. Однако решение этой проблемы может заключаться не только в промышленной термоядерной энергетике, которая обещает стать экологически чистой, но и в альтернативных источниках энергии. Одним из таких источников является дейтерий — изотоп водорода с дополнительным нейтроном в ядре, которого в океанических водах Земли содержится огромное количество. Практически неисчерпаемый запас дейтерия может стать ключом к будущему энергетическому изобилию.

Но что если ответ на вопрос «откуда берётся электричество в розетке» в 2090-х годах будет связан не с Землёй, а с космосом? И речь пойдёт не о близкой к Земле орбите, а о дальнем космосе — о Марсе, который может превратиться в гигантскую электростанцию, снабжающую энергией всё человечество. Возможно ли это, и когда такой проект может стать реальностью?

Концепция космической солнечной энергетики существует уже давно. В её классическом варианте предлагается размещать масштабные станции на геостационарной орбите Земли с солнечными панелями и концентраторами солнечного излучения, а также системами передачи энергии на Землю, чаще всего с помощью фазированных антенн, передающих энергию в виде микроволн. Современная же концепция предлагает гораздо более масштабный план: согласно исследованию Джека Смитта, опубликованному в журнале Physica Scripta, вокруг Марса можно создать рой спутников-концентраторов, которые будут перенаправлять солнечный свет на поверхность планеты. Там энергия преобразуется в электричество и будет передаваться на Землю с помощью электромагнитного излучения. Эта идея является модификацией концепции «роя Дайсона» — сети аппаратов, окружающих звезду и собирающих всю её энергию (для Солнца это порядка 3.8×10^26 ватт).

Марс выбран не случайно: его низкая гравитация и разрежённая атмосфера значительно упрощают запуск спутников на орбиту. Кроме того, производство концентраторов планируется организовать из местных ресурсов, поскольку доставка даже ультралегких отражающих панелей с Земли экономически нецелесообразна. Для создания необходимой инфраструктуры предполагается использовать роботов-репликаторов — автономных фабрик, способных производить собственные копии из марсианских материалов, подобно биологическому размножению. Основной вызов — производство микроэлектроники, но на первых этапах можно будет поставлять комплектующие с Земли, а затем наладить их производство на Марсе. Отправив на поверхность Марса небольшое количество таких роботов, можно запустить экспоненциальный рост их численности и, соответственно, масштабов производства спутников-рефлекторов.

Запуск спутников будет осуществляться с помощью электромагнитной пусковой установки длиной около 631 метра, что возможно благодаря низкой первой космической скорости Марса (3,55 км/с против 7,9 км/с у Земли) и способности выдерживать высокие ускорения. Спутники будут оснащены складными зеркалами, которые раскрываются после выхода на орбиту. Рассматривался также вариант передачи энергии с помощью бортовых лазеров, но он признан менее эффективным по сравнению с отражающими панелями. Для генерации электричества на Марсе могут использоваться солнечные панели или двигатели Стирлинга, оба способа обеспечивают около 30% эффективности.

Ожидается, что технологический уровень, необходимый для реализации этого проекта, может быть достигнут к концу 2030-х годов. Значительную роль в этом сыграет проект SpaceX Starship, который при успехе позволит быстро и дешево доставлять сотни тысяч тонн грузов на Марс благодаря полной многоразовости и орбитальной дозаправке. По прогнозам, к 2100 году мощность марсианского роя может достичь 100 тераватт, обеспечивая энергией Землю в масштабах, превышающих сегодняшние потребности. При этом самая высокая скорость роста мощности будет наблюдаться на завершающих этапах строительства.

Постройка такого роя Дайсона не только позволит решить экологические проблемы и направить взгляд человечества к звёздам, но и станет шагом на пути к переходу цивилизации с нулевого уровня по шкале Кардашева сначала к типу 1, а затем и к типу 2 — то есть к межзвёздному виду, способному использовать энергию целой звезды.

Если этот амбициозный проект выйдет за пределы теории и вдохновит человечество на технологический подвиг, не имеющий аналогов в истории, мы станем свидетелями начала новой эры — эры межпланетной, а возможно, и межзвёздной экспансии.

Ученые из Университета Кейс Вестерн Резерв создали новый экологичный пластик, который можно использовать для изготовления носимой электроники, датчиков и других электронных устройств. Этот материал — сегнетоэлектрический полимер — не содержит фтора, вредного химического элемента, который долго не разлагается в природе и загрязняет окружающую среду.

Хотя ученые продолжают улучшать электрические и гибкие свойства нового пластика, он уже показывает большой потенциал благодаря своей мягкости и безопасности для природы.

Профессор Лей Чжу, руководитель исследования, объясняет, что этот материал работает иначе, чем существующие сегнетоэлектрические материалы. Обычно такие материалы должны иметь кристаллическую структуру, чтобы проявлять свои электрические свойства, а новый полимер этого не требует.

Полимеры — это большие молекулы, состоящие из длинных цепочек маленьких звеньев. Они могут быть искусственными, как пластик, или натуральными, как волосы или ДНК. Изменяя структуру полимеров, можно делать их более прочными, гибкими или устойчивыми к нагреву.

Сегнетоэлектрические материалы обладают особым свойством — их электрический заряд можно менять с помощью электрического поля, как переключатель. Это помогает создавать компактные и эффективные электронные устройства, которые экономят энергию.

Новый полимер гибкий и его электрические свойства можно легко включать и выключать. Это очень важно для носимой электроники и инфракрасных датчиков, которые должны быть мягкими и комфортными для тела человека. В отличие от жестких и хрупких керамических материалов, полимер легко гнется и легкий.

Ранее для таких целей использовали полимер ПВДФ, который содержит фтор и не разлагается в природе, что плохо для экологии. Новый материал лишен этого недостатка и безопасен для окружающей среды.

Кроме носимой электроники, сегнетоэлектрические полимеры применяются в ультразвуковых датчиках для медицины, так как хорошо взаимодействуют с тканями человека. Они также могут пригодиться в очках дополненной и виртуальной реальности.

Пока ученые только начинают создавать этот материал в небольших количествах и изучать его свойства, но они надеются, что он поможет заменить вредные пластики в электронике и сделает устройства более экологичными.

Новое исследование старых данных космического телескопа НАСА «Кеплер» выявило в системе KOI-134 две планеты, вращающиеся вокруг своей звезды по необычной схеме. Ранее считалось, что в этой системе планет нет, или выявленный кандидат был ложноположительным из-за аномальных транзитов.

Команда под руководством Эммы Набби из Университета Южного Квинсленда повторно проанализировала данные и подтвердила существование двух планет: KOI-134 b — теплого Юпитера с орбитальным периодом около 67 дней, и KOI-134 c — планеты меньшего размера, чуть ближе к звезде, с периодом около 33–34 дней. Эти планеты находятся в орбитальном резонансе 2:1, то есть за один оборот KOI-134 b, KOI-134 c делает два.

Особенностью системы является значительный взаимный наклон орбит — около 15 градусов. KOI-134 c движется по наклонённой орбите, из-за чего её транзиты не всегда наблюдаются с Земли, что объясняет, почему она ранее оставалась незамеченной. Гравитационное взаимодействие между планетами вызывает вариации времени прохождения (TTV) KOI-134 b через звезду — отклонения в 20 часов от ожидаемого времени транзита. Эти TTV были причиной того, что планету первоначально приняли за ложноположительный сигнал.

Благодаря наклону орбит, резонансу и TTV планеты вращаются вокруг звезды по сложной траектории, напоминающей движение деревянных пони на старинной карусели. Это первая компактная система множеством планет с таким значительным взаимным наклоном и выраженными вариациями времени прохождения.

Открытие подчеркивает редкость и сложность выявления планетных систем с высокими взаимными наклонениями. Такие системы дают важные сведения о динамике планетных орбит и процессах формирования планетных систем.

Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy. В работе приняли участие несколько международных научных институтов, включая Университет Южного Квинсленда, Женевский университет и Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики.

В таких галактиках возникают яркие эпизоды звездообразования, когда сотни звездных сверхскоплений содержат по 100 000 и более звёзд. Ежегодно в них рождаются звёзды с массой в сотни и тысячи солнечных масс, что делает эти галактики чрезвычайно яркими, особенно в инфракрасном диапазоне, где их светимость может превышать солнечную в триллионы раз.

Галактика Сигара (M82) является примером такого объекта. Её яркость в оптическом свете скрыта пылью, но телескоп Джеймса Уэбба (JWST) позволяет наблюдать активное звездообразование в инфракрасном диапазоне. В M82 многочисленные сверхскопления, содержащие около 100 000 звёзд, значительно повышают её светимость.

Для поддержания таких вспышек галактикам нужен обильный запас газа. M82, вероятно, получила его благодаря гравитационному взаимодействию с соседней галактикой M81. Пара вращается друг вокруг друга с периодом около 100 миллионов лет. Эти взаимодействия придали M82 вытянутую форму и направили газ в её ядро, стимулируя интенсивное звездообразование.

Астрономы изучают M82 и M81 как естественную лабораторию для наблюдения взаимодействия галактик. В исследовании 2024 года с помощью выбросов полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) выявлена сложная структура нитей и пузырьков газа, образующихся при вспышках сверхновых, а также обнаружены галактические оттоки — потоки газа, исходящие из центра M82. Эти оттоки связаны с мощными звёздными ветрами и взрывами сверхновых, которые выдувают газ из галактики.

ПАУ играют важную роль, поскольку их излучение в среднем инфракрасном диапазоне помогает отслеживать холодный молекулярный газ и его движение.

Интенсивное звездообразование в галактиках со вспышками обычно длится около 100 миллионов лет — до тех пор, пока не иссякнут запасы газа. Однако в случае M82 повторяющиеся взаимодействия с M81 могут вызывать циклы активного звездообразования и затишья. Предполагается, что подобные циклы происходили в прошлом: примерно 600 миллионов лет назад и нынешняя фаза началась 30–60 миллионов лет назад.

На расстоянии около 12 миллионов световых лет M82 находится достаточно близко, что позволяет астрономам тщательно изучать её с помощью телескопов, включая «Хаббл» и JWST.

В будущем M82 продолжит проходить через циклы звездообразования, пока в далёкой перспективе не сольётся с M81. Это слияние вызовет мощный всплеск звездообразования, который со временем прекратится, и образовавшаяся крупная галактика перейдёт в спокойное состояние.