Учёные только что построили детектор, который возможно поймает неуловимую тёмную материю

Считается, что около 80% массы Вселенной состоит из тёмной материи. И всё же о составе и структуре частиц, из которых состоит тёмная материя, известно очень мало. Большинство экспериментов на сегодняшний день сосредоточено на частицах тёмной материи, масса которых более или менее совпадает с массой известных элементарных частиц. Однако если частицы легче электрона, то вряд ли их можно будет обнаружить с помощью современных стандартных детекторов, основанных на жидком ксеноне. До сих пор ни один эксперимент не увенчался успехом в прямом обнаружении тёмной материи.

Международная группа под руководством Лауры Боудис, Титуса Нойперта, Бьорна Пеннинга и Андреаса Шиллинг из факультета физики Университета Цюриха смогла проверить существование частиц тёмной материи в широком диапазоне масс ниже одного мегаэлектронвольта (МэВ). Используя усовершенствованный сверхпроводящий нанопроводниковый однофотонный детектор (SNSPD), исследователи достигли порога чувствительности, равного примерно одной десятой массы электрона, выше которого существование частиц тёмной материи маловероятно. «Впервые мы смогли искать частицы тёмной материи в таком низком диапазоне масс, что стало возможным благодаря новой технологии детекторов», — говорит первый автор статьи Лаура Боудис.

В 2022 году в рамках проверки концепции исследователи протестировали первое устройство SNSPD, которое обладает высокой чувствительностью к фотонам с более низкой энергией. Когда фотон попадает на нанопровод, он слегка нагревает его и вызывает мгновенную потерю сверхпроводимости. Провод на короткое время становится обычным проводником, а его выросшее сопротивление можно измерить.

Для своего последнего эксперимента учёные из УЗГ оптимизировали SNSPD для обнаружения тёмной материи. В частности, они оснастили его сверхпроводящими микропроводами вместо нанопроводов, чтобы максимизировать его поперечное сечение. Они также придали ему тонкую плоскую геометрию, которая делает его очень чувствительным к изменениям направления. Учёные предполагают, что Земля проходит через «ветер» частиц тёмной материи, и поэтому относительное направление потока частиц меняется в течение года. Устройство, способное улавливать изменения направления, может помочь отфильтровать события, не связанные с тёмной материей.

«Уэбб» обнаружил экзопланету вокруг пульсара, атмосфера которой состоит исключительно из углерода

В недавней статье, описывающей данные, полученные с космического телескопа Джеймса Уэбба, рассмотрена экзопланета, вращающаяся вокруг миллисекундного пульсара. Астрономами было обнаружено, что её атмосфера состоит почти полностью из чистого углерода.

Этот тип пульсара, PSR J2322-2650, известен как система «чёрная вдова», поскольку он получает энергию для своих высокоэнергетических вспышек, «похищая» вещество у соседней звезды. В данном случае соседняя звезда, вероятно, деградировала до сопутствующей планеты «горячий Юпитер», которая обращается вокруг своей родительской нейтронной звезды каждые 7,8 часа. Типичный процесс образования «чёрной вдовы» состоит из двух этапов: на первом этапе нейтронная звезда (которая в данном случае также является пульсаром) похищает материал, а на втором этапе она облучает свою спутницу высокоэнергетическим гамма-излучением, срывая большую часть внешних слоёв сопутствующей звезды и в результате образуя экзопланету размером с Юпитер, состоящую в основном из гелия.

Экзопланета вокруг PSR J2322-2650, известная как PSR J2322-2650b, соответствует описанию планеты размером с Юпитер, которая, по-видимому, имеет ту же плотность, что и планета, состоящая в основном из гелия. Однако её атмосфера не похожа на атмосферу ни одной из известных спутниц «чёрных вдов». Согласно спектрографическим отчётам JWST, её атмосфера состоит в основном из элементарного углерода в форме трикарбона (C3) или дикарбона (C2).

Обычно такие элементы встречаются в хвостах комет или в настоящем пламени здесь, на Земле. Их присутствие в атмосфере планеты, особенно в таких больших количествах, является новым открытием для науки.

Ещё одна интересная особенность атмосферы планеты — разница между дневной и ночной сторонами. На дневной стороне, которая всегда обращена к пульсару, поскольку планета находится в приливном захвате, температура может достигать более 2000 ℃, и там наблюдаются очень чёткие химические признаки имеющихся там веществ. Однако на ночной стороне почти не было никаких особенностей, что позволяет предположить, что эта сторона планеты покрыта сажей или чем-то подобным, не имеющим каких-либо отличительных черт.

Учёные утверждают, что вероятность того, что в ближайшее десятилетие мы сможем наблюдать взрыв чёрной дыры, составляет 90%.

Новые исследования показывают, что вероятность того, что в течение следующего десятилетия человечество сможет с помощью космического или наземного телескопа обнаружить взрывающуюся чёрную дыру, составляет 90%. Такое открытие изменило бы наше представление о Вселенной, доказав существование «первичных чёрных дыр», родившихся 13,8 миллиарда лет назад, через секунду после Большого взрыва.

Учёные давно подозревали, что чёрные дыры могут взрываться, но что время, необходимое для этого, увеличивается пропорционально массе любой чёрной дыры. Предыдущие оценки показывали, что для взрыва самых больших чёрных дыр потребуется время, превышающее гипотетическую продолжительность жизни Вселенной. Согласно предыдущим теориям, такой взрыв мог произойти с самыми маленькими чёрными дырами не чаще, чем раз в 100 000 лет.

Однако команда, стоящая за этим новым исследованием, предложила новую модель электрического заряда чёрных дыр, которую они называют «игрушечной моделью тёмной квантовой электродинамики». Эта модель включает в себя очень тяжёлую гипотетическую версию электрона, которую команда назвала «тёмным электроном». Если эта модель верна, то взрыв первозданной чёрной дыры можно было бы наблюдать раз в 10 лет.

Согласно теории, взрыв первозданной чёрной дыры наполнит Вселенную всеми возможными частицами. Сюда входят как частицы, описанные в стандартной модели физики элементарных частиц, такие как электроны, кварки и бозоны Хиггса, так и частицы, выходящие за рамки стандартной модели, например, частицы, из которых может состоять тёмная материя.

Это означает, что обнаружение такого взрыва не только подтвердит существование первозданных чёрных дыр, но и поможет решить множество загадок, связанных с частицами, выходящими за рамки стандартной модели.

«Мы не утверждаем, что это обязательно произойдёт в этом десятилетии, но вероятность этого составляет 90%», — заявил в своём заявлении член команды Майкл Бейкер из Массачусетского университета в Амхерсте. «Поскольку у нас уже есть технология для наблюдения за этими взрывами, мы должны быть готовы к этому».

Инженеры из университета штата Огайо разработали концепцию ядерной ракеты на жидком уране для полёта на Марс

В университете штата Огайо разрабатывают новую ядерную тепловую силовую установку под названием центробежная ядерная тепловая ракета (CNTR). Вместо твёрдых топливных элементов в новой конструкции используется жидкий уран для прямого нагрева ракетного топлива. В результате получился двигатель, который может быть в два раза эффективнее традиционных ядерных конструкций.

В заявлении, опубликованном 11 сентября, декан Университета штата Огайо Ван сказал, что система CNTR выделяется среди других разработок в области ядерных двигателей.

В то время как многие сосредоточены на том, чтобы сделать эту технологию более доступной, CNTR уделяет приоритетное внимание производительности, увеличивая эффективность двигателя. В новой космической гонке космические агентства, такие как NASA, разрабатывают ядерные тепловые двигатели, чтобы достичь самых отдалённых регионов Солнечной системы.

Интерес к ядерным тепловым двигателям растёт, поскольку космические агентства стремятся отправить людей обратно на Луну и дальше. Ограничения стандартных химических двигателей — низкая тяга и высокий расход топлива — делают их непрактичными для дальних миссий. В результате миссии к внешней части Солнечной системы могут занимать много лет, как показало девятилетнее путешествие зонда New Horizons к Плутону.

Для будущих полётов человека к дальним целям необходимо найти способ сократить время путешествия, увеличить грузоподъёмность или и то, и другое. Это жизненно важно, поскольку длительное пребывание в космосе увеличивает риски для здоровья космонавтов. Поэтому для обеспечения большей безопасности и эффективности полётов в дальний космос необходимо разработать более эффективные двигательные системы.

Астрономы только что зафиксировали гамма-всплеск, который противоречит законам космологии

Гамма-всплеск, зарегистрированный 2 июля 2025 года, является самым длительным из когда-либо наблюдавшихся, его продолжительность составила около суток. Для сравнения: обычно гамма-всплески длятся от миллисекунд до нескольких минут.

Кроме того, он продемонстрировал явление, которое астрономы никогда раньше не наблюдали: он, по-видимому, повторился. Это явление не может быть чётко объяснено с помощью наших текущих моделей, описывающих причины их возникновения.

«Это событие не похоже ни на одно из тех, что наблюдались за 50 лет наблюдений гамма-всплесков», — говорит астрофизик Антонио Мартин-Каррильо из Университетского колледжа Дублина.

«Гамма-всплеск — это катастрофические события, поэтому ожидается, что они происходят только один раз, поскольку источник, который их произвёл, не выживает после драматического взрыва. Это событие озадачило нас не только потому, что оно продемонстрировало повторяющуюся мощную активность, но и потому, что оно, по-видимому, было периодическим, чего никогда раньше не наблюдалось».

Гамма-всплески — это самые мощные взрывы во Вселенной, сильные извержения, которые излучают наиболее энергичную форму радиации — гамма-лучи. Каждый всплеск за несколько секунд выделяет больше энергии, чем Солнце за всю свою жизнь.

Считается, что за ними стоят два основных механизма: во-первых, коллапс ядра массивной звезды под действием гравитации, образющий чёрную дыру. Это приводит к появлению так называемых длительных всплесков, длящихся более двух секунд.

Второй механизм связан со столкновением и слиянием двух нейтронных звёзд. Это приводит к взрывам продолжительностью менее двух секунд.

Необычный характер этого нового обнаружения, обозначенного как GRB 250702B, был очевиден сразу. Оно было обнаружено по сигналам, поступившим от космического гамма-телескопа Fermi НАСА — не один раз, а три раза в течение нескольких часов, поскольку объект, по-видимому, пульсировал, многократно выдавая повторяющиеся всплески гамма-излучения.