Квантовые «торнадо» в ранней Вселенной объяснят возникновение галактик

Квантовые «торнадо» в ранней Вселенной объяснят возникновение галактик

Команда специалистов, состоящая из 44 физиков и химиков из США, Германии и Китая, изучила свойства сверхтекучести (то есть движения без трения) микрокапель жидкого гелия. Вращение таких объектов напомнило ученым природные «торнадо»; как считают некоторые авторы, аналогичным образом могла вести себя материя на ранних этапах эволюции Вселенной. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Science, а кратко с ними можно ознакомиться, например, на сайте Стэнфордского линейного ускорителя.

Ученые обнаружили, что сверхтекучая жидкость в микрокапле движется круговым образом. Вращение происходило с частотой до двух миллионов оборотов в секунду и приводило к деформации капли к форме толстого диска.

Специалисты заметили, что, с одной стороны, деформация капли напоминает таковую у Земли вследствие ее вращения вокруг своей оси. С другой стороны в капле со сверхтекучим веществом наблюдается появление множества вихрей. В микрокаплях вихри упакованы до ста тысяч раз плотнее, чем в каплях большего размера.

Таким образом сочетание вращения сплющенной капли как целого с равномерно распределенными в ней вихрями приводит к тому, что диск со сверхтекучей жидкостью выдерживает достаточно большие скорости вращения, при которых он не разрушается.

Специалисты работали с гелием-4 — изотопом гелия (с двумя протонами и двумя нейтронами), который при температуре ниже −271 градусов Цельсия переходит в сверхтекучее состояние. Если такое вещество поместить в открытый сосуд, то через некоторое время он начнет вытекать из него.

Свои наблюдения ученые проводили с использованием техники фемтосекундной рентгеновской томографии. Для этого в вакуумную камеру со скоростью около 200 метров в секунду впрыскивались капли, которые за счет испарения части гелия охлаждались. Пройдя несколько миллиметров, вещество в таких каплях охлаждалось до сверхтекучего состояния и сразу же облучалось разером (рентгеновским лазером — квантовым генератором в рентгеновском диапазоне) с фемтосекундной частотой импульсов.

Вращение вещества ученые наблюдали, анализируя дифракцию рентгеновского излучения от капель. Чтобы заметить вихри в каплях, ученые в жидкий гелий добавили атомы ксенон, которые рассеивают излучение сильнее, чем гелий, и тем самым дают возможность наблюдать вихревое движение явно.

Специалисты изучали вращение одиночных капель сверхтекучего жидкого гелия, содержащих от ста миллионов до ста миллиардов атомов. Размеры таких микрокапель составляли от 0,2 до двух тысячных долей миллиметра.

Работа ученых, как считается, поможет лучше понять не только сверхтекучесть, но и сверхпроводимость (при которой электрическое сопротивление падает до нуля), а также образование конденсата Бозе-Эйнштейна — коллективного образования из бозонов (класса частиц к которым относятся, например, фотоны — кванты света), находящихся в основном состоянии (то есть с минимальной энергией) и проявляющих себя как одна макроскопическая частица. Иногда такое образование называют пятым состоянием вещества после твердого, жидкого, газообразного и плазмы.

Некоторые физики предполагают, что спустя небольшое время после начала Большого взрыва вещество Вселенной было похоже на сверхтекучую жидкость. По их мнению, появление флуктуаций в виде вихрей могло привести к образованию ранних галактик. В дальнейшем ученые планируют изучить механизм кластеризации в микрокаплях и роль вихрей в нем.

Lenta.ru

Похожие новости:
В молодой Вселенной нашли гигантские протоскопления галактик
Астрофизики обнаружили в ранней Вселенной предшественников скоплений галактик. Результаты своих исследований коллаборация ученых опубликовала в журнале Astronomy & Astrophysics, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Европейского космического агентства (ЕКА). Галактики в одиночку, как правило, не встречаются во Вселенной, ..
2015-04-02 2040 0 Космос
0
Астрофизик объявил молодую Вселенную пригодной для жизни
Американский астрофизик Араам (Ави) Леб предположил возникновение жизни во Вселенной всего через 15 миллионов лет после Большого Взрыва. Подробности приведены в статье исследователя, которая принята к публикации в журнале Astrobiology и доступна в виде препринта. Леб, профессор Гарвардского университета, опирается ..
2013-12-12 1451 9 Космос
0
Структуру ранней Вселенной определили карликовые галактики
Астрономы из США и Великобритании в результате компьютерного моделирования установили, что на раннем этапе эволюции Вселенной ее свойства определялись карликовыми галактиками. Результаты своего исследования ученые опубликовали в статье в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, с кратким ее содержанием можно ознакомиться ..
2014-07-09 1678 0 Космос
0
Ученые обнаружили область Вселенной без звезд и галактик
Астрофизики нашли возможное объяснение существованию реликтового холодного пятна в созвездии Эридана. В этой области Вселенной температура микроволнового излучения на 70 микрокельвинов меньше, чем в окружающем пространстве, где она равна 2,7 кельвина. Результаты своих исследований авторы опубликовали в издании Monthly Notices ..
2015-04-21 2212 0 Космос
0
Структура Вселенной напоминает строение мозга человека
Идея о Вселенной как «гигантском мозге» предлагалась учеными - и писателями -фантастами - в течение десятилетий. Но сейчас физики говорят, что могут быть некоторые доказательства того, что это на самом деле правда, пишет huffingtonpost. В каком-то смысле. По данным исследования, опубликованного в Nature's Scientific ..
2013-01-14 3818 0 Космос
0
Солнечную корону нагревают необычные торнадо
Ученые долго не могли объяснить, как температура в короне Солнца может в триста раз превышать температуру на его поверхности. Результаты нового исследования, проведенного группой ученых во главе с норвежским профессором Свеном Ведемаером-Бемом, свидетельствуют о том, что газ в верхних слоях атмосферы светила могут ..
2012-07-2 1683 0 Космос
0
Чёрные дыры съели холодный водород в ранней Вселенной
Группа австралийских астрономов выдвинула гипотезу о том, что за отсутствие холодного водорода в самых старых наблюдаемых галактиках ответственны сверхмассивные чёрные дыры в их ядрах. Австралийские астрономы Стивен Каррен из Сиднейского университета и Мэттью Уайтинг из Государственного объединения научных и прикладных исследований ..
2012-11-20 1752 0 Космос
0
Астрономы подтвердили обнаружение рекордно далекой галактики
Группа астрономов из США и Израиля объявила о том, что она обнаружила самую удаленную от Земли галактику. Проверка и сопоставление данных с результатами предыдущих рекордных наблюдений показали, что речь идет действительно об объекте с максимальным показателем красного смещения z=7,51. Это соответствует возрасту лишь ..
2013-10-25 1643 0 Космос
8
Составлена крупнейшая трехмерная карта галактик
Астрономы Слоановского проекта (Sloan Digital Sky Survey) составили крупнейшую трехмерную карту массивных галактик и известных черных дыр. Сообщение об этом приводится на сайте проекта. Статьяс ее описанием опубликована в журнале Astrophysical Journal Supplement Series. Карта содержит информацию ..
2012-08-9 2404 0 Космос
0
Разгаданы загадки происхождения самых ярких сверхновых
Самые мощные звёздные взрывы во Вселенной до сих пор окутаны завесой тайны, но некоторые из них уже начинают открывать секреты своего происхождения, говорят учёные.Новое исследование также проливает свет на гамма-всплески, самые мощные взрывы во Вселенной, яркость которых может быть в миллионы ..
2012-08-26 2022 1 Космос
0
В ранней вселенной нашли все современные типы галактик
Астрономы, изучившие большой набор снимков космического телескопа «Хаббл», сообщили об обнаружении в ранней Вселенной всех основных типов галактик. По словам ученых, 11,5 миллиарда лет назад и всего через 2,5 миллиарда лет после Большого Взрыва разнообразие галактик было ..
2013-08-16 1808 0 Космос
-1
Хаббл нашел множество фабрик звезд в ранней Вселенной
Американская орбитальная обсерватория "Хаббл" обнаружила несколько десятков карликовых галактик, в которых звезды формировались с феноменальной скоростью примерно 9 миллиардов лет назад, в эпоху "детства" Вселенной, сообщает официальный сайт телескопа.Европейские и американские астрономы обнаружили "фабрики звезд", изучая ..
2011-11-11 2186 1 Космос
0
Спиральная структура ранней галактики озадачила ученых
Астрономы при помощи телескопов "Хаббл" и "Кек" получили изображение ранней галактики, чье спиральное строение не соответствует современным представлениям о формировании звездных скоплений. Работа опубликована в журнале Nature, ее краткое содержание приводит ScienceNow. Ученые обратили внимание на галактику Q2343-BX442 в созвездии ..
2012-07-19 2124 0 Космос
0
Астрономы нашли черную дыру, перечеркнувшую все теории
Американские астрономы нашли в относительно небольшой галактике, существовавшей на начальном этапе жизни Вселенной, сверхмассивную черную дыру с аномально высокой массой, сообщается в журнале Science. Это открытие заставило ученых усомниться во всех современных теориях о жизни галактик. Астрофизики наблюдали за самыми ..
2015-07-12 2551 0 Космос
0
Обнаружена аномалия в расширении Вселенной
Международная группа исследователей, работающих в астрономической службе The Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, обнаружила парадокс, который может служить свидетельством аномальных свойств темной энергии. На это указывает расхождение в показателях скорости расширения Вселенной, полученных с помощью разных методов. ..
2016-07-25 2044 0 Космос
1