Край Будущего

Планеты-гиганты Солнечной системы — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — известны мощными экваториальными ветрами, достигающими скоростей 500–2000 км/ч. На одних планетах ветры дуют на восток, на других — на запад. Международная команда ученых, возглавляемая постдокторским исследователем Керен Дюр-Милнер из Лейденской обсерватории и SRON, впервые объяснила это явление единой моделью, опубликованной в журнале Science Advances.

Модель основана на быстро вращающейся конвекции в атмосферах гигантов. Конвекционные ячейки на экваторе действуют как "конвейерная лента", направляя реактивные потоки. Используя глобальные модели циркуляции, исследователи показали, что глубина атмосферы определяет направление струй: восточное на Юпитере и Сатурне, западное на Уране и Нептуне. Это происходит из-за бифуркации — атмосферы могут переходить в одно из двух стабильных состояний при схожих условиях.

Ранее считалось, что разные направления ветров вызваны различными механизмами, несмотря на общие факторы: слабый солнечный свет, внутренний теплоисточник и быстрое вращение. "Мы нашли простое объяснение сложному явлению, применимое к газовым и ледяным гигантам", — говорит Дюр-Милнер.

Ученые планируют подтвердить модель данными космического аппарата Juno для Юпитера. "Это поможет понять атмосферные процессы не только в Солнечной системе, но и на экзопланетах, раскрывая разнообразие планетарных климатов", — добавляет она.

Согласно новому исследованию, опубликованному в Physical Review Letters, тени сверхмассивных черных дыр, запечатленные телескопом Event Horizon Telescope (EHT), могут служить сверхчувствительными инструментами для поиска темной материи. Темная материя составляет около 85% вещества Вселенной, но ее природа остается загадкой. Изображения черных дыр предлагают новый метод обнаружения, превосходящий традиционные подходы благодаря экстремальным условиям гравитации.

EHT — глобальная сеть радиообсерваторий, работающая на частоте 230 ГГц, — захватывает синхротронное излучение от электронов в аккреционных дисках вокруг черных дыр, таких как M87* и Стрелец A*. Модель диска с магнитной задержкой (MAD) лучше всего объясняет наблюдения: сильные магнитные поля регулируют поток вещества и энергетические струи, создавая темные тени из-за разреженных частиц в областях струй.

Исследователи (включая Шу и Чена) моделировали аннигиляцию темной материи с использованием общего релятивистского магнитогидродинамического моделирования (GRMHD). Гравитация черных дыр концентрирует темную материю в "всплесках", где аннигиляция может генерировать электроны и позитроны. Эти частицы излучают синхротронный свет, отличающийся от астрофизического фона: он равномерно распределяется даже в тенях, в отличие от концентрации в дисках.

Команда рассмотрела сценарии аннигиляции (кварк-антикварк и электрон-позитронные пары) для масс темной материи от гигаэлектронвольт до 10 тераэлектронвольт. Синтетические изображения показали, что сигналы темной материи должны оставаться ниже фона, особенно в тенях. Это установило ограничения на сечения аннигиляции до 10^{-27} см³/с, исключая области параметров и превосходя предыдущие поиски.

Подход устойчив к астрофизическим неопределенностям, таким как вращение черных дыр. Будущие улучшения EHT — увеличение динамического диапазона в 100 раз и разрешение до одного гравитационного радиуса — позволят обнаруживать сигналы, близкие к тепловой реликтовой энергии. Поляризационные и многочастотные наблюдения добавят точности, различая источники излучения.

"Тень черной дыры — динамичная лаборатория, — отметил Шу. — Она объединяет физику частиц, гравитацию и астрофизику". Это исследование открывает путь к разгадке тайны темной материи через экстремальные объекты Вселенной.

В 1972 году астронавты НАСА вернулись с последней миссии "Аполлон", и часть собранных образцов была запечатана для будущих исследований с использованием современного оборудования.

Исследовательская группа под руководством профессора Джеймса Доттина из Университета Брауна проанализировала эти образцы. В статье, опубликованной в журнале Geophysical Research: Planets, описаны неожиданные результаты: вулканические породы из района Таурус-Литтроу (миссия "Аполлон-17") содержат серу с обедненным изотопом 33S (один из четырех стабильных изотопов серы). Это резко контрастирует с земными соотношениями изотопов серы.

Изотопы элементов служат "отпечатками пальцев" — различиями в атомном весе, указывающими на общий источник. Луна и Земля имеют схожие изотопы кислорода, и ранее предполагалось, что сера будет аналогичной. "До этого считалось, что лунная мантия имеет тот же изотопный состав серы, что и земная, — сказал Доттин. — Но мы увидели значения, сильно отличающиеся от земных".

Образцы взяты из двойной приводной трубы, погруженной на 60 см в лунный грунт астронавтами Джином Сернаном и Харрисоном Шмиттом. НАСА сохранило их в гелиевой камере в рамках программы ANGSA. Доттин использовал вторично-ионную масс-спектрометрию — метод, недоступный в 1972 году. Он выбрал породы, указывающие на мантийное вулканическое происхождение серы.

"Моей первой мыслью было: 'Святые угодники, этого не может быть', — сказал Доттин. — Мы перепроверили и подтвердили результаты".

Возможные объяснения:

1. Остатки фотохимических процессов на ранней Луне: взаимодействие серы с УФ-излучением в разреженной атмосфере. Это могло указывать на древний обмен материалами между поверхностью и мантией Луны, аналогичный тектонике плит на Земле.

2. Наследие от образования Луны: столкновение Земли с Тейей (объектом размером с Марс). Серный состав Тейи мог отличаться от земного и сохраниться в лунной мантии.

Доттин надеется, что анализ изотопов серы с Марса и других тел прояснит причину. Это поможет понять формирование Солнечной системы.

Новый прибор PLACID, разработанный швейцарскими исследователями из Бернского университета и Университета прикладных наук Западной Швейцарии (HEIG-VD), улучшает прямую визуализацию планет за пределами Солнечной системы. Он установлен на 4-метровом телескопе Восточно-Анатолийской обсерватории (DAG) в Турции и ожидает первых наблюдений в первом квартале 2026 года. PLACID добавляется к числу инструментов высокой контрастности в Северном полушарии, как представлено на конференции EPSC-DPS2025 Joint Meeting в Хельсинки.

Большинство из почти 6000 известных экзопланет найдены косвенными методами, анализирующими изменения в свете звезд. Прямая визуализация требует коронографа для блокировки звездного света, чтобы выявить планеты, диски или коричневые карлики. До сих пор получены изображения лишь нескольких десятков экзопланет, но они дают ценную информацию о формировании и составе планет, особенно атмосферах.

"PLACID революционизирует коронографию, перенося ее в цифровую сферу", — сказал профессор Йонас Кюн из Бернского университета, руководитель проекта.

Вместо физических пластин PLACID использует пространственный модулятор света (SLM) на основе жидких кристаллов, изменяющий фазу света для каждого пикселя. Это позволяет создавать сложные маски одним нажатием, обеспечивая адаптивность.

"Жидкие кристаллы влияют на прохождение света через пиксели, позволяя отображать любую маску", — пояснил Рубен Тандон, докторант Бернского университета.

PLACID может визуализировать планеты вокруг двойных или кратных звезд (около 50% звезд в галактике), что невозможно для традиционных коронографов. Он адаптирует маску в реальном времени.

"Мы адаптируем маску для любых звездных систем, включая двойные, где нет прямых изображений экзопланет", — добавил Тандон.

Прибор разрабатывался 10 лет, собран в HEIG-VD, протестирован и установлен на DAG в январе 2025 года. Он интегрирован с системой адаптивной оптики для компенсации атмосферных искажений.

"PLACID с нашим телескопом создаст первый полностью европейский инструмент в Северном полушарии для прямой визуализации экзопланет", — заключила Дерья Озтюрк Четни из TNO.