Семь научных открытий, о которых стоит знать: от гибрида звезды и черной дыры до акустических микродронов

В мире современных технологий и фундаментальных наук новые открытия происходят с такой высокой скоростью, что далеко не все важные исследования получают заслуженное внимание сразу. Я внимательно изучил свежие научные публикации и собрал семь наиболее интересных прорывов — от физики редких астрономических объектов и акустики до биотехнологий, бестопливных систем охлаждения и микроробототехники.

Звезда — черная дыра: редчайший объект ранней Вселенной

В 2024 году во время обработки массивных наборов данных, полученных космическим телескопом «Джеймс Уэбб» (JWST), астрономы обратили внимание на сотни странных точечных источников красного излучения. Считалось, что это молодые квазары, сформировавшиеся в эпоху, когда возраст Вселенной составлял лишь несколько сот миллионов лет. Однако один из объектов привлек особое внимание исследователей своей аномальной яркостью и специфическим спектром.

В статье, опубликованной в журнале Nature, ученые пришли к выводу, что открытое тело относится к категории так называемых «звезд — черных дыр». Объект, получивший обозначение MoM-BH*-1, по габаритам сопоставим со сверхгигантской звездой, но генерирует энергию, в сотни миллиардов раз превышающую возможности любого термоядерного синтеза. Изначально красный цвет объясняли пылевым коконом, однако спектральный анализ показал резкое падение излучения ниже определенных длин волн — так называемый скачок Бальмера, характерный для звездных атмосфер. При этом в спектре полностью отсутствовали любые элементы тяжелее гелия.

Серия компьютерных симуляций показала, что такой спектр и гигантскую светимость может обеспечивать только активная аккрецирующая черная дыра массой порядка 100 масс Солнца, скрытая внутри колоссальной водородной оболочки размером с нашу Солнечную систему. Это открытие поможет астрофизикам объяснить, каким образом сверхмассивные черные дыры смогли вырасти до гигантских размеров на самых ранних этапах существования Космоса.

Пищевые продукты из пластиковых отходов

Проблема утилизации синтетического мусора стимулирует ученых к поиску нестандартных методов вторичной переработки. Исследователи из Южного Иллинойсского университета разработали технологический процесс, позволяющий конвертировать полиэтилентерефталат (ПЭТ), применяемый для производства пластиковых бутылок, в питательное съедобное печенье.

Команда под руководством профессора Лахиру Джаякоди исходила из факта, что и пластик, и пищевые продукты имеют углеродную основу. Ученые создали штаммы генетически модифицированных дрожжей, способных усваивать фрагменты деградировавшего полимера. Пластиковые бутылки подвергаются высокотемпературной обработке водой под давлением в присутствии кислорода, разрушаясь на короткие молекулярные цепи. Затем микроорганизмы перерабатывают это сырье в белки, жирные кислоты и витамины.

На финальном этапе в полученную биомассу добавляют пищевую клетчатку, крахмал и подсластители, после чего смесь поступает на 3D-принтер для формовки печенья, получившего название µBites («микробайты»). Разработчики рассчитывают, что подобный метод синтеза пищи станет незаменимым в длительных космических экспедициях, на обитаемых лунных базах и автономных подводных станциях.

Как сигналы китов повторяют эффекты теории относительности

На первый взгляд, гидроакустические сигналы морских млекопитающих не имеют ничего общего с физикой Эйнштейна. Однако океанограф Джон Списбергер из Пенсильванского университета нашел между ними прямую физическую связь, о чем сообщил в журнале Physical Review E.

Исследователь настраивал алгоритмы для точностного определения местоположения китов по звуковым сигналам, способным распространяться в толще океана на расстояния до 100 километров. При обработке данных расчетная скорость звука неожиданно прыгала от 1000 до 3000 метров в секунду при нормативном показателе в морской воде порядка 1500 м/с. Анализ показал, что причина заключается в явлении временной интерференции.

Когда кит поет недалеко от поверхности воды, донные гидрофоны принимают одновременно прямой сигнал и его эхо, отраженное от границы раздела сред. При их наложении суммарный пик интерференционной волны смещается во времени таким образом, что создается иллюзия движения сигнала со сверхсветовой скоростью. При этом законы специальной теории относительности не нарушаются, поскольку передаваемая акустическая информация не превышает фундаментальный предел скорости света. В настоящее время автор готовит физический эксперимент для подтверждения этого эффекта в лабораторных условиях.

Индивидуальные предпочтения комаров к запахам человека

Многие замечали, что в одной и той же компании комары могут выбирать определенных людей и абсолютно игнорировать остальных. В журнале iScience вышло исследование Мэттью ДеДженнаро из Международного университета Флориды, раскрывающее химические механизмы этого явления.

Эксперименты проводились с участием 119 добровольцев и охватывали три распространенных вида насекомых: египетского комара (Aedes aegypti), азиатского тигрового комара (Aedes albopictus) и южного домашнего комара (Culex quinquefasciatus). Выяснилось, что каждый вид реагирует на специфический набор летучих веществ:

• Aedes aegypti — дневные насекомые, проявившие выраженное предпочтение к запаху мужского тела по сравнению с женским;
• Aedes albopictus — также активны в дневное время, однако их сильнее всего привлекают повышенные концентрации кетонов и органических растительных соединений;
• Culex quinquefasciatus — ночные комары, которые выбирают жертв по профилю индивидуальной микробиоты кожи (составу бактерий и грибков).

Открытие специфических обонятельных предпочтений позволит разрабатывать узкоспециализированные репелленты и более эффективные средства защиты от переносчиков опасных инфекций.

Генетические часы смены пола у авокадо

Растения авокадо являются гермафродитами, причем их цветки способны функционировать как в мужской фазе (выделяя пыльцу), так и в женской (принимая её). При этом деревья регулярно сменяют пол в течение одних суток.

Чтобы избежать самоопыления, популяция делится на две группы. Деревья типа A открывают женские цветки утром, а мужские — во второй половине дня. Деревья типа B следуют прямо противоположному графику. В журнале PNAS исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе раскрыли генетическую основу этого механизма.

За суточный ритм отвечает ген SDMYB, существующий в двух аллельных формах (доминантной и рецессивной). Растения типа A обладают гетерозиготным набором (по одной копии каждого типа), тогда как растения типа B содержат две рецессивные копии. Открытие аналогичного механизма у 26 родственных видов деревьев доказывает его универсальность. Для фермеров это дает возможность проводить ДНК-тестирование саженцев сразу после прорастания, а не ждать 10–15 лет до первого цветения для правильной рассадки сада.

Акустическая энергия для управления микродронами

Эффект резонанса Гельмгольца знаком каждому по характерному гулу, возникающему при продувании воздуха над горлышком пустой бутылки. Ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) нашли способ превратить этот акустический феномен в векторную тягу для миниатюрных роботов, опубликовав результаты в Science Advances.

Инженеры интегрировали в отпечатанные на 3D-принтере микроконструкции полые резонансные камеры. Внешний акустический сигнал от динамика возбуждает колебания воздуха внутри полостей, генерируя реактивную струю. Созданные плавающие микролодки оснащены тремя камерами, настроенными на разные звуковые частоты: изменяя частоту звука, можно точно управлять направлением движения аппарата. Летающие микрофлайеры используют полости, рассчитанные на ультразвуковой диапазон, обеспечивая вертикальную подъемную силу без использования встроенных двигателей или элементов питания.

Твердотельное охлаждение без использования электричества

Традиционные холодильные установки функционируют на базе компрессорного цикла Карно, расходующего значительные объемы электроэнергии. В журнале Nature Energy представлена новая концепция эластокалорического охлаждения, использующая в качестве источника энергии вторичное бросовое тепло и солнечный нагрев.

В основе эластокалорического эффекта лежит способность сплавов с памятью формы нагреваться при механическом деформировании и охлаждаться при снятии нагрузки. Разработчики объединили две сверхтонкие никель-титановые пленки. Первая пленка сокращается при нагревании от постороннего источника тепла, производя механическую работу. Эта сила передается второй пленке, вызывая перестройку её кристаллической структуры и эффективный поглощающий холод эффект. Подобные системы перспективны для охлаждения компьютерных процессоров и автомобильной электроники с использованием их собственного выделяемого тепла.

Источник: arstechnica.com