Астрономы не смогли выбрать между темной энергией и новой гравитацией

Международный коллектив, в который входил 51 астроном из 24 научных учреждений, опубликовал в журнале Nature отчет о беспрецедентно масштабном исследовании, целью которого была проверка гипотезы о темной энергии.

В 1998 году астрономы выясняли, что происходит со скоростью расширения Вселенной: она уменьшается или остается неизменной. Неожиданно оказалось, что скорость увеличивается, то есть Вселенная расширяется с ускорением. Этого не могла объяснить ни одна из существующих теорий, поэтому появилась гипотеза о темной энергии.

Предполагается, что гипотетическая темная энергия заполняет все пространство и имеет особую характеристику, называемую отрицательным давлением. За счет отрицательного давления темная энергия вызывает гравитационное отталкивание: массивные объекты не притягиваются друг к другу, как предписывает теория гравитации, а отталкиваются, что и объясняет ускорение расширения. Влияние темной энергии становится достаточно сильным только в очень больших масштабах.

Появились разные, противоречащие друг другу теории темной энергии. Некоторые ученые предлагали отказаться от введения темной энергии и объяснить разбегание, изменив теорию гравитации (в частности, вернув в уравнения Эйнштейна отвергнутую космологическую постоянную). Для проверки этих гипотез не хватало экспериментальных данных.

Коллектив под руководством Луиджи Гуццо (Luigi Guzzo) разработал способ проверки гипотез о темной энергии. Движение галактик определяется не только расширением Вселенной, но и их обычным гравитационным взаимодействием между собой. Измеряя красное смещение спектра разбегающихся галактик, астрономы составляют карты далеких областей Вселенной, но гравитационное взаимодействие близких галактик вносит в эти карты сравнительно небольшие искажения. Группа Гуццо пришла к выводу, что, тщательно исследовав характер этих искажений, можно будет лучше понять характер разбегания галактик, а с ним - и природу темной энергии.

Используя оборудование Очень большого телескопа в Чили, астрономы изучили спектр 13 тысяч галактик. Исследование велось "в двух временах": сравнивались данные возрастом более семи миллиардов лет и сравнительно "современные" данные.

Результаты оказались несколько разочаровывающими: точности и количества измерений недостаточно, чтобы с уверенностью поддержать одну из конкурирующих гипотез о характере расширения Вселенной. С другой стороны, наблюдения подтверждают, что традиционные теории не могут адекватно описать разбегание галактик, поэтому какие-то изменения необходимы. В первом приближении введение темной энергии - удовлетворительное решение.

Группа Гуццо считает, что необходимо провести более масштабное исследование. Идеальным решением был бы обсуждающийся в Европейском космическом агентстве запуск инфракрасного спутника SPACE, который позволил бы собрать данные о спектрах более чем ста миллионов галактик.

Нанокристаллы научились получать с помощью ДНК

Две группы ученых одновременно опубликовали в журнале Nature свои работы, посвященные созданию трехмерных кристаллоподобных структур из наночастиц золота с прикрепленными нитями ДНК. Наночастицы формируют упорядоченную решетку за счет взаимодействия присоединенных фрагментов ДНК. Размер использованных наночастиц варьировал от 10 до 15 нанометров.

Группа исследователей под руководством Олега Ганга из Национальной лаборатории Брукхевена, Нью-Йорк, присоединяла к наночастицам фрагменты ДНК, оканчивающиеся длинной неспаренной нитью. Неспаренные фрагменты ДНК могут образовывать двухцепочечную спираль с фрагментами определенной последовательности – так называемыми комплементарными фрагментами.

Ученые синтезировали две партии наночастиц так, чтобы в каждой из них были одноцепочечные фрагменты только одного типа, которые не могут соединиться друг с другом. При этом фрагменты ДНК одной партии были комплементарны фрагментам из другой. При смешении двух партий фрагменты соединялись, образуя относительно прочную двойную спираль. В результате наночастицы формировали кристаллоподобную структуру, удерживаясь вместе за счет соединенных нитей ДНК.

Изменяя длину цепей ДНК, ученые получали кристаллы, в которых наночастицы находились на различном расстоянии друг от друга. Однако при чрезмерном укорачивании фрагментов ДНК, прикрепленных к наночастицам, упорядоченная решетка не формировалась. Вместо этого наночастицы слипались, образуя аморфный комок.

Ученые из Северо-западного университета, Иллинойс, также использовали в своей работе золотые наночастицы с прикрепленными нитями ДНК. Схема их эксперимента в общих чертах совпадала с той, которую использовали исследователи из Брукхевена. Однако здесь ученые сосредоточились на вопросе регуляции параметров кристаллической решетки путем изменения последовательности нуклеотидов в цепях ДНК. ДНК с различным нуклеотидным составом формирует пространственные структуры, несколько отличающиеся по конфигурации. Соответственно, и расположение наночастиц в узлах "решетки" будет различным.

Ученые научились получать два типа кристаллических структур: гранецентрированную и объемноцентрированную. Решетки первого типа образованы из кубических ячеек, в которых наночастицы расположены в углах куба и по центру каждой поверхности. Во втором случае одна наночастица располагается в центре каждой кубической ячейки, а остальные – в углах.

До сих пор ученым удавалось создавать только двухмерные структуры на основе наночастиц и ДНК. Руководитель одной из групп Чэд Миркин считает, что получение трехмерных структур - принципиально новый шаг. Перспективы использования трехмерных наноконструкций заданной структуры огромны. Сейчас обе группы ученых работают над созданием "кристаллов" с более сложным типом решетки.

Одним из возможных применений полученных кристаллов может быть следующее: подобные структуры можно "строить" не только из золота. С помощью конструкции из каталитических частиц, образующих упорядоченную кристаллическую структуру, можно контролировать протекание химических реакций в потоке жидкости.