Черные дыры научились получать энергию от собственного вращения

Сверхмассивные черные дыры способны накапливать энергию от вращения вокруг собственной оси. К такому выводу пришел международный коллектив астрономов, изучавший черную дыру в центре галактики MS0735.6+7421. Препринт их статьи доступен на сайте arXiv.org, а основные результаты приводит журнал New Scientist.

Об избытке энергии у сверхмассивных черных дыр ученые судят по выбросам плазмы, которые могут простираться на миллионы световых лет. Для объяснения природы выбросов были предложены две гипотезы. Согласно одной из них, "основой" для выбросов является поглощенная черной дырой материя. Вторая гипотеза предполагает, что черные дыры избавляются от избытков накопленной энергии вращения.

Чтобы сделать выбор в пользу одной из гипотез, авторы работы анализировали данные, полученные орбитальной рентгеновской обсерваторией Чандра. С ее помощью был зафиксирован выброс плазмы от дыры в центре MS0735.6+7421, мощность которого превосходила мощность всех замеченных до настоящего времени выбросов.

Оценив размер пустот, которые выброс оставил в окружающем дыру газе, ученые смогли определить количество высвобожденной энергии. Согласно их подсчетам, за прошедшие 100 миллионов лет черная дыра "избавилась" от 10⁵⁵ килоджоулей энергии. Энергия взрыва средней сверхновой в миллиарды раз меньше этого числа.

Чтобы обеспечить выброс такой энергии за счет поглощенной материи, черная дыра за 100 миллионов лет должна была бы "съесть" всю свою галактику. Однако до настоящего времени астрономы не обнаружили ни одной черной дыры с таким аппетитом. По мнению авторов исследования, единственным объяснением является предположение об энергетической подпитке от вращения дыры. Заставить черную дыру вращаться может, например, столкновение с другой черной дырой.

Тем не менее, выводы, полученные в этой работе, необходимо подтвердить дополнительными фактическими данными. Пока доказательства астрономов строятся по принципу "от противного".

Физики написали самые маленькие буквы

Физикам из Стэнфордского университета удалось создать надпись, отдельные детали которой имеют размеры в десятые доли нанометра, сообщает New Scientist. Работа исследователей опубликована в журнале Nature Nanotechnology.

В основе метода, которым пользовались ученые, лежит так называемая квантовая голография. В обычной голографии для записи изображения используются данные об интерференции двух световых потоков: отраженного и опорного. Облучение голограммы потоком, близким по характеристикам к опорному, позволяет восстановить изображение исходного объекта. Отличие квантовой голографии заключается в том, что вместо интерференции световых волн используется интерференция электронов, которые, как известно, обладают свойствами волн.

В рамках исследования ученые разместили молекулы угарного газа CO на медной подложке. Они были расположены в виде концентрических образований, оставляющих в центральной части свободное пространство. При помощи сканирующего туннельного микроскопа ученые считывали интерференционную картину, создаваемую молекулами угарного газа в электронном потоке на поверхности, и воссоздавали получившуюся картину.

При помощи специальной программы исследователи рассчитывали новое положение, в которое необходимо передвинуть молекулы CO, чтобы получившаяся картина интерференции представляла собой букву латинского алфавита. Таким образом ученым удалось получить S и U, размеры отдельных деталей которых составили около 0,3 нанометра.

Для простоты понимания принципов работы сами ученые приводят следующую аналогию. Представьте мелкий пруд, по которому постоянно идет водная рябь. Камни, расположенные в этом пруду, будут вызывать волны, взаимодействие которых между собой можно рассчитать. Проведя эти (довольно сложные) расчеты, теоретически можно вычислить расположение камней, которое будет давать так называемые стоячие волны в виде некоторой буквы.

В рамках работы исследователям удалось пойти еще дальше. Им удалось разместить молекулы угарного газа так, чтобы при считывании микроскопом на различных уровнях энергии туннелирования возникали разные буквы. Продолжая аналогию с оптической голографией, это равносильно созданию такого изображения, что при освещении его светом одного цвета получается одна картинка, а светом другого - другая.

По подсчетам исследователей, им удалось добиться плотности записи около 20 бит информации на один квадратный нанометр. Однако они отмечают, что их технология записи и считывания пока очень далека от практического применения, хотя бы потому, что требует для своих нужд сканирующий туннельный микроскоп.