Столкновения галактик обрекает множество звездных систем на "смерть" в черных дырах
фото столкновение галактик
Когда происходит столкновение двух галактик, множество звездных систем обрекаются на "смерть" в недрах сверхмассивных черных дыр, находящихся в центрах этих галактик. И этот процесс является одним из распространенных способов увеличения массы черных дыр и усиления их влияния на окружающую среду. Однако, из этого бывают исключения, некоторые звезды под влиянием гравитационных сил черной дыры ускоряются до огромных скоростей и, словно выпущенные из рогатки, пронзают миллиарды световых лет пространства.
Ученые уже давно пытаются выяснить тонкости происходящих при таких масштабных катаклизмах процессов и недавно группе из Аризонского университета в Тусоне, возглавляемой Декером Френчем (Decker French), удалось выяснить, что большая часть сверхмассивных черных дыр "проживает" в галактиках, которые недавно испытали "взрыв" темпа процесса рождения новых звезд. А подавляющее большинство этих "взрывов" темпов рождения новых звезд вызвано столкновениями галактик. Ведь когда две галактики проходят друг через друга и сливаются в единое целое, их газовые облака смешиваются, в них возникают уплотнения, внутри которых начинают формироваться новые звезды.
Ученые проанализировали процессы, происходящие в недрах восьми галактик, черные дыры которых отличаются особо "высоким" аппетитом по отношению к ближайшим звездам. Ученые определили, что три четверти из этого числа пережили недавно "вспышку рождаемости" и это играет большое значение в свете того, что подобные вспышки возникают спонтанно лишь в 2.3 процентах галактик вообще.
Галактические столкновения подвергают опасности звездные системы двумя способами. Во-первых, в результате столкновений звезды под влиянием разных факторов могут "катапультироваться" в направлении центра галактики, где находится черная дыра, которая тут же не преминет поглотить приблизившуюся звезду. Во-вторых, черные дыры обоих галактик могут сблизиться и образовать бинарный космический объект, обладающий большими способностями к привлечению и поглощению звезд из окружающего их пространства.
Планеты, вращающиеся вокруг звезд, также обречены в случае поглощения этих звезд черной дырой. Когда через четыре миллиарда лет галактика Андромеды столкнется с галактикой Млечного Пути, наша Солнечная система также подвергнется опасности быть "выброшенной" в сторону галактического ядра. "Само по себе это событие весьма маловероятно" - рассказывает Декер Френч, - "Однако, вероятность такого события увеличивается в случае столкновения галактик".
Тем не менее, другие ученые, в том числе Кристофер Кочанек (Christopher Kochanek) из университета Огайо в Колумбусе, предлагают не сильно волноваться по этому поводу, так как Солнечная система находится на удалении 27 тысяч световых лет от центра нашей галактики. "Самому большому риску подвергаются звезды, которые находятся ближе к центру галактик Андромеды и Млечного Пути" - рассказывает Кристофер Кочанек, - " А нам, находящимся далеко в галактическом "захолустье", беспокоиться сильно не о чем".
Источник
Углеродные нанотрубки позволят увеличить надежность и срок службы конструкций ядерных установок
фото ядерного реактора
Международная группа, возглавляемая учеными из Массачусетского технологического института, обнаружила, что добавки небольшого количества углеродных нанотрубок к металлам делает их намного более стойкими к пагубному влиянию радиации на их структуру. В настоящее время все это проверено по отношению к металлам с низкой температурой плавления, к примеру, алюминию, но в недалеком будущем способность нанотрубок замедлять процессы разрушения позволит увеличить надежность и сроки службы энергетических атомных реакторов и прочих ядерных установок, в том числе и используемых в научных целях.
Сильный уровень радиации влияет пагубно не только на все живое, он также является причиной кардинальных структурных изменений в металлах. Постоянное воздействие сильной радиации делает металл пористым и хрупким до тех пор, пока в месте воздействия не образуются трещины и другие дефекты. Естественно, эти процессы влияют в худшую сторону на надежность, безопасность и сроки службы деталей и узлов ядерных установок и ученые и инженеры уже достаточно давно находятся в поисках решения этой проблемы.
Проблема заключается в том, что атомы металла, подвергаясь бомбардировке высокоэнергетическими частицами, видоизменяются или расщепляются. Внутри кристаллической решетки металла формируются микропузырьки гелия. И эти пузырьки, подобно пузырькам азота в крови быстро поднимающегося на поверхность водолаза, могут послужить причиной повреждения материала. А в металле эти пузырьки разрывают границы между зернами, из которых состоит большинство металлических сплавов. Поэтому металл в месте воздействия радиации становится менее прочным и более хрупким.
схема металла с нанотрубками
Ученые обнаружили, что введение в объем металла небольшого количества углеродных нанотрубок, менее двух процентов от объема металла, позволяет металлу обрести высокую стойкость к воздействию радиации. Нанотрубки, равномерно распределенные по объему металла, формируют нечто вроде сети, через которую возникающий гелий отводится за пределы металлических деталей и не он становится причиной возникновения дефектов.
Однако, процесс введения углеродных нанотрубок в металл при высокой температуре разрушает эти нанотрубки и преобразовывает металл в углеродное соединение, в карбид этого металла. Однако, в любом случае эти нанотрубки оставляют свой структурный след в металле, подобный насекомому, пойманному внутри кусочка янтаря. Наличие таких структурных аномалий позволяет гелию беспрепятственно покидать пределы металлических деталей, более того, их наличие в некоторых условиях, способствует самовосстановлению возникающих дефектов.
Ученые произвели сравнение структурных изменений в простом металле и металле с углеродными нанотрубками, которые подвергались воздействию одного и того же потока радиации. Эти исследования показали, что стойкость к радиации металла с нанотрубками в 5-10 раз превышает стойкость чистого металла. Кроме этого, "нанотрубочные" добавки на 50 процентов увеличивают прочность материала и улучшают его гибкость.
В настоящее время все вышесказанное было проверено на алюминии, который имеет относительно низкую температуру плавления. Но ученые в ближайшем времени планирую проверить работу добавок нантрубок на цирконии и на других металлах с более высокой температурой плавления. А пока, с учетом невысокой стоимости производства углеродных нанотрубок, модифицированный алюминий и сплавы на его основе уже можно использовать для изготовления критических элементов ядерных реакторов, хранилищ ядерных отходов и в космической технике.
Источник
Ученым впервые удалось наблюдать и контролировать функционирование "новорожденных" нейронов живого мозга
фото новорожденных нейронов
В течение достаточно долгого времени считалось, что человек получает все количество нейронов, клеток головного мозга, в момент рождения, и это количество постепенно уменьшается в течение его жизни. Сейчас ученым уже известно, что определенные области мозга продолжают производить новые нейроны и подавляющее большинство этих нейронов "рождается" в гиппокампе, области, которая имеет форму морского конька и которая играет важную роль в основных когнитивных функциях мозга. И недавно ученым из Медицинского центра Колумбийского университета удалось впервые запечатлеть процесс рождения новых нейронов, протекающий в живом мозге подопытного животного. А дальнейшие исследования в данном направлении могут дать людям новые методы лечения некоторых неврологических и психических заболеваний.
Для того, чтобы получить возможность наблюдать за "новорожденными" нейронами ученым пришлось прибегнуть к нескольким уловкам. Во-первых, они внедрили в мозг подопытного животного имплантат, содержащий крошечный микроскоп. А во-вторых, они провели генные изменения подопытных животных так, что все новорожденные нейроны были способны светиться в момент их активности.
"То, что нам пришлось сделать, является весьма сложным из-за того, что для этого потребовалось проведение сразу нескольких тонких операций" - рассказывает Майкл Дрю (Michael Drew), нейробиолог из Техасского университета в Остине, - "Сложность объединения этих методов является объяснением тому, почему прежде никто не смог получить изображения новых нейронов, рожденных в мозге взрослого существа".
Используя функции устройства-имплантата и генные модификации подопытных животных, ученые провели ряд экспериментов, в которых на животных оказывались различные воздействия как положительного, так и отрицательного характера, к примеру, слабые удары током. В результате этого за счет новорожденных нейронов в мозге животных сформировались устойчивые реакции на все эти воздействия.
После этого, ученые при помощи методов оптогенетики деактивировали все новые нейроны, в результате чего животные оказались не в состоянии сделать различия между положительными и отрицательными воздействиями. Они испытывали испуг даже от тех воздействий, к которым они привыкли и от которых они ранее получали удовольствие.
"Данные наблюдения говорят о том, что новорожденные нервные клетки являются важной частью некоторых функций памяти и обработки информации о приобретенном ранее опыте. Именно эти нейроны позволяют животным отделять воспоминания друг от друга и реагировать на них по-разному" - пишут ученые.
И в заключение следует отметить, что результаты данных исследований имеют важное значение для понимания природы и поисков новых методов лечения некоторых типов болезней и расстройств. Ведь в случае депрессии или шизофрении у больных наблюдаются пониженные темпы "рождаемости" новых нейронов, "а большинство препаратов-антидепрессантов стимулирует производство новых нейронов в гиппокампе" - рассказывает Майкл Дрю, - "сейчас мы уже можем начинать думать о новых методах лечения расстройств, готовя себе почву для новых наблюдений, исследований и экспериментов".
Источник
Ученые создали биороботов с живыми мышечными тканями, которые способны "ходить" под воздействием света
вид биоробота
Уже достаточно давно ученые пытаются найти лучшие способы совмещения биологических тканей и робототехнических технологий. Биологические материалы могут дать роботам возможность быстрой адаптации к резким изменениям окружающей среды. И это может оказаться весьма полезной функцией для многофункциональных устройств-имплантатов, микророботов, осуществляющих целевую доставку лекарственных препаратов и т.п. Одной из групп ученых, работающих в данном направлении, является группа из университета Иллинойса. В свое время мы рассказывали о созданном им биороботе, в конструкции которого использовались искусственные ткани сердечной мышцы, активируемые импульсами электрического тока. А последней разработкой этой же группы является биоробот с искусственными мышечными тканями, которые сокращаются и заставляют робота двигаться под воздействием импульсов света.
Для того, чтобы вырастить искусственную мышцу, подражающую обычным мышцам, связанным с сухожилиями, исследователи напечатали при помощи трехмерного принтера специальную структуру, скелет, на которой производилось выращивание искусственных тканей. Кроме этого, клетки тканей были модифицированы на генном уровне так, что они начинали сокращаться в ответ на воздействие импульсов света.
Для того, чтобы выяснить необходимую форму и толщину искусственной мышцы, при которой она обеспечивает максимальное усилие сокращения, исследователям пришлось перепробовать массу вариантов. Из всей массы было выбрано несколько вариантов и было создано несколько биороботов, которых ученые начали ежедневно усиленно тренировать для того, чтобы их искусственные мышцы обрели большую силу. И в результате на белый свет появился биоробот, способный самостоятельно перемещаться в сторону источника света, пульсации которого заставляли работать это гибридное устройство.
Проведя исследования вариантов искусственных мышц, обеспечивающих максимальную эффективность работы, ученые выяснили, что структура из тонких колец позволяет питательным веществам проникать внутрь мышечной ткани со всех сторон. Кроме этого, ученые измерили концентрацию моторного белка, миозина и вычислили корреляцию межу концентрацией белка и реальной физической силой искусственной мышцы.
"Реализованный нами подход обеспечивает максимальную гибкость" - рассказывает Рашид Башир (Rashid Bashir), профессор биоинженерии из университета Иллинойса, - "Используя кольцевые мышцы, мы можем соединять любые типы суставов, изготовленных при помощи трехмерной печати. Мы можем создавать биороботов, обладающих любым количеством конечностей и любым количеством отдельных мышц, а при помощи направленного света мы можем заставить их двигаться в любом направлении. Теперь при помощи данных технологий мы будем пытаться создать биоробототехнические системы более высокого порядка".
Источник
