Хорошие новости. Выпуск 5: тестируем галактический GPS-навигатор, находим аномально массивную чёрную дыру, доставляем лекарство через гематоэнцефалический барьер, дёшево и сердито опресняем воду, вдвое повышаем термостойкость алюминиевых проводов

GPS для путешествий по Галактике

Навигация при полётах к планетам Солнечной системы основана на использовании сигналов земных и орбитальных станций. Эти сигналы генерируются с помощью атомных часов, что гарантирует высокую точность при расчётах маршрута на тысячи и миллиарды километров. Но при полётах на более дальние расстояния система с земными маячками перестаёт хорошо работать.

Как сообщает NASA, сейчас на Международной космической станции (МКС) тестируется галактическая система навигации. Аббревиатуру GPS можно будет не менять: просто G будет означать не Global, а Galactic.

Три года назад на МКС был доставлен прибор NICER (Neutron star Interior Composition Explorer), предназначенный для наблюдения и исследования нейтронных звёзд. Это рентгеновский телескоп размером со стиральную машину, закреплённый снаружи на МКС. Собранные данные обрабатываются программным обеспечением SEXTANT (Station Explorer for X-ray Timing and Navigation Technology), после чего поступают в развёрнутую на МКС галактическую систему навигации XNAV. Что же служит для неё опорным сигналом?

Известно, что нейтронные звёзды испускают рентгеновское излучение в довольно узкой области пространства. Этот эффект плюс быстрое вращение делает звёзды похожими на маяк. Некоторые из них посылают вспышки с периодом, точность (повторяемость) которого не хуже точности атомных часов. Чем не сигнал для галактической навигации?

Система XNAV пополняет базу нейтронных звёзд, которые подходят для навигации по Солнечной системе и за её пределами. Предполагается также, что она послужит для поддержки астронавтов будущей лунной миссии Artemis. Пока главным препятствием для использования XNAV на космических аппаратах являются габариты системы. Мощность рентгеновского излучения слабая, и чтобы надёжно фиксировать сигналы, телескоп должен быть достаточно большим. Решить проблему – создать миниатюрный датчик Galactic Positioning System – можно за счёт увеличения длительности сбора сигналов, но и эта задача будет выполнена не завтра.

Источник: https://3dnews.ru/1014219

Аномально массивная чёрная дыра в ранней Вселенной

Астрономы обнаружили второй по удалённости от Солнца квазар J1007+2115, который существовал уже тогда, когда возраст Вселенной составлял всего 700 млн лет. Квазар содержит аномально массивную чёрную дыру массой 1,5 млрд солнечных – факт её существования вынуждает пересмотреть теории формирования и роста сверхмассивных чёрных дыр. Препринт работы опубликован на портале arXiv.org.

Объяснение природы сверхмассивных чёрных дыр считается важной задачей астрофизики. Общепринятой теории формирования таких объектов пока нет, но предполагается, что они могут быть результатом интенсивной аккреции вещества на чёрную дыру звёздной массы или коллапса плотного звёздного скопления либо сверхмассивной звезды. Чтобы понять, что представляли собой «зародыши» чёрных дыр в ранней Вселенной, и оценить скорость их роста, астрономы ищут очень далёкие квазары – ядра активных галактик.

Группа астрономов во главе с Джиньи Янг из обсерватории Стюарда Аризонского университета (США) сообщила об обнаружении второго по удалённости от Солнца квазара – J1007+2115. Его значение красного смещения – 7,515 – соответствует возрасту Вселенной в 700 млн лет. Это означает, что J1007+2115 существовал в эпоху, когда образовывались первые галактики и звёзды. Масса центральной чёрной дыры составляет (1,5 ± 0,2) × 109 солнечных, что в два раза тяжелее сверхмассивной чёрной дыры, найденной в самом далёком известном на сегодня квазаре J1342+0928.

Такая чёрная дыра плохо вписывается в существующие теории, так как требует аномально массивного «зародыша» с массой в десять тысяч масс Солнца, который должен был образоваться через 100 млн лет после Большого взрыва. Подобный сценарий предполагает либо образование в результате прямого коллапса массивного объекта, либо очень быструю скорость роста за счёт аккреции вещества. Таким образом, это открытие вводит самое сильное ограничение на модели ранних этапов роста сверхмассивных чёрных дыр и делает необходимым их пересмотр.

Источник: https://nplus1.ru/news/2020/06/27/very-massive-quasar

Лекарство преодолело гематоэнцефалический барьер

Учёные выяснили, что низкие дозы метамфетамина облегчают транспорт других веществ через гематоэнцефалический барьер. Это касается как небольших молекул, так и белков, а значит, метамфетамин может стать универсальным вспомогательным средством доставки лекарств в центральную нервную систему. Препринт статьи доступен на портале bioRxiv.

Центральная нервная система отделена от кровеносных сосудов клетками эндотелия, образующими гематоэнцефалический барьер, который препятствует проникновению в мозг посторонних веществ. Один из способов «протащить» через него лекарства – прибегнуть к помощи метамфетамина. Это наркотическое вещество в концентрации более десяти микромоль на литр нарушает (иногда необратимо) плотные контакты между эндотелиальными клетками, в небольших же дозах оно не разрушает барьер, а лишь усиливает везикулярный транспорт жидкостей сквозь клетки.

Научный коллектив под руководством Патрика Туровски из Университетского колледжа Лондона исследовал механизм воздействия метамфетамина на гематоэнцефалический барьер у мышей. Вначале учёные создали модель ex vivo перфузии мозга грызунов и показали, что метамфетамин помог пройти через гематоэнцефалический барьер небольшим молекулам доксорубицина – препарата, который используют в химиотерапии злокачественных опухолей, – и рекомбинантному белку с противоопухолевым действием афлиберцепту.

Затем исследователи перешли к экспериментам in vivo. Мышам с моделью глиобластомы вводили доксорубицин с метамфетамином, а контрольной группе – только лекарство. Дозу рассчитали так, чтобы концентрация наркотика в крови была около одного микромоля на литр. Грызуны, которым вместе с лекарством вводили метамфетамин, прожили на 25% дольше контрольных, хотя вес в обеих группах снижался одинаково. То есть метамфетамин не улучшил здоровье мышей в целом, а помог доксорубицину проникнуть к опухоли.

Авторы работы отмечают, что метамфетамин одобрен Управлением по контролю над продуктами и лекарствами США для лечения синдрома дефицита внимания и гиперактивности и ожирения, а значит, его можно быстро ввести в клиническую практику в качестве универсального вспомогательного вещества. Необходимо отметить, что в России метамфетамин в данный момент запрещён.

Источник: https://nplus1.ru/news/2020/06/26/meth-bbb

Термостойкость проводов для ЛЭП увеличили вдвое

Коллектив российских исследователей нашёл способ повысить термостойкость алюминия до 400 °С. Для этого в сплав добавили цирконий. Новый материал позволит создавать облегчённые электропровода – в частности, для линий электропередачи и летательных аппаратов. О разработке авторы сообщили в журнале Metals.

Для изготовления проводов обычно используют алюминий и медь. Алюминий имеет чуть более низкую электропроводность, но при этом намного дешевле и в 3,5 раза легче меди. Поэтому алюминиевые кабели используют там, где критически важно снижение веса, – при прокладке линий электропередачи и в авиации.

Однако чистый алюминий обладает низкой термостойкостью: он выдерживает нагрев лишь до 150 °С – при более высоких температурах его прочность падает, и провода начинают разрушаться. Чтобы увеличить термостойкость и расширить потенциальные области применения алюминиевых проводов, учёные модифицируют материал с помощью легирующих добавок.

Сотрудники НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из УГАТУ и СФУ более чем вдвое увеличили термостойкость алюминия, добавив в него относительно недорогой цирконий. Всего 0,6% этой добавки в сплаве повышает предельную температуру работы от 150 до 400 °С.

Главная проблема введения циркония в алюминиевый сплав – это необходимость сочетать высокую температуру расплава (более 900 °С) и сверхбыструю кристаллизацию. До сих пор учёные осуществляли этот процесс за счёт литья гранул, но это сложная и дорогая технология. В качестве альтернативы был разработан метод, при котором слитки получили литьём в электромагнитном кристаллизаторе. При 920 °С расплав подавали сразу из плавильного тигля в магнитный кристаллизатор, там охлаждали водой и затем вытягивали в длинномерную заготовку.

Получившаяся литая заготовка имела идеальную структуру и показала исключительно высокую технологичность при волочении. Подвергнув проволоку термообработке, учёные смогли создать наночастицы циркониевой фазы, которые и позволили существенно увеличить термостойкость изделия по сравнению с используемыми высокотемпературными сплавами.

Источник: https://indicator.ru/chemistry-and-materials/termostoikost-provodov-lep-vdvoe-29-06-2020.htm

Разработан эффективный метод обессоливания воды

Дефицит пресной воды уже сейчас испытывают сотни миллионов людей, а к 2030 году нехватка этого ресурса станет реальностью для половины населения Земли. Кризис водоснабжения коснётся не только бедных, но и экономически развитых стран. При этом воды на планете очень много – в морях и океанах. Проблема в том, что существующие способы опреснения являются очень дорогостоящими. Инженеры из Колумбийского университета (США) разработали нетрадиционный подход к опреснению – сольвентную экстракцию при температурных колебаниях (Temperature Swing Solvent Extraction, TSSE). Статья с результатами опубликована в журнале Environmental Science & Technology.

Отличительные черты нового метода – это экстракция растворителем и неиспользование мембран и фазовых переходов (испарения). Авторы статьи утверждают, что смогли «выйти на последний рубеж опреснения» – добиться нулевого сброса жидкости, то есть полного отсутствия стоков, требующих дополнительной обработки или захоронения.

Процесс начинается с того, что низкополярный растворитель диизопропиламин смешивают с солёным водным раствором. Растворитель извлекает воду из раствора при достаточно низких температурах (5 ⁰С), соли при этом формируют кристаллы и осаждаются.

После извлечения соляных кристаллов раствор нагревают до 70 °C. При этом аффинность (степень химического сродства) растворителя к воде снижается, и вода «выжимается, словно из губки». Полученная целевая жидкость и диизопропиламин расслаиваются из-за разницы в плотности; воду откачивают, сольвент используют повторно.

В лабораторных условиях из исходного водного рассола удалось осадить 90% соли. При этом экономия энергии по сравнению с термическим испарением составила около 75%. Растворитель был повторно использован в течение нескольких циклов без значимого снижения производительности.

Благодаря относительно низкому потреблению энергии для TSSE могут использоваться геотермальные и солнечные электростанции. Этот метод отлично подходит для получения питьевой воды из морской. Кроме того, его можно использовать для обработки продуктов выщелачивания, стоков горнообогатительных комбинатов, водных выбросов при разработке нефтяных и газовых месторождений.

Источник: https://naked-science.ru/article/physics/metod-obessolivaniya-morskoj-vody