CP v2

Tag: Izotopai

  • Mokslininkai apstulbę: tarpžvaigždinė kometa 3I/ATLAS gali slėpti 10 mlrd. metų medžiagą

    Tarpžvaigždinė kometa 3I/ATLAS, į Saulės sistemą atklydęs svečias iš kitos žvaigždžių sistemos, mokslininkams pateikė netikėtą staigmeną. Nauja analizė rodo, kad jos leduose gali būti itin senos, galbūt net apie 10 mlrd. metų amžiaus medžiagos, susiformavusios dar gerokai iki mūsų Saulės gimimo.

    Tokie objektai astronomams yra tarsi kosminės laiko kapsulės: jie susidaro aplink kitas žvaigždes, o vėliau dėl gravitacinių sukrėtimų ar susidūrimų išsviedžiami į tarpžvaigždinę erdvę. Kartais jie praskrieja pro kitas sistemas ir trumpam tampa pasiekiami stebėjimams, suteikdami retą galimybę tiesiogiai tirti svetimos planetų sistemos „statybines medžiagas“.

    Kas išdavė neįprastą kilmę?

    Tyrėjai kometos cheminę sudėtį vertino pagal jos komą, tai yra įkaitus nuo Saulės spinduliuotės iš kometos branduolio išsiskiriančių dujų ir dulkių apvalkalą. Kometai priartėjus, lakiosios medžiagos ima sparčiai garuoti, o teleskopai gali registruoti įvairių molekulių spektrinius „pirštų atspaudus“.

    Esminiu rodikliu tapo deuterio ir vandenilio santykis, vadinamasis D ir H santykis, metano molekulėse. Deuteris yra sunkesnė vandenilio atmaina, o jo dalis medžiagoje leidžia spręsti apie susiformavimo sąlygas, ypač temperatūrą ir aplinkos cheminį „metališkumą“, tai yra sunkesnių už helį elementų gausą.

    Tyrime teigiama, kad 3I/ATLAS metano D ir H santykis yra gerokai didesnis nei Saulės sistemos kūnuose, o lyginant su gerai ištirta kometa 67P/Čuriumovo–Gerasimenko, jis gali būti net apie 13 kartų didesnis. Tokie skaičiai leidžia įtarti, kad kometos ledai formavosi itin šaltoje, ankstyvos Visatos aplinkoje ir galėjo patirti intensyvią kosminių spindulių apšvitą.

    Kaip prisidėjo James Webb teleskopas?

    Analizei pasitelktos James Webb kosminio teleskopo infraraudonųjų spindulių galimybės, kurios ypač tinka silpnai šviečiančių molekulių signalams aptikti. Stebėjimai atlikti kometai esant maždaug 2,5 karto toliau nuo Saulės nei Žemė, jai skriejant per asteroidų juostos sritį.

    Infraraudonojo diapazono matavimai leidžia tiksliau nustatyti molekulinę sudėtį ir izotopų santykius, o tai svarbu bandant atkurti kometos „gimimo vietą“. Kadangi protoplanetiniai diskai aplink jaunas žvaigždes dažnai yra sunkiai perregimi, tokie natūraliai atkeliaujantys pavyzdžiai padeda patikrinti astrocheminius modelius realiais duomenimis.

    Ką tai gali reikšti mūsų supratimui apie Visatą?

    Mokslininkai kelia hipotezę, kad 3I/ATLAS galėjo formuotis aplink labai seną Paukščių Tako žvaigždę, kai Visatoje dar buvo mažiau sunkiųjų elementų. Papildomu užuominu laikomas ir mažesnis anglies-13 izotopo kiekis, kuris gali rodyti kilmę iš ankstyvesnių kosminių epochų, kai medžiaga dar nebuvo taip „praturtinta“ ankstesnių žvaigždžių kartų.

    „Padidėjęs metano deuterio ir vandenilio santykis atitinka prielaidą, kad ledai formavosi šaltoje, mažo metališkumo aplinkoje, veikiamoje intensyvios kosminių spindulių apšvitos“, – teigiama tyrime.

    Jei interpretacijos pasitvirtins, kometa 3I/ATLAS galėtų būti vienas seniausių iki šiol tiesiogiai tirtų mažųjų kūnų, o jos medžiaga būtų susiformavusi dar gerokai prieš atsirandant Saulei. Tokie radiniai ne tik praplečia žinias apie tai, kaip skirtingose aplinkose gimsta kometos ir planetų sistemos, bet ir primena, kokie ilgi ir sudėtingi yra kosminiai laiko masteliai.

    Tyrimo rezultatai publikuoti mokslo žurnale „Nature Astronomy“.

  • Sraigių kiautai tapo gamtos archyvu: mokslininkai juose aptiko ciklonų ir liūčių pėdsakus

    Sraigių kiautai tapo gamtos archyvu: mokslininkai juose aptiko ciklonų ir liūčių pėdsakus

    Kaip sraigė užrašo orus

    Australijos Kvinslando universiteto mokslininkai nustatė, kad sausumos sraigių kiautuose gali būti užkoduota ekstremalių orų istorija. Tyrimas rodo, kad kiauto augimo „juostos“ fiksuoja aplinkos pokyčius panašiai kaip medžių rievės.

    Sraigės kiautas auga ne plečiantis į plotį, o ilgėjant ties kiauto anga. Mantija, specialus sraigės organas, išskiria kalcio karbonatą, kuris sukietėjęs sudaro naują kiauto sluoksnį ir taip palieka chronologinį įrašą.

    Radiokarbonas ir izotopai atskleidė staigmenų

    Tyrėjai analizavo Biggenden juostuotosios sraigės Figuladra bayensis kiautą, rastą Coalstoun Lakes nacionaliniame parke. Aukštos skyros radiokarbono datavimas kai kuriose augimo juostose parodė padidėjusį radiokarbono kiekį, siejamą su branduoliniais bandymais Australijoje 1960-aisiais.

    „Naudojome aukštos skyros radiokarbono datavimą, kad nustatytume kiauto augimo juostų amžių“, – sakė tyrimui vadovavęs geologas ir aplinkotyros mokslininkas Nicholas Patton.

    „Kiaute aptikome padidėjusį radiokarbono kiekį, susijusį su 1960-ųjų bandymais, todėl galėjome datuoti augimo juostas ir nustatyti, kad sraigė gyveno apie 4,5 metų“, – sakė Nicholas Patton.

    Be radiokarbono, kiaute „užsirakina“ ir anglies bei deguonies izotopai, leidžiantys atsekti klimato ir aplinkos sąlygas, taip pat netiesiogiai spręsti apie mitybą. Tokie izotopiniai „parašai“ dažnai naudojami paleoklimato tyrimuose, kai siekiama atkurti laikotarpius, kurių meteorologiniai stebėjimai neapima.

    Ryšys su ciklonais 2015 ir 2017 metais

    Mokslininkai pastebėjo, kad sraigės kiautas augo ne tolygiai: buvo spartaus augimo tarpsnių ir periodų, kai augimas beveik sustojo. Kai kuriais metais augimo tempas smarkiai skyrėsi, o tai leido įtarti, kad lemiamas veiksnys buvo ne „įprastas“ sezoniškumas.

    „Rezultatai parodė, kad sraigė reagavo į ekstremalius kritulių įvykius, o ne į bendrą metinį drėgnumą“, – sakė aplinkotyros mokslininkas Jamie Schulmeister.

    Tyrėjai spartaus augimo fazes susiejo su itin gausiomis liūtimis po 2015 ir 2017 metais regione fiksuotų tropinių ciklonų. Anot jų, tokie epizodai kiaute paliko aiškiai išskiriamas augimo atkarpas, leidžiančias sieti biologinį įrašą su konkrečiais ekstremaliais reiškiniais.

    Tyrimo autoriai pabrėžia, kad kiautai, būdami mineralinės kilmės, aplinkoje išlieka gerokai ilgiau nei patys gyvūnai. Dėl to, radus kiautų skirtinguose nuogulų sluoksniuose ir sujungus jų „asmenines“ laiko juostas, būtų galima rekonstruoti ekstremalių kritulių ar ciklonų pėdsakus ir gerokai senesniais laikotarpiais.

    „Jei rasime kiautų skirtinguose nuogulų sluoksniuose, galėsime sujungti atskirus įrašus ir šią informaciją nukelti dar toliau į praeitį“, – sakė Nicholas Patton.

    Šis darbas įsilieja į sparčiai augančią kryptį, kai klimato praeitis atkuriama pasitelkiant vadinamuosius natūralius archyvus, pavyzdžiui, medžių rieves, ledo gręžinius, koralus ar urvų nuogulas. Kuo daugiau nepriklausomų „archyvų“ sutampa, tuo patikimesnis tampa ekstremalių reiškinių dažnio ir intensyvumo vertinimas ilgalaikėje perspektyvoje.

    Tyrimas publikuotas moksliniame žurnale The Holocene.

  • JAV proveržis kvantiniuose lustuose: itin grynas silicis gali sumažinti triukšmą ir klaidas

    JAV proveržis kvantiniuose lustuose: itin grynas silicis gali sumažinti triukšmą ir klaidas

    Kvantinių kompiuterių kūrėjai jau ne vienerius metus susiduria su itin „maža“, bet kritiška problema: atskirų atomų sukeliami magnetiniai signalai lustuose veikia kaip triukšmas ir ardo trapias kvantines būsenas. Dėl to kubitai lengviau praranda informaciją, o klaidų taisymas tampa sudėtingesnis ir brangesnis.

    Skirtingai nei įprasti kompiuteriai, kvantiniai įrenginiai informaciją saugo kubituose, kurie yra ypač jautrūs aplinkai. Net menki pokyčiai medžiagos viduje, pavyzdžiui, branduolinių sukinio savybių turintys izotopai, gali sutrumpinti vadinamąjį koherencijos laiką, kai kubitas išlaiko savo kvantinę būseną.

    Naujas kelias į beveik „tylų“ silicį

    JAV nacionalinių laboratorijų mokslininkai paskelbė apie patentuotą sprendimą, leidžiantį išgauti itin gryną silicio-28 izotopą, kurio grynumas siekia 99,9999 proc. Tokia izotopinė sudėtis svarbi todėl, kad silicio-28 branduolys neturi sukinio, tad teoriškai sukelia mažiau kvantiniams įrenginiams žalingo triukšmo.

    Izotopams atskirti panaudota pažangi elektromagnetinė izotopų separacija, kai atomai rūšiuojami pagal masę. Tačiau vien atskirti izotopą nepakanka: vėliau, perdirbant medžiagą pramonėje, ji gali būti lengvai vėl „užteršta“, todėl reikalinga kontrolė per visą gamybos grandinę.

    Cheminis gryninimas ir sauga

    Kita komandos dalis sukūrė konversijos ir cheminio gryninimo sistemas, kurios praturtintą silicį ir germanį paverčia puslaidininkių pramonei reikalingomis ypač grynomis dujomis. Kalbama apie silaną ir germaną, kurie naudojami itin plonų sluoksnių nusodinimui ant pažangių lustų, įskaitant ir būsimus kvantinius įrenginius.

    Kadangi šios dujos yra pavojingos, procesuose įdiegta automatizuota valdymo ir stebėsenos sistema, nuolat tikrinanti daugybę darbo parametrų. Tai leidžia vienu metu užtikrinti ir saugą, ir išskirtinai aukštą cheminį grynumą, kuris būtinas siekiant sumažinti klaidas kvantiniuose komponentuose.

    Kodėl tai gali būti svarbu rinkai?

    Pramonės požiūriu, tokie izotopiškai gryni pirmtakai gali tapti vienu iš būdų didinti kubitų stabilumą, ilginti jų koherencijos laiką ir mažinti klaidų taisymo naštą. Tai ypač aktualu, nes kvantinių kompiuterių pažanga dažnai remiasi ne vien programiniais algoritmais, bet ir medžiagotyros sprendimais, kurie mažina triukšmą pačiame luste.

    Vis dėlto išlieka esminis klausimas: ar technologiją pavyks patikimai perkelti į masinę gamybą, išlaikant tą patį grynumo lygį ir priimtiną kainą. Būtent mastelio didinimas dažnai tampa riba tarp laboratorinio proveržio ir realaus proveržio puslaidininkių tiekimo grandinėje.