世界上最臭的水果可以为您的手机充电

试想一下,如果我们可以使用自然生长的产品(例如植物和水果)来存储电能,从而为手机,平板电脑,笔记本电脑乃至电动汽车等常用电子产品充电?

悉尼大学的研究人员已经做到了这一点,并开发了一种利用榴莲和菠萝蜜浪费来创建能量存储以快速充电的方法。

化学与生物分子工程学院学术副教授Vincent Gomes解释了他和研究团队如何将热带水果变成超级电容器。

它是如何工作的?

“通过使用从市场上购买的榴莲和菠萝蜜,我们将水果的废物部分(生物质)转化为超级电容器,可用于有效地储电,”文森特·戈麦斯副教授说。

“榴莲和菠萝蜜采用无毒,无害的绿色工程方法,通过在水中加热和冷冻干燥水果的生物质,将榴莲和波罗蜜转变成稳定的碳气凝胶-一种极轻且多孔的合成材料,可用于多种应用程序。

“碳气凝胶非常多孔,因此可以制成超级电容器。然后,我们使用了源自水果的气凝胶来制造电极,并对其储能性能进行了测试,发现这是非常出色的。”

什么是超级电容器?

“超级电容器就像能顺利释放能量的储能器。它们可以在一个小型电池大小的设备中快速存储大量能量,然后为少量手机,平板电脑和笔记本电脑等电子设备充电提供能量。秒”,戈麦斯副教授说。

“与电池相比,超级电容器不仅能够非常快速地为设备充电,而且充电周期也比传统设备要大几个数量级。

“目前的超级电容器是用活性炭制成的,其效率远不及该项目期间准备的那些。”

为什么留榴莲和杰克果?

Gomes副教授说:“榴莲废物的选择是基于制备多孔气凝胶的优良模板性质。”

榴莲和菠萝蜜超级电容器的性能比目前使用的材料好得多,并且与昂贵且奇特的石墨烯基材料相比甚至更好。

“榴莲废料是一种可持续的资源,可以将其转化为产品,从而通过我们的化学品大幅降低能源存储成本-绿色合成协议。”

该技术可以用于什么?

戈麦斯副教授说:“我们已经到了必须紧急发现和产生使用可持续来源的材料创造和储存能量的方式,而这些材料对全球变暖没有贡献。”

他说:“面对这种情况以及世界上矿物燃料的迅速消耗,天然来源的超级电容器正在引领开发高效储能设备的道路。”

人工智能的灵活大脑

大阪大学的科学家使用现场可编程门阵列(FPGA)构建了一种新的计算设备,用户可以对其进行定制,以最大程度地提高人工智能应用的效率。与当前使用的可重新布线硬件相比,该系统将电路密度提高了12倍。而且,预计可将能耗降低80%。这一进步可能会导致灵活的人工智能(AI)解决方案,该解决方案可提供增强的性能同时消耗更少的电能。

人工智能已成为几乎所有消费者日常生活的一部分。像Uber这样的智能手机应用程序,Gmail的垃圾邮件过滤器以及Siri和Nest等智能家居设备都依赖于AI。但是,实施这些算法通常需要大量的计算能力,这意味着大量的电费以及大量的碳足迹。可以重新连接的系统(例如人脑)可以为每个任务优化计算机电路,从而大大提高了能效。

通常,我们认为硬件是由制造商确定的,其中包括计算机处理器的物理逻辑门和晶体管。然而,现场可编程门阵列是专用逻辑元件,用户可以将其“现场”重新布线以用于定制逻辑应用。研究团队使用了非易失性“通孔开关”,这些通孔保持连接状态,直到用户决定重新配置它们为止。使用新颖的纳米加工方法,他们能够将十二倍的元素填充到类似网格的“横杆”布局中。通过缩短电子信号需要路由的距离,设备最终所需的功率减少了80%。

第一作者Masanori Hashimoto说:“我们基于现场可编程门阵列的系统的设计周期非常快。如果需要,可以每天对其进行重新编程,以使每个新的AI应用程序获得最大的计算能力。” 通孔开关的使用也消除了对以前的FPGA器件所需的编程硅区域的需要。

高级作者Jaehoon Yu说:“ Via-switch FPGA适合用作最新AI算法的高性能实现平台。”

印刷电子领域的未来墨水 全聚合物供体-受体异质结中的基态电子转移

林雪平大学有机电子实验室的西蒙娜·法比亚诺(Simone Fabiano)领导的一个研究小组,创造了一种无需掺杂即可具有极佳导电性的有机材料。他们通过混合两种性质不同的聚合物实现了这一目标。

为了提高聚合物的电导率,并以此方式在有机太阳能电池,发光二极管和其他生物电子应用中获得更高的效率,研究人员迄今已在材料中掺杂了各种物质。通常,这是通过去除电子或用掺杂剂分子将其捐赠给半导体材料来完成的,这是一种增加电荷数量,从而增加材料导电性的策略。

“我们通常对有机聚合物进行掺杂以提高其导电性和器件性能。该过程可稳定一段时间,但材料会退化,并且用作掺杂剂的物质最终会浸出。这是我们要避免的事情例如在生物电子应用中的任何成本,其中有机电子组件可以在可穿戴电子产品和体内植入物方面带来巨大收益,”林雪平有机电子实验室有机纳米电子小组负责人西蒙妮·法比亚诺副教授说。大学。

该研究小组与来自五个国家的科学家一起,现已成功地将两种聚合物结合在一起,生产出一种不需要任何掺杂即可导电的导电油墨。两种材料的能级完全匹配,因此电荷自发地从一种聚合物转移到另一种聚合物。

研究结果已发表在《自然材料》上。

“以前已经证明了自发电荷转移的现象,但仅在实验室规模的单晶上就得到了证明。没有人显示出可以在工业规模上使用的任何东西。聚合物由大而稳定的分子组成,易于从溶液中沉积,这就是为什么它们非常适合大规模用作印刷电子产品中的油墨。” Simone Fabiano说。

聚合物是简单且相对便宜的材料,并且可商购。没有异物从新的聚合物混合物中浸出。它可以长时间保持稳定,并可以承受高温。这些特性对于能量收集/存储设备以及可穿戴电子设备很重要。

“由于它们不含掺杂剂,因此它们随时间稳定,可用于苛刻的应用中。这一现象的发现为改善发光二极管和太阳能电池的性能提供了全新的可能性。其他热电应用,尤其是可穿戴和近身电子产品的研究。” Simone Fabiano说。

“我们吸引了林雪平大学和查默斯理工大学的科学家以及美国,德国,日本和中国的专家参与。领导这项工作是非常宝贵的经验,这是该领域的重要一步, “ 他说。

该研究的主要资金来自瑞典研究委员会和Wallenberg Wood Science Center。它也是在林雪平大学高级功能材料战略计划AFM的框架内进行的。

“到目前为止,导电聚合物中产生高导电性的掺杂只有通过将非导电掺杂剂与导电聚合物结合才能实现。现在,两种导电聚合物的结合首次使复合系统成为可能。高度稳定和高导电性。这一发现定义了导电聚合物领域的新篇章,并将激发全世界许多新颖的应用和兴趣。”林雪平大学有机电子实验室主任Magnus Berggren教授说。

受鲨鱼皮启发的新型声学智能材料 研究人员创造了可以通过触发不同的声音响应来模仿电子设备的智能材料

从我们用来聆听自己喜欢的歌曲或播客的耳机,到潜艇使用的声音迷彩,我们如何传播和体验声音是我们与周围世界互动的重要组成部分。声学超材料是旨在控制,引导和操纵声波通过不同介质时使用的材料。这样,可以将它们设计并插入到结构中以衰减或传输声音。

问题在于,传统的声学超材料具有复杂的几何形状。它们通常由金属或硬塑料制成,一旦创建,便无法更改。例如,一种声学设备,其构造为抑制潜艇中传出的声音,从而可以实现隐身性。如果出现不同的情况,例如潜水艇想与之通联的盟友,则相同的声学设备将不允许声音从外部传输。

由桑尼·阿斯坦尼(Sonny Astani)土木与环境工程系助理教授王启明领导的USC研究人员团队创造了一种新型智能材料,该材料可以根据需要适应声波传输的变化。Wang说:“使用传统的声学超材料,您可以创建一个结构并实现一种特性。使用这种新的智能材料,我们只需一种结构就可以实现多种特性。” 在研究这种新材料时,Wang和他的团队发现他们的智能材料具有重新创建开关等电子设备固有的特性的能力,从而展示了智能声音传输(声音“计算机”)的前景。

Wang和他的团队,包括USC Viterbi博士。候选人Kyung Hoon Lee,Kunhao Yu,An Xin和Feng Zhangzhengrong和博士后学者Hasan Al Ba’ba’a’a在他们最近发表在《研究》上的论文“鲨鱼皮启发的磁活性可重构声学超材料”中详细介绍了他们的发现。受到鲨鱼皮肤表面上的真皮细齿产生的双重特性的启发,该团队创造了一种新的声学超材料,其中包含对磁性敏感的纳米粒子,这些纳米粒子将在磁性刺激的作用下弯曲。这种磁力可以远程和按需更改结构,以适应不同的传输条件。

在一台设备中调节多种声学特性

研究人员创建的声学超材料是由橡胶和铁纳米颗粒的混合物制成的。橡胶具有柔韧性,可以使材料可逆地反复弯曲和弯曲,而铁使材料可以响应磁场。

为了使结构对声音输入做出响应,Wang和他的团队不得不组装材料,使它们之间的共振(三重共振)允许声音传输发生变化,从而阻止或传导声音输入。如果支柱靠得更近,则将有效地捕获声波,并防止声波传播到结构的另一侧。相反,如果支柱分开,则声波将容易通过。主要作者李说:“我们利用外部磁场弯曲支柱,使支柱弯曲,以实现这种状态切换。” 结果是从阻止声传输的位置转移到有效传导声波的位置。与传统的声学超材料不同,

声音“计算机”

Wang和他的团队能够证明他们的智能材料如何模仿三个关键的电子设备:开关,逻辑门和二极管。磁敏材料与磁场的相互作用以产生类似于电路的功能的方式操纵声波传输。

为了更好地理解这一点,让我们看一下这三种电子设备的工作方式。

开关允许打开和关闭通道,例如在降噪耳机中。在此示例中,使用由智能声学超材料构建的结构,您可以调整磁场,以使Mie谐振器柱弯曲并允许外部噪声通过。在另一种情况下,您可以关闭磁场,支柱将保持垂直,从而阻止外部噪音通过。

通过基于传入不同输入通道的刺激触发决策来建立逻辑门。就潜水艇而言,也许您想让声学设备调节多种条件,而不是单一的条件:在接收到一个弱信号和一个强信号时发动攻击,而在接收到两个强信号时逃逸。为了使多个方案成为决策的一部分,您通常需要多个设备,每个设备都针对不同的方案而设计。“与”门运算符描述了一种仅当输入通道都较强时才会触发特定响应的声学设备。或门运算符描述了一种声学设备,当两个信号中的任何一个较强时,该声学设备都会触发特定的决策。使用传统的声学超材料,您只能创建一个操作员,因此只能响应一种情况。通过研究人员开发的新型智能声学超材料,Wang说您可以根据需要从“与”门切换为“或”门运算符。就潜艇而言,这意味着使用磁场,您可以更改触发攻击命令的条件,而无需构建新的声学设备。

最后,有一个二极管。二极管是一种设备,其中声强在一个方向上较高,而在另一个方向上较低,因此它提供了声波的单向传输。传统的声学超材料将允许您执行此操作,但是同样,您无法更改状态。使用新的智能声学超材料,您可以从二极管状态更改为导体状态,从而可以双向传输,而不仅仅是一个方向。这在潜艇中的声音伪装示例中起作用,在这种情况下,有时您会希望声学设备只允许声音在一个方向传播,而在其他时候却希望声音在两个方向都可以传播。

王说:“传统的声学超材料从未有过这样的改变。”

下一步

目前,王和他的团队一直在进行空气中材料的测试。接下来,他们希望在水下测试相同的特性,以查看它们是否可以在超声波范围内达到相同的特性。

王说:“橡胶是疏水的,因此结构不会改变,但是我们需要测试这些材料在外部磁场下是否仍然具有可调谐性。”王说,并指出水将具有更大的抵抗力,因此会增加摩擦力。

这项研究由空军科研办公室青年研究人员计划(FA9550-18-1-0192,计划经理:潘明仁博士)和国家科学基金会(CMMI-1762567)资助。

可扩展系统,用于生产有前途的2D材料

十多年来,人们一直吹捧二维纳米材料(例如石墨烯)作为制造更好的微芯片,电池,天线和许多其他设备的关键。但是,将这些原子级薄的建筑材料用于未来的技术所面临的一项重大挑战是确保可以大量生产它们而不会损失其质量。对于最有希望的新型2D纳米材料之一,MXenes,这不再是问题。德雷克塞尔大学和乌克兰材料研究中心的研究人员设计了一种系统,该系统可用于制造大量材料,同时保留其独特的性能。

该小组最近在《高级工程材料》杂志上报道说,在基辅材料研究中心开发的实验室规模的反应器系统可以将陶瓷前体材料转化成一堆粉末状的黑色MXene碳化钛,其数量高达50克。每批。

证明可以精炼和生产大批量的材料是实现制造可行性的关键一步。对于已经在用于存储能量,计算,通信和医疗保健的原型设备中证明了自己才能的MXene材料,达到制造标准是迈向主流使用之路。

“证明一种材料具有一定的特性是一回事,但是证明它可以克服制造方面的实际挑战是一个完全不同的障碍-这项研究报告了朝这个方向迈出的重要一步,”杰出大学博士Yury Gogotsi说道。 Drexel工程学院的Bach教授是MXene的研究和开发的先驱,并且是该论文的主要作者。“这意味着MXene可以考虑在电子和能量存储设备中广泛使用。”

自2011年首次合成这种材料以来,Drexel的研究人员一直在少量生产MXene(通常不超过1克)。这种层状纳米材料看起来像是干粉状的粉末,始于一块称为“陶瓷”的陶瓷。最大相位。当氢氟酸和盐酸的混合物与MAX相相互作用时,它将腐蚀掉材料的某些部分,从而形成MXenes的纳米级薄片状特征。

在实验室中,此过程将在60毫升的容器中进行,并手动添加和混合成分。为了更仔细地大规模控制过程,该小组使用一个1升的反应室和一个螺旋进料器装置来精确添加MAX相。一个入口将反应物均匀地进料到反应器中,另一个入口允许在反应期间释放气压。特别设计的搅拌叶片可确保彻底,均匀地搅拌。反应器周围的冷却套使团队可以调节反应温度。整个过程由材料研究中心团队创建的软件程序进行计算机化和控制。

该小组报告成功使用该反应器在约两天内(包括洗涤和干燥产品所需的时间)从50克MAX相前体材料中制得了近50克MXene粉。Drexel材料科学与工程系的学生进行的一系列测试表明,反应堆生产的MXene保留了原始实验室制造物质的形态,电化学和物理特性。

这项发展使MXenes仅使用了少数2D材料,这些材料已经证明可以以工业规模生产。但是由于MXene的制造是一种减法制造工艺-像平整木材一样蚀刻掉一部分原材料-因此它与用于制造许多其他2D纳米材料的附加工艺不同。

AJ Drexel纳米材料研究所的博士后研究员Christopher Shuck博士说:“大多数2D材料都是使用自下而上的方法制造的。“在这里,原子被逐个地添加。这些材料可以在特定的表面上生长或通过使用非常昂贵的设备沉积原子。但是即使使用了这些昂贵的机器和催化剂,生产批次也很费时,体积小而且对于在小型电子设备以外的广泛使用而言仍然昂贵得令人望而却步。”

MXenes还受益于一系列物理特性,这些特性简化了它们从加工材料到最终产品的道路-即使是当今广泛使用的先进材料,这一障碍也已绊倒了。

Gogotsi说:“建立技术和工艺通常需要花费相当长的时间,才能将纳米材料制成可工业使用的形式。” “这不仅仅是大量生产它们的问题,它通常需要发明全新的机械和工艺,以使其可以插入制造过程的形式(例如,微芯片或手机组件)来获得它们。”

但是对于MXenes来说,集成到生产线中是相当容易的一部分。

他说:“ MXenes的一个巨大好处是它们可以在合成后立即用作粉末,或者可以分散在水中形成稳定的胶体溶液。” “水是最便宜,最安全的溶剂。通过我们开发的工艺,我们可以用一批制造的材料压印或印刷成千上万的小型和薄型设备,例如超级电容器或RFID标签。”

这意味着它可以在一步加工后应用于任何标准的各种增材制造系统-挤出,印刷,浸涂,喷涂。

多家公司正在寻求开发MXene材料的应用,其中包括位于日本京都的电子元件公司Murata Manufacturing Co,Ltd.,该公司正在开发可用于多种高科技应用的MXene技术。

Gogotsi说:“这一过程最令人兴奋的部分是,从根本上讲,没有扩大工业规模的限制因素。” “越来越多的公司批量生产MAX相,其中许多是使用丰富的前体材料制造的。MXenes是很少的可以通过湿式化学合成使用常规反应工程设备大规模生产的2D材料。和设

检查我们太阳系的冰巨人

遥远的天王星和海王星-我们太阳系中的冰巨星-像它们一样遥远。在2021年发射后不久,NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜将通过解开两个行星大气的秘密来改变这一状况。

天冷和遥远的巨型行星天王星和海王星被昵称为“冰巨人”,因为它们的内部结构与富含氢气和氦气的木星和土星不同,被称为“气体巨人”。冰巨人的体积也比其气态表亲小得多,介于陆地行星和天然气巨人之间。它们代表了我们太阳系中探索最少的行星类别。使用韦伯的科学家计划以只有韦伯可以的方式研究天王星和海王星的循环模式,化学和天气。

莱斯特大学行星科学副教授利·弗莱彻(Leigh Fletcher)解释说:“韦伯能够通过其他任何设施很难做到的关键是绘制其大气温度和化学结构图。”在英国。“我们认为,与天然气巨人相比,冰巨人的天气和气候将具有根本不同的特征。部分原因是它们离太阳太远,它们的体积更小,旋转速度也较慢。也是因为气体的混合和大气混合的量与木星和土星相比有很大的不同。”

天王星和海王星高层大气中的所有气体都有韦伯可以检测到的独特化学指纹。至关重要的是,韦伯可以将一种化学物质与另一种化学物质区分开。如果这些化学物质是由太阳光与大气相互作用产生的,或者通过大规模的循环方式从一个地方到另一个地方重新分布,那么韦伯将能够看到这一点。

这些研究将通过由行星科学家和韦伯跨学科科学家海蒂·哈默尔(Heidi Hammel)领导的太阳系的保证时间观测(GTO)计划进行。她还是华盛顿特区天文研究大学协会(AURA)科学副主席。哈默尔(Hammel)的计划将展示韦伯观测太阳系天体的能力,并针对明亮和/或明亮的天体运用韦伯的某些特定技术或正在天空中移动。

天王星:倾斜的星球

与太阳系中的其他行星不同,天王星-连同其环和卫星-都在其侧面倾斜,与轨道平面成大约90度角旋转。这使行星看起来像球绕着太阳滚动。这种奇怪的方向-可能是太阳系形成初期与另一个巨大的原行星的巨大碰撞造成的-导致了天王星的极端季节。

1986年,当NASA的旅行者2号飞船由天王星飞行时,一根电杆直接指向太阳。哈默尔解释说:“无论天王星旋转多少,一半时间始终处于完全阳光下,另一半完全处于黑暗中。这是你可以想象的最疯狂的事情。”

令人失望的是,旅行者2号只看到一个台球光滑的行星被薄雾覆盖,只有很少的云层。但是当哈勃在2000年代初观察天王星时,该行星在其轨道上绕行了四分之一。现在,赤道指向太阳,整个行星在乌拉圭白天被照亮。

哈梅尔说:“理论告诉我们什么都不会改变,但现实是天王星开始萌芽出各种明亮的云,哈勃发现了一个黑点。随着眼前的变化,云似乎正在发生巨大变化。行星绕着太阳行进时,在阳光下。”

随着地球继续缓慢的轨道跋涉,它将在2028年将另一极指向太阳。

韦伯将深入了解驱动其云层和天气形成的强大季节性力量,以及随着时间的变化。这将有助于确定能量如何流动以及如何通过乌拉圭大气层进行运输。科学家们希望在韦伯的整个生命中观看天王星,以建立一个大气层如何响应极端季节的时间表。这将帮助他们理解为什么这个星球的大气层似乎经历了由平静时刻打断的激烈活动时期。

海王星:超音速风的世界

海王星是一个黑暗,寒冷的世界,但它却被超音速吹拂,每小时可达到1,500英里。海王星距离太阳比地球大30倍,是我们太阳系中唯一肉眼看不到的行星。它的存在是在1846年被发现之前由数学预测的。2011年,海王星完成了自发现以来的第一个165年轨道。

就像天王星一样,这个冰巨人的非常深的大气层是由水,氨,硫化氢和甲烷的浓汤组成,其内部未知且难以接近。大气层的上层由氢气,氦气和甲烷制成。与天王星一样,甲烷使海王星具有蓝色,但是一些仍然神秘的大气化学性质使海王星的蓝色比天王星更引人注目。

“这里的问题是相同的:能量如何流动以及如何通过行星大气传输?” 弗莱彻解释说。“但是,在这种情况下,与天王星不同,地球具有强大的内部热源。该热源会产生太阳系中任何地方的一些最强大的风和最短暂的大气涡旋和云特征。海王星从一个晚上到另一个晚上,随着这些云层被潜在的风场拉伸,牵拉和操纵,它的脸总是在变化和变化。”

在1989年海王星旅行者2号飞越之后,科学家在行星南极发现了一个明亮而炎热的漩涡-风暴。因为那里的温度比大气中的其他任何地方都要高,所以该区域可能与某些独特的化学物质有关。韦伯的敏感度将使科学家们了解该极涡中不寻常的化学环境。

只是开始

弗莱彻(Fletcher)建议做好准备,以观察天王星和海王星上的现象,这些现象与我们过去所看到的完全不同。他说:“韦伯确实有能力以全新的眼光看待冰巨人。但是,要了解形成这些巨行星的持续的大气过程,您确实需要的不仅仅是几个样本。” “因此,我们将木星比作土星,将天王星比作海王星,这样,我们就可以大致了解大气的整体运作方式。这是了解这些世界如何随着时间变化的开始。”

哈默尔补充说:“我们现在知道数百个系外行星,即其他恒星周围的行星,它们的体积相当于我们当地冰巨人的大小。天王星和海王星为我们提供了研究这些新发现世界的基础真理。”

詹姆斯·韦伯太空望远镜将于2021年发射升空,它将成为世界上最重要的太空科学天文台。韦伯将解决我们太阳系中的奥秘,将目光投向遥远的其他恒星周围的星球,并探究我们宇宙和我们地方的神秘结构和起源在里面。Webb是一项由NASA及其合作伙伴ESA(欧洲航天局)和加拿大航天局领导的国际计划。

两颗星合并形成巨大的白矮星

根据沃里克大学天文学家领导的国际小组的研究,一颗巨大的白矮星和富含奇异碳的大气可能是两颗白矮星合并在一起的结果,但几乎避免了破坏。

他们在距我们约150光年的地方发现了一个异常的超大质量白矮星,其大气成分从未见过,这是首次以其大气成分为线索识别出合并的白矮星。

这项发现于今天(3月2日)发表在《自然天文学》杂志,可能引起有关大规模白矮星的演化以及银河系中超新星数量的新问题。

这颗名为WDJ0551 + 4135的恒星是在对欧洲航天局盖亚望远镜进行的数据调查中发现的。天文学家随后使用威廉·赫歇尔望远镜进行了光谱学检查,重点研究了被确定为特别大的白矮星-盖亚任务使这一壮举成为可能。通过分解恒星发出的光,天文学家能够确定其大气中的化学成分,并发现其中存在异常高的碳含量。

沃里克大学物理系的主要作者马克·霍兰斯博士说:“这颗恒星脱颖而出,是我们从未见过的东西。您可能希望看到氢的外层,有时与氦混合,或者只是混合不能同时看到氢和碳的这种结合,因为在两者之间应该有厚厚的氦气阻止了这种结合。当我们看时,这没有任何意义。”

为了解决这个难题,天文学家变成了侦探,以发现恒星的真实起源。

白矮星是像我们自己的太阳一样的恒星的残骸,它们已经耗尽了所有燃料并散发出外层。它们中的大多数相对较轻,大约是我们太阳质量的0.6倍,但这一重量为1.14太阳质量,几乎是平均质量的两倍。尽管比太阳重,但它被压缩到地球直径的三分之二。

白矮星的年龄也是一个线索。年长的恒星绕银河系运行的速度比年纪小的恒星绕行轨道快,并且该物体的移动速度快于附近其他白矮星具有相同冷却年龄的99%,这表明该恒星比它看起来长大。

霍兰斯博士补充说:“我们的成分无法通过正常的恒星演化来解释,其质量是白矮星平均水平的两倍,并且运动年龄要比冷却推断的年龄大。我们非常确定一颗恒星的质量形成一个白矮星,它不应该这样做。唯一可以解释的方法是它是由两个白矮星合并而成的。”

从理论上讲,当双星系统中的一颗恒星在寿命尽头膨胀时,它将包裹其伙伴,随着第一颗恒星的缩小,其轨道也将拉近。当另一颗恒星膨胀时,也会发生同样的情况。数十亿年以来,引力波的发射将进一步缩小轨道,使恒星融合在一起。

尽管已经预言了白矮星合并的发生,但这一合并将特别不寻常。我们银河系中的大多数合并将发生在质量不同的恒星之间,而合并似乎是在两个大小相似的恒星之间。产生的白矮星的大小也有一个限制:在超过1.4太阳质量的情况下,它会在超新星中爆炸,尽管这些爆炸可能会在质量稍低的地方发生,所以这颗恒星在说明白矮星可以得到并仍然存活的质量方面很有用。

由于合并过程重新开始了恒星的冷却,因此很难确定恒星的年龄。白矮星大概在13亿年前就合并了,但是两个原始白矮星可能已经存在了数十亿年。

到目前为止,它是仅有的少数几个合并的白矮星之一,并且是唯一通过其成分组成的白矮星。

霍兰德斯博士补充说:“没有那么多如此庞大的白矮星,尽管比您期望的要多,这意味着其中有些可能是由合并形成的。

“将来,我们也许可以使用一种称为星震学的技术,通过其恒星脉动来了解白矮星的核心成分,这将是一种独立的方法,可以确认这颗由合并形成的恒星。

“也许这颗恒星最令人兴奋的方面是,它一定不会以超新星的形式爆炸-这些巨大的爆炸对于绘制宇宙结构非常重要,因为可以探测到很远的距离。但是, ,什么样的恒星系统进入超新星阶段仍存在很多不确定性,听起来可能很奇怪,它测量了这个“失败的”超新星的性质,以及未来的相似性,这告诉了我们很多有关热核的途径的信息。自我歼灭。”

黑洞团队发现通往锐利黑洞图像的道路

去年四月,Event Horizo​​n望远镜(EHT)揭开了黑洞的第一张影像,引起了国际关注。今天,一组研究人员发表了新的计算结果,它们预测了极端引力光弯曲会导致黑洞图像中惊人而复杂的子结构。

天体物理学中心的迈克尔·约翰逊解释说:“黑洞的图像实际上包含一系列嵌套的环。” 哈佛和史密森尼(CfA)。“每个连续的环的直径都差不多,但是变得越来越尖锐,因为它的光在到达观察者之前绕黑洞绕了很多圈。对于当前的EHT图像,我们只是瞥见了图像中应该出现的全部复杂性任何黑洞。”

因为黑洞会捕获穿过其事件视界的任何光子,所以它们会在来自周围的炽热气体中的明亮周围发射物上蒙上阴影。一个“光子环”围绕着这个阴影,它是由黑洞附近的强重力所集中的光所产生的。该光子环带有黑洞的指纹-它的大小和形状编码黑洞的质量和旋转或“旋转”。借助EHT图像,黑洞研究人员有了研究这些非凡物体的新工具。

高级研究学院的丹尼尔·卡佩克(Daniel Kapec)说:“这是思考黑洞物理学的绝佳时机。” “爱因斯坦的广义相对论对即将出现的观测类型做出了许多惊人的预测,我认为我们可以期待未来几年的许多进步。作为一个理论家,我发现两者之间的快速收敛理论和实验特别有意义。我希望随着这些实验变得更加敏感,我们可以继续隔离和观察更普遍的广义相对论预测。”

该研究小组包括观测天文学家,理论物理学家和天体物理学家。

伊利诺伊大学厄本那-香槟分校的物理学研究生乔治•王说:“汇集了来自不同领域的专家,使我们能够真正将对光子环的理论理解与观察的可能性联系起来。” Wong开发了软件,以比以前计算的分辨率更高的分辨率生成模拟黑洞图像,并将其分解为预测的子图像系列。“最初的经典铅笔计算开始促使我们将模拟推向新的极限。”

研究人员还发现,黑洞的图像子结构为观察黑洞创造了新的可能性。约翰逊说:“真正令我们感到惊讶的是,虽然嵌套的子环几乎无法用肉眼察觉到图像,甚至是完美的图像,但它们对于被称为干涉仪的望远镜阵列来说却是强而清晰的信号。” “尽管捕获黑洞图像通常需要许多分布式望远镜,但子环非常适合仅使用相距很远的两个望远镜进行研究。在EHT上增加一个太空望远镜就足够了。”

哈佛研究员学会的亚历克斯·卢普萨斯卡(Alex Lupsasca)表示:“黑洞物理学一直是一门美丽的学科,具有深厚的理论意义,但现在它也已成为一门实验科学。” “作为一名理论家,我很高兴能最终收集我们经过很长时间抽象思考的这些对象的真实数据。”

天文学专业的学生发现了17个新行星,包括地球大小的世界

英属哥伦比亚大学天文学系学生米歇尔·邦本(Michelle Kunimoto)通过结合NASA开普勒任务收集的数据,发现了17个新行星,包括一个可能居住的地球大小的世界。

在最初的四年任务中,开普勒卫星寻找行星,尤其是位于恒星“可居住区”的行星,在岩石行星的表面上可能存在液态水。

发表在《天文杂志》上的新发现包括一个如此特别稀有的行星。国元发现的行星正式命名为KIC-7340288 b,其大小仅为地球的1.5倍-足够小以至于被认为是岩石的,而不是像太阳系巨型行星那样呈气态-处于其宜居区域星。

“这个星球距离我们有一千光年,所以我们不会很快到达那里!” 物理学和天文学系的博士候选人Kunimoto说。“但这是一个非常令人兴奋的发现,因为到目前为止,在开普勒数据中仅在可居住区发现了15颗经确认的小行星。”

该行星的年长为142½天,以0.444天文单位(AU,即地球与太阳之间的距离)绕恒星运行,仅比水星在太阳系中的轨道大,并获得约三分之一的光地球来自太阳。

在发现的其他16颗新行星中,最小的只有地球大小的三分之二,这是迄今为止开普勒发现的最小的行星之一。其余的大小范围是地球的八倍。

Kunimoto对发现行星并不陌生:她以前在UBC的大学学位期间发现了四个。现在,她在UBC攻读博士学位,她使用所谓的“过境方法”在开普勒任务观察到的大约20万颗恒星中寻找行星。

国本说:“每当一颗行星经过恒星前,它都会阻挡恒星的一部分光,并导致恒星的亮度暂时降低。” “通过发现这些倾角(称为过境),您可以开始整理有关该行星的信息,例如其大小以及绕行轨道需要多长时间。”

Kunimoto还与UBC校友Henry Ngo合作,通过夏威夷双子座北8米望远镜使用近红外成像仪和光谱仪(NIRI)获得了一些她的行星托管恒星的清晰影像。

她说:“我使用自适应光学装置,就像从太空中拍摄星星一样。” “我能够判断附近是否有一颗恒星会影响开普勒的测量,例如是造成倾角的原因。”

除新行星外,邦本公司还能够使用过境法观测到数千颗已知的开普勒行星,并将重新分析整个系外行星普查。

Kunimoto的博士生导师和UBC教授Jaymie Matthews说:“我们将估计不同温度的恒星预期有多少个行星。” “一个特别重要的结果将是找到一个地球上可居住区的行星发生率。那里有多少颗类似地球的行星?敬请期待。”

“塔图因”行星盘的奇怪轨道

使用阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列(ALMA)的天文学家在双星周围的原行星盘中发现了惊人的轨道几何形状。绕着最紧凑的双星系统运行的磁盘几乎共享同一平面,而环绕宽双星的磁盘具有严重倾斜的轨道平面。这些系统可以教会我们有关复杂环境中行星形成的知识。

在过去的二十年中,除了我们的太阳外,还发现了成千上万的行星围绕恒星运行。这些行星中的一些绕两颗恒星运行,就像卢克·天行者的故乡塔图因一样。行星诞生于原行星盘中-感谢ALMA,我们现在对它们有了奇妙的观察-但是到目前为止,大多数研究过的盘都绕单星运行。“塔图因”系外行星形成在双星周围的圆盘中,即所谓的外圆盘。

研究“塔图因”行星的发源地为了解行星在不同环境中如何形成提供了独特的机会。天文学家已经知道,双星恒星的轨道会扭曲并倾斜它们周围的圆盘,从而导致外圆盘相对于其主恒星的轨道平面未对准。例如,在英国沃里克大学的格兰特·肯尼迪(Grant Kennedy)领导的2019年研究中,ALMA发现了一个引人注目的环向盘,呈极地构造。

加州大学伯克利分校的天文学家Ian Czekala说:“通过我们的研究,我们想了解更多关于外圆盘的典型几何形状。” Czekala和他的团队使用ALMA数据来确定双星周围19个原行星盘的对准程度。Czekala说:“高分辨率的ALMA数据对于研究一些最小和最细微的外圆盘至关重要。”

天文学家将周盘的ALMA数据与开普勒太空望远镜发现的十几个“塔图因”行星进行了比较。令他们惊讶的是,研究小组发现,双星及其周围圆盘未对准的程度在很大程度上取决于宿主恒星的轨道周期。双星的轨道周期越短,就越有可能在其轨道上托管一个磁盘。但是,周期超过一个月的二进制文件通常托管未对齐的磁盘。

塞卡拉说:“我们看到小型磁盘,绕行的紧凑型二进制文件和开普勒任务发现的环绕行星之间有明显的重叠。” 由于开普勒的主要飞行任务持续了4年,因此天文学家只能在不到40天的时间内就发现绕双星飞行的行星。所有这些行星都与它们的宿主恒星轨道对齐。一个持续的谜团是开普勒是否会发现很难找到许多未对准的行星。Czekala补充说:“通过我们的研究,我们现在知道开普勒不会遗漏的错位行星的数量不多,因为紧紧的双星周围的外圆盘通常也与恒星的主星对齐。”

尽管如此,基于这一发现,天文学家得出的结论是,应该存在宽双星周围未对准的行星,并且使用其他系外行星发现方法(例如直接成像和微透镜)进行搜索将是令人兴奋的人群。(美国国家航空航天局(NASA)的开普勒(Kepler)任务使用了运输方法,这是找到行星的方法之一。

塞卡拉现在想找出为什么磁盘(错位)对准与双星轨道周期之间有如此强的相关性。他说:“我们想利用ALMA和下一代超大型阵列等现有和即将出现的设施,以极高的精度研究磁盘结构,并试图了解扭曲或倾斜的磁盘如何影响行星形成环境,以及这是如何产生的。可能会影响在这些盘中形成的行星的数量。”

NRAO和ALMA国家科学基金会计划官员Joe Pesce说:“这项研究是新发现如何基于先前观察结果的一个很好的例子。” “只有在ALMA社区在先前的周期中开展的档案观测计划的基础上,才有可能发现外圆盘种群的趋势。”