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中科院紫金山天文台研究员吴雪峰和助理研究员魏俊杰、北京师范大学副教授高鹤以及美国宾夕法尼亚州立大学教授皮特·梅扎罗斯等人合作,利用快速射电暴不同频率光子到达地球的时间差,精确验证了爱因斯坦广义相对论中的弱等效原理假设。相关成果12月23日以主编推荐形式,发表于《物理评论快报》。
爱因斯坦等效原理预言,无静止质量(如光子)或静止质量可忽略(如极端相对论运动的中微子)的中性粒子在引力场中传播,穿越的时间和没有引力场情况是不同的。这种效应也被称为引力时间延迟效应(即有、无引力场两种情况下的穿越时间之差),通常在脉冲双星中较容易观测到。
该原理可通过对比宇宙学暂现源同时释放的不同能量光子,在通过同一个引力场所用的时间差来检验,即比较不同能量光子在银河系引力场中传播对应的后牛顿参数γ值的差别是否为零。
最近一类持续时标为毫秒量级的射电爆发事件——快速射电暴,引起了广泛关注。目前其物理起源尚不清楚。快速射电暴的光变曲线一般呈现简单的单脉冲特征,人们很容易得到不同射电频率光子的观测时间延迟。
吴雪峰等人由此提出河外或宇宙学起源的快速射电暴可以被用来精确检验爱因斯坦等效原理。该研究利用一个快速射电暴和两个可能的快速射电暴与伽玛暴成协事件为例,计算发现以不同频率的射电光子为检验粒子时,后牛顿参数γ的差值上限被限制到10-8量级。
这一结果是迄今为止的最好限制结果,比之前相关限制至少要提高了1~2个量级,并且把对爱因斯坦等效原理的检验扩展到了射电波段,从而进一步证明了爱因斯坦等效原理假设的正确性。
中科院国家空间科学中心空间科学任务大厅内,所有人都在等待着一组数据的传回——12月17日在酒泉成功升空的暗物质粒子探测卫星“悟空”,经过卫星平台测试、有效载荷管理器加电测试、科学探测器高压加压测试后,已向浩渺宇宙睁开它的“火眼金睛”。约10分钟后,这一次数据接收过程结束,这也是“悟空”接收到的首批科学观测数据。
接收到的数据显示,暗物质卫星的四大科学载荷,即塑闪列阵探测器、硅列阵探测器、BGO能量器和中子探测器探测到的高能电子和伽马射线计数与地面预测计数率一致,暗物质卫星的有效载荷已经开始正常工作。
在后续工作中,暗物质卫星有效载荷还要经历两个月的在轨测试和标定,之后正式交付中科院紫金山天文台负责的科学应用系统,进入在轨运行阶段,开始为期两年的巡天观测和一年的定向观测。据吴季介绍,卫星发射后,地面支撑系统、科学应用系统将成为探测任务的主阵地。
日本九州大学和京都大学的科学家称,已发现极光亮度和其舞动火焰变化的奥秘。
此前,人们已经知道极光的出现是地球磁场和太阳的高能带电粒子流相互作用的结果,但出现极光现象的实质至今才被发现。科学家们称,当太阳射来的电子和地球磁场相互作用时,粒子流发生卷曲变成螺旋状,并在两极上空形成电流。当电流聚集起来时,高层大气的电场也扩散开来。这将会导致处于低空的等离子体发生旋转。太阳风将会破坏地球磁感线的完整性,那些没有进入到主电流的粒子和氮分子以及氧分子进行撞击并发生爆炸。
在这种情况下,大气层中的粒子会发出更明亮的光。正是这一过程形成了北极光。
瑞典科学家近日研制出了一种能作为电池的“纸”,其效率之高,所储存的电能可以和市场上最好的超级电容电池相媲美。这是一种由纳米纤维素——与应用在纸张中的纤维素类似——制成的材料。在高压水柱的作用下,这种“纸”的纤维能做到只有20纳米厚,相比之下,人的头发直径约为100000纳米,是该纤维厚度的5000倍。
在纳米纤维的外层,覆盖着一层溶解在水溶液里的带电聚苯乙烯塑料。当这些纳米纤维覆盖上带电塑料后,就成了厚度只有零点几毫米的“纸电池”。一张直径15厘米的“纸电池”能储存高达1法拉的电容,这已经可以和目前市场上见到的超级电容电池(又称法拉电池)相媲美。
美国国家航空航天局(NASA)“好奇号”火星车又带来好消息——其携带的火星样本分析仪(SEM)首次在火星沉积物加热过程中探测到氮元素得以确认。据物理学家组织网24日报道,检测到的氮以氮氧化物的形式出现,可能是硝酸盐在加热过程中释放出来的。硝酸盐是含氮分子,能够被活的生物体利用。这一发现为证明古代火星有生命存在增加了证据。
研究小组在“黄刀湾”(Yellowknife Bay)泥岩形成的风沙和灰尘样本中发现了硝酸盐存在的证据。研究发现,探测器在三个地点都发现了一氧化氮,其总量比探测器在极端情境中的产生量要多出两倍,研究人员认为,多余的一氧化氮很可能来自加热的火星沉积物中所含的硝酸盐,硝酸盐确实在火星上真实存在。氮是所有生命体不可缺少的元素,是组成生命代码的DNA和RNA的基础模块。
然而,在地球和火星上,大气中的氮被锁定成氮气——两个氮原子紧密结合,很难与其他分子发生反应。而若要参与生命所需的化学反应,氮原子需要单独被“固定”住。地球上的某些微生物能固定大气中的氮,这个过程对于代谢活动至关重要。少量的氮也会借助闪电这样的能量事件“固定”下来。
没有证据表明研究小组发现的氮元素由生物产生,因为现在的火星表面不适合已知的生命形式。相反,研究人员认为释放氮元素的这些硝酸盐来自远古时代,很可能来自非生物过程,比如陨石冲击或者闪电。目前发现的干涸河床和只有在液态水中才能形成的矿物表明,火星在远古时代可能更宜居。“好奇号”团队已经发现了一些生命所需的其他成分,比如在盖尔陨石坑数十亿年前曾存在液态水和有机物质等。