Астрономы приблизились к разгадке происхождения необычного «снеговика» на окраине Солнечной системы — объекта Аррокот (Arrokoth), который более четырёх миллиардов лет сохраняет форму двух слипшихся тел. Новое исследование подтверждает: этот объект, вероятнее всего, сформировался в результате мягкого гравитационного коллапса «космической гальки» на самых ранних этапах истории планетной системы.

Аррокот стал известен после пролёта зонда NASA New Horizons в 2019 году. Снимки показали, что объект состоит из двух вытянутых «долей». Анализ данных показал, что обе части имеют почти одинаковый химический состав, сходное количество летучих льдов и близкий возраст кратеров. Это означает, что они формировались одновременно, в одном месте и в одинаковых условиях.

Именно эта история происхождения долго была предметом споров. Одна группа учёных предполагала, что две части сначала существовали отдельно и миллионы лет медленно сближались под действием гравитационных возмущений. Другая считала, что они возникли почти одновременно при сжатии вращающегося облака твёрдых частиц. Чтобы проверить эти гипотезы, исследователи провели серию подробных компьютерных симуляций.

Форма смоделированных тел также совпала с реальной: вытянутые, асимметричные «двойные» структуры, характерные не только для Аррокота, но и для некоторых астероидов и комет. Скорость вращения в моделях составляла от 2,1 до 3 оборотов в сутки — быстрее, чем у Аррокота сегодня (около 1,51 оборота в сутки). Авторы предполагают, что за миллиарды лет объект мог замедлиться из-за слабых ударов других мелких тел.

Особое значение имеет место, где находится Аррокот — так называемый «холодный классический пояс Койпера», удалённая область, почти не затронутая гравитацией планет-гигантов. В таких условиях объекты сохраняют исходную структуру со времён формирования Солнечной системы. Это делает Аррокот своеобразной «капсулой времени», хранящей информацию о ранних этапах планетообразования.

Авторы делают вывод: контактные двойные тела могут формироваться напрямую в результате гравитационного коллапса облаков твёрдых частиц. Более того, некоторые такие системы в моделях имели собственные спутники, образуя миниатюрные многокомпонентные структуры — аналогичные тем, что наблюдаются за орбитой Нептуна.

При этом учёные подчёркивают, что не все контактные объекты возникли одинаково. Вблизи Солнца многие астероиды и кометы, вероятно, сформировались в результате столкновений или распада при быстром вращении. Но Аррокот оказался в среде, где первоначальный механизм формирования сохранился почти без искажений.

В результате его форма, вращение и химический состав становятся прямым свидетельством того, как более четырёх миллиардов лет назад начиналась «сборка планет». Два сгустка космической «гальки», образовавшиеся рядом, медленно сблизились и соединились — и тем самым сохранили один из самых наглядных следов ранней истории Солнечной системы.

Астрономы обнаружили далёкую планетную систему, которая ставит под сомнение устоявшиеся представления о формировании планет. Строение системы вокруг красного карлика LHS 1903 не укладывается в классическую схему «каменистые планеты внутри — газовые снаружи», наблюдаемую в большинстве известных систем, включая Солнечную.

Обычно в планетных системах ближайшие к звезде планеты состоят в основном из камня и металла, а более удалённые — из газа. Такая структура объясняется тем, что излучение молодой звезды «сдувает» газ с близких планет, оставляя лишь твёрдое ядро, тогда как на больших расстояниях формируются массивные атмосферы. Однако система LHS 1903 нарушает это правило.

Международная группа учёных использовала данные наземных и космических телескопов, чтобы изучить планеты этой системы. Изначально вокруг LHS 1903 были обнаружены три планеты: одна каменистая во внутренней части системы и две газовые, похожие на уменьшенные версии Нептуна. Такая конфигурация полностью соответствовала ожиданиям астрономов.

Ситуация изменилась после анализа данных спутника CHEOPS Европейского космического агентства. Наблюдения показали наличие четвёртой планеты — LHS 1903 e, самой далёкой от звезды. Неожиданно выяснилось, что она, по всей видимости, тоже является каменистой.

«Мы видим одну и ту же картину — каменистые планеты внутри и газовые снаружи — в сотнях систем. Поэтому обнаружение каменистой планеты на периферии заставляет пересматривать условия и сроки их формирования», — поясняет руководитель исследования, Райан Клаутиер (Ryan Cloutier) из Университета Макмастера.

Однако архитектура LHS 1903 указывает на иной сценарий — «формирование изнутри наружу». В этом случае планеты появляются последовательно, по мере изменения условий в диске. Их состав определяется тем, сколько газа и пыли было доступно в момент завершения их роста.

По мнению авторов работы, к тому времени, когда начала формироваться планета LHS 1903 e, окружающий диск уже мог быть сильно обеднён газом. В результате у неё не сформировалась плотная атмосфера, и она осталась каменистой.

«Поразительно видеть каменистый объект в условиях, которые не должны были этому способствовать. Это ставит под вопрос многие предположения наших моделей», — отмечает Клаутиер.

Учёные подчёркивают, что неясно, является ли LHS 1903 редким исключением или примером более распространённого, но пока что плохо изученного механизма формирования планет. По мере развития телескопов и методов наблюдений астрономы всё чаще находят системы, не похожие на Солнечную и не вписывающиеся в привычные схемы.

Учёные из коллаборации CMS Collaboration представили первые прямые экспериментальные доказательства того, что кварк-глюонная плазма — сверхгорячее состояние материи, существовавшее в первые мгновения после Большого взрыва, — реагирует на движение частиц как плотная жидкость, формируя характерный «гидродинамический след».

Речь идёт о веществе, которое возникало во Вселенной при температурах в триллионы градусов, когда протоны и нейтроны ещё не успели сформироваться, а кварки и глюоны находились в свободном состоянии. Сегодня такие условия удаётся воссоздать лишь в экспериментах на CERN, в частности на Большом адронном коллайдере, сталкивая тяжёлые ионы свинца на околосветовых скоростях.

В новых измерениях физики использовали особый метод «томографии» плазмы. В редких столкновениях одновременно рождаются кварк и Z-бозон — нейтральная частица, не взаимодействующая с сильной средой. Пока кварк пробивает плазму, теряя энергию, Z-бозон свободно покидает область столкновения и сохраняет информацию о первоначальном импульсе. Это позволяет точно восстановить, сколько энергии передал кварк окружающей среде и как она перераспределилась.

Анализ охватил данные столкновений ионов свинца с энергией 5,02 ТэВ и контрольную выборку протон-протонных событий. Учёные отобрали пары мюонов от распада Z-бозонов и исследовали распределение тысяч сопутствующих заряженных частиц. С помощью специальной методики удалось выделить тонкие корреляции между направлением Z-бозона и «мягкими» адронами с малым импульсом.

В центральных столкновениях, где образуется наиболее плотная плазма, исследователи обнаружили характерный «провал» числа частиц вблизи направления Z-бозона и одновременный избыток на противоположной стороне. Статистическая значимость эффекта превысила уровень 3σ. В периферийных столкновениях такой картины не наблюдалось, что указывает на связь явления с объёмом и плотностью среды.

Этот провал интерпретируется как диффузионный след: проходящий кварк увлекает за собой компоненты плазмы, создавая область пониженной плотности энергии — своеобразную «дыру» в среде.

Сопоставление данных с теоретическими моделями показало, что стандартные расчёты в рамках квантовой хромодинамики, не учитывающие отклик среды, не способны воспроизвести наблюдаемую структуру. Наилучшее согласие дают гибридные модели, сочетающие описание сильных взаимодействий с гидродинамикой, а также транспортные подходы с учётом «отдачи» плазмы.

Ранее существование такого коллективного отклика предсказывали теоретики, отмечавшие, что плазма способна замедлять кварки и вести себя как плотная жидкость.

Новое исследование стало первым случаем, когда такой эффект удалось напрямую выделить на стороне Z-бозона — области, свободной от искажений, связанных с формированием струй. Это позволило отделить собственный отклик среды от сложных процессов фрагментации частиц.

Полученные результаты накладывают жёсткие ограничения на вязкость кварк-глюонной плазмы, коэффициенты переноса энергии и механизмы её повторного нагрева. Они также помогают понять, как микроскопические взаимодействия отдельных кварков превращаются в макроскопическое коллективное движение вещества.

Фактически физики получили экспериментальный «снимок» того, как выглядела материя Вселенной в первые микросекунды после Большого взрыва — не как разрозненный газ частиц, а как плотная, текучая и динамичная среда. Эта работа открывает путь к более точной проверке моделей ранней космологической эволюции и свойств самой экстремальной формы материи, известной современной науке.

Учёные из Университета Тампере в Финляндии (Tampere University) и Бременского университета (University of Bremen) выяснили, что наличие глаз у гуманоидных роботов существенно влияет на то, как люди воспринимают их «разум» и эмоциональные способности. Согласно результатам исследования, роботы с глазами кажутся людям более мыслящими, чувствующими и социально значимыми, чем модели без них.

Работа была посвящена восприятию разума — способности человека приписывать другим существам или объектам сознание, эмоции и намерения. В психологии этот процесс обычно разделяют на два компонента: агентность — способность думать, принимать решения и контролировать поведение, и опыт — способность испытывать чувства.

Ранее исследования показывали, что люди склонны наделять ментальными качествами даже технические устройства, например сервисных роботов или голосовых ассистентов. Однако далеко не все гуманоидные машины имеют выраженные «человеческие» черты лица, прежде всего глаза.

В новом исследовании учёные использовали модели искусственного интеллекта для создания большого набора реалистичных изображений гуманоидных роботов. Для каждого образца были подготовлены две версии — с глазами и без них. Эти изображения затем показывали участникам в рамках двух отдельных экспериментов.

Результаты оказались однозначными: независимо от того, выглядел робот «ребёнком» или «взрослым», и независимо от того, были ли глаза изображены на экране или встроены в конструкцию лица, модели с глазами стабильно воспринимались как более «разумные» и «чувствующие».

Особенно важно, что эффект проявился не только в опросах, где участники осознанно оценивали роботов, но и в эксперименте, не опиравшемся на прямые самоотчёты. Это указывает на то, что наличие глаз влияет на восприятие уже на ранних, подсознательных этапах обработки информации.

Руководитель исследования, профессор Яри Хиетанен (Jari Hietanen) подчёркивает, что глаза играют гораздо более важную роль, чем просто декоративную.

«Наше исследование показывает, что глаза — это не просто элемент дизайна. Они формируют то, как люди воспринимают социальный и моральный статус роботов. А восприятие наличия "разума" влияет на эмпатию, готовность сотрудничать и на то, насколько этично мы относимся к технологиям», — отметил учёный.

По его словам, полученные данные имеют прямое практическое значение для разработчиков. В условиях, когда гуманоидные роботы всё активнее используются в сфере обслуживания, медицины и образования, особенности внешнего вида могут существенно влиять на уровень доверия и взаимодействия между человеком и машиной.

Авторы исследования считают, что дизайн будущих роботов должен учитывать не только технические параметры, но и психологические механизмы восприятия. Даже такой простой элемент, как глаза, может менять отношение людей к машинам — от бездушного инструмента к социальному партнёру.