Znajdź zawartość

Międzynarodowy zespół naukowy, na którego czele stoją uczeni z Holandii, informuje, że nie znalazł śladów ciemnej materii w galaktyce AGC 114905. Obecnie powszechne jest przekonanie, że galaktyki mogą istnieć wyłącznie dzięki ciemnej materii, której oddziaływanie utrzymuje je razem. Przed dwoma laty Pavel Mancera Piña i jego zespół z Uniwersytetu w Groningen poinformowali o zidentyfikowaniu sześciu galaktyk, zawierających niewiele lub nie zawierających w ogóle ciemnej materii. Wówczas usłyszeli od swoich kolegów, by lepiej poszukali, a przekonają się, że musi tam ona być. Teraz, po prowadzonych przez 40 godzin obserwacjach za pomocą Very Large Array (VLA) uczeni potwierdzili to, co zauważyli wcześniej – istnienie galaktyk bez ciemnej materii. AGC 114905 znajduje się w odległości 250 milionów lat świetlnych od Ziemi. To skrajnie rozproszona galaktyka (UDG – ultra diffuse galaxy) karłowata, ale określenie „karłowata” odnosi się w jej przypadku do jasności, a nie wielkości. Galaktyka jest bowiem wielkości Drogi Mlecznej, ale zawiera około 1000-krotnie mniej gwiazd. Przeprowadzone obserwacje i analizy przeczą przekonaniu, jakoby wszystkie galaktyki, a już na pewno karłowate UDG, mogły istnieć tylko dzięki utrzymującej je razem ciemnej materii. Pomiędzy lipcem a październikiem 2020 roku naukowcy przez 40 godzin zbierali za pomocą VLA dane dotyczące ruchu gazu w tej galaktyce. Na podstawie obserwacji stworzyli grafikę pokazującą odległość gazu od galaktyki na osi X oraz jego prędkość obrotową na osi Y. To standardowy sposób badania obecności ciemnej materii. Tymczasem analiza wykazała, że ruch gazu w AGC 114905 można całkowicie wyjaśnić odwołując się wyłącznie do widocznej materii. Tego oczekiwaliśmy i spodziewaliśmy się, gdyż potwierdza to nasze wcześniejsze obserwacje. Problem jednak pozostaje, gdyż obecnie obowiązujące teorie mówią, że AGC 114905musi zawierać ciemną materię. Nasze obserwacje wskazują, że jej tam nie ma. Po kolejnych badaniach mamy zatem coraz większą rozbieżność między teorią a obserwacjami, stwierdza Pavel Mancera Piña. Naukowcy próbują więc wyjaśnić, co stało się z ciemną materią. Wedle jednej z wysuniętych przez nich hipotez, AGC 114905 mogłaby zostać pozbawiona ciemnej materii przez wielkie sąsiadujące z nią galaktyki. Problem w tym, że nie ma takich galaktyk. Zeby wyjaśnić ten brak ciemnej materii na gruncie powszechnie akceptowanego modelu kosmologicznego Lambda-CDM musielibyśmy wprowadzić do niego parametry o ekstremalnych wartościach, znajdujących się daleko poza akceptowanym zakresem. Również na gruncie alternatywnego modelu – zmodyfikowanej dynamiki newtonowskiej – nie jesteśmy w stanie wyjaśnić ruchu gazu w tej galaktyce. Uczeni mówią, że istnieje pewne założenie, które mogłoby zmienić wnioski z ich badań. Założeniem tym jest kąt, pod jakim sądzą, że obserwowali AGC 114905. Jednak kąt ten musiałby się bardzo mocno różnić od naszych założeń, by we wnioskach było miejsce na istnienie ciemnej materii, mówi współautor badań Tom Oosterloo. Tymczasem zespół badań kolejną UDG. Jeśli i tam nie znajdzie śladów ciemnej materii, będzie to bardzo silnym potwierdzeniem dotychczasowych spostrzeżeń. Warto tutaj przypomnieć, że już 3 lata temu donosiliśmy, że zespół z Yale University odkrył pierwszą galaktykę bez ciemnej materii. Metoda wykorzystana przez Holendrów jest bardziej wiarygodna i odporna na zakłócenia. « powrót do artykułu

Gdy rozpędzone niemal do prędkości światła jony ołowiu lub złota wpadną na siebie w czeluściach akceleratorów, na ułamki sekund tworzy się plazma kwarkowo-gluonowa. Zdaniem naukowców z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie, dane eksperymentalne wskazują, że na arenie wydarzeń są tu obecni jeszcze inni, dotychczas niedoceniani aktorzy: fotony. Ich zderzenia prowadzą do emisji pozornie nadmiarowych cząstek, których obecności nie potrafiono wyjaśnić. Plazma kwarkowo-gluonowa to bezsprzecznie najbardziej egzotyczny ze znanych nam stanów materii. W akceleratorze LHC w CERN pod Genewą tworzy się ona podczas centralnych zderzeń dwóch nadlatujących z naprzeciwka jonów ołowiu, poruszających się z prędkościami bardzo bliskimi prędkości światła. Kwarkowo-gluonowa zupa bywa też doprawiona innymi cząstkami. Niestety, opis teoretyczny przebiegu wydarzeń z udziałem plazmy oraz jej koktajlu nie w pełni odpowiadał danym zebranym w eksperymentach. W artykule opublikowanym na łamach czasopisma Physics Letters B grupa naukowców z Instytutu Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk w Krakowie wyjaśniła przyczynę zaobserwowanych rozbieżności. Dane zebrane w trakcie zderzeń jąder ołowiu w akceleratorze LHC, a także podczas zderzeń jąder złota w akceleratorze RHIC w Brookhaven National Laboratory koło Nowego Jorku, zaczynają się zgadzać z teorią, gdy w opisie zachodzących procesów uwzględni się zderzenia między fotonami otaczającymi oba oddziałujące ze sobą jony. Z pewnym przymrużeniem oka można powiedzieć, że przy odpowiednio wielkich energiach masywne jony zderzają się nie tylko swoimi protonami i neutronami, ale nawet swoimi chmurami fotonów, mówi dr Mariola Kłusek-Gawenda (IFJ PAN) i od razu precyzuje: Przy opisie kolizji jonów w LHC już wcześniej uwzględnialiśmy zderzenia między fotonami. Dotyczyły one jednak tylko zderzeń ultraperyferyjnych, w których jony nie trafiają w siebie, lecz mijają się niezmienione, oddziałując wyłącznie własnymi polami elektromagnetycznymi. Nikt nie przypuszczał, że zderzenia fotonów mogą odgrywać jakąkolwiek rolę w brutalnych interakcjach, gdzie protony i neutrony dosłownie zlewają się w kwarkowo-gluonową zupę. W warunkach znanych z codziennego życia fotony nie zderzają się ze sobą. Gdy jednak mamy do czynienia z masywnymi jonami rozpędzonymi niemal do prędkości światła, sytuacja staje się inna. Jądro złota zawiera 79 protonów, jądro ołowiu aż 82, ładunek elektryczny każdego jonu jest więc odpowiednio wiele razy większy od ładunku elementarnego. Nośnikami oddziaływań elektromagnetycznych są fotony, zatem każdy jon można traktować jako obiekt otoczony chmurą wielu fotonów. Co więcej, w akceleratorach RHIC i LHC jony poruszają się z prędkościami bliskimi prędkości światła. W rezultacie i one, i otaczająca je chmura fotonów, z punktu widzenia obserwatora w laboratorium sprawiają wrażenie niezwykle cienkich placków, spłaszczonych w kierunku ruchu. Z każdym przelotem takiego protonowo-neutronowego naleśnika wiąże się wyjątkowo gwałtowna oscylacja pól elektrycznego i magnetycznego. W elektrodynamice kwantowej, teorii używanej do opisu elektromagnetyzmu z uwzględnieniem zjawisk kwantowych, istnieje maksymalna wartość krytyczna pola elektrycznego, rzędu dziesięć do szesnastej woltów na centymetr. Dotyczy ona statycznych pól elektrycznych. W przypadku zderzeń masywnych jąder atomowych w RHIC czy LHC mamy do czynienia z polami dynamicznymi, pojawiającymi się na zaledwie milionowe części jednej miliardowej jednej miliardowej sekundy. Przez tak ekstremalnie krótki czas pola elektryczne w zderzeniach jonów mogą być nawet stukrotnie silniejsze od wartości krytycznej. W istocie pola elektryczne jonów zderzających się w LHC bądź RHIC są tak potężne, że pod ich wpływem powstają wirtualne fotony i dochodzi do ich zderzeń. W wyniku tych procesów w różnych punktach wokół jonów, gdzie wcześniej nie było niczego materialnego, powstają pary lepton-antylepton. Cząstki każdej pary rozbiegają się w charakterystyczny sposób: typowo w przeciwnych kierunkach i niemal prostopadle do pierwotnego kierunku ruchu jonów, wyjaśnia dr hab. Wolfgang Schäfer (IFJ PAN) i przypomina, że do rodziny leptonów są zaliczane elektrony oraz ich bardziej masywne odpowiedniki: miony i taony. Interakcje fotonów i związana z nimi produkcja par lepton-antylepton są kluczowe w zderzeniach peryferyjnych. Kolizje tego typu krakowscy fizycy opisali już kilka lat wcześniej. Ku własnemu zaskoczeniu, teraz udało się im wykazać, że te same zjawiska odgrywają niemałą rolę również w bezpośrednich zderzeniach jąder, nawet centralnych. Z danych zebranych dla jąder złota w RHIC i jąder ołowiu w LHC wynika bowiem, że podczas takich zderzeń pojawia się pewna „nadmiarowa” liczba par elektron-pozyton, które stosunkowo wolno rozbiegają się w kierunkach niemal prostopadłych do wiązek jonów. Ich istnienie udało się wyjaśnić właśnie poprzez uwzględnienie produkcji par lepton-antylepton przez zderzające się fotony. Prawdziwą wisienką na torcie okazał się dla nas fakt, że uzupełniając dotychczasowe narzędzia opisu zderzeń masywnych jonów o nasz formalizm zbudowany na tak zwanych funkcjach Wignera mogliśmy wreszcie wytłumaczyć, dlaczego detektory największych współczesnych eksperymentów akceleratorowych rejestrują takie a nie inne rozkłady leptonów i antyleptonów uciekających z miejsca kolizji jąder (dla ustalonej centralności zderzenia). Nasze rozumienie najważniejszych zachodzących tu procesów stało się bardziej kompletne, podsumowuje prof. dr hab. Antoni Szczurek (IFJ PAN). Prace nad krakowskim modelem zderzeń foton-foton sfinansowano ze środków Narodowego Centrum Nauki. Model wzbudził zainteresowanie fizyków pracujących przy detektorach ATLAS i ALICE akceleratora LHC i zostanie użyty już w najbliższych analizach danych eksperymentalnych. « powrót do artykułu

Naukowcy z NASA napotkali na zadziwiająco masywną czarną dziurę. Jej odkrycie każe ponownie zastanowić się nad teoriami dotyczącymi ewolucji gwiazd. Wspomniana czarna dziura jest częścią galaktyki M33, która znajduje się w odległości 3 milionów lat świetlnych od Ziemi. Dane z Chandra X-ray Observatory i teleskopu Gemini wykazały, iż czarna dziura w układzie podwójnym M33 X-7 jest 15,7 razy bardziej masywna niż Słońce. Tym samym jest to najbardziej masywna znana nam gwiazdowa czarna dziura. Odkrycie stawia zupełnie nowe pytania o formowanie się czarnych dziur – mówi Jerome Orosz z San Diego State University, jeden z odkrywców M33 X-7. Czarna dziura znajduje się w pobliżu towarzyszącej jej gwiazdy, która ma również olbrzymią masę, jest 70 razy cięższa od Słońca. To z kolei najcięższa gwiazda w binarnym systemie, w skład którego wchodzi czarna dziura. Wspomniana gwiazda krąży wokół czarnej dziury przesłaniając ją co trzy i pół doby. To jedyna znana nam czarna dziura w systemie binarnym, która ulega zaćmieniom. Dzięki nim możliwe jest precyzyjne określenie jej masy. To olbrzymia gwiazda, której towarzyszy olbrzymia czarna dziura. W przyszłości gwiazda prawdopodobnie zmieni się w supernową i z czasem powstanie para czarnych dziur – stwierdził Jeffrey McClintock z Harvard-Smithsonian Center of Astrophysics. Ewolucja systemu binarnego M33 X-7 jest trudna do przestawienia, gdyż nie zgadza się ze współczesnymi teoriami. Otóż gwiazda, z której powstała czarna dziura, musiałaby mieć masę większą, niż istniejąca jeszcze gwiazda wchodząca w skład systemu binarnego. To właśnie przez to, iż jej masa była większa, jako pierwsza zmieniła się w czarną dziurę. Tu powstaje jednak pewien problem. Otóż średnica tej gwiazdy byłaby wówczas większa, niż obecna odległość pomiędzy czarną dziurą a istniejącą gwiazdą. Oznaczałoby to, iż gwiazdy miałyby wspólną część zewnętrznego płaszcza. To z kolei powinno spowodować tak znacznie straty w masie takiego systemu, że niemożliwe byłoby powstanie tak masywnej czarnej dziury, jaką odkryto. Powstanie takiej dziury byłoby możliwe jedynie wówczas, gdyby gwiazda, z której czarna dziura się narodziła, traciła masę 10-krotnie wolniej, niż przewidują współczesne modele astronomiczne. Jednak takie wolniejsze tracenie masy mogłoby wyjaśniać inne zjawisko, które wcześniej zaobserwowano. Otóż ostatnio astronomowie zauważyli niezwykle jasną supernową SN 2006gy. Gwiazda, która zmieniła się w supernową było 150-krotnie cięższa od Słońca. Oznacza to, że pod koniec swojego życia gwiazdy mogą być znacznie bardziej masywne, niż przewidują współczesne teorie. Innymi słowy, wolniej tracą masę, niż dotychczas sądzono. « powrót do artykułu