Najmłodsza czarna dziura w sąsiedztwie Ziemi
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Ciekawostki
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Jądro wewnętrzne Ziemi, sztywne bogate w żelazo ciało stałe o średnicy 1250 kilometrów powoli rośnie, w miarę jak płynne jądro zewnętrzne ochładza się i krystalizuje. Specjaliści od dawna nie mogą dość do porozumienia, kiedy rozpoczął się ten proces. Jedni uważają, że trwa on od ponad 2 miliardów lat, zdaniem innych to proces stosunkowo niedawny, liczący sobie nie więcej niż pół miliarda lat. Badań nie ułatwia fakt, że nie wystarczy po prostu stwierdzić, kiedy materiał jądra schłodził się na tyle, by skrystalizować.
Jeśli założymy, że jądro zbudowane jest z czystego żelaza, to temperatura topnienia żelaza wcale nie musi być punktem odniesienia dla określenia temperatury, w której ono krystalizuje. Tak jak woda może wymagać schłodzenia nawet do -30 stopni Celsjusza zanim spadnie grad, tak i żelazne jądro może potrzebować znacznie niższej temperatury, by krystalizować. Wcześniejsze badania pokazywały, że żelazne jądro musiałoby schłodzić się o 800–1000 stopni Celsjusza poniżej temperatury topnienia zanim skrystalizuje. Jednak symulacje pokazały, że gdyby osiągnęło tak niską temperaturę, doszłoby do gwałtownego wzrostu jądra wewnętrznego i zniknięcia pola magnetycznego Ziemi. Tymczasem badania sejsmiczne oraz badania magnetyzmu skał wykazały, że do takiego wydarzenia nigdy nie doszło.
Autorzy nowych badań uważają, że do powstania stałego jądra wystarczyło, by w przeszłości materiał schłodził się zaledwie o 250 stopni Celsjusza poniżej temperatury topnienia. Jak jednak możliwe jest tak niewielkie schłodzenie – pamiętajmy, że musimy uwzględniać tutaj też olbrzymie ciśnienie wewnątrz Ziemi – i ciągłe istnienie stałego jądra wewnętrznego? Naukowcy odpowiedzieli na to pytanie, symulując obecność w jądrze innych pierwiastków, takich jak krzem, siarka, tlen i węgiel. Każdy z nich istnienie w warstwach położonych powyżej, zatem może istnieć też w jądrze. A musimy tutaj opierać się na symulacjach, bo do samego jądra nie jesteśmy w stanie dotrzeć, by zbadać jego skład chemiczny.
Naukowcy przeprowadzili komputerową symulację jądra składającego się ze 100 000 atomów, które zostaje poddane ciśnieniu takiemu, jak we wnętrzu Ziemi. Śledzili w jaki sposób, w temperaturze stosunkowo niewiele niższej mogą tworzyć się tam zbitki atomów podobne do kryształów, które dały początek krystalizacji.
Badania dały zaskakujący wynik. Okazało się, że krzem i siarka, pierwiastki o których zawsze sądzono, że są obecne w jądrze, spowalniały krystalizację. Innymi słowy, gdyby powszechnie występowały one w jądrze, temperatura musiałaby spaść znacznie bardziej, by zaczęło się tworzyć jądro wewnętrzne. Natomiast obecność węgla przyspieszała krystalizację. Kolejne testy wykazały, że jeśli węgiel stanowi w jądrze 2,4% jego masy, to konieczne byłoby schłodzenie o 420 stopni Celsjusza poniżej temperatury topnienia żelaza. To zbyt dużo. Jeśli jednak węgiel to 3,8% masy jądra, wystarczy temperatura o 266 stopni niższa niż temperatura topnienia. To jedyny zakres, który wyjaśnia zarówno istnienie jądra wewnętrznego, jak i jego obecne rozmiary.
Wyniki badań sugerują, że w jądrze Ziemi węgla jest więcej niż przypuszczano i że bez jego odpowiedniego udziału, mogłoby nie dojść do powstania jądra wewnętrznego.
Ze szczegółowymi wynikami analizy można zapoznać się w artykule Constraining Earth’s core composition from inner core nucleation.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Międzynarodowy zespół, kierowany przez naukowców z University of Texas w Austin, zidentyfikował najbardziej odległą i najstarszą czarną dziurę, jaką kiedykolwiek potwierdzono obserwacyjnie. Dziura i jej macierzysta galaktyka CAPERS-LRD-z9, istniały zaledwie 500 milionów lat po Wielkim Wybuchu, 13,3 miliarda lat temu.
Odkrycia dokonano za pomocą teleskopu Jamesa Webba (JWST) w ramach programu CAPERS (CANDELS-Area Prism Epoch of Reionization Survey), którego celem jest identyfikacja i analiza najodleglejszych galaktyk. Kluczowe było zastosowanie spektroskopii, pozwalającej na rozszczepienie światła na poszczególne długości fal i wykrycie charakterystycznych przesunięć widma, wywołanych ruchem gazu wokół czarnej dziury. Dzięki temu astronomowie wykryli gaz poruszający się z prędkością ponad 3500 km/s. To sygnał wskazujący na istnienie aktywnego jądra galaktycznego. Zauważono je przy przesunięciu ku czerwieni z = 9,288.
Galaktyka należy do intrygującej klasy Małych Czerwonych Kropek (Little Red Dots). To odkryte w 2024 roku przez JWST kompaktowe obiekty, które pojawiły się między 0,6 a 1,5 miliarda lat po powstaniu wszechświata. W przypadku CAPERS-LRD-z9 źródłem intensywnego blasku jest supermasywna czarna dziura. Jej masę oszacowano na nawet 300 milionów mas Słońca, co stanowi do połowy masy wszystkich gwiazd w galaktyce.
Modelowanie emisji w zakresie UV i optycznym sugeruje, że czarna dziura jest otoczona gęstym obłokiem neutralnego gazu o gęstości rzędu 1010 cząsteczek wodoru na centymetr sześcienny. Ten gaz, działając jak filtr, nadaje obserwowanej galaktyce charakterystyczny czerwony odcień. Obserwacje wskazują również na małe rozmiary galaktyki, jej średnica to około 1100 lat świetlnych.
Tak masywna czarna dziura w tak młodym Wszechświecie rodzi fundamentalne pytania o mechanizmy ich powstawania. Być może czarne dziury we wczesnym wszechświecie rosły znacznie szybciej, niż zakładają obecne modele, albo też rozpoczynały swoje istnienie od znacznie większej masy.
Więcej na ten temat: CAPERS-LRD-z9: A Gas-enshrouded Little Red Dot Hosting a Broad-line Active Galactic Nucleus at z = 9.288.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Na łamach Physical Review Research ukazał się artykuł, którego autorzy informują o skonstruowaniu urządzenia generującego energię elektryczną z... ruchu obrotowego Ziemi. Christopher F. Chyba (Princeton University), Kevin P. Hand (Jet Propulsion Laboratory) oraz Thomas H. Chyba (Spectral Sensor Solutions) postanowili przetestować hipotezę, zgodnie z którą energię elektryczną można generować z ruchu obrotowego Ziemi za pomocą specjalnego urządzenia wchodzącego w interakcje z ziemskim polem magnetycznym.
W 2016 roku Christopher Chyba i Kevin Hand opublikowali na łamach Physical Review Applied artykuł, w którym rozważali możliwość użycia ruchu obrotowego Ziemi i jej pola magnetycznego do generowania energii elektrycznej. Artykuł został skrytykowany, gdyż obowiązując teorie wskazywały, że każde napięcie elektryczne wygenerowane w takiej sytuacji zostanie zniwelowane wskutek przemieszczenia się elektronów podczas tworzenia pola elektrycznego.
Naukowcy zaczęli więc szukać sposobów na uniknięcie niwelacji napięcia. Żeby sprawdzić swoje pomysły stworzyli urządzenie złożone z cylindra z ferrytu manganowo-cynkowego, który działał jak osłona magnetyczna. Cylinder umieścili na linii północ-południe pod kątem 57 stopni. W ten sposób był on zorientowany prostopadle do ruchu obrotowego planety i ziemskiego pola magnetycznego. Na obu końca cylindra umieścili elektrody. Pomiary wykazały, że w ten sposób wygenerowali napięcie elektryczne rzędu 18 mikrowoltów, którego nie byli w stanie przypisać do żadnego innego źródła, niż ruch obrotowy Ziemi.
Eksperyment odbywał się w ciemności, by uniknąć efektu fotoelektrycznego, uczeni wzięli pod uwagę napięcie, jakie mogło się pojawić w wyniku różnicy temperatur pomiędzy oboma końcami cylindra. Zauważyli też, że napięcie – zgodnie z przewidywaniami – nie pojawia się przy innych ustawiniach cylindra. Takie same wyniki uzyskano podczas badań w innej lokalizacji o podobnym środowisku geomagnetycznym.
Eksperyment nie został jeszcze powtórzony przez inne zespoły badawcze, które mogłyby sprawdzić, czy zmierzone napięcie nie jest wynikiem zjawiska, którego trzej naukowcy nie wzięli pod uwagę. Autorzy badań stwierdzają, że jeśli uzyskane przez nich wyniki zostaną potwierdzone, warto będzie rozpocząć prace nad zwiększeniem uzyskiwanego napięcia do bardziej użytecznego poziomu.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Czarne dziury od dziesięcioleci fascynują naukowców, pisarzy i zwykłych zjadaczy chleba. Zgodnie z ogólną teorią względności Einsteina, wszystko, co dostaje się do czarnej dziury opada do jej centrum i zostaje tam zniszczone przez gigantyczną grawitację. Centrum to, zwane osobliwością, to nieskończenie mały punkt, w którym przyspieszenie grawitacyjne jest nieskończone. Tam skupia się cała materia czarnej dziury.
Na łamach Physical Review Letters ukazał się artykuł autorstwa Steffena Gielena z University of Sheffield i Lucíi Menéndez-Pidal z Universidad Complutense de Madrid, którzy stwierdzają, że osobliwość nie oznacza końca, a raczej nowy początek. Tym nowym początkiem mają być białe dziury, w które zmieniają się czarne dziury.
Para uczonych wykorzystała mechanikę kwantową oraz uproszczony teoretyczny model płaskiej dwuwymiarowej czarnej dziury. Od dawna zastanawiano się, czy mechanika kwantowa może zmienić nasze rozumienie czarnych dziur i pozwolić nam zajrzeć w głąb ich prawdziwej natury. Z punktu widzenia mechaniki kwantowej czas nie może się skończyć, gdyż układy ciągle zmieniają się i ewoluują, stwierdza Gielen. Naukowcy pokazali jak, za pomocą praw mechaniki kwantowej, osobliwość wewnątrz czarnej dziury zostaje zastąpiona przez wielki region fluktuacji kwantowych, niewielkich zmian energii, gdzie czas i przestrzeń nie mają końca. W regionie tym czas i przestrzeń zmieniają się w nową fazę, zwaną białą dziurą. To obszar, w którym przestrzeń zaczyna funkcjonować przeciwnie do czarnej dziury. W ten sposób białe dziury mogą być miejscem, gdzie czas się rozpoczyna. O ile czarne dziury wszystko pochłaniają, białe dziury mają wyrzucać z siebie materię, a nawet czas, z powrotem do wszechświata.
O ile, zwykle, czas jest postrzegany zawsze w odniesieniu do obserwatora, w naszych badaniach czas pochodzi od tajemniczej ciemnej energii, która wypełnia wszechświat. Proponujemy, by czas był mierzony przez ciemną energię obecną wszędzie we wszechświecie i odpowiedzialną za jego aktualne rozszerzanie się, dodaje Gielen. W artykule ciemna energia została użyta niemal w roli punktu odniesienia, a czas i energia są uzupełniającymi się bytami.
To jednak dopiero początek. Hipotetycznie może istnieć obserwator – jakiś hipotetyczny byt – który wejdzie do czarnej dziury, przejdzie przez to, co opisujemy jako osobliwość i pojawi się po drugiej stronie białej dziury. To wysoce abstrakcyjne, ale w teorii może się wydarzyć, stwierdza uczony.
Jednak odkładając na bok tego hipotetycznego obserwatora, niezwykle istotnym elementem nowych rozważań jest sugestia, że istnieje głęboka łączność pomiędzy naturą czasu w jego najbardziej podstawowej formie, a ciemną energią, która wypełnia kosmos i rządzi jego rozszerzaniem się. Nowe badania sugerują też inne podejście do prób połączenia grawitacji i mechaniki kwantowej.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Supermasywna czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej jest bardzo aktywna. Naukowcy z Northwestern University wykorzystali Teleskop Webba do uzyskania najdłuższego i najbardziej szczegółowego obrazu Sagittariusa A*. Dowiedzieli się, że w dysku akrecyjnym wokół dziury bez przerwy mają miejsce rozbłyski. Niektóre z nich to bardzo słabe migotania, trwające sekundy. Inne, potężne i oślepiające, można obserwować codziennie. Są jeszcze inne, niezwykle słabe, które trwają miesiącami.
Nowe odkrycia pozwolą lepiej zrozumieć naturę czarnych dziur i ich interakcje z otoczeniem, a także dynamikę i ewolucję naszej galaktyki. Spodziewamy się, że do rozbłysków dochodzi w pobliżu wszystkich supermasywnych czarnych dziur. Jednak nasza czarna dziura jest unikatowa. Tam się zawsze coś gotuje, zawsze widać jakąś aktywność, wydaje się, że ona nigdy nie jest spokojna. Obserwowaliśmy ją wielokrotnie w 2023 i 2024 roku i przy każdej obserwacji odnotowywaliśmy zmiany. Za każdym razem widzieliśmy coś innego, to naprawdę imponujące. Nic nigdy nie było takie samo, mówi profesor fizyki i astronomii Farhad Yusef-Zadeh, który specjalizuje się w badaniu centrum Drogi Mlecznej.
Uczony wraz z zespołem wykorzystali urządzeni NIRCam na JWST, które może jednocześnie prowadzić obserwacje w dwóch zakresach podczerwieni. W sumie zebrali 48 godzin obserwacji, które prowadzili co 8–10 godzin w ciągu roku. To pozwoliło im na odnotowywanie zmian w czasie. Sgr A* okazała się bardziej aktywna, niż naukowcy się spodziewali. W dysku akrecyjnym ciągle dochodziło do rozbłysków o różnej jasności i czasie trwania. W ciągu doby miało miejsce 5–6 dużych rozbłysków, pomiędzy którymi naukowcy obserwowali rozbłyski mniejsze. W danych widzimy wciąż zmieniającą się, gotującą jasność. I nagle, bum! Wielki rozbłysk. A później się uspokaja. Nie zauważyliśmy żadnego wzorca. Wydaje się, że to proces przypadkowy. Profil aktywności czarnej dziury był za każdym razem inny i niezwykle ekscytujący, dodaje uczony.
Naukowcy nie rozumieją procesów zachodzących w dyskach akrecyjnych czarnych dziur. Profesor Yusef-Zadeh podejrzewa dwa różne mechanizmy. Jeśli dysk przypomina rzekę, to krótkotrwałe słabe rozbłyski są jak niewielki przypadkowe fale, a większe długotrwałe rozbłyski jak fale pływowe powodowane przez bardziej znaczące wydarzenia.
NIRCam pracuje w zakresach 2,1 i 4,8 mikrometrów. Jednym z najbardziej niespodziewanych odkryć było spostrzeżenie, że zjawiska widoczne w krótszym zakresie fal zmieniały jasność na krótko przed wydarzeniami z dłuższego zakresu fal. Po raz pierwszy obserwujemy taką różnicę w czasie podczas obserwacji w tych długościach fali. Obserwowaliśmy je jednocześnie w NIRCam i zauważyliśmy, że dłuższe fale spóźniały się w stosunku do krótszych od niewielką ilość czasu, od kilku sekund do około 40 sekund, dziwi się Yusef-Zadeh.
To opóźnienie dostarcza dodatkowych informacji. Może ono wskazywać, że cząstki w miarę trwania rozbłysku tracą energię, a utrata ta ma miejsce szybciej w krótszych zakresach fali. Takie zmiany mogą zachodzić, gdy cząstki poruszają się po spirali wokół linii pola magnetycznego.
Badacze, chcąc to wyjaśnić, mają nadzieję na przeprowadzenie dłuższych obserwacji. Profesor Yusef-Zadeh już złożył prośbę o zgodę na nieprzerwane wykorzystanie NIRCam przez 24 godziny. Dłuższy czas obserwacji pozwoli na usunięcie z nich zakłóceń i poprawienie rozdzielczości. Gdy obserwuje się tak słabe rozbłyski, trzeba zmagać się z zakłóceniami. Jeśli moglibyśmy prowadzić obserwacje nieprzerwanie przez 24 godziny, moglibyśmy zredukować poziom szumu i zobaczyć szczegóły, których obecnie nie widzimy, wyjaśnia uczony.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.