Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Pulsar pomaga zbadać zasadę swobodnego spadku na ciemną materię

Recommended Posts

Naukowcy z Instytut Radioastronomii im. Maxa Plancka w Bonn zaproponowali nowy eksperyment, dzięki któremu mamy dowiedzieć się więcej na temat interakcji pomiędzy ciemną materią, a materią. Ich propozycja została opublikowana na łamach Physical Review Letters.

Przed około 400 laty Galileusz stwierdził, że w polu grawitacyjnym ziemi wszystkie ciała doświadczają takiego samego spadku swobodnego. Niedawno przeprowadzony eksperyment z użyciem satelity potwierdził uniwersalność swobodnego spadku w polu grawitacyjnym Ziemi z dokładnością 1:100 bilionów.

Takie eksperymenty pozwalają jednak przetestować tylko uniwersalność zasady swobodnego spadku w odniesieniu do materii. Tymczasem zwykła materia stanowi niewielką część materii wszechświat.

Jako, że nie znamy natury ciemnej materii, nie wiemy w jaki sposób może ona oddziaływać z materią, jakie siły wchodzą tutaj w rachubę. Czy interakcja pomiędzy materią a ciemną materią odbywa się za pomocą czterech znanych rodzajów oddziaływań podstawowych (grawitacyjne, elektromagnetyczne, silne, słabe) czy też mamy tu do czynienia z hipotetycznym dodatkowym oddziaływaniem, nazwanym „piątą siłą”.

Naukowcy z Bonn proponują zweryfikowanie istnienia „piątej siły” za pomocą gwiazdy neutronowej. Są dwa powody, dla których pulsar w układzie podwójnym pozwala na przeprowadzenie nowatorskich badań oddziaływania pomiędzy materią a ciemną materią. Po pierwsze, gwiazda neutronowa składa się z materii, której nie możemy odtworzyć w laboratorium. Jest ona wielokrotnie bardziej gęsta niż jądro atomowe, złożona niemal w całości z neutronów. Ponadto niezwykle silne pola grawitacyjne wewnątrz gwiazdy neutronowej, miliard razy silniejsze niż pole grawitacyjne Słońca, może znakomicie wzmacniać interakcje z ciemną materią, mówi Lijing Shao z Instytutu im. Maxa Plancka.

Orbity pulsarów w układach podwójnych można precyzyjnie mierzyć. W niektórych przypadkach znamy orbitę takiej gwiazdy z dokładnością większą niż 30 metrów.

Zespół naukowy z Bonn postanowił przetestować swój pomysł wykorzystując w tym celu pulsar PSR J1713+0740 oddalony od Ziemi o około 3800 lat świetlnych. To jeden z najbardziej stabilnych znanych nam pulsarów. Pojedynczy obrót wokół własnej osi zajmuje mu 4,6 milisekundy, a sam pulsar krąży wokół białego karła po niemal kołowej orbicie o okresie 68 dni. To dobry obiekt do badań, gdyż im większa orbita, tym bardziej ciemna materia powinna ją zakłócać. Jeśli swobody spadek w polu grawitacyjnym ciemnej materii jest inny niż w polu grawitacyjnym białego karła (materia), to z czasem powinno dochodzić do deformacji orbity pulsara.

Przez ponad 20 lat precyzyjnych pomiarów prowadzonych za pomocą teleskopu Effelsber i innych radioteleskopów, wykazano, że nie dochodzi do zmian orbity. A to z dużym prawdopodobieństwem oznacza, że pulsar jest w ten sam sposób przyciągany do ciemnej materii co do materii, stwierdził Norbert Wex.

Naukowcy uważają, że jeszcze lepsze badania można przeprowadzić w miejscach gdzie, jak się przypuszcza, występuje dużo ciemnej materii. "Idealnym miejscem jest centrum galaktyki, które obserwujemy w ramach projektu Black Hole Cam. Gdy uruchomiony zostanie teleskop Square Kilometre Array będziemy mogli przeprowadzić niezwykle precyzyjne testy", mówi Michael Kramer.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Można to też wyjaśnić tak że ciemna materia nie istnieje :D za to jesteśmy w CD z naszym rozumieniem budowy wszechświata :)

5 godzin temu, KopalniaWiedzy.pl napisał:

Czy interakcja pomiędzy materią a ciemną materią odbywa się za pomocą czterech znanych rodzajów oddziaływań podstawowych (grawitacyjne, elektromagnetyczne, silne, słabe) czy też mamy tu do czynienia z hipotetycznym dodatkowym oddziaływaniem, nazwanym „piątą siłą”.

Eeee. To nawet bardziej szalone spekulacje niż moja.
Istotą CM jest oddziaływanie grawitacyjne z materią. Bez dodatkowych oddziaływań.
Ja bym szukał rozwiązań wokół energii potencjalnej w wielkiej skali.

Edited by thikim

Share this post


Link to post
Share on other sites

Dziwnie w tym kontekście brzmi słowo "eksperyment". Skojarzyło mi się z rozmową kilku badaczy i hasłem w niej padająym "hej panowie, rzucamy gwiazdą neutronową w ciemną materię?"

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Współczesne zegary optyczne pracują z dokładnością 1 sekundy na 20 miliardów lat. Dlatego też naukowcy z USA, pracujący pod kierunkiem Juna Ye z Narodowego Instytutu Standardów i Technologii postanowili wykorzystać tę precyzję oraz niezwykłą stabilność wykorzystywanych w nich kryształów krzemowych do uściślenia zakresu potencjalnych interakcji zachodzących pomiędzy ciemną materią a cząstkami i polami Modelu Standardowymi.
      O ciemnej materii wiemy niewiele. Mamy jedynie pośrednie dowody na jej istnienie, gdyż widzimy wywierane przez nią efekty grawitacyjne w skali galaktycznej i kosmologicznej. Jednym z elementów, które dotychczas wymykają się naukowcom poszukującym ciemnej materii są spodziewane oscylacje stałych fizycznych, jakie powinny zachodzić na styku ciemnej materii oddziałującej z cząstkami Modelu Standardowego. Ye i jego zespół zdali sobie sprawę, że jeśli za pomocą zegara optycznego nie uda się zaobserwować takich oscylacji, oznacza to, że siła interakcji ciemnej materii z materią jest znacznie mniejsza niż obecnie przyjmowana.
      Poszukiwania ciemnej materii prowadzone są w wielu laboratoriach na świecie. Cząstkami ciemnej materii mogą być hipotetyczne aksjony czy WIMP-y (słabo oddziałujące masywne cząstki) o masach sięgających 100 GeV. Jednak Amerykanie postanowili przyjrzeć się drugiemu krańcowi masy. Wykorzystali zegar optyczny do poszukiwania możliwych interakcji pomiędzy ciemną materią a materią przy masach znacznie poniżej 1 eV czyli o 500 000 razy mniejszych niż masa elektronu w czasie spoczynku.
      Zegary optyczne to rodzaj zegarów atomowych. Wykorzystują one drgania atomów strontu. Częstotliwość ich pracy jest bezpośrednio związana z niektórymi stałymi fizycznymi, co pozwala dokonywać niezwykle precyzyjnych pomiarów ewentualnych zmian.
      Ye i jego zespół użyli więc zegara optycznego do poszukiwania jakichkolwiek zmian stałej struktury subtelnej (α), która opisuje siłę oddziaływań elektromagnetycznych. W tym celu porównali częstotliwość drgań atomu strontu z krzemową wnęką optyczną. Częstotliwość obu jest definiowana przez α oraz inną stałą fizyczną, masę spoczynkową elektronu (me).
      Jednak w obu przypadkach zależności pomiędzy stałymi są różne, zatem ich stosunek do siebie pozwala na określenie ewentualnych zmian α. Używano już zegarów atomowych pracujących z częstotliwościami mikrofalowymi do określenia granic siły oddziaływania ciemnej materii. Nasza praca to pierwsza próba wykorzystania zegara optycznego do znalezienia oscylacji świadczących o istnieniu ciemnej materii, mówi Ye.
      Naukowcy porównali więc częstotliwość wnęki optycznej do częstotliwości zegara optycznego i dodatkowo użyli też częstotliwości wodorowego masera. Co prawda urządzenie to nie pozwala na tak precyzyjne pomiary jak zegar optyczny, jednak bazuje on na innym stosunku częstotliwości do α i me, a dzięki porównaniu tych właściwości z danymi krzemowej wnęki można sprawdzać ewentualne oscylacje wartości me. O ile oscylacje wartości a wskazywałaby na oddziaływania pomiędzy ciemną materią a polem elektromagnetycznym, to oscylacje me ujawniłyby jej interakcje z elektronem.
      Wykorzystanie w pomiarach krzemowej wnęki optycznej pozwala dodatkowo skorzystać z jej stabilności. Większość takich wnęk jest wykonanych ze szkła, które jest nieuporządkowanym amorficznym ciałem stałym. Nowa generacja krzemowych wnęk optycznych wykonanych z pojedynczego kryształu krzemu utrzymywanego w temperaturach kriogenicznych powoduje, że są one o cały  rząd wielkości bardziej stabilne. To podstawowa zaleta naszej pracy, mówi Colin Kennedy, jeden z autorów badań.
      Tak jak się spodziewano, nie zaobserwowano oscylacji podstawowych stałych fizycznych spowodowanych oddziaływaniem z ciemną materią. Oznacza to, że dla cząstek ciemnej materii o masie od 4,5 x 10-16 aż do 1 x 10-19 eV możliwa siła oddziaływań definiowana przez α jest nawet pięciokrotnie mniejsza niż obecnie zakładana. Dla stałej me i cząstek o masie 2 x 10-19 po 2 x 10-21 eV siła ta jest nawet 100-krotnie mniejsza.
      Ze szczegółami można zapoznać się w pracy Precision Metrology Meets Cosmology: Improved Constraints on Ultralight Dark Matter from Atom-Cavity Frequency Comparisons

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Proponowany przez nas mechanizm wskazuje, że ilość ciemnej materii mogła zostać określona podczas kosmologicznej zmiany fazy, mówi doktor Michael Baker z University of Melbourne. Jest on współautorem nowej teorii dotyczącej pochodzenia ciemnej materii we wszechświecie. Praca, opisująca jak rozszerzające się bąble we wczesnym wszechświecie zdecydowały o ilości ciemnej materii, została opublikowana na łamach Physical Review Letters.
      Takie przejścia fazy miały miejsce we wczesnym wszechświecie i są podobne do bąbli gazu powstających w gotującej się wodzie. Wykazaliśmy, że cząstkom ciemnej materii jest bardzo ciężko dostać się do wnętrza tych bąbli, co pozwala na wyjaśnienie ilości ciemnej materii obserwowanej we wszechświecie, dodaje Baker.
      Zamiast tego cząstki ciemnej materii odbijają się od powierzchni bąbli i ulegają szybkiej anihilacji. Gdy okres przejścia fazowego się kończy, bąble łączą się i pozostaje jedynie ta ciemna materia, której udało się wcześniej trafić do ich wnętrza. To ma wyjaśniać ilość ciemnej materii widocznej obecnie we wszechświecie. W wyniku działania takiego mechanizmu pozostają cząstki ciemnej materii o masach liczonych od TeV po przekraczające PeV.
      Wiemy, że ciemna materia istnieje i niewiele więcej. Jeśli składa się ona z nieznanych cząstek, to jest szansa, że wykryjemy je w laboratorium. Wtedy będziemy mogli określić ich właściwości, takie jak masa czy interakcje z innymi cząstkami, dodaje Baker.
      Prace, w których brali udział też profesorowie Andrew Long z Rice University oraz Joachim Kopp z CERN i Uniwersytetu w Moguncji, wskazują na nowy cel dla eksperymentów mających na celu znalezienie ciemnej materii. Bardzo ekscytującym aspektem naszej teorii jest fakt, że pasuje ona do cząstek ciemnej materii, które mają masę znacznie większą niż większość innych kandydatów, jak np. słynne WIMP (słabo oddziałujące masywne cząstki), na których skupiała się znaczna część dotychczasowych badań. Nasza teoria wskazuje, że poszukiwania cząstek ciemnej materii można rozszerzyć na większe masy, mówi profesor Kopp.
      Nowa teoria może być niezwykle ważna dla przyszłości badań naukowych w Australii. W stanie Victoria w byłej kopalni złota powstaje właśnie Stawell Underground Physics Laboratory. Ta położona kilometr pod powierzchnią ziemi instalacja będzie pierwszym podziemnym laboratorium fizyki cząstek na Półkuli Południowej. Będą tam prowadzone liczne eksperymenty, mające na celu znalezienie ciemnej materii. Nowe badania mogą pomóc w ich zaprojektowaniu i przeprowadzeniu.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Jak wiemy z teorii kwantowej, cząstki mogą jednocześnie przyjmować dwa różne stany. To superpozycja. Podręczniki mówią, że akt obserwacji czy też pomiaru stanu cząstek, prowadzi do kolapsu funkcji falowej, czyli zniszczenia superpozycji, i cząstka zajmuje tylko jedną lokalizację. Fizycy spierają się, jak do tego dochodzi. Teraz jedno z najpowszechniej przyjętych wyjaśnień, które zakłada rolę grawitacji w kolapsie, otrzymało poważny cios w postaci badań przeprowadzonych w słynnym włoskim Laboratorium Narodowym Gran Sasso.
      Hipoteza o roli grawitacji bierze swoje początki w pracach dwóch węgierskich fizyków, Károlyházego Frigyesa w latach 60. i Lajosa Diósiego w latach 80. Podstawę ich teorii stanowi stwierdzenie, że pole grawitacyjne obiektu wykracza poza teorię kwantową. Gdy cząstka zostaje wprowadzona w superpozycję, jej pole grawitacyjne próbuje tego samego, lecz nie jest w stanie długo jej utrzymać. Dochodzi do kolapsu, który pociąga za sobą kolaps superpozycji cząstki. Wielkim zwolennikiem grawitacyjnego kolapsu – który rezygnuje z antropocentrycznej koncepcji obserwatora – jest wybitny matematyk Roger Penrose.
      Od dawna twierdzi on, że spontaniczne załamanie superpozycji, a więc lokalizacja cząstki, ma związek z geometrią czasoprzestrzeni, zatem z grawitacją. Stwierdził on wprost, że do załamania superpozycji dochodzi, gdy mamy do czynienia z sytuacjami, które w dostatecznym stopniu różnią się geometrią czasoprzestrzeni.
      Dotychczas jednak wydawało się, że nie jest możliwe przeprowadzenie badań dowodzących prawdziwości powyższej teorii. Sam Diosi, który jest jednym ze współautorów eksperymentu w Gran Sasso, mówi, że przez 30 lat był "krytykowany we własnym kraju za spekulacje na temat czegoś, czego nie można przetestować".
      Najnowsze osiągnięcia nauki umożliwiły jednak to, co do niedawna było niemożliwe. Naukowcy stwierdzili, że cząstka, która podlega kolapsowi, gwałtownie zmieni pozycję, co doprowadzi do ogrzania systemu, którego jest częścią. To tak, jakby dodatkowo ją popchnąć, mówi współautor badań Sandro Donadi. Jeśli taka cząstka ma ładunek, wyemituje ona foton. Jeśli zaś będziemy mieli całą grupę cząstek w superpozycji, dojdzie do zgodnej emisji.
      Grupa Diosiego, chcąc przetestować taką ideę, stworzyła detektor z dużego kryształu germanu, który miał wykrywać nadmiarową emisję promieniowania gamma oraz rentgenowskiego z jąder germanu. Kryształ został otoczony ołowianą osłoną, a eksperyment przeprowadzono w Gran Sasso, 1,4 kilometra pod powierzchnią ziemi, co miało osłonić całość od innych zakłóceń. W czasie 2 miesięcy badań detektor zarejestrował 576 fotonów. To niewiele więcej niż przewidywane dla tego eksperymentu 506 fotonów.
      Tymczasem model Penrose'a przewidywał, że pojawi się 70 000 takich fotonów. Powinniśmy zarejestrować kolapsy, ale ich nie odnotowaliśmy, zauważa biorąca udział w badaniach Cătălina Curceanu z Narodowego Instytutu Fizyki Jądrowej w Rzymie. To zaś wskazuje, że nie dochodzi do spontanicznego kolapsu pod wpływem samej tylko grawitacji.
      Jednak, jak zauważa Ivette Fuentes z University of Southampton, żeby potwierdzić uzyskane wyniki należy sztucznie stworzyć superpozycje, a nie polegać na naturalnie zachodzących procesach. Jej zespół pracuje obecnie nad stworzeniem superpozycji 100 milionów atomów sodu.
      Sam Penrose pochwalił eksperyment, jednak dodał, że nie jest on wystarczający do przetestowania prawdziwości jego modelu. Uczony zauważa, że nie jest zwolennikiem teorii o gwałtownej zmianie pozycji cząstki, gdyż może to powodować, że wszechświat zyskuje lub traci energię, co narusza podstawy fizyki. Penrose dodaje, że w czasie przerwy spowodowanej pandemią udoskonalał swój model. W jego wyniku nie powstaje ciepło czy promieniowanie, dodaje.
      Fizyk teoretyczny Maaneli Derakhshani z Rutgers University mówi, że nawet jeśli sama grawitacja powoduje kolaps, to cały proces jest bardziej złożony niż pierwotny model Penrose'a.
      Praca Underground test of gravity-related wave function collapse opublikowana została na łamach Nature Physics.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W marcu teleskop kosmiczny Swift zauważył impuls radiowy pochodzący z Drogi Mlecznej. W ciągu tygodnia okazało się, że nowym źródłem promieniowania rentgenowskiego – Swift J1818.0–1607 – jest magnetar. To rzadki typ wolno obracającej się gwiazdy neutronowej. Cechą charakterystyczną magnetarów są ich niezwykle silne pola magnetyczne, które należą do najsilniejszych we wszechświecie.
      Nowo odkryty obiekt porusza się z prędkością 1,4 obrotu na sekundę i jest najszybciej obracającym się magnetarem. Jest też prawdopodobnie jedną z najmłodszych gwiazd neutronowych w Drodze Mlecznej. Co więcej, okazało się, że emituje on impulsy radiowe podobne do tych emitowanych przez pulsary. To dopiero piąty znany nam magnetar, w którego przypadku stwierdzono taką emisję, co czyni Swift J1818.0–1607 wyjątkowo rzadkim znaleziskiem.
      Naukowcy z ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) poinformowali właśnie, że impulsy z magnetara mają bardzo strome spektrum radiowe. Stają się znacznie słabsze, gdy przechodzimy od niskich do wysokich częstotliwości radiowych. Spektrum to jest nie tylko bardziej strome od pozostałych 4 magnetarów emitujących fale radiowe, ale też od 90% znanych nam pulsarów. Uczeni stwierdzili również, że w ciągu 2 tygodni magnetar stał się 10-krotnie jaśniejszy.
      Dla porównania, wszystkie pozostałe magnetary emitujące fale radiowe mają stałą jasność w tym zakresie. Kolejne analizy wykazały, że badany magnetar ma wiele podobnych właściwości do pulsara PSR J1119–6127. W 2016 roku zarejestrowano podobny do magnetarów rozbłysk tego pulsara. Wówczas doświadczył on gwałtownego wzrostu jasności i pojawiło się u niego strome spektrum radiowe. Jeśli rozbłysk pulsara i Swift J1818.0–1607 ma takie samo źródło, to z czasem badany magnetar powinien zyskać podobne spektrum, jak inne magnetary radiowe.
      Jak już wspomnieliśmy, Swift J1818.0–1607 jest jedną z najmłodszych gwiazd neutronowych. Naukowcy szacują jego wiek na 240–320 lat.
      Główny autor badań, Marcus Lower, zaproponował wyjaśnienie niezwykłych właściwości gwiazdy. Swift J1818.0–1607 mogła rozpocząć życie jako zwykły pulsar. Z czasem tempo jego obrotu mogło stać się podobne do tempa obrotu magnetara. Mogło się tak stać, jeśli biegun magnetyczny i biegun obrotu gwiazdy neutronowej szybko się wyrównają lub gdy materiał z supernowej opadnie na gwiazdę neutronową.
      O niezwykłej gwieździe można przeczytać na łamach Astrophysical Journal Letters.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Fizycy z Uniwersytetu w Sztokholmie i Instytutu Fizyki im. Maxa Plancka zaproponowali rewolucyjny sposób na zarejestrowanie istnienia ciemnej materii. Uczeni chcą wykorzystać plazmę i specyficzną antenę do zarejestrowania aksjonów. Jedna z teorii mówi, że jeśli aksjony istnieją, to właśnie one mogą tworzyć ciemną materię.
      Szukanie aksjonów jest jak dostrajanie radia. Trzeba ustawić antenę tak, by złapać odpowiednią częstotliwość. W tym wypadku zamiast muzyki 'usłyszymy' ciemną materię, przez którą podróżuje Ziemia. Przez ostatnie trzy dekady, od czasu nadania im nazwy przez Franka Wilczka, aksjony były jednak ignorowane i nie poszukiwano ich metodami eksperymentalnymi, mówi główny autor obecnych badań, doktor Alexander Millar z Uniwersytetu w Sztokholmie.
      Z przeprowadzonych właśnie badań wynika,że wewnątrz pola magnetycznego aksjony powinny wytwarzać niewielkie pole magnetyczne, które można wykorzystać do wywołania oscylacji w plazmie. Te oscylacje wzmocnią sygnał z aksjonów, dzięki czemu możemy uzyskać lepsze 'aksjonowe radio'. Zwykle podobne eksperymenty prowadzi się w rezonatorach, jednak to, co proponują uczeni ze Szwecji i Niemiec ma olbrzymią zaletę – brak tutaj ograniczeń co do możliwości wzmacniania sygnału. Różnica jest taka, jak pomiędzy próbami złapania sygnału z krótkofalówki albo z radiowej wieży nadawczej.
      Bez zimnej plazmy nie może dojść do konwersji aksjonów w światło. Plazm odgrywa tutaj podwójną rolę. Tworzy środowisko pozwalające na konwersję i dostarcza plazmonów zbierających energię przemienionej ciemnej materii, mówi doktor Matthew Lawson ze Sztokholmu. To całkowicie nowy sposób poszukiwania ciemnej materii, który pozwoli na poszukiwanie w zupełnie niebadanych obszarach jednego z najlepszych kandydatów do tego miana, dodaje Millar.
      Rolę 'aksjonowego radia' ma odegrać coś, co naukowy nazwali 'drucianym metamateriałem'. Ma to być zbiór przewodów cieńszych od ludzkiego włosa, które mogą być poruszane, by zmienić częstotliwość drgań plazmy. Jeśli umieści się je wewnątrz silnego magnesu, takiego, jakie są używane w maszynach do rezonansu magnetycznego, 'druciany metamateriał' stanie się bardzo czułą anteną nasłuchującą aksjony. Urządzenie takie zostało nazwane haloskopem plazmowym.
      Naukowcy z Uniwersytetu w Sztokholmie i Instytutu Maxa Plancka prowadzili co prawda badania teoretyczne, ale ściśle przy tym pracowali z grupą eksperymentatorów z Berkeley. Teraz Amerykanie zajmują się pracami koncepcyjymi nad odpowiednim eksperymentem i mają nadzieję, że w najbliższej przyszłości uda im się zbudować odpowiednie urządzenie do poszukiwania aksjonów. Haloskopy plazmowe to jeden ze sposobów na poszukiwanie aksjonów. Fakt, że ludzie zajmujący się badaniami eksperymentalnymi tak szybko zainteresowali się naszą pracą jest bardzo ekscytujący i daje nadzieję, że zostaną przeprowadzone odpowiednie eksperymenty, cieszy się Millar.
      Ze szczegółami badań można zapoznać się na łamach Physical Review Letters.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...