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
      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
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Pulsary to szybko obracające się obiekty, które mieszczą nawet ponad 140% masy Słońca w kuli o średnicy zaledwie 20 kilometrów. Mają one niezwykle silne pole magnetyczne i emitują fale radiowe na każdym z biegunów magnetycznych. Jako, że ich rotacja jest niezwykle stabilna, impulsy z wirujących pulsarów docierają do Ziemi z regularnością zegara atomowego. Olbrzymia masa, niewielkie rozmiary i precyzja zegara atomowego to cechy, dzięki którym naukowcy mogą wykorzystać pulsary do testowania ogólnej teorii względności Einsteina.
      Teoria ta przewiduje, że czasoprzestrzeń jest zaginana w pobliżu masywnych obiektów. Jednym z teoretycznie przewidywanych skutków takiego zagięcia czasoprzestrzeni jest jej wpływ na precesję pulsarów w układzie podwójnym. Wpływ ten bierze się z przesunięcia wektorów wirujących pulsarów w stosunku do całkowitego wektora momentu obrotowego układu podwójnego. Prawdopodobnie przyczyna tkwi w asymetrycznej eksplozji supernowych. Powstają w ten sposób zaburzenia precesji, które możemy obserwować, testować i sprawdzać, czy zgadzają się one ze zjawiskami opisanymi przez teorię Einseina.
      Naukowcy z Instytutu Radioastronomii im. Maxa Plancka poinformowali właśnie o wieloletnich wynikach obserwacji pulsaru PSR J1906+0746. Gdy obiekt ten został odkryty w 2004 roku wyglądał jak każdy inny pulsar. Można było obserwować dwa spolaryzowane impulsy wysyłane z obu biegunów przy każdym obrocie. Gdy jednak naukowcy kilka miesięcy po odkryciu przyjrzeli się mu po raz drugi okazało się, że do Ziemi dociera tylko jeden impuls. Rozpoczęto więc badania, które trwały od roku 2004 do 2018, a które prowadził zespół Gregory'ego Desvignesa.
      Okazało się, że zniknięcie jednego z sygnałów było związane z precesją pulsaru. PSR J1906+0746 wykonuje pełen obrót co 144 milisekundy, a co 4 godziny obiega towarzyszący mu pulsar. Niemieccy badacze zauważyli, że początkowo przy każdym obrocie do Ziemi docierały dwa impulsy „północny” i „południowy”. Z czasem impuls „północny” zanikł. Szczegółowe badania polaryzacji impulsów pozwoliły naukowcom na stworzenie modelu, który prognozuje właściwości docierających do Ziemi impulsów na przestrzeni najbliższych 50 lat. Gdy model, oparty na ogólnej teorii względności Einsteina, porównano z danymi obserwacyjnymi, okazało się, że wszystko idealnie do siebie pasuje, a oparte na nim przewidywania są obarczone mniejszym błędem niż te opierające się na obecnym modelu referencyjnym. Wszystko zaś zgadza się z przewidywaniami Einsteina.
      Pulsary pozwalają nam badać grawitację w unikatowy sposób. To piękny przykład takich badań, mówi Ingrid Stairs z University of British Columbia.
      Opracowany model pozwala też przewidzieć pojawiania się i zanikanie „północnego” i „południowego” impulsu z PSR J1906+0746. Impuls „południowy” zniknie nam z pola widzenia około roku 2028 i będzie widoczny ponownie w latach 2070–2090. Z kolei impuls „północny” będzie można obserwować w latach 2085–2105.
      PSR J1906+0746 znajduje się w odległości 25 000 lat świetlnych od Ziemi, w Gwiazdozbiorze Orła.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Resweratrol, polifenol występujący głównie w skórkach winogron, ale także w orzeszkach ziemnych czy owocach morwy i czarnej porzeczce, pomaga zachować masę i siłę mięśni szczurów wystawionych na oddziaływanie warunków grawitacyjnych przypominających Marsa.
      Mikrograwitacja osłabia mięśnie i kości. Po zaledwie 3 miesiącach w kosmosie ludzkie mięśnie płaszczkowate zmniejszają się o 1/3. Towarzyszy temu utrata włókien wolnokurczliwych, których potrzebujemy dla wytrzymałości - wyjaśnia dr Marie Mortreux z Harvardzkiej Szkoły Medycznej.
      By umożliwić astronautom bezpieczne odbywanie długich misji na Marsie, trzeba więc opracować strategie ograniczania negatywnego wpływu na mięśnie.
      Kluczowe będą strategie dietetyczne, zwłaszcza że astronauci podróżujący na Marsa nie będą mieli dostępu do maszyn do ćwiczeń takich jak na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.
      Świetnym kandydatem wydaje się resweratrol, który poddawano wielu badaniom pod kątem właściwości przeciwzapalnych, antyoksydacyjnych czy przeciwcukrzycowych.
      Ponieważ u szczurów wykazano, że w warunkach całkowitego odciążenia będącego analogiem mikrograwitacji podczas lotu kosmicznego resweratrol pomaga zachować masę kostną i mięśniową, podejrzewaliśmy, że umiarkowana codzienna dawka polifenolu sprawdzi się również przy zapobieganiu spadkowi kondycji mięśni w warunkach grawitacyjnych Marsa.
      Oddając warunki grawitacyjne Marsa, naukowcy zastosowali podejście opracowane przez dr Mary Bouxsein dla myszy. Szczury w uprzęży podwieszano na łańcuszku z sufitu klatki.
      Podczas eksperymentu 24 samce szczurów przez 14 dni wystawiano na oddziaływanie grawitacji ziemskiej lub stanowiącej odpowiednik grawitacji z Marsa (40% grawitacji ziemskiej). W każdej grupie połowa gryzoni dostawała wodę z resweratrolem w dawce 150 mg/kg masy ciała dziennie. Reszta piła zwykłą wodę. Poza tym wszystkie zwierzęta jadły tę samą karmę.
      Co tydzień mierzono obwód łydki oraz siłę chwytu przedniej i tylnej łapy. Po upływie 2 tygodni przeprowadzono badanie histologiczne mięśni łydki.
      Tak jak oczekiwano, symulacja warunków z Marsa doprowadziła do osłabienia siły uchwytu, zmniejszenia obwodu łydki, masy mięśniowej i zawartości włókien wolnokurczliwych. Okazało się jednak, że suplementacja polifenolem sprawiła, że siła chwytu łap była niemal taka sama, jak u niesuplementowanych zwierząt z warunków ziemskich.
      Co ważne, resweratrol w pełni ochronił masę mięśniową (mięsień płaszczkowaty i brzuchaty) szczurów z symulowanych warunków z Marsa, a zwłaszcza ograniczył utratę włókien wolnokurczliwych. Ochrona nie była jednak całkowita; doszło bowiem do pewnego spadku obwodu łydki (spadła średnia powierzchnia przekroju włókien obu wymienionych mięśni).
      Resweratrol nie wpłynął ani na spożycie pokarmów, ani na całkowitą wagę ciała.
      Mortreux podkreśla, że wcześniejsze badania nad resweratrolem mogą pomóc w wyjaśnieniu uzyskanych wyników. Ważnym czynnikiem jest tu zapewne insulinowrażliwość. U zwierząt odciążonych bądź z cukrzycą resweratrol sprzyja wzrostowi mięśni, zwiększając insulinowrażliwość i wychwyt glukozy we włóknach mięśniowych. Ma to spore znaczenie dla astronautów, u których podczas lotów dochodzi do spadku insulinowrażliwości.
      Amerykanka dodaje, że nie bez znaczenia są też właściwości przeciwutleniające resweratrolu.
      Konieczne są dalsze badania, które pomogą ocenić wchodzące w grę mechanizmy, a także wpływ różnych dawek resweratrolu (do 700 mg/kg masy ciała dziennie) na samce i samice. Dodatkowo trzeba będzie ocenić, czy resweratrol nie wchodzi w niekorzystne interakcje z lekami podawanymi astronautom w czasie misji.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Astronomowie odkryli gwiazdę, która porusza się z prędkością 4 000 000 km/h i jak się wydaje, została przyspieszona przez pobliską supernową. Dzięki jej wąskiemu ogonowi oraz temu, że możemy obserwować ją pod odpowiednim kątem, wyśledziliśmy miejsce narodzin tej gwiazdy, mówi Frank Schinzel z National Radio Astronomy Observatory w Nowym Meksyku.
      Pulsar jest obserwowany za pomocą Fermi Gamma-ray Space Telescope oraz Karl G. Jansky Very Large Array w Nowym Meksyku.
      Pulsary to bardzo szybko obracające się gwiazdy neutronowe, jądra wielkich gwiazd, które się zapadły. Ten obecny, PSR J0002+6216 został po raz pierwszy zauważony w 2017 roku. Schinzel i jego koledzy zabrali się wówczas za analizę danych z okresu 10 lat i obliczyli z jaką prędkością i w jakim kierunku pulsar się przemieszcza.
      J0002 jest odległy od Ziemi o 6500 lat świetlnych i znajduje się w odległości 53 lat świetlnych od pozostałości supernowej CTB 1. Za nim ciągnie się długi na 13 lat świetlnych ogon energii magnetycznej i cząstek, który wskazuje dokładnie na CTB 1.
      Przed około 10 000 lat doszło do wybuchu supernowej, której pozostałościami jest CTB 1. Eksplozja wyrzuciła w przestrzeń J0002.
      Według dostępnych danych gwiazda porusza się szybciej niż 99% znanych pulsarów. Prędkość przeciętnego pulsara jest 5-krotnie mniejsza. Ma wystarczająca prędkość, by opuścić naszą galaktykę.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W artykule, opublikowanym właśnie na łamach Physical Review Letters, grupa fizyków wysunęła hipotezę, że fale dźwiękowe... posiadają masę. To zaś by oznaczało, że mogą odczuwać bezpośredni wpływ grawitacji. Uczeni sugerują, że fonony w polu grawitacyjnym mogą posiadać masę. Można by się spodziewać, że zagadnienia z zakresu fizyki klasycznej, takie jak to, są od dawna rozstrzygnięte, mówi główny autor artykułu, Angelo Esposito z Columbia University. Wpadliśmy na to przypadkiem, dodaje.
      W ubiegłym roku Alberto Nicolis z Columbia University i Riccardo Penco z Carnegie Mellon University zasugerowali, że fonony mogą mieć masę w materii nadciekłej. Esposito i jego zespół twierdzą, że efekt ten można obserwować też w innych ośrodkach, w tym w zwykłych płynach, ciałach stałych oraz w powietrzu.
      Mimo, że masa niesiona przez fonon jest niewielka i wynosi około 10-24 grama, może być mierzalna. Jednak, jeśli próbujemy ją zmierzyć, okaże się że jest ona ujemna, zatem fonon będzie „spadał do góry”, czyli oddalał się od źródła grawitacji.
      Gdyby ich masa była dodatnia, opadałyby w dół. Jako, że jest ujemna, opadają w górę, mówi Riccardo Penco. Przestrzeń na jakiej „opadają” jest równie niewielka, co ich masa i zależy od medium, przez który fonon się przemieszcza. W wodzie, gdzie dźwięk przenosi się z prędkością 1,5 kilometra na sekundę, ujemna masa fononu powoduje, że odchylenie wynosi 1 stopień na sekundę. Taki odchylenie bardzo trudno zmierzyć.
      Nie jest to jednak niemożliwe. Zdaniem Esposito można by tego dokonać w ośrodku, w którym dźwięk przemieszcza się bardzo wolno. Wykonanie pomiaru powinno być możliwe np. w nadciekłym helu, gdzie prędkość dźwięku może spaść do kilkuset metrów na sekundę. Alternatywnym sposobem dla poszukiwania miniaturowych skutków przechodzenia fononu przez egzotyczne ośrodki może być szczegółowe badania bardzo intensywnych fal dźwiękowych.
      Z wyliczeń zespołu Esposito wynika, że trzęsienie ziemi o sile 9 stopni powinno uwolnić tyle energii, że zmiana przyspieszenia dźwięku w polu grawitacyjnym powinna być mierzalna za pomocą zegarów atomowych. Co prawda obecnie dostępna technologia nie jest wystarczająco czuła, by wykryć pole grawitacyjne fal sejsmicznych, ale w przyszłości powinno być to możliwe.
      Zanim nie przeczytałem tego artykułu, sądziłem, że fale dźwiękowe nie przenoszą masy, mówi Ira Rothstein z Carnegie Mellon University. To ważne badania, gdyż okazuje się, że w fizyce klasycznej, o której sądzimy, że ją rozumiemy, można znaleźć coś nowego. Wystarczy dokładnie się przyjrzeć, by znaleźć niezbadane obszary.
      Esposito nie wie, dlaczego dotychczas nikt nie wpadł na ten pomysł, co jego zespół. Może dlatego, że zajmujemy się fizyką wysokich energii, więc grawitacja to nasz chleb powszedni. To nie żadne teoretyczne czary-mary. Można było wpaść na to już przed wielu laty.

      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...