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

IFJ PAN: mikrokwazar pomaga odkryć tajemnice swoich wielkich odpowiedników

Recommended Posts

Wieloletnie obserwacje mikrokwazara SS 433 pozwoliły zidentyfikować szczegóły procesów odpowiedzialnych za produkcję wysokoenergetycznego promieniowania i lepiej poznać jego odległych masywnych kuzynów: kwazary - informuje IFJ PAN.

Podczas obserwacji mikrokwazaru SS 433 przeprowadzonych w obserwatorium High-Altitude Water Cherenkov Gamma-Ray Observatory (HAWC) po raz pierwszy zarejestrowano promieniowanie gamma o energiach powyżej 25 TeV. Uważna analiza danych doprowadziła z kolei do zaskakujących wniosków dotyczących miejsc i mechanizmów odpowiedzialnych za produkcję tego promieniowania. Wyniki badań zostały właśnie zaprezentowane na łamach prestiżowego czasopisma naukowego Nature.

O badaniach poinformował PAP Instytut Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk (IFJ PAN) w Krakowie, którego pracownicy uczestniczyli w badaniach.

Kwazary - jak podkreśla IFJ PAN w przesłanej PAP informacji – należą do najbardziej niezwykłych, a jednocześnie najjaśniejszych obiektów Wszechświata. Siłą napędową kwazara jest znajdująca się w jego centrum supermasywna czarna dziura, otoczona dyskiem akrecyjnym, uformowanym przez spadającą materię.

Kwazary są źródłami ekstremalnie intensywnego promieniowania elektromagnetycznego, które obejmuje niemal całe spektrum: od fal radiowych po wysokoenergetyczne promieniowanie gamma. Jednak – jako rodzaj galaktycznych jąder – kwazary z definicji są obiektami od nas odległymi. Najbliższy spośród nich, napędzany szaleńczo wirującymi wokół siebie supermasywnymi czarnymi dziurami Markarian 231, gości w jądrze galaktyki oddalonej o 600 milionów lat świetlnych. Nie jest to niestety dystans sprzyjający prowadzeniu wysokorozdzielczych obserwacji, które ułatwiłyby zrozumienie natury zachodzących tu procesów.

Naukowcy mogą jednak uciec się do obserwacji... kwazarów w miniaturze. Jak zauważa IFJ PAN, to, co kwazar wyczynia w skali galaktyki, mikrokwazar robi w skali układu gwiazdowego.

Czarne dziury Markariana 231 są gigantyczne: mniejsza ma masę 4 milionów mas Słońca, większa aż 150 milionów. Z kolei najbliższy nam mikrokwazar, znajdujący się w tle gwiazdozbioru Orła SS 433, jest układem podwójnym o radykalnie mniejszych rozmiarach. Znajduje się tu bardzo gęsty obiekt - prawdopodobnie czarna dziura o masie kilku słońc, będąca pozostałością po wybuchu supernowej. Pożera ona materię z dysku akrecyjnego zasilanego wiatrem gwiazdowym napływającym z pobliskiego nadolbrzyma o typie widmowym A (podobną gwiazdą, doskonale widoczną na nocnym niebie, jest Deneb, najjaśniejszy obiekt gwiazdozbioru Łabędzia). Całą tę malowniczą parę, wirującą wokół siebie w imponującym tempie 13 dni i otoczoną mgławicą W50, dzieli od Ziemi dystans zaledwie 18 tys. lat świetlnych.

Zarówno kwazary, jak i mikrokwazary, mogą generować dżety, czyli bardzo wąskie i bardzo długie strugi materii, emitowane w obu kierunkach wzdłuż osi rotacji obiektu – tłumaczy cytowana w informacji prasowej dr hab. Sabrina Casanova, prof. IFJ PAN. Dżety są tworzone przez cząstki rozpędzone do prędkości nierzadko bliskich prędkości światła. Pod względem prędkości dżety z SS 433 nie są jednak specjalnie imponujące: osiągają zaledwie 26 proc. prędkości światła.

Jak jednak podkreśla dr hab. Casanova, ważniejsze jest tu coś innego: Większość obserwowanych kwazarów ma dżety mniej lub bardziej, ale jednak skierowane w naszą stronę. Taka orientacja utrudnia rozróżnienie szczegółów. Natomiast mikrokwazar SS 433 był na tyle uprzejmy, że skierował swoje dżety nie ku nam, a niemal prostopadle do kierunku, w którym patrzymy. Zatem nie dość, że mamy obiekt niemal pod ręką, to jeszcze jest on ustawiony optymalnie, jeśli chodzi o obserwacje takich detali, jak miejsca, gdzie powstaje promieniowanie – stwierdza badaczka.

SS 433 jest jednym z zaledwie kilkunastu kwazarów znajdujących się w naszej galaktyce - a do tego, jako jeden z nielicznych, emituje promieniowanie gamma. Przez 1017 dni promieniowanie to było rejestrowane w obserwatorium HAWC, pracującym na wysokości ponad 4100 m n.p.m. na zboczu meksykańskiego wulkanu Sierra Negra. Zbudowany tu detektor składa się z 300 stalowych zbiorników z wodą, wyposażonych w fotopowielacze wrażliwe na ulotne błyski świetlne, znane jako promieniowania Czerenkowa. Pojawia się ono w zbiorniku, gdy wpadnie do niego cząstka poruszająca się z prędkością większą od prędkości światła w wodzie.

Kluczowe znaczenie ma fakt, że część błysków pochodzi od cząstek wygenerowanych wskutek zderzeń wysokoenergetycznych kwantów gamma z ziemską atmosferą. Odpowiednia analiza błysków w zbiornikach pozwala zidentyfikować ich przyczynę. W ten sposób każdej doby HAWC pośrednio rejestruje fotony gamma o energiach od 100 gigaelektronowoltów (GeV) do 100 teraelektronowoltów (TeV). Są to energie nawet trylion razy większe od energii fotonów światła widzialnego i kilkunastokrotnie większe od energii protonów w akceleratorze LHC.

W trakcie obserwacji SS 433 (prowadzonych na granicy możliwości rozdzielczych HAWC) naukowcom udało się zarejestrować fotony o energiach powyżej 25 TeV, tj. od 3 do 10 razy większych od raportowanych w całej historii badań mikrokwazarów. Ku zaskoczeniu badaczy w zakresie wysokoenergetycznego promieniowania gamma najjaśniejszym obiektem w układzie wcale nie był sam SS 433 - lecz znajdujące się po jego obu stronach miejsca, w których dżety urywają się, zderzając z materią odrzuconą przez supernową.

To nie koniec niespodzianek – dodaje cytowany w komunikacie dr Francisco Salesa Greus z IFJ PAN. Fotony gamma o energiach 25 TeV muszą być produkowane przez cząstki o jeszcze większych energiach. Mogłyby to być protony, ale wtedy musiałyby mieć ogromne energie, na poziomie 250 TeV. Ze zgromadzonych danych wynikało jednak, że ten mechanizm, nawet jeśli rzeczywiście działa, w przypadku SS 433 nie jest w stanie wygenerować odpowiedniej ilości promieniowania gamma – tłumaczy naukowiec.

W trakcie dalszych prac dane z HAWC zestawiono z pomiarami SS 433 w pozostałych zakresach spektralnych z innych obserwatoriów. Ostatecznie udało się ustalić, że wysokoenergetyczne kwanty gamma – lub przynajmniej ich większość – muszą być emitowane przez elektrony w dżecie w trakcie ich zderzeń z wypełniającym cały kosmos niskoenergetycznym promieniowaniem mikrofalowym tła. Powyższy mechanizm - po raz pierwszy opisany właśnie w artykule w Nature – nie mógł być wykryty w obserwacjach kwazarów z dżetami skierowanymi ku Ziemi. Mikrokwazar SS 433 pomógł więc ujawnić nie tylko własne tajemnice, ale także tajemnice najjaśniejszych latarń Wszechświata.


« powrót do artykułu

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
      Spełniły się najgorsze obawy inżynierów – teleskop w Arecibo się zawalił. Do katastrofy doszło, gdy ważąca 900 ton platforma odbiornika radioteleskopu spadła na znajdującą się 120 metrów niżej czaszę. Na szczęście – jak wcześniej informowaliśmy – już wcześniej specjaliści doszli do wniosku, że cała struktura jest niestabilna i teleskop przeznaczono do likwidacji, zatem w katastrofie nikt nie ucierpiał.
      Arecibo to jedno z najważniejszych urządzeń w historii radioastronomii. Teleskop przez ponad pół wieku służył światowej nauce, dostarczając niezwykle ważnych danych. Przez dziesięciolecia był też największym tego typu urządzeniem. Większy – FAST – wybudowali dopiero Chińczycy, jednak jego możliwości badawcze, ze względu na lokalizację oraz pracę wyłącznie w trybie pasywnym w wielu dziedzinach nie dorównują Arecibo. A raczej nie dorównywały, gdyż dzisiaj nastąpił ostateczny koniec legendarnego obserwatorium.
      Koniec, którego można się było spodziewać, ale nikt nie przypuszczał, że nastąpi tak szybko. Już kilkanaście lat temu informowaliśmy, że Narodowa Fundacja Nauki USA od lat umieszczała utrzymanie radioteleskopu na dole listy swoich priorytetów i oczywistym było, że w bliższej niż dalszej przyszłości przestanie go finansować, przeznaczając zaoszczędzone pieniądze na nowocześniejsze, bardziej obiecujące projekty. Jednak jeszcze pół roku temu mogliśmy przypuszczać, że Arecibo będzie działał jeszcze przez kilka lat.
      Początkiem końca było zerwanie się w sierpniu jednej z lin pomocniczych podtrzymujących platformę odbiornika. Spadająca lina wybiła kilkudziesięciometrową dziurę w czaszy teleskopu. Już wówczas wykonana inspekcja kazała zadać sobie pytanie o stabilność całej struktury. Postanowiono jednak naprawić radioteleskop. I gdy czekano na dostawę nowych lin na początku listopada doszło do zerwania się kolejnej liny nośnej. To zaskoczyło specjalistów, którzy oceniali, że pozostałe liny powinny bez problemu wytrzymać obciążenia. Eksperci doszli więc do wniosku, że najwyraźniej cała struktura jest bardziej osłabiona, niż się wydaje. Kolejne ekspertyzy inżynieryjne wykazały, że teleskopu nie uda się naprawić nie narażając przy tym robotników na utratę życia. Dlatego też podjęto decyzję o jego wyburzeniu. Szczegółowo o tym informowaliśmy.
      Dzisiaj w nocy upadek platformy z odbiornikiem ostatecznie zakończył historię radioteleskopu w Arecibo.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Fizycy z Niemiec i Ameryki Północnej poinformowali o planach wybudowania u wybrzeży Kanady największego na świecie obserwatorium neutrin. The Pacific Ocean Neutrino Experiment (P-ONE) ma rejestrować najbardziej energetyczne neutrina pochodzące z ekstremalnych zjawisk w Drodze Mlecznej.
      Obserwatoria neutrin rejestrują promieniowanie Czerenkowa, które pojawia się, gdy neutrino przechodzące przez Ziemię trafi w jądro atomu, co powoduje powstanie szybko poruszających się cząstek. Obecnie największym tego typu urządzeniem jest opisywane przez nas IceCube, które korzysta z licznych fotodetektorów zawieszonych na linach, które są opuszczone głęboko w lód na Biegunie Południowym. Całość zajmuje 1 km3. W 2013 roku to właśnie IceCube zarejestrował pierwsze neutrino pochodzące spoza naszej galaktyki. Niedawno informowaliśmy o wykryciu tajemniczych sygnałów, które mogą doprowadzić do rewolucji w Modelu Standardowym.
      Jak mówi Elisa Resconi w Uniwersytetu w Monachium, która stoi na czele P-ONE, wyniki uzyskane dotychczas przez IceCube dowodzą, że potrzebne są dodatkowe obserwatoria neutrin oraz rozbudowa samego IceCube. Stoimy w przededniu istnienia astronomii opartej o neutrino. Jeśli jednak będzie się ona opierała o jedno obserwatorium, to jej rozwój potrwa bardzo długo, być może całe dekady.
      P-ONE ma składać się z 7 grup po 10 lin z czujnikami. Całość ma mieć objętość 3 km3. Dzięki temu, że będzie większe, obserwatorium będzie w stanie wyłapać rzadsze neutrina o większej energii. Będzie najbardziej czułe w zakresie dziesiątku teraelektronowoltów, podczas gdy IceCube jest w stanie zarejestrować neutrina o energiach rzędu pojedynczych TeV. P-ONE będzie obserwowało też inną część nieboskłonu, wyłapując głównie neutrina z południowej hemisfery. Częściowo jednak zakres prac obu obserwatoriów będzie się nakładał, zatem możliwa będzie niezależna weryfikacja obserwacji.
      Nowe obserwatorium zostanie umieszczone na głębokości około 2,6 km, w Cascadia Basin około 200 kilometrów od wybrzeży Kolumbii Brytyjskiej. Jego budowniczowie chcą wykorzystać już istniejącą infrastrukturę. Znajduje się tam bowiem 800-kilometrowe okablowanie używane przez Ocean Networks Canada, które zasila i przesyła dane ze znajdujących się na dnie oceanu urządzeń badawczych.
      Pierwsze eksperymenty w tym miejscu rozpoczęto w 2018 roku, kiedy to opuszczono dwie liny z czujnikami i stwierdzono, że wybrane miejsce ma odpowiednie właściwości optyczne do wykrywania neutrin. Obecnie P-ONE planuje opuszczenie dodatkowej stalowej liny zawierającej spektrometry, lidary i wykrywacze mionów. Pod koniec 2023 roku ma zostać zainstalowana pierwsza część obserwatorium, pierścień z 7 linami o długości kilometra każda. Jeśli to się uda, naukowcy zwrócą się z wnioskiem o grant w wysokości 50–100 milionów USD na dokończenie budowy obserwatorium. Koszty osobowe pochłoną kolejne 100 milionów USD.
      Resconi ma nadzieję, że prace nad budową P-ONE zakończą się przed rokiem 2030, jednak przyznaje, że jest to plan bardzo ambitny. Główną niewiadomą jest działanie czujników w warunkach dużego ciśnienia, obecności soli i stworzeń morskich.
      To nie pierwszy pomysł, by umieścić obserwatorium neutrin w morzu. Już w 2014 roku pracę miał rozpocząć umieszczony w Morzu Śródziemnym KM3NeT. Dotychczas udało się zainstalować jedynie 2 z 230 lin. Obecnie planuje się, że rozpocznie on pracę w 2026 roku. Z kolei u wybrzeży Francji powstaje jeszcze inny wykrywacz. Z planowanych 115 lin umieszczono dotychczas jedynie 6. Uruchomienie planowane jest na rok 2024.
      Jak mówi Resconi, jedną z największych trudności w budowie obserwatoriów neutrin jest brak odpowiednio przeszkolonych fachowców. Fizycy wiele rzeczy robią samodzielnie. Na przykład zbudowane przez nich skrzynki, które służą do łączenia kabli na dnie morza, zawiodły. Uczona ma nadzieję, że dzięki doświadczeniu pracowników Ocean Networks Canada uda się uniknąć kolejnych błędów. Dzięki zespołowi 30–40 osób zajmujących się budową infrastruktury, fizycy mogą zająć się stroną naukową przedsięwzięcia.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Błysk promieniowania gamma utwardzi tworzywa sztuczne protez stawów. Dzięki temu przetrwają lata i nie powstaną wywołujące skutków ubocznych odłamki.
      Do wykonania poszczególnych części endoprotez wykorzystuje się różne materiały: stal nierdzewną, stopy tytanu, ceramikę. By stymulować wzrost tkanki chrzęstnej, stosuje się m.in. powłokę z nylonu. Okazuje się jednak, że w trakcie użytkowania powstają odpryski, które drażnią tkanki, prowadząc do bolesnego stanu zapalnego.
      W swoich najnowszych badaniach Maoquan Xue z Changzhou Institute of Light Industry Technology oceniał skutki dodania ceramicznych cząstek i włókien do dwóch materiałów do powlekania endoprotez: 1) polietylenu bardzo wysoko molekularnego o dużej gęstości (UHMWPE) i 2) polieteroeteroketonu (PEEK). Obecnie ani UHMWPE, ani PEEK nie sprawują się wystarczająco dobrze przy naprężeniach powstających w trakcie codziennego użytkowania. Długie łańcuchy polimerowe dobrze rozprowadzają przyłożone siły, co przekłada się na szybkie powstawanie szczelin.
      Gdy jednak do materiału doda się cząstki ceramiczne i kompozyt podda się oddziaływaniu błysku promieniowania gamma, główne łańcuchy polimerowe ulegają rozerwaniu, bez wpływu na ogólną strukturę sztucznej chrząstki. Nie powstają mikroszczeliny, bo łańcuch nie rozciąga się nadmiernie pod wpływem działających sił. Xue uważa, że kompozyt może być bardziej biokompatybilny, co zmniejsza ryzyko odrzucenia przeszczepu. Wskazuje m.in. na większą receptywność w stosunku do osteocytów lub komórek macierzystych.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Promieniowanie gamma jest dla człowieka niebezpieczne. Wysokie dawki powodują śmierć, a chroniczna ekspozycja wiąże się z nowotworami. Don Luckey, emerytowany profesor University of Missouri, wierzy jednak, że kontrolowane i krótkotrwałe naświetlanie małymi dawkami może znacząco poprawić stan zdrowia (International Journal of Low Radiation).
      W przeszłości naukowiec ten był konsultantem dietetycznym NASA podczas misji Apollo i przez lata rozwijał teorię korzystnego oddziaływania na zdrowie za pomocą niskich dawek promieniowania. Profesor dowodzi, że podobnie jak w przypadku witamin czy metali śladowych, w organizmie człowieka może dochodzić do jego niedoboru.
      Na poparcie swoich tez Luckey przytacza wyniki ponad 3 tys. różnych badań, podczas których wykazano, że napromieniowanie może dawać wymierne korzyści fizjologiczne. Wystawienie na oddziaływanie niskich dawek zwiększa aktywność białych krwinek i enzymów oraz produkcję przeciwciał, wspomaga leczenie ran i zmniejsza częstość infekcji.
      Amerykanin ubolewa, że ludzie odwrócili się od opisywanej przez niego metody wspomagania swojego organizmu. Kiedyś naukowcy eksperymentowali z materiałami radioaktywnymi, a napromieniowanie uznano za panaceum na wszystko. Potem pojawiły się jednak antybiotyki, rozwinął się przemysł farmaceutyczny i wyszło na jaw, że wysokie dawki promieniowania mogą być śmiertelne.
      W medycynie stosuje się promienie gamma w leczeniu nowotworów, ale nie wspomina się o ich wykorzystaniu w przypadku innych jednostek nozologicznych. Luckey ma nadzieję, że uda mu się to zmienić. Wg profesora, wyewoluowaliśmy w taki sposób, by radzić sobie ze stałą obecnością promieniowania jonizującego w środowisku. Były współpracownik NASA sugeruje, że sprawę niedoborów promieniowania można by rozwiązać poprzez medyczne wykorzystanie małych próbek częściowo ekranowanych odpadów radioaktywnych. Ubolewa on też nad tym, że ludzkość skupiła się na szkodliwości promieniowania i na minimalnych dopuszczalnych dawkach.
      Profesor André Maïsseu, redaktor naczelny International Journal of Low Radiation, uznaje inicjatywę Luckeya za bardzo interesującą i podbudowaną naukowo.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Zaledwie pięćdziesiąt lat po ostatnim teście bomby jądowej na pacyficznym atolu Bikini w obrębie Wysp Marshalla ponownie rozwijają się tam koralowce. Taki wniosek wypływa z badań przeprowadzonych przez wielonarodowy zespół specjalistów w dziedzinie biologii mórz.
      Jednym z najważniejszych punktów, w których dokonywano obserwacji, jest krater Bravo. Został on wydrążony siłą wybuchu najsilniejszej zdetonowanej kiedykolwiek przez Amerykanów bomby. Miała ona moc 15 megaton - to około tysiąc razy więcej niż pocisk zrzucony na Hiroszimę. Powstały w wyniku eksplozji otwór w dnie ma dwa kilometry średnicy i 73 metry głębokości w najgłębszym miejscu. Wybuchy tej wielkości potrafią rozgrzać lokalnie wodę do temperatury 55 000 stopni Celsjusza.
      Biorąca udział w projekcie Zoe Richards opisała swoje wrażenia z nurkowania w tym rejonie następująco: Nie wiedziałam, czego powinnam się spodziwać - być może jakiegoś "krajobrazu księżycowego". Ale wrażenia były niesamowite: ujrzeliśmy ogromne połacie dna morskiego porośnięte koralowcem [z rodziny] Porites.
      Niestety, w obrębie atolu zaobserwowano też dotkliwe straty dla lokalnego ekosystemu. W porównaniu do lat 50., w obrębie miejsca testów wyginęły 42 gatunki koralowców, z czego co najmniej 28 zniknęło z tego obszaru właśnie z powodu wybuchów nuklearnych. Większość z utraconych zwierząt była jednak ściśle przystosowana do życia w obrębie laguny, co zmniejszało ich wytrzymałość na czynniki środowiskowe, w tym promieniowanie.
      Inny członek zespołu, Maria Beger, opowiedziała o pomiarach intensywności promieniowania w tym rejonie: Intensywność promieniowania gamma nie różniła się znacznie od spotykanej codziennie w centrum dużego miasta. Gdy jednak po wynurzeniu zbliżyliśmy licznik Geigera do kokosa, który naturlnie wchłania i zatrzmuje substancje z gleby, licznik dosłownie wariował.
      Niedługo po zakończeniu eksperymentów z ładunkami jądrowymi rząd amerykański postanowił wesprzeć akcję dekontaminacji, czyli usuwania radioaktywnych resztek z atolu. Mimo to produkty rolnicze z tego obszaru wciąż są w większości niejadalne.
      Najprawdopodobniej przyczyną szybkiego odtworzenia biocenozy tego obszaru jest fakt, że na koralowce zadziałał co prawda bardzo silny, lecz pojedynczy czynnik stresowy. Jeśli dokładniejsza analiza fizjologii przetrwałych zwierząt potwierdzi to przypuszczenie, naukowcy mają szansę zdobyć wiele cennych wskazówek na temat odnowy różnorodności biologicznej podobnych środowisk.
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...