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

Plazma kwarkowo-gluonowa może być zapalnikiem wybuchu supernowych

Recommended Posts

W bardzo masywnych gwiazdach może powstawać plazma kwarkowo-gluonowa – ustaliła międzynarodowa grupa badaczy pod kierunkiem dra hab. Tobiasa Fischera z UWr. Ich zdaniem pojawienie się tych egzotycznych cząstek w ekstremalnych warunkach może prowadzić do wybuchów supernowych.

Swoją teorię naukowcy opisali w prestiżowym piśmie Nature Astronomy. Ich zdaniem dzięki otrzymanym wynikom możliwe będzie badanie materii znanej jako plazma kwarkowo-gluonowa w kontekście przyszłych eksplozji galaktycznych. A to pozwoli odpowiedzieć na pytanie, skąd wzięły się ciężkie pierwiastki w początkowej fazie ewolucji Wszechświata.

Wybuchy masywnych gwiazd znane jako supernowe to zjawiska zaliczane do najbardziej energetycznych eksplozji we Wszechświecie. Na temat istnienia materii znanej jako plazma kwarkowo-gluonowa spekulowano już od dawna. Dzięki inicjatywie dra hab. Tobiasa Fischera z Zakładu Teorii Cząstek Elementarnych Wydziału Fizyki i Astronomii Uniwersytetu Wrocławskiego (UWr) i współpracującemu z nim międzynarodowemu zespołowi badaczy (m.in. z Darmstadt) – po raz pierwszy pokazano, że pojawienie się egzotycznych cząstek w ekstremalnych warunkach może prowadzić do wybuchu supernowych.

Supernowa to wybuch kończący życie gwiazdy. Wyróżnia się dwa rodzaje supernowych – termojądrowe wybuchy białych karłów i tzw. supernowe typu grawitacyjnego, powstałe wskutek kolapsu grawitacyjnego. I to ten ostatni rodzaj supernowych badają naukowcy z Wrocławia.

Dr Fischer przypomina, że zwyczajna materia składa się z atomów. W gwiazdach ciśnienie jest jednak tak wysokie, że materia w formie jąder atomowych przestaje istnieć i rozpada się na składowe - protony i neutrony - dobrze znane fundamentalne cząstki.

Jeśli jednak taka materia zostanie jeszcze bardziej ściśnięta, tzn. jeśli ciśnienie gwiazdy jest jeszcze większe, neutron i proton również rozkładają się na swoje składowe. Te składowe znane są jako kwarki i gluony – wyjaśnił naukowiec. Ich istnienie zostało potwierdzone w zderzaczu RHIC w Brookhaven w 2004 r, gdzie udało się na ułamek sekundy wytworzyć plazmę kwarkowo-gluonową.

Badania zespołu dra Fischera skupiają się na możliwości istnienia plazmy kwarkowo-gluonowej w masywnych gwiazdach. Udało się im odkryć, że może ona powstawać w bardzo masywnych gwiazdach, nawet 50-krotnie cięższych od Słońca. Co więcej, może być ona zapalnikiem wybuchu tych masywnych gwiazd" - wyjaśnił dr Fischer.

Sama idea badania zrodziła się 10 lat temu. Pojawił się wówczas pomysł, że przejście zwykłej materii do plazmy kwarkowo-gluonowej może być kluczowe dla powstawania supernowych typu grawitacyjnego.

Przeszło mi przez myśl, że zjawisko pojawienia się egzotycznych stanów skupienia może być istotne dla bardzo masywnych gwiazd, 50 razy cięższych od Słońca. Od tego momentu nasze badania były skupione wokół tego scenariusza i badania podstawowych zjawisk: jak możemy zrozumieć przejście ze zwyczajnej materii do egzotycznej plazmy kwarkowo-gluonowej, i jaki może mieć to wpływ na wybuchy masywnych gwiazd – wymienia fizyk.

Dokładniejsze ustalenia to jednak kwestia ostatnich pięciu lat i współpracy dra Fishera z grupą badawczą na UWr. Dzięki połączeniu ekspertyz z dziedziny fizyki cząstek elementarnych, fizyki jądrowej, astrofizyki, a także przy pomocy zagranicznych współpracowników, możliwe było pokonanie poprzednich niedociągnięć, czego wynikiem jest publikacja w Nature Astronomy – dodał naukowiec.

Jak opowiada, pomysły fizyków zostały zestawione z obserwacjami astronomów. „Zaglądając” w wybuchy masywnych gwiazd w odległych galaktykach, znaleźli oni pozostałości po masie odpowiadającej 50-60 masom Słońca, które powinny być powiązane z wybuchami supernowych. Nikt wcześniej nie potrafił wyjaśnić ich istnienia. Jesteśmy pierwszymi, którzy znaleźli możliwy fizyczny mechanizm, który można użyć do wyjaśnienia, jak do takich wybuchów dochodzi - podkreślił dr Fischer.

Zaproponowany przez wrocławskich naukowców scenariusz to teoria. Jednak przewidzieli oni możliwy do zaobserwowania sygnał emisji cząstek – neutrin. Są one znane od momentu zaobserwowania ostatniej supernowej typu kolapsu grawitacyjnego, Supernova1987A. Doszło do niej w Wielkim Obłoku Magellana – galaktyce karłowatej, która krąży wokół naszej Drogi Mlecznej. Supernowa 1987A była tak blisko, że wyprodukowane w niej neutrina można było wykryć na Ziemi.

Wiemy więc, że neutrina są produkowane w supernowej w dużych ilościach i są one niejako wskaźnikiem mechanizmu supernowej, mechanizmu napędzającego wybuch. Jeśli więc dojdzie w najbliższej przyszłości do takiego zjawiska, a neutrina z tej supernowej – podróżujące z prędkością bliską prędkości światła, dotrą do Ziemi – będziemy w stanie je zidentyfikować i w zasadzie, dzięki tym superszybkim cząstkom, potwierdzić zaproponowany przez nas scenariusz – ocenił.

Jak dodał, detektory obecnej generacji (np. Superkamiokande w Japonii), są w stanie zaobserwować tysiące czy dziesiątki tysięcy tych cząstek powstałych w supernowej. Aby potwierdzić swoją teorię, naukowcy muszą poczekać do następnej supernowej (ostatnią obserwowano 30 lat temu).

Powinniśmy zaobserwować supernową w ciągu najbliższych 10 lat. Jesteśmy bowiem pewni, że doszło już do wybuchu masywnej gwiazdy, ale neutrina i światło potrzebuje czasu, by dotrzeć do Ziemi. Musimy więc być cierpliwi. Obserwacje potwierdzą nasz scenariusz, choć mogą też go obalić – istnieje również taka możliwość – zastrzegł fizyk.

Jakie znaczenie może mieć potwierdzenie tego scenariusza? Supernowe typu grawitacyjnego powstałe w wyniku wybuchu gwiazd 10 razy cięższych od Słońca, uważane są za główne źródło pierwiastków we Wszechświecie, zwłaszcza cięższych niż żelazo – tj. złota, ołowiu, uranu czy plutonu.

Powstają one w takich wybuchach od początków Wszechświata. Z wybuchami masywnych gwiazd naukowcy mają jednak problem. Trudno jest bowiem wytłumaczyć produkcję, czyli tzw. nukleosyntezę ciężkich pierwiastków w supernowych typu grawitacyjnego.

Innym źródłem nukleosyntezy ciężkich pierwiastków są układy podwójne gwiazd neutronowych. Dzięki obserwacji pulsarów, czyli szybko obracających się gwiazd neutronowymi, wysyłających impulsy świetlne w odstępach czasu wiadomo, że takie systemy istnieją. Wiadomo też, że takie układy podwójnych gwiazd neutronowych są niestabilne przez emisję fal grawitacyjnych, co oznacza, że takie gwiazdy muszą się połączyć i scalić.

Tym samym tylko mały ułamek materiału jest wyrzucany poprzez wybuch w przestrzeń kosmiczną, podczas którego dochodzi do nukleosyntezy ciężkich pierwiastków, nawet najcięższych tj. uran czy pluton. Układy podwójne gwiazd neutronowych nie są jednak w stanie wyjaśnić obserwowanego wzbogacenia w ciężkie metale podczas wczesnej ewolucji galaktyki – zaznaczył fizyk.

Powodów tego jest kilka – takie układy podwójne muszą się utworzyć i musi dojść do wybuchu supernowej. Układ musi też przetrwać oba wybuchy supernowych, a samo ich połączenie przez emisję fal grawitacyjnych trwa bardzo długo.

To wszystko prowadzi do wniosku, że musi minąć zbyt dużo czasu, aby układy podwójne dały faktyczny wkład do wzbogacenia w ciężkie metale, obserwowane podczas wczesnej ewolucji galaktyki – dodał naukowiec.

Aktualne pozostaje więc pytanie o pochodzenie ciężkich pierwiastków we wczesnej fazie ewolucji Wszechświata, na krótko po Wielkim Wybuchu. Skoro układy podwójne są „wykluczone”, jedyną możliwością są supernowe typu grawitacyjnego. A skoro aktualna wiedza na temat supernowych nie wyjaśnia produkcji ciężkich pierwiastków, astrofizyczna zagadka dot. kolebki ciężkich pierwiastków we Wszechświecie pozostaje nierozwiązana.

Właśnie to badamy. Jesteśmy nastawieni optymistycznie, że proponowany przez nas scenariusz może się przyczynić do wzbogacenia wiedzy na temat powstawania ciężkich pierwiastków w początkowej fazie ewolucji Wszechświata. To może dać odpowiedź na pytanie, skąd wzięły się ciężkie pierwiastki, dzięki którym powstało życie we Wszechświecie – podsumował dr hab. Tobias Fischer z UWr.


« 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
      W maju 1110 roku mieszkańcy Europy obserwowali niezwykle ciemne całkowite zaćmienie Księżyca. Dzięki zrewidowaniu w ostatnim czasie chronologii osadów z grenlandzkich rdzeni lodowych możliwe było połączenie doniesień z Europy z wybuchem wulkanu w Japonii.
      W rdzeniu lodowym pobranym na Grenlandii widoczne są ślady największego w ostatnim tysiącleciu osadzania się związków siarki. Dotychczas łączono je z erupcją Hekli z 1104 roku. Jednak dzięki nowej chronologii wiemy, że wspomniane osady powstały w latach 1108–1113. Dlatego też naukowcy z Uniwersytetu w Genewie, Université Clermont Auvergne, Trinity College i Uniwersytetu Oksfordzkiego uważają, że warstwa osadów pochodzi z erupcji japońskiego wulkanu Mt. Asama. O wynikach swoich badań poinformowali na łamach Nature.
      Doszło do niej w sierpniu 1108 roku i był to największy wybuch tego wulkanu w holocenie. Nie można przy tym wykluczyć, że miała wtedy miejsce cała seria erupcji różnych wulkanów. Zarówno badania dendroklimatologiczne jak i dane historyczne wskazują, że w tym czasie zaszły poważne krótkotrwałe zmiany klimatyczne. Niewykluczone, że spowodowały one kryzys w produkcji żywności, jakiego Europa Zachodnia doświadczyła w latach 1109–1111.
      Na potrzeby obecnej pracy naukowcy wykorzystali nie tylko dane z rdzenia lodowego. Użyli również Five Millennia Catalog of Lunar Eclipses. To stworzony przez NASA katalog z obliczeniami dat zaćmień Księżyca na przestrzeni ostatnich 5000 lat. Wynika z niego, że w latach 1110–1120 w Europie można było obserwować siedem całkowitych zaćmień księżyca.
      Uczeni przeanlizowali zapiski historyczne z tamtych lat i wyodrębnili 17 najbardziej szczegółowych i wiarygodnych. Z nich 6 było na tyle dokładnych, że pozwala określić jasność Srebrnego Globu w skali Danjon.
      Okazało się, że interesujące nas zaćmienie z 5 maja 1110 roku, było wyjątkowo ciemne. Autor anglosaskiej Peterborough Chronicle pisze o jasno świecącym księżycu na czystym niebie, który stawał się coraz ciemniejszy, aż zupełnie nie było go widać i stan taki trwał niemal przez całą noc. Zaćmienie to było jednym z najciemniejszych zaćmień w latach 500–1800. Było tak ciemne, że może rywalizować z zaćmieniami związanymi z wybuchami wulkanów Samalas (1257) i Krakatau (1883). Autorzy pracy zauważają, że wszystkie bardzo ciemne zaćmienia Księżyca od 1600 roku są związane z wybuchami wuklanów, jak np. Huaynaputina (1600), Tambora (1815), Krakatau (1883) czy Pinatubo (1991).
      Hipotezę o wybuchu wulkanu wzmacniają też badania pierścieni drzew, które wskazują, że w 1109 roku doszło do jednego z największych na przestrzeni 1500 lat spadku średnich letnich temperatur. Wszystkie porównywalne spadki są zaś powiązane z erupcją wulkaniczną.
      Tymczasem, jak wiemy z dziennika Chuyuki autorstwa Fujiwary no Munetady (1062–1141), pod koniec sierpnia 1108 roku rozpoczęła się erupcja wulkanu Asama, która trwała do października tego samego roku. Jako, że była to najsilniejsza erupcja tego wulkanu w holocenie i trwała od sierpnia do października 1108, naukowcy stwierdzili, że powinna ona spowodować znaczny opad związków siarki nad Grenlandią od końca 1108 do początku 1110 roku. Zgadza się to z nowym datowaniem grenlandzkich rdzeni lodowych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Odkryta właśnie supernowa jest co najmniej dwukrotnie jaśniejsza i energetyczna oraz prawdopodobnie znacznie bardziej masywna niż dotychczasowa rekordzistka. Została ona zauważona przez międzynarodowy zespół naukowy, na którego czele stali naukowcy z University of Birmingham.
      Grupa, w skład której wchodzą również uczeni z uniwersytetów Harvarda, Ohio i Norhtwestern, uważa, że SN2016aps może być przykładem niezwykle rzadkiej klasy pulsacyjnych supernowych z niestabilnością kreacji par. Być może powstała w wyniku połączenia dwóch gwiazd tuż przed eksplozją. Dotychczas takie wydarzenie przewidywano jedynie teoretycznie.
      Możemy badać supernowe wykorzystując dwie skale – całkowitą energię ich eksplozji albo energię emitowaną w formie światła widzialnego, mówi główny autor badań doktor Matt Nicholl z University of Birmingham.
      W typowej supernowej energia emitowana w postaci światła widzialnego to mniej niż 1% całkowitej emisji. Jednak w przypadku SN2016aps zaobserwowaliśmy, że energia ta była 5-krotnie większa niż dla typowej supernowej. To największa ilość światła, jakie udało się zaobserwować z supernowej, stwierdza uczony.
      Analiza spektrum światła wykazała, że eksplozja została zasilona zderzeniem pomiędzy supernową a masywną powłoką gazową odrzuconą przez gwiazdę lata wcześniej. Każdej nocy obserwuje się wiele supernowych, większość z nich znajduje się w masywnych galaktykach. Ta supernowa się wyróżniała. Wydawało się, że znajduje się w środku pustki. Nie byliśmy w stanie dostrzec jej galaktyki, póki światło z supernowej nie przygasło, mówi doktor Peter Blanchard z Northwestern University.
      Zespół obserwował gwiazdę przez dwa lata, do czasu aż jej jasność nie zmniejszyła się o 99%. Na podstawie tych obserwacji stwierdzono, że supernowa miała masę od 50 do 100 mas Słońca. Gwiazdy o tak wielkiej masie doświadczają gwałtownego pulsowania przed śmiercią. Zrzucają wtedy gigantyczną powłokę gazową. Zjawisko to może być napędzane przez proces zwany niestabilnością kreacji par, który został teoretycznie przewidziany 50 lat temu. Jeśli wszystko odpowiednio zgra się w czasie, supernowa może ponownie przechwycić powłokę gazową i uwolni olbrzymią ilość energii w wyniku tej kolizji. Myślimy, że zaobserwowaliśmy tutaj najlepszego kandydata na dowód prawdziwości takiego procesu. I prawdopodobnie najbardziej masywnego, stwierdza Nicholl.
      Uczony dodaje, że SN2016aps dostarczyła dodatkowych pytań. Gwiazda zawierała głównie wodór. Jednak tak masywne gwiazdy powinny stracić wodór na długo, zanim zaczną pulsować. Dlatego też naukowcy przypuszczają, że doszło do połączenia dwóch mniej masywnych gwiazd, z których mniej masywna zawierała dużo wodoru, a ich wspólna masa była na tyle duża, że doszło do zjawiska niestabilności kreacji par.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Czerwony nadolbrzym Betelgeza, jedna z najjaśniejszych gwiazd na niebie, przygasła w ciągu ostatnich tygodni bardziej niż przez ostatnie sto lat. Podekscytowani astronomowie z całego świata zastanawiają się co to oznacza. Nie można wykluczyć, że gwiazda wybuchnie i zamieni się w supernową. Nadolbrzymy wciąż kryją wiele zagadek, a naukowcy mają nadzieję, że dzięki obserwowanemu właśnie procesowi, dowiedzą się więcej o takich gwiazdach.
      Astronomowie od ponad wieku obserwują, jak Betelgeza raz przygasa, raz robi się jaśniejsza. Materia z gwiazdy wędruje ku jej powierzchni i ponownie tonie w jej wnętrzu, powodując, że powierzchnia jest raz chłodniejsza, raz cieplejsza. Stąd właśnie zmienna jasność gwiazdy.
      Richard Wasatonic, astronom z Villanova Univrsity w Pennsylvanii od 25 lat dokonuje pomiarów jasności Betelgezy za pomocą niewielkiego prywatnego teleskopu. W październiku wraz ze swoim kolegą Edwardem Guinanem i astronomem-amatorem Thomasem Calderwoodem zauważyli, że Betelgeza ponownie przygasa. Do grudnia stała się ciemniejsza niż w ciągu ostatnich 25 lat.
      Na łamach witryny The Astronomer's Telegram poinformowali o tym innych astronomów. Każdej nocy była ciemniejsza niż nocy poprzedniej, mówi Guinan. Obserwujący spodziewali się, że wkrótce gwiazda przestanie zmniejszać swoją jasność. Jednak tak się nie stało. Dnia 23 grudnia zaktualizowali swój wpis, stwierdzając, że Betelgeza nadal przygasa i jest już ciemniejsza niż była w ciągu ostatni 100 lat, czyli w całym okresie, w którym nauka mierzy jasność gwiazd za pomocą urządzeń, a nie ocenia ją „na oko”.
      Betelgeza, która jest zwykle 6. lub 7. najjaśniejszą gwiazdą na niebie, do połowy grudnia bieżącego roku stała się 21. najjaśniejszą gwiazdą nieboskłonu.
      Nic więc dziwnego, że pojawiły się głosy, iż możemy być świadkami końca Betelgezy. Na podstawie obliczeń masy astronomowie stwierdzili, że Betelgeza stanie się supernową w wieku około 9 milionów lat. Właśnie tyle mniej więcej lat liczy sobie gwiazda. Już jakiś czas temu obliczano, że Betelgeza stanie się supernową w ciągu najbliższych 100 000 lat. Jeśli nadolbrzym wybuchnie stanie się dla nas tak jasny, jak połowa jasności Księżyca w pełni. Przez wiele miesięcy będziemy mogli obserwować taką supernową nawet za dnia. Nie powinniśmy się jednak obawiać o nasze bezpieczeństwo, gdyż gwiazda znajduje się w odległości około 420 – 640 lat świetlnych od Ziemi.
      Niejednokrotnie mieli dotychczas okazję badać supernowe. Nigdy jednak nie udało się obserwować procesów zachodzących zanim gwiazda stanie się supernową. Stąd też nie wiadomo, czy obecne przygasanie gwiazdy oznacza jej rychły koniec.
      Betelgeza już kilkukrotnie zwracała na siebie naszą uwagę. Przed 10 laty informowaliśmy, że gwiazda mocno się skurczyła, ale jej jasność nie spadła. Po kilku latach astronomowie odkryli tajemniczą wielką ścianę pyłu, w kierunku której zmierza Betelgeza, a z którą w przyszłości się zderzy. Niedługo później na Betelgezie zaobserwowanie istnienie gorących punktów, a trzy lata temu okazało się, że gwiazda obraca się szybciej, niż powinna.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Władze prefektury Hiroszima chcą do 2022 r. wyburzyć dwa budynki, które przetrwały zrzucenie w 1945 r. bomby atomowej. Wielu mieszkańców chciałoby jednak, by pozostały i służyły jako przestroga dla przyszłych pokoleń.
      Budynki powstały w 1913 r. jako siedziba Hiroshima Army Clothing Depot. Są one zlokalizowane zaledwie 2,7 km od hipocentrum wybuchu. Wg władz prefektury, należą do największych struktur zachowanych po eksplozji bomby. W 1945 r. zorganizowano tu tymczasowy szpital.
      Budynki fabryki mundurów i butów wojskowych przetrwały częściowo dlatego, że do ich konstrukcji wykorzystano wzmocniony beton. Uszkodzenia spowodowane przez wybuch są nadal widoczne na metalowych okiennicach i drzwiach.
      W 2017 r. władze ustaliły, że należące do prefektury budynki prawdopodobnie zawalą się przy silniejszym trzęsieniu ziemi. Stąd decyzja, by je wyburzyć.
      Trzeci budynek byłej Hiroshima Army Clothing Depot przejdzie remont; dach i ściany zostaną wzmocnione.
      Mieszkańcy protestują przeciwko wyburzeniu. Wg nich, mogłyby się tu znajdować sale wykładowe czy galerie/studia artystyczne.
      Budynki mogłyby być wykorzystywane jako miejsca związane z kampanią na rzecz rezygnacji z broni nuklearnej - uważa 89-letni Iwao Nakanishi, szef grupy, której zależy na ich zachowaniu.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Podczas remontu w pomieszczeniu inspekcji sanitarnej w Instytucie Wektor w Kolcowie doszło do pożaru wywołanego wybuchem butli z gazem. W Centrum Wirusologii i Biotechnologii przechowywane są np. wirus ospy prawdziwej czy wirus Ebola. W oświadczeniu wydanym przez Wektor podano, że nie doszło do skażenia biologicznego i że w wypadku ucierpiała tylko jedna osoba. Konstrukcja budynku nie została uszkodzona.
      Do zdarzenia doszło na 5. piętrze 6-kondygnacyjnego budynku. Poniedziałkowa eksplozja zniszczyła szyby w oknach. Przed ugaszeniem pożar rozprzestrzenił się ponoć na powierzchni 30 m2. Ranny, który doznał oparzeń trzeciego stopnia, znajduje się na oddziale intensywnej opieki medycznej.
      Media przypominają, że 5 maja 2004 r. doszło tu do innego wypadku. Badaczka zakłuła się wtedy igłą skażoną wirusem Ebola. Światową Organizację Zdrowia poinformowano ze sporym opóźnieniem. Naukowcy podkreślali wtedy, że choć Wektor odizolował pacjentkę, by ograniczyć ewentualne rozprzestrzenianie choroby i nie było obowiązku powiadamiania o wypadkach związanych z Ebolą, przez takie postępowanie specjaliści z WHO nie mogli udzielić natychmiastowych porad odnośnie do leczenia, a niewykluczone, że w ten sposób udałoby się uratować życie pracownicy Instytutu.
      Warto dodać, że Wektor to jedno z dwóch miejsc przechowywania wirusa ospy prawdziwej na świecie. Drugie to laboratorium CDC w Atlancie.

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