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
      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
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Astronomowie korzystający z Teleskopu Subaru odkryli około 1800 nieznanych dotychczas supernowych. Jest wśród nich 58 supernowych Ia, które znajdują się w odległości ponad 8 miliardów lat świetlnych od Ziemi.
      Supernowe to gwiazdy, które eksplodowały pod koniec swojego życia. Eksplozja jest tak potężna, że często supernowa staje się równie jasna co cała jej galaktyka. Z czasem, w przeciągu kilku miesięcy, jej jasność się zmniejsza. Dla naukowców szczególnie interesujące są supernowe typu Ia, gdyż mają stałą jasność maksymalną, co pozwala na obliczenie jej odległości od Ziemi. To zaś umożliwia ocenę prędkości rozszerzania się wszechświata.
      W ostatnich latach pojawiły się doniesienia o odkryciu nowego typu supernowych. Super Luminous Supernovae są od 5 do 10 razy jaśniejsze od supernowych Ia. Dzięki tak olbrzymiej jasności naukowcy mogą zauważyć gwiazdy położone tak daleko, że zwykle są one niewidoczne. Im zaś dalej w głąb jesteśmy w stanie zajrzeć, tym młodszy wszechświat widzimy, zatem tego typu badania pozwalają nam na określenie właściowości pierwszych gwiazd, które powstały po Wielkim Wybuchu.
      Na świecie istnieje niewiele teleskopów zdolnych do wykonania ostrego obrazu odległych gwiazd. Opisywane powyżej odkrycie to dzieło profesora Naoki Yasuda z Kavli Institute for the Physics and Matematics of the Universe oraz pracujących pod jego kierunkiem uczonych z kilku japońskich uniwersytetów i Narodowego Obserwatorium Astronomicznego Japonii. Naukowcy wykorzystali Teleskop Subaru.
      To urządzenie zdolne do generowania bardzo ostrych obrazów gwiazd jest też wyposażone w Hyper Suprime-Cam, 870-megapikselowy aparat fotograficzny obejmujący szeroką panoramę nieboskłonu. Japończycy przez sześć miesięcy wykonywali zdjęcia, a następnie poddali je szczegółowej analizie. Zwracali uwagę na gwiazdy, które nagle zwiększały swoją jasność, a następnie stopniowo przygasały. W ten sposób zidentyfikowali 5 supernowych typu Super Luminous oraz 400 supernowych Ia, w tym 58 położonych w odległości większej niż 8 miliardów lat świetlnych od Ziemi. O możliwościach Teleskopu Subaru niech świadczy fakt, że słynny Teleskop Hubble'a na znalezienie 50 supernowych położonych w odległości większej niż 8 miliardów lat świetlnych potrzebował około 10 lat.
      Teleskop Subaru i Hyper Suprime-Cam już wcześniej pomogły stworzyć trójwymiarową mapę ciemnej materii i obserwowały pierwotne czarne dziury. Obecne badania dowodzą, że jest to również instrument zdolny do odszukiwania supernowych położonych bardzo daleko od Ziemi, mówi profesor Yasuda.
      Teraz naukowcy chcą wykorzystać zdobyte dane do dokładniejszego obliczenia tempa rozszerzania się wszechświata oraz zbadania, jak ciemna energia zmienia się w czasie.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Dzięki temu, że chodzimy na dwóch nogach mogliśmy opanować ogień, zbudować katedry i stworzyć komputery. Autorzy śmiałej koncepcji uważają, że człowiek zaczął chodzić w pozycji wyprostowanej dzięki... eksplozjom supernowych.
      Naukowcy z University of Kansas opublikowali na łamach Journal of Geology artykuł, w którym uzasadniają swoją hipotezę. Twierdzą oni, że przed około 8 milionami lat do Ziemi zaczęło docierać wyjątkowo dużo promieniowania z eksplodujących supernowych, a szczyt tego zjawiska miał miejsce 2,6 miliona lat temu. Bombardowanie atmosfery spowodowało, że w jej dolnych partiach pojawiła się olbrzymia ilość elektronów. Jonizacja atmosfery doprowadziła zaś do znacznego zwiększenia liczby wyładowań atmosferycznych, które wywołały pożary lasów na całej planecie. I to właśnie zniknięcie lasów miało skłonić naszych przodków żyjących w północno-wschodniej Afryce do przyjęcia pozycji wyprostowanej.
      Sądzi się, że już wcześniej istniała wśród homininów pewna tendencja do poruszania się na tylnych kończynach, mówi główny autor hipotezy, profesor fizyki i astronomii Adrian Melott. Jednak byli oni zaadaptowani głównie do chodzenia po drzewach. Gdy jednak lasy zostały zastąpione przez sawanny, hominini musieli pokonywać coraz większe odległości pomiędzy drzewami, poruszając się po ziemi. W ten sposób coraz lepiej adaptowali się do poruszania w pozycji wyprostowanej. To zaś pozwalało na patrzenie ponad trawami i wypatrywanie drapieżników. Uważa się, że to właśnie zamiana krajobrazu na sawanny przyczyniła się do rozwoju pozycji wyprostowanej, która stawała się coraz bardziej powszechna wśród przodków człowieka, dodaje uczony.
      Badania izotopu żelaza-60, którego warstwa znajduje się na dnie morskim, wskazują, że w omawianym okresie w bezpośrednim sąsiedztwie Ziemi (100–50 parseków czyli średnio w odległości 163 lat świetlnych) dochodziło do eksplozji supernowych.
      Wyliczyliśmy jonizację atmosfery, do której doszłoby, gdyby w odległości takiej, jaką wskazuje żelazo-60, miała miejsce eksplozja supernowej. Stwierdziliśmy, że jonizacja niskich partii atmosfery zwiększyłaby się 50-krotnie, mówi Melott. Wraz z Brianem Thomasem z Washburn University uważa on, że musiało to spowodować zwiększenie liczby wyładowań atmosferycznych.
      Ostatnia mila atmosfery odczuła to wydarzenie tak, jak zwykle nie odczuwa wybuchów supernowych. Gdy wysokoenergetyczne promienie kosmiczne trafiają w atomy i molekuły w atmosferze, wybijają z nich elektrony. Mamy więc swobodne elektrony, które nie są powiązane z atomami. Zwykle, w procesie wyładowań atmosferycznych, dochodzi do gromadzenia się ładunków pomiędzy chmurami lub chmurami i gruntem, jednak ładunek nie może przepłynąć, gdyż nie ma odpowiednio dużej liczby elektronów. Gdy doszło do jonizacji cały proces stał się znacznie łatwiejszy i zwiększyła się liczba wyładowań, mówi Melott.
      Naukowiec dodaje, że w wielu osadach widoczna jest warstwa węgla, której wiek odpowiada okresowi zwiększonego bombardowania przez promieniowanie kosmiczne, a to wskazuje na większą liczbę pożarów. Widzimy dowody na to, że kilka milionów lat temu zaczęło pojawiać się więcej węgla drzewnego i sadzy. Warstwa ta jest wszędzie i nikt nie potrafi wyjaśnić, jak to się stało, że pojawiła się ona na całym świecie w różnych strefach klimatycznych. To może być właśnie wyjaśnienie. Zwiększenie liczby pożarów w wielu miejscach przekształciło lasy w sawanny. Tam, gdzie były lasy, teraz mamy otwarte sawanny. Ich istnienie zaś może być związane z ewolucją człowieka w północno-wschodniej Afryce, szczególnie w Wielkich Rowach Afrykańskich, gdzie znajdujemy wszystkie te skamieniałości naszych przodków, dodaje uczony.
      Naukowiec dodaje, że w najbliższej przyszłości nie powinniśmy spodziewać się równie dramatycznych wydarzeń spowodowanych eksplozjami supernowych. Najbliższą nam gwiazdą zdolną do eksplozji w supernową jest czerwony nadolbrzym Betelgeza. Może ona wybuchnąć w każdej chwili, ale znajduje się w odległości około 650 lat świetlnych od Ziemi. Betelgeza jest zbyt daleko, by mieć tak silny wpływ. Nie ma się co martwić. Powinniśmy martwić się rozbłyskami na Słońcu. One stanowią realne zagrożenie dla naszej technologii. Rozbłysk może zniszczyć systemy energetyczne. Wyobraźcie sobie całe miesiące bez energii elektrycznej.

      « 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 razie ataku nuklearnego bądź wypadku z udziałem materiałów rozszczepialnych, specjaliści mogą wykorzystać smartfony ofiar do określenia dawki promieniowania, jaką otrzymały.
      Jak dowiadujemy się z najnowszego numeru Radiation Measurements, ceramiczne izolatory, obecne w wielu urządzeniach elektronicznych, poddane działaniu wysokiej temperatury zaczynają emitować światło, które wskazuje na poziom promieniowania, jakiemu były w przeszłości poddane. Dzięki temu specjaliści mogą w ciągu kilku godzin określić dawkę promieniowania, jaką przyjęła osoba posiadająca przy sobie smartfon. Określenie jej z próbki krwi trwa kilka tygodni.
      Gdy ceramika w podzespołach elektronicznych zostanie poddana promieniowaniu jonizującemu, dochodzi do zmiany układu elektronów w miejscach niedoskonałości struktury krystalicznej. Po podgrzaniu takiej ceramiki do temperatury kilkuset stopni Celsjusza pojawia się promieniowanie, a długość emitowanej fali światła wskazuje na rozkład elektronów w materiale. Z tego rozkładu specjaliści mogą określić dawkę promieniowania.
      Autorzy najnowszej pracy, Robert Hayes, inżynier atomowy z North Carolina State University oraz jego kolega Ryan O'Mara, przetestowali swoją technikę określania dawki promieniowania poddając powierzchniowo montowane oporniki działaniu promieniowania o dawkach 0,005; 0,015; 0,03; 0,06; 0,125; 0,25 oraz 0,5 grejów. Testy wykazały, że nowa technika pozwala na tyle precyzyjnie określić dawkę pochłoniętą, iż można stwierdzić, czy osoba wymaga natychmiastowego leczenia. Takie leczenie jest potrzebne po wchłonięci co najmniej 1 greja. Pozwala też oszacować zwiększone ryzyko nowotworu, które rośnie po wchłonięciu dawki 0,2 grejów.
      Obecnie problem może stanowić fakt, że urządzenie do pomiaru luminescencji ceramiki kosztuje około 150 000 USD, zatem osoby, które mogły zostać napromieniowane, musiałyby wysyłać swoje urządzenia elektroniczne do wyspecjalizowanych odpowiednio wyposażonych laboratoriów.

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