Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Astronomowie znaleźli pierwsze molekuły w historii wszechświata

Recommended Posts

Wszystko ma gdzieś swój początek. Także wszechświat. W wyniku Wielkiego Wybuchu powstało niewiele pierwiastków, takich jak różne odmiany jąder wodoru, helu i litu. Naukowcy wiedzą więc, jak mogły wyglądać pierwsze atomy i pierwsze molekuły. Jednak dotychczas nie udawało się odnaleźć w przestrzeni kosmicznej pierwszych molekuł. Z teoretycznych przewidywań wynika, że powinien nią być zhydratowany jon helu (HeH+), jednak dotychczas nie udało się go zaobserwować.

Na łamach najnowszego numeru Nature właśnie doniesiono o pierwszym niezaprzeczalnym odkryciu molekuły HeH+ w przestrzeni kosmicznej.

Eksperci poszukiwali HeH+ od lat 70. ubiegłego wieku w mgławicach. Szczególnie interesowały ich mgławice planetarne. Jednak przez kilkadziesiąt lat niczego nie znaleziono, a wcześniejsze doniesienia o odkryciu HeH+ okazywały się wątpliwe. Jednym z problemów był fakt, że światło emitowane przez zhydratowany jon helu jest łatwo absorbowane w atmosferze Ziemi. Teleskopy nie mogły więc go zarejestrować. Nie dały sobie rady nawet te umieszczone wysoko w górach.

Naukowcy postanowili więc wykorzystać Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOPHIA) czyli obserwatorium umieszczone na pokładzie samolotu. W końcu, dzięki wyniesieniu instrumentów w startosferę, udało się zaobserwować HeH+. Molekułę znaleziono w mgławicy planetarnej NGC 7027 oddalonej od Ziemi o 2900 lat świetlnych.

Odkrycie rzuca nowe światło na mgławice planetarne oraz na samą molekułę. Dzięki niemu można będzie udoskonalić obecne teorie i modele. Przede wszystkim zaś znalezienie HeH+ potwierdziło pewne przypuszczenia dotyczące najwcześniejszego wszechświata. Cała chemia wszechświata rozpoczęła się od tego jonu. Przed dekady astronomia zmagała się z brakiem dowodów na jego istnienie w przestrzeni kosmicznej. Jednoznaczne odkrycie to szczęśliwy koniec długotrwałych badań.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Jak obserwujemy je zza czasu 2900 lat - to nie jest to specjalnie dowód na to że są pierwsze w historii Wszechświata.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Czasem mam wrażenie, że te analizy spektroskopowe i in. to w sporej części interpretacje, a gdy byśmy tam polecieli, to zobaczylibyśmy coś zupełnie innego…

13 minut temu, thikim napisał:

są pierwsze w historii Wszechświata.

Dlaczego? Tu chodzi ogólnie o taką molekułę, a nie to, że ta była 1 femtosekundę wcześniej, a ta później. Bo wówczas powinniśmy szukać na obrzeżach widzialnego Wszechświata. Po prostu się nie rozpadła, nie weszła w reakcję z czymś.

  • Downvote (-1) 1

Share this post


Link to post
Share on other sites
4 godziny temu, wilk napisał:

Czasem mam wrażenie, że te analizy spektroskopowe i in. to w sporej części interpretacje, a gdy byśmy tam polecieli, to zobaczylibyśmy coś zupełnie innego…

Nie wiem jak "in." ale spektroskopia nie zostawia wiele pola do interpretacji. To bardzo precyzyjne narzędzia analizy jakościowej. A jak byśmy polecieli, to pewnie nic byśmy nie zobaczyli bo to mgła tylko z daleka, z bliska to całkiem pusta pustka :)

Share this post


Link to post
Share on other sites

A co z wodorkiem litu HLi? To raczej chyba jest łatwiejszy do otrzymania niż wzmiankowany HEH+?

Share this post


Link to post
Share on other sites
W dniu 18.04.2019 o 18:06, wilk napisał:

Po prostu się nie rozpadła, nie weszła w reakcję z czymś.

Albo dopiero co powstała :)

W dniu 18.04.2019 o 18:06, wilk napisał:

Tu chodzi ogólnie o taką molekułę, a nie to, że ta była 1 femtosekundę wcześniej, a ta później

Albo 13 mld lat później :D

Share this post


Link to post
Share on other sites

Nie sądzę. Raczej chodziło o udowodnienie, że w przestrzeni kosmicznej w ogóle występuje taka molekuła.

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

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Niemieccy fizycy z Uniwersytetu im. Goethego we Frankfurcie dokonali najkrótszego w historii pomiaru czasu. We współpracy z naukowcami z DESY (Niemiecki Synchrotron Elektronowy) w Hamburgu i Instytutu Fritza Habera w Berlinie zmierzyli czas przejścia światła przez molekułę. Dokonany pomiar mieści się w przedziale zeptosekund.
      W 1999 roku egipski chemik Ahmed Zewail otrzymał Nagrodę Nobla za zmierzenie prędkości, z jaką molekuły zmieniają kształt. Wykorzystując laser stwierdził, że tworzenie się i rozpadanie wiązań chemicznych odbywa się w ciągu femtosekund. Jedna femtosekunda to zaś 0,000000000000001 sekundy (10-15 s).
      Teraz zespół profesora Reinharda Dörnera po raz pierwszy w historii dokonał pomiarów odcinków czasu, które są o cały rząd wielkości krótsze od femtosekundy. Niemcy zmierzyli, ile czasu zajmuje fotonowi przejście przez molekułę wodoru. Okazało się, że dla średniej długości wiązania molekuły czas ten wynosi 247 zeptosekund. To najkrótszy odcinek czasu, jaki kiedykolwiek udało się zmierzyć. Jedna zeptosekunda to 10-21 sekundy.
      Pomiarów dokonano wykorzystując molekułę H2, którą wzbudzono w akceleratorze za pomocą promieniowania rentgenowskiego. Energia promieni została dobrana tak, by pojedynczy foton wystarczył do wyrzucenia obu elektronów z molekuły.
      Elektrony zachowują się jednocześnie jak cząstki i fale. Wyrzucenie pierwszego z nich skutkowało pojawieniem się fali, po chwili zaś dołączyła fala drugiego elektronu. Z kolei foton zachowywał się jak płaski kamyk, który dwukrotnie skakał po falach.
      Jako, że znaliśmy orientację przestrzenną molekuły wodoru, wykorzystaliśmy interferencję fal obu elektronów, by dokładnie obliczyć, kiedy foton dotarł do pierwszego, a kiedy do drugiego atomu wodoru. Okazało się, że czas, jaki zajęło fotonowi przejście pomiędzy atomami, wynosi do 247 zeptosekund, w zależności od tego, jak daleko z punktu widzenia fotonu znajdowały się oba atomy, wyjaśnia Sven Grudmann.
      Profesor Reinhard Dörner dodaje: Po raz pierwszy udało się zaobserwować, że elektrony w molekule nie reagują na światło w tym samym czasie. Opóźnienie ma miejsce, gdyż informacja w molekule rozprzestrzenia się z prędkością światła. Dzięki tym badaniom możemy udoskonalić naszą technologię i wykorzystać ją do innych badań.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Very Large Telescope zauważył sześć galaktyk zgromadzonych wokół supermasywnej czarnej dziury z czasów, gdy wszechświat liczył sobie mniej niż miliard lat. Po raz pierwszy zauważono takie zgrupowanie z czasów tak nieodległych od Wielkiego Wybuchu. Odkrycie pomaga lepiej zrozumieć, w jaki sposób supermasywne czarne dziury mogą powstawać i ewoluować tak szybko.
      Głównym celem naszych badań było lepsze zrozumienie jednych z najbardziej niezwykłych obiektów astronomicznych – supermasywnych czarnych dziur istniejących już we wczesnym wszechświecie. Dotychczas nikt nie potrafi dobrze wyjaśnić ich istnienia, mówi główny autor badań, Marco Mignoli z Narodowego Instytutu Astrofizyki w Bolonii.
      Nowe obserwacje ujawniły istnienie galaktyk znajdujących się w okolicach supermasywnej czarnej dziury, a całość otoczona jest „pajęczą siecią” gazu rozciągającego się na obszarze 300-krotnie większym niż obszar Drogi Mlecznej. Olbrzymia ilość gazu zasila zarówno galaktyki, jak i czarną dziurę. Naukowcy szacują, że czarna dziura ma masę miliarda mas Słońca, a otaczająca całość gazowa struktura powstała, gdy wszechświat liczył sobie zaledwie 900 milionów lat.
      Obecnie uważa się, że pierwsze czarne dziury powstały z pierwszych gwiazd, które się zapadły. Musiały one błyskawicznie ewoluować, skoro po 900 milionach lat istnienia wszechświata osiągały masę miliarda Słońc. Astronomowie mają jednak problemy z wyjaśnieniem tej ewolucji. Takie czarne dziury musiałyby bowiem bardzo szybko wchłaniać olbrzymie ilości materii. Odkrycie galaktyk otaczających czarną dziurę i spowijającej wszystko sieci gazu może wyjaśniać tę błyskawiczną ewolucję.
      Powstaje jednak pytanie, w jaki sposób dochodzi do tworzenia się „pajęczej sieci” gazu. Astronomowie sądzą, że bierze w tym udział ciemna materia. To ona przyciąga gaz, który tworzy olbrzymie struktury, wystarczające, by wyewoluowały z nich zarówno galaktyki, jak i czarne dziury.
      Nasze badania wspierają hipotezę mówiącą, że najbardziej odległe masywne czarne dziury tworzą się i rosną w masywnym halo ciemnej materii. Dotychczas takich struktur nie wykrywaliśmy, gdyż ograniczały nas nasze możliwości obserwacyjne, wyjaśnia współautor badań Colin Norman z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa. Zaobserwowane teraz galaktyki są jednymi z najsłabiej świecących, jakie udało się zarejestrować.  Aby je zauważyć, konieczne były wielogodzinne obserwacje za pomocą jednych z najpotężniejszych teleskopów optycznych. Dzięki temu uczeni dowiedli też, że istnieje związek pomiędzy czterema galaktykami, a czarną dziurą
      Sądzimy, że obserwujemy wierzchołek góry lodowej. Że te galaktyki, które widzimy, są najjaśniejszymi, jakie się tam znajdują, przyznaje Barbara Balmaverde z Narodowego Instytutu Astrofizyki w Turynie.
      Pozostaje tylko mieć nadzieję, że jeszcze większe teleskopy optyczne, jak budowany właśnie Extremely Large Telescope, pozwolą dostrzec więcej szczegółów.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Teoria pętlowej grawitacji kwantowej (LQG) pozwala wyjaśnić pewne anomalie mikrofalowego promieniowania tła, z którymi nie poradziły sobie dotychczas inne teorie, twierdzi zespół naukowy pracujący pod kierunkiem Abhaya Ashtekara z Pennsylvania State University. Wyniki badań zostały opisane na łamach Physical Review Letters.
      Teoria grawitacji kwantowej opisuje historię wszechświata w kategorii „Wielkiego Odbicia”.  Bardziej znana teoria Wielkiego Wybuchu mówi, że wszechświat powstał z osobliwości, niezwykle małego punktu, z którego się rozszerzył. W teorii kwantowej grawitacji mamy zaś do czynienia ze stałą Plancka, najmniejszym możliwym rozmiarem. Zgodnie z nią wszechświat po okresie rozszerzania zacznie się kurczyć, a gdy osiągnie wielkość stałej Plancka, nastąpi odbicie i znowu zacznie się rozszerzać. Zatem wszechświat jest zjawiskiem cyklicznym. W teorii tej Wielki Wybuch jest albo pierwszym, albo kolejnym z serii Wielkich Odbić.
      Autorzy najnowszych badań skupili się na dwóch anomaliach mikrofalowego tła (CMB), zwanym też promieniowaniem reliktowym. To obecne w całym wszechświecie promieniowanie jest pozostałością po wczesnym etapie formowania się wszechświata.
      Jedna z tych anomalii ma związek z rozkładem energii CMB, w którym widoczne są niewielkie różnice temperatury. Druga anomalia ma związek z amplitudą soczewkowania CMB, czyli jego zagięcia podczas podróży w przestrzeni. Soczewkowanie to jest wynikiem rozkładu i gęstości materii, co z kolei jest związane z kwantowym fluktuacjami, do których dochodziło jeszcze przed rozszerzaniem się wszechświata.
      Jeśli teoria pętlowej grawitacji kwantowej jest prawdziwa, to Wielkie Odbicie powinno wpłynąć na CMB. Teoria ta stwierdza, że w momencie Wielkiego Odbicia zagięcie czasoprzestrzeni było większe niż kiedykolwiek później. Pętlowa grawitacja kwantowa przewiduje konkretną wartość zagięcia czasoprzestrzeni w momencie odbicia. Wartość ta jest podstawowym elementem tego, co obecnie obserwujemy. Innymi słowy, jeśli przewidywanie te są prawdziwe, to i obecnie powinniśmy obserwować pewne konkretne modyfikacje rozszerzającego się wszechświata, mówi Ashtekar.
      Olbrzymie zakrzywienie czasoprzestrzeni, jakie miało miejsce w momencie Wielkiego Odbicia, pozostawiło trwały ślad w mikrofalowym promieniowaniu tła. Długość fali fluktuacji  wywołanych tym zjawiskiem jest większa niż część wszechświata, jaką obserwujemy, więc nie jesteśmy w stanie wykryć jej bezpośrednio. Jednak jest ona skorelowana z falami o mniejszych długościach, które objawiają się w anomaliach CMB, których teoria Wielkiego Wybuchu nie potrafi wyjaśnić.
      Istnieje sześć podstawowych parametrów, które decydują o tym, co widzimy przyglądając się mikrofalowemu promieniowaniu tła. Dwa to pierwotne parametry związane z końcem okresu inflacji, a ich wartości wpływają na zakres mocy CMB. Dwa kolejne pochodzą z czasu pomiędzy końcem inflacji, gdy wszechświat liczył sobie 10-32 sekundy, a momentem, gdy około 379 000 lat później pojawiło się CMB. Dwa ostatnie parametry opisują to, co wydarzyło się pomiędzy pierwszą emisją CMB a dniem dzisiejszym.
      Chociaż teoria Wielkiego Wybuchu jest w stanie określić wartości tych parametrów, to LQC wprowadza do nich modyfikacje, które wyjaśniają obserwowane anomalie.
      W mikrofalowym promieniowaniu tła istnieje też trzecia anomalia, hemisferyczna. Otóż obie hemisfery CMB mają różną średnią energię. Tę anomalię wyjaśnił już Ivan Agullo z Louisiana State University, który również wykorzystał przy tym teorię pętlowej grawitacji kwantowej.
      Sam Agullo zapoznał się z pracą grupy Ashtekara i określił ją jako fantastyczną. Dowodzi ona, że fizyczne procesy, które miały miejsce w odległej przeszłości, przed epoką inflacji, mogą pozostawić ślady na współczesnym niebie, stwierdził.
      Ostatnią, wciąż niewyjaśnioną anomalią, jest różnica w pomiarach stałej Hubble'a. O problemie tym informowaliśmy już wcześniej. Ashtekar wskazuje jednak na pracę Alejandro Pereza z Aix-Marseille Universite, która jego zdaniem stanowi pierwszy krok ku wyjaśnieniu tej anomalii na gruncie LQC.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Trójwymiarowa mapa wszechświata ujawniła istnienie jednej z największych znanych człowiekowi struktur. Ściana Bieguna Południowego, bo tak nazwano tę strukturę, składa się z setek tysięcy galaktyk i rozciąga na odległość 1,4 miliarda lat świetlnych. Wcześniej tego giganta nie zauważono, gdyż jego większa część znajduje się za jasno świecącą Drogą Mleczną.
      Ściana Bieguna Południowego rozmiarami dorównuje Wielkiej Ścianie Sloan, szóstej największej strukturze wszechświata.
      Astronomowie od dawna wiedzą, że galaktyki nie są rozrzucone przypadkowo, ale tworzą wielką kosmiczną sieć. Składa się ona ze zbiorów galakty i wielkich struktur gazowych pomiędzy nimi, a wszystko to poprzedzielane jest pustką kosmosu. Kosmografia zajmuje się mapowaniem tej struktury. Już wcześniej kosmografowie zauważyli inne gigantyczne struktury wszechświata.
      W 2014 roku Daniel Pomarede z Uniwersytetu Paris-Saclay poinformował o istnieniu supergromady Laniakei. To wielka gromada galaktyk, do której należy też Droga Mleczna. Laniakea ma szerokość 520 milionów lat świetlnych.
      Teraz Pomarede i jego zespół przyjrzeli się obszarowi znanemu jako strefa unikania. To ten fragment południowej części wszechświata, który jest przed naszymi oczami przesłonięty Drogą Mleczną. Jasne światło naszej galaktyki przesłania to, co poza nim. Naukowcy śledzili zarówno przesunięcie galaktyk ku czerwieni, jak i ich ruch względem siebie oraz oddziaływania grawitacyjne. Następnie dzięki specjalnym algorytmom uczeni byli w stanie określić, jak wygląda rozkład materii w strefie unikania i wokół niej.
      Analiza wykazała istnienie olbrzymiej struktury z centrum na południowym nieboskłonie, której jedno wielkie ramię rozciąga się w kierunku Gwiazdozbioru Wieloryba, a drugie w kierunku Gwiazdozbioru Ptaka Rajskiego.
      Ściana Bieguna Południowego trafi więc do czołówki największych struktur we wszechświecie. Na czele tej listy znajduje się gigantyczna Wielka Ściana Herkulesa-Korony Północy, której rozpiętość sięga 10 miliardów lat świetlnych. W 2015 roku informowaliśmy o odkryciu Gigantycznego Pierścienia Rozbłysków Gamma. Rozciąga się on na 5,6 miliarda lat świetlnych. Pokonał więc ówczesną rekordzistkę, czyli Olbrzymią Wielką Grupę Kwazarów o szerokości 4 miliardów lat świetlnych. Strukturami większymi od Ściany Bieguna Południowego są jeszcze Wielka Grupa Kwazarów U1.11 (2,5 miliarda lat świetlnych) oraz Wielka Grupa Kwazarów Clowesa-Campusano (2 miliardy lat świetlnych).

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Fizyk z Uniwersytetu w Genewie zaproponował rozwiązanie poważnego kryzysu, trapiącego kosmologię. Kryzysowi temu na imię stała Hubble'a. To jedna z podstawowych stałych kosmologicznych. Opisuje ona tempo rozszerzania się wszechświata. Problem w tym, że dotychczasowe obliczenia i badania dają co najmniej dwa różne, zbyt różne, wyniki. Profesor Lucas Lombriser twierdzi, że wie, skąd bierze się ta różnica.
      Stałą Hubbla wyznacza się za pomocą dwóch głównych metod. Pierwsza, pomiary promieniowania mikrofalowego tła, wskazuje, że wszechświat rozszerza się z prędkością 64,4 km/s/Mpc, czyli, że na każdy megaparsek (3,26 miliona lat świetlnych) tempo rozszerzania się wszechświata rośnie o 64,4 km/s. Jednak obliczenia z wykorzystaniem cefeid, zmiennych gwiazd pulsujących, dają wartość 73,4 km/s/Mpc. Różnica jest tak duża, że obliczeń tych nie da się pogodzić. W miarę upływu lat te dwie wartości były wyznaczane coraz bardziej precyzyjnie, ale różnica między nimi pozostawała. To doprowadziło do sporu naukowego. Pojawiły się głosy, że mamy do czynienia z „nową fizyką”.
      Lombriser wysunął jednak hipotezę, która nie wymaga odwoływania się do „nowej fizyki”. Zdaniem uczonego, należy przyjąć wszechświat nie jest homogeniczny. Oczywiście takie założenie jest prawdziwe, jednak w dość niewielkich skalach. Nie ma wątpliwości, że w galaktykach i poza nimi materia rozłożona jest inaczej. Jednak trudno wyobrazić sobie różnice w skalach tysiąckrotnie większych niż galaktyki.
      Jeśli znajdowalibyśmy się w gigantycznym „bąblu”, w którym gęstość materii jest znacząco mniejsza niż gęstość materii we wszechświecie, miałoby to konsekwencje dla odległości do supernowych i dla określenia stałej Hubble'a, mówi Lombriser. Naukowiec zaproponował hipotezę, że Droga Mleczna i tysiące innych galaktyk poruszają się w bąblu o średnicy 250 milionów lat świetlnych, w którym gęstość materii jest o 50% niższa niż w reszcie wszechświata.
      Jeśli w takim bąblu znajdują się obiekty, z galaktyk których używamy do wyznaczania stałej Hubble'a, to po przeprowadzeniu obliczeń okazuje się, że uzyskane wyniki w wysokim stopniu zgadzają się z obliczeniami, w których uwzględniane jest mikrofalowe promieniowanie tła. Prawdopodobieństwo, że istnieje tego typu fluktuacja [wspomniany bąbel – red.] wynosi między 1/20 a 1/5, co oznacza, że to nie jest tylko fantazja teoretyka. We wszechświecie istnieje wiele takich regionów jak nasz, mówi Lombriser.

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