Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Pulsar w układzie podwójnym potwierdza ogólną teorię względności Einsteina
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z Nowej Zelandii i USA zidentyfikowali pierwszy znany układ podwójny, który zakończy istnienie jako kilonowa. Kilonowa to niezwykle rzadkie zjawisko astronomiczne, w wyniku którego powstają bardzo duże ilości ciężkich pierwiastków. Specjaliści uważają, że wśród 100 miliardów gwiazd w Drodze Mlecznej istnieje jedynie 10 układów, w przypadku których dojdzie do eksplozji kilonowej.
Pierwszą kilonową odkryto w 2013 roku, gdy zauważono, że to właśnie tego typu wydarzenie było źródłem rozbłysku gamma. Teraz znaleźliśmy pierwszy układ, który zamieni się w kilonową, a jego poznanie pozwoli lepiej zrozumieć, w jaki sposób wszechświat wzbogaca się w ciężkie pierwiastki, w tym w złoto i platynę.
Niedawno odkryty układ CPD-29 2176 został szczegółowo zbadany przez naukowców z Embry-Riddle Aeronautical University, University of Auckland, NASA i innych instytucji. Uczeni informują, że układ składa się z dwóch gwiazd krążących wokół siebie po bardzo ciasnych orbitach. Jedna z nich to gwiazda neutronowa, która powstała w wyniku eksplozji supernowej, ale w wyniku której doszło do wyrzucenia znacznie mniejszej ilości materiału niż w typowej eksplozji. Mówimy tutaj o ultra-stripped supernova. Powstają one w układach podwójnych, gdy gwiazda utraci materię na rzecz swojego towarzysza, a następnie ma miejsce eksplozja. Jest ona na tyle delikatna, że nie dochodzi do zniszczenia gwiazdy, która zamienia się w gwiazdę neutronową, ani do wyrzucenia jej towarzysza, który sam może wyewoluować w gwiazdę neutronową.
Drugim elementem układu jest gwiazda typu Be. Gwiazda ta traci materiał na rzecz gwiazdy neutronowej i naukowcy sądzą, że sama w przyszłości stanie się supernową. Naukowcy i w jej przypadku spodziewają się łagodnej eksplozji, którą układ podwójny przetrwa. będziemy więc mieli do czynienia z układem podwójny dwóch gwiazd neutronowych na bardzo ciasnych orbitach. Będą one generowały fale grawitacyjne, aż w końcu dojdzie do ich połączenia się w eksplozji kilonowej.
Tym, co skłoniło naukowców do przeprowadzenia badań była niezwykła orbita CPD-29 2176. Zauważyliśmy, że jest ona niemal kołowa w porównaniu z innymi układami tego typu, więc zaczęliśmy badań jego ewolucję. Zauważyliśmy, że tylko bogata historia interakcji w tym układzie pozwala wyjaśnić to, jak wygląda obecnie i przewidzieć, jak będzie wyglądał w przyszłości, stwierdzili naukowcy.
Układ CPD-29 2176 znajduje się w odległości zaledwie 11 400 lat świetlnych od Ziemi i jest dość jasny. To pozwoliło na zebranie wystarczającej liczby danych, by opisać jego ewolucję. Dzięki temu naukowcy mogli dowiedzieć się, jak wyglądają układy, w których dochodzi do kilonowej. Bardzo ważnym elementem całego systemu jest kołowa orbita oraz fakt, że gwiazda Be bardzo szybko się obraca, co jest pozostałością po czasach, gdy pochłaniała materię z towarzyszącej jej gwiazdy.
Autorzy badań przypuszczają, że za kilka milionów lat gwiazda Be eksploduje jako ultra-stripped supernowa, zmieni się w gwiazdę neutronową, a w przyszłości dojdzie do połączenia obu gwiazd neutronowych i eksplozji kilonowej.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Planety mogą wymuszać na swoich gwiazdach macierzystych, by zachowywały się tak, jakby były młodsze niż są w rzeczywistości. Badania licznych układów przeprowadzone przy użyciu Chandra X-ray Observatory dostarczyły najsilniejszych jak dotąd dowodów, na to, że niektóre planety spowalniają proces starzenia się gwiazd.
Już wcześniej zauważono pierwsze oznaki „odmładzania” gwiazd przez gorące jowisze, czyli gazowe olbrzymy, które znajdują się na orbitach podobnych do orbity Merkurego lub nawet bliżej. Jednak dopiero teraz udało się zjawisko to dobrze i systematycznie udokumentować.
W medycynie, żeby stwierdzić, czy obserwowane zjawisko jest prawdziwe, czy też jest to odchylenie od normy, trzeba zaangażować do badań wielu pacjentów. Podobnie jest w astronomii, a te badania dają nam pewność, że gorące jowisze naprawdę powodują, że ich gwiazdy zachowują się tak, jakby były młodsze, mówi kierująca badaniami Nikoleta Ilic z Instytutu Astrofizyki im. Leibniza w Poczdamie.
Gorące jowisze wpływają na swoje gwiazdy prawdopodobnie za pomocą sił pływowych, powodując, że gwiazdy szybciej obracają się wokół własnej osi niż gdyby nie posiadały tego typu plany. Szybciej obracająca się gwiazda jest bardziej aktywna i wytwarza więcej promieniowania rentgenowskiego, co jest cechą młodszych gwiazd.
Z upływem czasu wszystkie gwiazdy spowalniają swój obrót i dochodzi na nich do mniejszej liczby rozbłysków. Jednak określenie wieku gwiazd nie jest łatwe, więc trudno jest stwierdzić, czy gwiazda, wokół której krąży gorący jowisz zachowuje się jakby była młodsza, czy rzeczywiście jest młodsza.
Uczeni rozwiązali ten problem przyglądając się układom podwójnym, gdzie dwie odległe gwiazdy krążą wokół siebie, ale tylko jedna z nich posiada na orbicie gorącego jowisza. Astronomowie wiedzą, że gwiazdy w układach podwójnych są w tym samym wieku. Odległość pomiędzy takimi gwiazdami jest zbyt duża, by wpływały na swoje tempo obrotu lub by gorący jowisz wpływał na gwiazdę, wokół której nie krąży. Zatem gwiazda nie posiadająca gorącego jowisza może posłużyć do kontrolowania rzeczywistego wieku obu gwiazd układu.
Naukowcy wykorzystali ilość promieniowania rentgenowskiego jako wskaźnik wieku gwiazd. Znaleźli około 30 układów podwójnych, w których jednej z gwiazd towarzyszył gorący jowisz. Okazało się, że gwiazdy z krążącym gorącym jowiszem zwykle emitowały więcej promieni X, zatem były bardziej aktywne, niż gwiazdy bez gazowego olbrzyma.
Wcześniejsze badania pozwoliły na zdobycie pewnych wskazówek, ale teraz mamy w końcu statystycznie istotne dowody, że niektóre planety wpływają na swoje gwiazdy powodując, że zachowują się one tak, jakby były młodsze, stwierdza współautorka badań Marzieh Hosseini.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Przed dwoma laty Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) poinformowało o odkryciu najbliższej Ziemi czarnej dziury. Jednak najnowsze badania przeprowadzone m.in. na Uniwersytecie Katolickim w Leuven (KU Leuven) pokazały, że w układzie HR 6819 nie ma czarnej dziury. Składa się on za to z dwóch gwiazd, z których jedna pochłania drugą.
Autorzy pierwotnych badań nad HR 6819 twierdzili, że odległy od nas o 1000 lat świetlnych układ składa się z czarnej dziury, gwiazdy obiegającaj ją zaledwie w ciągu 40 dni oraz jeszcze jednej gwiazdy, na znacznie szerszej orbicie wokół tych dwóch obiektów.
Jednak zespół badawczy z KU Leuven, na którego czele stała doktorantka Julia Bodensteiner zaproponował właśnie inną interpretację danych. Zdaniem belgijskich naukowców HR 6819 składa się wyłącznie z dwóch gwiazd, obiegających się wciągu 40 dni. Jedna z tych gwiazd została odarta przez swojego towarzysza ze znacznej ilości materii.
Osiągnęliśmy limit możliwych do zdobycia danych. Musieliśmy więc przyjąć inną strategię obserwacyjną, by zdecydować, który scenariusz jest bardziej możliwy, mówi Abigail Frost z KU Leuven. Zespoły z ESO i KU Leuven połączyły więc siły.
Naukowcy zdecydowali się wykorzystać Very Large Telescope Interferometer (VLTI). VLTI to jedyne urządzenie, które mogło dostarczyć nam decydujących informacji, pozwalających na rozstrzygnięcie, jak naprawdę wygląda HR 6819, dodaje Dietrich Baade, współautor wcześniejszych badań. Scenariusze, które rozważaliśmy, były jasno opisane i można było je od siebie łatwo odróżnić za pomocą odpowiednich instrumentów, stwierdzają naukowcy.
Oba zespoły zgadzały się co do tego, że HR 6819 składa się z dwóch źródeł światła. Trzeba było określić, czy są to czarna dziura z orbitującą wokół gwiazdą oraz odległa gwiazda czy też dwie gwiazdy na ciasnej orbicie, z których jedna została pozbawiona znacznej części materii.
Do rozstrzygnięcia sporu zaangażowano dwa instrumenty wchodzące w skład VLTI: GRAVITY oraz MUSE. "MUSE potwierdził, że nie ma jasnego źródła światła na szerokiej orbicie, a dzięki wysokiej rozdzielczości GRAVITY byliśmy w stanie zauważyć dwa źródła światła, któe dzieli zaledwie 1/3 odległości pomiędzy Ziemią z Słońcem", stwierdzili uczeni.
Stwierdzono zatem, że HR 6819 to układ podwójny, w którym niedawno jedna z gwiazd wyssała atmosferę gwiazdy jej towarzyszącej.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Chociaż ogólna teoria względności Einsteina liczy już ponad 100 lat, nadal zawiera wiele dotychczas nieopisanych zjawisk. Naukowcy z Instytutu Geodezji i Geoinformatyki UPWr wraz z przedstawicielami Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) opublikowali artykuł, który opisuje w sposób kompleksowy, co dzieje się ze sztucznymi satelitami krążącymi wokół Ziemi i jak ogólna teoria względności wpływa na orbity i ruch satelitów. Podczas opisu ruchu udało się odkryć kilka dość nieoczekiwanych efektów i przewidywań, które nigdy wcześniej nie zostały opisane w literaturze.
Wyniki prac, prof. Krzysztof Sośnica przedstawił w październiku 2020 r. oraz w marcu 2021 r. na spotkaniu Naukowego Komitetu Doradczego Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA GNSS Science Advisory Committee, GSAC) w ramach specjalnych referatów zaproszonych, które wywołały burzliwą dyskusję, a teraz zostały opublikowane w czasopiśmie naukowym.
Ogólna teoria względności
Z ogólnej teorii względności wynika szereg efektów, które nie mogły być opisane z wykorzystaniem zasad mechaniki klasycznej. Efekty dotyczą m.in. pojęcia czasu, krzywizny drogi, po jakiej porusza się światło oraz ruchu ciał niebieskich. Naukowcy z IGIG UPWr oraz ESA wzięli pod lupę efekty dotyczące ruchu sztucznych satelitów Ziemi.
Pierwszy efekt dotyczący zmiany pozycji perygeum Merkurego względem Słońca, wyprowadził już Albert Einstein. Był to jeden z dowodów, który pozwolił na powszechną akceptację ogólnej teorii względności w środowisku naukowym. Wcześniej niektórzy podejrzewali, że dziwny ruch Merkurego wynika z obecności dodatkowej planety pomiędzy Merkurym a Słońcem, której nadano nazwę Wulkan. Ta hipotetyczna planeta wyjaśniała zmianę pozycji perygeum Merkurego, ale nigdy nie została odkryta. Dopiero Einstein zdołał wyjaśnić zaburzenia w ruchu planet za pośrednictwem nowej teorii opisującej relacje pomiędzy czasem, przestrzenią, grawitacją i materią w sposób kompleksowy.
Natomiast wiele innych efektów, działających na pozostałe parametry orbit dotychczas nie zostało opisanych w literaturze. Publikacja naukowców z UPWr i ESA wypełnia tę lukę i przedstawia opis perturbacji parametrów orbit oraz zmianę okresu obiegu satelitów krążących wokół Ziemi. Naukowcy wyprowadzili efekty w sposób analityczny oraz przeprowadzili symulacje potwierdzające prawidłowość swoich przewidywań.
Ruch sztucznych satelitów w teorii względności
Teoria względności pozwala wydzielić trzy główne efekty działające na ruch satelitów:
1. Efekt Schwarzschilda będący konsekwencją ugięcia czasoprzestrzeni przez masę Ziemi (traktowaną jako regularną kulę),
2. Efekt Lensa-Thirringa będący konsekwencją obrotu Ziemi wokół własnej osi, co generuje powstawanie tzw. wirów czasoprzestrzennych, które pociągają za sobą satelity,
3. Efekt de Sittera zwany również precesją geodezyjną będący konsekwencją zakrzywienia czasoprzestrzeni przez Słońce oraz poruszania się satelitów Ziemi poruszającej się wokół Słońca – jest zatem konsekwencją złożenia dwóch ruchów.
W artykule opisano jak wszystkie trzy efekty wpływają na rozmiar i kształt orbit oraz na orientację płaszczyzny orbity względem przestrzeni zewnętrznej.
Jakie efekty relatywistyczne udało się opisać po raz pierwszy?
Pierwszym efektem, który dotychczas nie był opisany w literaturze, jest zmiana wielkości orbit sztucznych satelitów Ziemi za sprawą zakrzywienia czasoprzestrzeni przez Ziemię.
Odkryto, że dłuższa półoś orbity wszystkich ziemskich satelitów zmniejsza się o 17,7 mm. Naukowców zaskoczyło to, że wartość ta jest stała niezależnie od tego, na jakiej wysokości orbituje satelita. Czy to satelita niski orbitujący na wysokości 300 km, czy satelita geostacjonarny znajdujący się na wysokości 36 000 km zmiana wynosi tyle samo. Dodatkowym zaskoczeniem była sama wartość zmiany dłuższej półosi orbity, gdyż jest ona dokładnie dwukrotnością promienia Schwarzschilda, czyli promienia czarnej dziury o masie Ziemi.
Gdyby udało się ścisnąć całą masę Ziemi do kuli o promieniu 8,9 mm, wówczas Ziemia stałaby się czarną dziurą. Nic, nawet światło nie mogłoby się z niej wydostać. Promień czarnej dziury nazywa się promieniem Schwarzschilda lub horyzontem zdarzeń, zza którego żadna informacja nie może się wydostać.
Naukowcy odkryli, że zmiana dużej półosi wszystkich satelitów Ziemi wynosi dokładnie dwa razy więcej niż promień Schwarzschilda. Nawet, gdyby Ziemia zapadła się i stałaby się czarną dziurą, to efekt działający na wszystkie satelity Ziemi wynosiłbym -17,7 mm; nieważne, czy satelity krążyłyby wysoko czy nisko nad czarną dziurą. Autorzy artykułu wyprowadzili wzór na zmianę orbity, która jest opisywana prostym, uniwersalnym dla wszystkich ciał niebieskich, równaniem: -4GM/c^2, gdzie G jest stałą grawitacji, M - masą ciała niebieskiego (np. Ziemi), a c - prędkością światła w próżni.
Drugim efektem opisanym po raz pierwszy w pracy naukowców jest efekt zmiany kształtu orbit sztucznych satelitów. Naukowcy dowiedli, że ogólna teoria względności zmienia kształt orbit w ten sam sposób w przypadku orbit eliptycznych i kołowych. Wszystkie orbity ulegają spłaszczeniu, można powiedzieć "eliptyzacji", w podobny sposób. Jest to dość zaskakujące, gdyż logika wskazywałaby na to, że efekt zmiany kształtu powinien być większy dla orbit eliptycznych, natomiast dla orbit kołowych powinien być zaniedbywalny.
Trzecim niespodziewanym efektem było to, że wartość tzn. precesji geodezyjnej silnie zależy od kąta nachylenia Słońca względem płaszczyzny orbity satelity. Naukowcy wykazali, że efekt precesji geodezyjnej jest największy dla satelitów geostacjonarnych krążących nad równikiem. Wcześniej nikt nie zwrócił na to uwagi, gdyż brano pod uwagę jedynie efekt średni, a nie rzeczywisty wynikający z geometrii satelita-Ziemia-Słońce. Naukowcy NASA zaprojektowali misję Gravity Probe B, której celem było potwierdzenie efektu precesji geodezyjnej. Misja posiadała kąt nachylenia względem płaszczyzny równika 90 stopni. Gravity Probe B kosztowała w sumie 750 milionów USD.
Tymczasem naukowcy z IGIG i ESA dowiedli, że znacznie lepszym rozwiązaniem byłoby wykorzystanie satelitów krążących nisko nad równikiem oraz orbit nad którymi Słońce nachylone jest pod maksymalnym możliwym kątem, odpowiadającym nachyleniu płaszczyzny ekliptyki względem równika. Wówczas, misja przyniosłaby o wiele lepsze rezultaty w zakresie dokładności wyznaczonego efektu precesji geodezyjnej.
Ostatecznie, naukowcy wykazali, że ogólna teoria względności w słabych polach grawitacyjnych (zaniedbując utratę energii związaną z falami grawitacyjnymi), w długich interwałach zachowuje moment pędu satelitów i energię satelitów krążących wokół Ziemi. Jednakże w krótkich interwałach, zasady zachowania energii i pędu, a także prawa Keplera są złamane, co jest w szczególności widoczne w przypadku orbit eliptycznych.
Ze szczegółami pracy zespołu profesora Sośnicy można zapoznać się w artykule General relativistic effects acting on the orbits of Galileo satellites.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) udało się dokonać pierwszych pomiarów długości wiązania atomowego einsteinu. To jedna z podstawowych cech interakcji pierwiastka z innymi atomami i molekułami. Mimo, że einstein został odkryty przed 70 laty, to wciąż niewiele o nim wiadomo. Pierwiastek jest bowiem bardzo trudny do uzyskania i wysoce radioaktywny.
Einstein został odkryty w 1952 roku przez Alberta Ghiorso w pozostałościach po wybuchu bomby termojądrowej. W czasie eksplozji jądro 238U wychwytuje 15 neutronów i powstaje 253U, który po emisji 7 elektronów zmienia się w 253Es.
Zespół naukowy pracujący pod kierunkiem profesor Rebeki Abergel z LBNL i Stosha Kozimora z Los Alamos National Laboratory, miał do dyspozycji mniej niż 250 nanogramów pierwiastka. Niezbyt wiele wiadomo o einsteinie. To spore osiągnięcie, że udąło się nam przeprowadzić badania z zakresu chemii nieorganicznej. To ważne, gdyż teraz lepiej rozumiemy zachowanie tego pierwiastka, co pozwoli nam wykorzystać tę wiedzę do opracowania nowych materiałów i nowych technologii. Niekoniecznie zresztą z udziałem einsteinu, ale również z użyciem innych aktynowców. Lepiej poznamy też tablicę okresową pierwiastków, mówi Abergel.
Badania prowadzono w nowoczesnych jednostkach naukowych: Molecular Foundry w Berkeley Lab i Stanford Synchrotron Radiation Lightsource w SLAC National Accelerator Laboratory. Wykorzystano przy tym spektroskopię luminescencyjną i absorpcję rentgenowską.
Jednak zanim przeprowadzono badania trzeba było pozyskać sam einstein. To nie było łatwe. Pierwiastek został wytworzony w High Flux Isotope Reactor w Oak Ridge National Laboratory. To jedno z niewielu miejsc na świecie, gdzie można produkować einstein. Wytwarza się go bombardując kiur neutronami. Wywołuje to cały łańcuch reakcji chemicznych. I tutaj pojawił się pierwszy problem. Próbka była mocno zanieczyszona kalifornium. Uzyskanie odpowiedniej ilości czystego einsteinu jest bowiem niezwykle trudne.
Zespół naukowy musiał więc zrezygnować z pierwotnego planu wykorzystania krystalografii rentgenowskiej, czyli techniki uznawanej za złoty standard przy badaniu struktury wysoce radioaktywnych próbek. Technika to wymaga bowiem otrzymania czystej metalicznej próbki. Konieczne stało się więc opracowanie nowej techniki badawczej, pozwalającej na określenie struktury einsteinu w zanieczyszczonej próbce. Z pomocą przyszli naukowcy z Los Alamos, który opracowali odpowiedni instrument utrzymujący próbkę.
Później trzeba było poradzić sobie z rozpadem einsteinu. Uczeni wykorzystywali 254, jeden z bardziej stabilnych izotopów, o czasie półrozpadu wynoszącym 276 dni. Zdążyli wykonać tylko część zaplanowanych eksperymentów, gdy doszło do wybuchu pandemii i laboratorium zostało zamknięte. Gdy naukowcy mogli do niego wrócić, większość pierwiastka zdążyła już ulec rozpadowi.
Mimo to udało się zmierzyć długość wiązań atomowych oraz określić pewne właściwości einsteinu, które okazały się odmienne od reszty aktynowców. Określenie długości wiązań może nie brzmi zbyt interesująco, ale to pierwsza rzecz, którą chcą wiedzieć naukowcy, badający jak metale łączą się z innymi molekułami. Jaki rodzaj interakcji chemicznych się pojawia, gdy badany atom wiąże się z innymi, mówi Abergel.
Gdy już wiemy, jak będą układały się atomy w molekule zawierającej einstein, możemy poszukiwać interesujących nas właściwości chemicznych takich molekuł. Pozwala to też określać trendy w tablicy okresowej pierwiastków. Mając do dyspozycji takie dane lepiej rozumiemy jak zachowują się wszystkie aktynowce. A mamy wśród nich pierwiastki i ich izotopy, które są przydatne w medycynie jądrowej czy w produkcji energii, wyjaśnia profesor Abergel.
Odkrycie pozwoli też zrozumieć to, co znajduje się poza obecną tablicą okresową i może ułatwić odkrycie nowych pierwiastków. Teraz naprawdę lepiej zaczynamy rozumieć, co dzieje się w miarę zbliżania się do końca tablicy okresowej. Możemy też zaplanować eksperymenty z użyciem einsteinu, które pozwolą nam na odkrycie kolejnych pierwiastków. Na przykład pierwiastki, które poznaliśmy w ciągu ostatnich 10 lat, jak np. tenes, były odkrywane dzięki użyciu berkelu. Jeśli będziemy w stanie uzyskać wystarczająco dużo czystego einsteinu, możemy wykorzystać ten pierwiastek jako cel w eksperymentach, w czasie których wytwarza się nowe pierwiastki. W ten sposób zbliżmy się do – teoretycznie wyliczonej – wyspy stabilności.
Ta poszukiwana wyspa stabilności to teoretycznie wyliczony obszar tablicy okresowej, gdzie superciężkie pierwiastki mogą istnieć przez minuty, a może nawet dni, w przeciwieństwie do obecnie znanych superciężkich pierwiastków istniejących, których czas półrozpadu liczony jest w mikrosekundach.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.