Sign in to follow this
Followers
0
Astronomowie obserwują trzy łączące się supermasywne czarne dziury
-
Similar Content
-
By KopalniaWiedzy.pl
Uczeni z MIT, LIGO oraz University of New Hampshire obliczyli ilość ciężkich pierwiastków jaka powstaje podczas łączenia się czarnych dziur z gwiazdami neutronowymi i porównali swoje dane z ilością ciężkich pierwiastków powstających podczas łączenia się gwiazd neutronowych. Hsin-Yu Chen, Salvatore Vitale i Francois Foucart wykorzystali przy tym zaawansowane systemy do symulacji oraz dane z obserwatoriów fal grawitacyjnych LIGO-Virgo.
Obecnie astrofizycy nie do końca rozumieją, w jaki sposób we wszechświecie powstają pierwiastki cięższe niż żelazo. Uważa się, że do ich tworzenia dochodzi w dwojaki sposób. Około połowy takich pierwiastków powstaje w czasie procesu s zachodzącego w gwiazdach o niewielkiej masie (0,5–10 mas Słońca) w końcowym etapie ich życia, gdy gwiazdy te znajdują się w fazie AGB. Są wówczas czerwonymi olbrzymami. Dochodzi tam do nukleosyntezy, kiedy to w warunkach niskiej gęstości neutronów i średnich temperaturach nuklidy wyłapują szybkie neutrony.
Z kolei mniej więcej druga połowa ciężkich pierwiastków powstaje w szybkim procesie r, podczas wybuchu supernowych i kilonowych. Dochodzi wówczas do szybkiego wychwyceniu wielu neutronów, a następnie serii rozpadów, które prowadzą do powstania stabilnego pierwiastka. Do pojawienia się tego procesu potrzebne są wysokie temperatury i bardzo gęste strumienie neutronów. Naukowcy spierają się jednak co do tego, gdzie zachodzi proces r.
W 2017 roku LIGO-Virgo zarejestrowały połączenie gwiazd neutronowych, które doprowadziło do olbrzymiej eksplozji zwanej kilonową. Potwierdzono wówczas, że w procesie tym powstały ciężkie pierwiastki. Istnieje jednak możliwość, że proces r ma też miejsce zaraz po połączeniu się gwiazdy neutronowej z czarną dziurą.
Naukowcy spekulują, że gdy gwiazda neutronowa jest rozrywana przez pole grawitacyjne czarnej dziury, w przestrzeń kosmiczną zostaje wyrzucona olbrzymia ilość materiału bogatego w neutrony. Powstaje wówczas idealne środowisko do pojawienia się procesu r. Specjaliści zastrzegają jednak, że w procesie tym musi brać udział czarna dziura do dość niewielkiej masie, która dość szybko się obraca. Zbyt masywna czarna dziura bardzo szybko wchłonie materiał z gwiazdy neutronowej i niewiele trafi w przestrzeń kosmiczną.
Chen, Vitale i Foucart jako pierwsi porównali ilość ciężkich pierwiastków, jakie powstają w wyniku obu typów procesu r. Przetestowali przy tym liczne modele, zgodnie z którymi proces r mógłby zachodzić.
Większość symulacji wykazała, że w ciągu ostatnich 2,5 miliarda lat w wyniku łączenia się gwiazd neutronowych przestrzeń kosmiczna została wzbogacona od 2 do 100 razy większą ilością ciężkich pierwiastków niż w wyniku kolizji czarnych dziur z gwiazdami neutronowymi. W modelach, w których czarna dziura obracała się powoli, połączenia gwiazd neutronowych dostarczały 2-krotnie więcej ciężkich pierwiastków, niż połączenia czarnej dziury z gwiazdą neutronową. Z kolei tam, gdzie czarna dziura obraca się powoli i ma niską masę – poniżej 5 mas Słońca – połączenia gwiazd neutronowych odpowiadają aż za 100-krotnie więcej ciężkich pierwiastków powstających w procesie r. Do tego, by połączenia czarnych dziur z gwiazdami neutronowymi odpowiadały za znaczną część pierwiastków powstających w procesie r konieczne jest istnienie czarnej dziury o małej masie i szybkim obrocie. Jednak dane, którymi obecnie dysponujemy, raczej wykluczają istnienia takich czarnych dziur.
Autorzy badań już planują poprawienie swoich obliczeń dzięki danym z udoskonalanych LIGO i Virgo oraz z nowego japońskiego wykrywacza KAGRA. Wszystkie trzy urządzenia powinny ponownie ruszyć w przyszłym roku. Dokładniejsze obliczenia tempa wytwarzania ciężkich pierwiastków we wszechświecie przydadzą się m.in. do lepszego określenia wieku odległych galaktyk.
Ze szczegółami badań można zapoznać się na łamach Astrophysical Journal Letters.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Być może po raz pierwszy udało się odkryć planetę poza Drogą Mleczną, poinformowali naukowcy prowadzący obserwacje za pomocą Chandra X-ray Observatory. Jeśli rzeczywiście zauważyli oni planetę poza naszą galaktyką, oznacza to, że już teraz jesteśmy w stanie wykrywać planety znajdujące się znacznie dalej niż dotychczas. Nowa kandydatka na egzoplanetę został zauważony w galaktyce spiralnej Messier 51 (M51).
Dotychczas odkryto tysiące egzoplanet. Wszystkie one jednak znajdują się w Drodze Mlecznej i niemal wszystkie w odległości mniejszej niż 3000 lat świetlnych od Ziemi. Tymczasem egzoplaneta w M51 byłaby oddalona od nas o około 28 milionów lat świetlnych.
Próbujemy otworzyć całkiem nowy rozdział w poszukiwaniu egzoplanet. Szukamy ich w zakresie promieniowania rentgenowkiego, co umożliwia obserwowanie planet w innych galaktykach, wyjaśnia główna autorka badań, Rosanne Di Stefano z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA).
Prawdopodobna planeta została zarejestrowana podobnie jak dotychczas odkryte egzoplanety. Obiekt zauważono metodą tranzytu. Gdy na tle gwiazdy przechodzi planeta, możemy zaobserwować spadek jasności gwiazdy, której światło jest częściowo przesłaniane przez jej towarzyszkę. W ten właśnie sposób odkryto tysiące egzoplanet, prowadząc obserwacje w świetle widzialnym.
Z kolei Di Stefano i jej zespół szukali takich samych zjawisk w układach podwójnych w zakresie promieniowania rentgenowskiego. Zwykle źródłami takiego promieniowania są albo gwiazda neutronowa, albo czarna dziura, wyciągające materię z towarzyszącej jej gwiazdy. Jako, że takie źródła są małe, planeta przechodząca na ich tle powinna zablokować większość lub całość promieniowania. Zatem tego typu tranzyty powinny być łatwe do zauważenia, gdyż źródło promieniowania może okresowo regularnie znikać. Powinniśmy móc je zaobserwować ze znacznie większej odległości niż tranzyty badane w paśmie światła widzialnego. W ich przypadku bowiem przechodząca planeta blokuje minimalną część światła swojej gwiazdy.
Zespół Di Stefano wykorzystał więc metodę obserwacji w paśmie rentgenowskim do znalezienia kandydatki na planetę, znajdującej się w układzie podwójnym M51-ULS-1 w galaktyce M51. Układ ten składa się z czarnej dziury lub gwiazdy neutronowej krążącej wokół gwiazdy o masie ok. 20-krotnie większej od masy Słońca. Naukowcy zauważyli, że źródło promieniowania rentgenowskiego zniknęło na około 3 godziny. Na podstawie zgromadzonych danych stwierdzili, że możemy mieć do czynienia z planetą o rozmiarach Saturna, która krąży wokół gwiazdy neutronowej lub czarnej dziury w odległości 2-krotnie większej niż odległość między Saturnem a Słońcem.
To niezwykle interesująca interpretacja, jednak potrzebujemy więcej informacji, by potwierdzić, że odkryto pierwszą planetę poza naszą galaktyką. Problem w tym, że jeśli to rzeczywiście planeta, która krąży w takiej odległości od gwiazdy lub czarnej dziury, to na kolejny tranzyt musimy poczekać około 70 lat. Niestety, aby potwierdzić, że to planety, będziemy musieli poczekać całe dekady na kolejny tranzyt. A jako, że nie wiemy, w jakim dokładnie czasie obiega ona źródło promieniowania, nie wiemy dokładnie, kiedy powinniśmy patrzeć, mówi współautorka badań Nia Imara z University of California w Santa Cruz.
Jeśli rzeczywiście mamy tutaj do czynienia z planetą, to o bardzo burzliwej historii. Musiała ona bowiem przetrwać eksplozję supernowej w wyniku której powstała gwiazda neutronowa lub czarna dziura. W pewnym momencie dojdzie też do eksplozji gwiazdy towarzyszącej źródłu promieniowania.
Di Stefano i jej zespół poszukiwali tranzytów w trzech galaktykach: M51 (Galaktyka Wir), Messier 101 (M101, Galaktyka Wiatraczek) oraz Messier 104 (M104, Galaktyka Sombrero). W Wirze przyjrzeli się 55 układom podwójnym, w Wiatraczku sprawdzili 64 układy, a w Sombrero – 119. Teraz planują przeszukanie archiwów teleskopów Chandra i XMM-Newton, w poszukiwaniu wcześniejszych tranzytów.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Zjawiska istotne dla czarnych dziur, eksplozji supernowych i innych ekstremalnych wydarzeń kosmicznych mogą zostać odtworzone na Ziemi, twierdzą naukowcy z Pinceton University, SLAC National Accelerator Laboratory oraz Princeton Plasma Physics Laboratory. Dowodzą oni, że współczesna technologia pozwala na uzyskanie procesów kaskadowych opisywanych przez elektrodynamikę kwantową (QED cascades). Procesy takie leżą u podstaw eksplozji supernowych czy szybkich rozbłysków radiowych, w czasie których w ciągu milisekund emitowane jest tyle energii, ile Słońce emituje w ciągu kilku dni.
Kenan Qu, Sebastian Meuren i Nahaniel J. Fisch poinfornowali na łamach Physical Review Letters, o uzyskaniu pierwszego teoretycznego dowodu, że interakcja laboratoryjnego lasera z gęstym strumieniem elektronów doprowadzi do pojawienia się kaskad. Wykazaliśmy, że to, o czym sądzono, iż jest niemożliwe, w rzeczywistości jest możliwe. To zaś pokazuje, że zjawisko, którego dotychczas nie mogliśmy bezpośrednio obserwować, można uzyskać za pomocą najnowocześniejszych laserów i urządzeń do generowania strumienia elektronów, mówi główny autor artykułu, Kenan Qu.
Zderzenie silnego impulsu laserowego ze strumieniem elektronów o wysokiej energii prowadzi do powstania gęstej chmury par elektron-pozyton, które zaczynają wchodzić w interakcje. To zaś powoduje kolektywne zachowanie się plazmy, co z kolei wpływa na to, jak pary te wspólnie reagują na pola elektryczna lub magnetyczne.
Plazma, zjonizowana materia przypominająca gaz, zawiera swobodne cząstki – jony i elektrony – i stanowi około 99% widzialnego wszechświata. Napędza ona reakcje w gwiazdach, a zachodzące w niej procesy są silnie zależne od pól elektromagnetycznych.
"Poszukiwaliśmy sposobów, na odtworzenie warunków, w jakich powstaną pary elektron-pozyton o gęstości na tyle dużej, by doszło do kolektywnego zachowania się plazmy", mówi Qu. Już znacznie wcześniej wiedziano, że wystarczająco silne lasery, pola magnetyczne lub elektryczne mogą doprowadzić do pojawienia się wspomnianych procesów kaskadowych. Jednak wyliczenia pokazywały, że uzyskanie tak intensywnych promieni laserowych, pól magnetycznych i elektrycznych jest poza naszymi możliwościami.
Okazuje się, że połączenie współczesnych technologii laserowych z relatywistycznymi strumieniami elektronów wystarczy, by zaobserwować takie zjawisko, mówi profesor Nat Fisch. Kluczem jest tutaj wykorzystanie lasera, który spowolni pary elektron-pozyton tak, by ich masa spadła, przez co zwiększy się ich wpływ na częstotliwość plazmy i wzmocni kolektywne zachowania plazmy. Wykorzystanie już dostępnych technologii jest tańsze, niż próba zbudowania lasera o olbrzymiej intensywności.
Teraz autorzy badań chcą sprawdzić swoją przewidywania w SLAC National Accelerator Laboratory. Właśnie trwają tam prace nad laserem o umiarkowanej intensywności, a źródło elektronów już się tam znajduje. Jeśli dowiedziemy prawdziwości naszych obliczeń, zaoszczędzimy miliardy dolarów, dodaje Qu.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Naukowcom z University of Massachusetts w Amherst udało się rozwiązać jedną z podstawowych zagadek astronomii, na którą odpowiedzi szukano od lat. Dzięki ich pracy, opublikowanej na łamach Nature, wiemy, dlaczego niektóre z najstarszych i najbardziej masywnych galaktyk bardzo szybko przestały być aktywne i nie pojawiają się w nich już nowe gwiazdy.
Najbardziej masywne galaktyki we wszechświecie powstały niezwykle szybko, krótko po Wielkim Wybuchu sprzed niemal 14 miliardów lat. Jednak z jakiegoś powodu przestały działać. Już nie powstają w nich nowe gwiazdy, mówi profesor Kate Whitaker. To właśnie formowanie się nowych gwiazd jest jednym z procesów umożliwiających wzrost galaktyk. Od dawna wiemy, że wczesne masywne galaktyki stały się nieaktywne, ale dotychczas nie wiedzieliśmy dlaczego.
Zespół Whitaker połączył dane z teleskopu Hubble'a i ALMA. Pierwszy z nich obserwuje wszechświat w zakresie od ultrafioletu do bliskiej podczerwieni – w tym część zakresu widzialnego dla ludzkiego oka – drugi zaś pracuje w spektrum pomiędzy 0,32 do 3,6 mm, którego nasze oczy nie widzą.
Naukowcy poszukiwali za pomocą ALMA niewielkich ilości zimnego gazu, który stanowi główne źródło energii dla procesu tworzenia się nowych gwiazd. We wczesnym wszechświecie, a więc i w tych galaktykach, było bardzo dużo tego gazu. Skoro galaktyki te przestały szybko tworzyć nowe gwiazdy, to powinno im sporo takiego gazu pozostać", spekulowali uczeni. Jednak okazało się, że w badanych galaktykach pozostały jedynie śladowej ilości zimnego gazu znajdujące się w okolicach ich centrów. To zaś oznacza, że w ciągu kilku pierwszych miliardów lat galaktyki te albo zużyły cały gaz, albo go wyrzuciły. Niewykluczone też, że istnieje jakiś mechanizm, który blokuje uzupełnianie gazu przez galaktyki.
W następnym etapie badań naukowcy chcą sprawdzić, jak bardzo zagęszczony jest ten pozostały w starych galaktykach gaz i dlaczego znajduje się wyłącznie w pobliżu ich centrum.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Czarne dziury, tajemnicze, groźne obiekty, które przechwytują wszystko, co znajdzie się w ich pobliżu. Być może jednak chronią nas przed tym, co kryją w swoim wnętrzu – przed osobliwością. Na to pytanie starają się odpowiedzieć specjaliści zajmujący się hipotezą kosmicznej cenzury.
Z równania Einsteina wynika, że za horyzontem zdarzeń, czyli miejscem, poza którym wszystko znika w czarnej dziurze i które jest niedostępne obserwacyjnie, znajdują się osobliwości. Osobliwość to punkt, w którym przyspieszenie grawitacyjne czy też gęstość materii są nieskończone. Nasz wszechświat wziął się z osobliwości, która istniała na początku Wielkiego Wybuchu.
O strukturze osobliwości nie wiemy niczego. W ich pobliżu prawdopodobnie obowiązują obce nam prawa fizyczne. Nie zrozumiemy ich dopóty, dopóki fizykom nie uda się stworzyć zunifikowanej teorii łączącej grawitację i fizykę kwantową.
Nie musimy się jednak obawiać wpływu osobliwości na otoczenie, właśnie dlatego, że znajdują się one wewnątrz czarnych dziur. Sformułowana pod koniec lat 60. ubiegłego wieku hipoteza kosmicznej cenzury Rogera Penrose'a mówi, że osobliwości nie mogą istnieć poza czarnymi dziurami. Przez kilkadziesiąt lat fizycy przyjmowali to za pewnik. I rzeczywiście, nikt nigdy nie zaobserwował nagiej osobliwości, czyli takiej istniejącej poza czarną dziurą.
Jednak w 2010 roku Luis Lehner i Frans Pretorius przeprowadzili symulacje komputerowe, z których wynikało, że zewnętrzna powierzchnia czarnych dziur może się rozpaść, pozostawiając za sobą nagą osobliwość. Na szczęście możemy spać spokojnie. Z symulacji wynika bowiem, że do takiego rozpadu może dojść wyłącznie we wszechświatach, w których istnieją więcej niż trzy wymiary. Jest zatem niemożliwy w naszym trójwymiarowym wszechświecie opisanym przez ogólną teorię względności.
Badania Lehnera i Pretoriusa na nowo obudziły zainteresowanie hipotezą kosmicznej cenzury. A specjaliści zastanawiają się, czy do rozpadu czarnej dziury i pojawienia się nagiej osobliwości może dojść w naszym wszechświecie, a jeśli nie może, to dlaczego.
Obecnie dysponujemy znacznie potężniejszymi komputerami niż jeszcze przed dekadą, nie mówiąc już o maszynach, jakie mógł mieć do dyspozycji Penrose. Fizycy mogą więc lepiej symulować wzrost i ewolucję czarnych dziur oraz próbować zrozumieć, co dzieje się wewnątrz nich. Jednak same moce obliczeniowe to nie wszystko. Wciąż bowiem nie wiemy dokładnie, w jaki sposób symulować czarne dziury.
Pan Figueras, fizyk z Queen Mary University w Londynie wykazał niedawno, że nagie osobliwości mogą pojawiać się nie tylko w wyniku rozpadu czarnych dziur, ale również wskutek ich zderzeń. A do takich zderzeń dochodzi także w naszym wszechświecie. Jednak Figueras i jego zespół twierdzą, że w naszym wszechświecie zderzenia czarnych dziur zawsze powodują, że osobliwość pozostaje wewnątrz czarnej dziury.
Hipoteza Penrose'a wciąż nie została ani ostatecznie dowiedziona, ani odrzucona. A pracujący nad nią specjaliści zajmują się nie tyle jej obaleniem, bądź potwierdzeniem, a tworzeniem metod badawczych, pozwalających lepiej poznać czarne dziury i osobliwości. W tym przypadku ważna jest droga, a nie cel.
« powrót do artykułu
-
-
Recently Browsing 0 members
No registered users viewing this page.