Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Nagrody Nobla z fizyki przyznano za wkład w badanie ewolucji wszechświata
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
W 1929 roku Edwin Hubble odkrył, że najbardziej odległe galaktyki oddalają się od Ziemi szybciej, niż galaktyki pobliskie. Tym samym dowiedzieliśmy się, że wszechświat się rozszerza. Jednak tempo jego rozszerzania stanowi jedną z najważniejszych zagadek kosmologicznych. Spór w tej kwestii trwa od dziesięcioleci. Naukowcy, korzystający z różnych, solidnych i wielokrotnie sprawdzonych, metod pomiaru otrzymują dwa różne wyniki. Być może jednak pogodzą ich nowe badania, których autorzy – wykorzystując Teleskop Webba – zmierzyli tempo ucieczki 10 pobliskich galaktyk i uzyskali nową wartość rozszerzania się wszechświata.
Tempo rozszerzania się wszechświata – stała Hubble'a – mierzone jest dwiema głównymi metodami. Jedna z nich to pomiar promieniowania mikrofalowego tła, czyli światła, które pozostało z Wielkiego Wybuchu. Badanie tą metodą pokazuje, że wszechświat rozszerza się w tempie 67,4 km/s/Mpc (kilometra na sekundę na megaparsek). Druga metoda wykorzystuje do pomiaru świece standardowe, obiekty o znanej jasności. Im są dalej, tym słabsze dociera z nich światło, co pozwala na pomiary odległości i prędkości oddalania się. Pomiary tą metodą dają wynik 74 km/s/Mpc. Oba wyniki na tyle się różnią, że skłoniły naukowców do przypuszczeń, iż standardowy model kosmologiczny – Lambda-CDM – może wymagać zmiany. Zwraca się uwagę, że jedna z tych metod bada mikrofalowe promieniowanie tła, zatem najwcześniejsze ślady wszechświata, a druga współczesne galaktyki, może więc w międzyczasie doszło do jakiejś istotnej zmiany, której Lambda-CDM nie uwzględnia.
Zagadnieniu temu przyjrzała się kosmolog Wendy Freedman z University of Chicago, która specjalizuje się w badaniu tempa rozszerzania wszechświata metodą świec standardowych. Wraz ze swoim zespołem wykorzystała Teleskop Webba do przyjrzenia się 10 pobliskim galaktykom. Naukowcy wykorzystali przy tym trzy różne metody badawcze, które posłużyły im do wzajemnego sprawdzania uzyskanych wyników. W pierwszej z nich do pomiarów użyli cefeid, niezwykle jasnych gwiazd, które regularnie pulsują, zmieniając swoją jasność. Drugą z metod była TRGB (tip of the red giant branch - wierzchołek gałęzi czerwonych olbrzymów), która wykorzystuje fakt, że gwiazdy o niskiej masie osiągają pewną maksymalną jasność. W ostatniej metodzie, JAGB (J-Region Asymptotic Giant Branch), wykorzystano gwiazdy węglowe, których jasność i kolor są stałe w bliskiej podczerwieni. To pierwsze prace, w czasie których użyto wszystkich tych trzech metod do zbadania tych samych galaktyk.
Wszystkie trzy metody, po uwzględnieniu marginesu błędu, dały wartość bliższą wartości uzyskiwanej z badania mikrofalowego promieniowania tła. Odległości mierzone metodami TRGB i JAGB zgadzały się z dokładnością do 1%, ale różniły się od odległości z cefeid o 2,5–4 procent. Średnia wartość stałej Hubble'a uzyskana z tych dwóch pierwszych metod wynosi 69,03+/-1,75 km/s/Mpc, czytamy w artykule udostępnionym na łamach arXiv. Również dane z pomiarów cefeid są zbliżone do tych wartości i mieszczą się w marginesach błędu.
Pomiary dokonane przez uczonych z Chicago mogą wskazywać, że nie potrzebujemy poprawek do modelu kosmologicznego, a różnica w uzyskiwanych dotychczas wynikach to skutek błędów systematycznych.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Tachiony to hipotetyczne cząstki, poruszające się szybciej niż światło. Jeszcze do niedawna uważano, że ich istnienie nie mieści się w ramach szczególnej teorii względności. Jednak praca, opublikowana przez fizyków z Uniwersytetu Warszawskiego i University of Oxford dowodzi, że nie jest to opinia prawdziwa. Tachiony nie tylko nie są wykluczone przez szczególną teorię względności, ale pozwalają ją lepiej zrozumieć, dowodzą profesorowie Artur Ekert, Andrzej Dragan, doktorzy Szymon Charzyński i Krzysztof Turzyński oraz Jerzy Paczos, Kacper Dębski i Szymon Cedrowski.
Istniały trzy powody, dla których tachiony nie pasowały do teorii kwantowej. Po pierwsze, stan podstawowy pola tachionowego miał być niestabilny, a to oznaczało, że te poruszające się szybciej niż światło cząstki tworzyłyby się same z siebie. Po drugie, zmiana obserwatora miałaby prowadzić do zmiany liczby cząstek. Po trzecie, ich energia miałaby przyjmować wartości ujemne.
Z pracy opublikowanej na łamach Physical Review D dowiadujemy się, że problemy z tachionami miały wspólną przyczyną. Okazało się bowiem, że aby obliczyć prawdopodobieństwo procesu kwantowego, w którym udział biorą tachiony, trzeba znać zarówno jego przeszły stan początkowy, jak i końcowy. Gdy naukowcy uwzględnili to w teorii, znikają problemy związane z tachionami, a sama teoria okazała się matematycznie spójna.
Idea, że przyszłość może mieć wpływ na teraźniejszość zamiast teraźniejszości determinującej przyszłość nie jest w fizyce nowa. Jednak dotąd tego typu spojrzenie było co najwyżej nieortodoksyjną interpretacją niektórych zjawisk kwantowych, a tym razem do takiego wniosku zmusiła nas sama teoria. Żeby „zrobić miejsce” dla tachionów musieliśmy rozszerzyć przestrzeń stanów, mówi profesor Dragan.
Autorzy badań zauważają, że w wyniku rozszerzenia przez nich warunków brzegowych, pojawia się nowy rodzaj splątania kwantowego, w którym przeszłość miesza się z przeszłością. Ich zdaniem, tachiony to nie tylko możliwy, ale koniczny składnik procesu spontanicznego łamania symetrii odpowiedzialnego za powstanie materii. To zaś może oznaczać, że zanim symetria zostanie złamana, wzbudzenie pola Higgsa może przemieszczać się z prędkościami większymi od prędkości światła.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W Argentynie niektórzy miłośnicy piwa wsypują do kufla fistaszki. Te najpierw toną, później zaś unoszą się na powierzchnię, a następnie znowu toną i znowu się wynurzają. Fizyka fistaszków tańczących w piwie to tytuł artykułu naukowego, w którym akademicy z Niemiec, Francji i Wielkiej Brytanii opisują i wyjaśniają ten fenomen z punktu widzenia fizyki. Dzięki przeprowadzonej przez nich serii eksperymentów możemy poznać tajemnicę interakcji orzeszków z piwem i przy najbliższej okazji pochwalić się znajomym, że wiemy, na czym ona polega.
Orzeszki są cięższe od piwa, więc w nim toną. Jednak na dnie stają się miejscami nukleacji (zarodkowania), gromadzenia się bąbelków dwutlenku węgla obecnych w piwie. A gdy bąbelków zgromadzi się wystarczająco dużo, orzeszek zyskuje pływalność i podąża do góry. Gdy dociera na powierzchnię, przyczepione do niego bąbelki ulatniają się, a proces ten ułatwia obracanie się orzeszka. Fistaszek traci pływalność i znowu tonie. Proces powtarza się dopóty, dopóki napój jest na tyle nasycony gazem, by dochodziło do zarodkowania.
Badający to zjawisko naukowcy zauważyli, że przyczepiające się do orzeszka bąbelki nie są tymi samymi, które samoistnie unoszą się w górę w piwie. Powierzchnia orzeszka powoduje tworzenie się bąbelków, które rosną, gromadzą się i w końcu nadają mu pływalność.
W rozważanym przypadku do nukleacji gazu, czyli pojawienia się bąbelków, może dojść w samym piwie, na szkle naczynia oraz na orzeszku. Zajmujący się tym poważnym problemem międzynarodowy zespół wyliczył, że z energetycznego punktu widzenia najbardziej korzystna jest nukleacja gazu na orzeszku, a najmniej korzystne jest tworzenie się bąbelków w samym piwie. Dlatego też tak łatwo bąbelki gromadzą się wokół fistaszka i go wypychają. Uczeni wyliczyli nawet, że idealny promień bąbelka przyczepionego do orzeszka wynosi mniej niż 1,3 milimetra.
Można się oczywiście zżymać, że naukowcy tracą pieniądze podatników na niepoważne badania. Nic jednak bardziej mylnego. Tańczące w piwie fistaszki pozwalają lepiej zrozumieć działanie zarówno przyrody, jak i niektóre procesy przemysłowe. To, co dzieje się w orzeszkiem w piwie jest bardzo podobne do zjawisk zachodzących w czasie procesu flotacji, wykorzystywanego na przykład podczas oddzielania rud minerałów, recyklingu makulatury czy oczyszczania ścieków.
Badacze zapowiadają, że nie powiedzieli jeszcze ostatniego słowa. Mają bowiem zamiar kontynuować swoje prace, używając przy tym różnych orzeszków i różnych piw.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Po 10 latach pionierskiej pracy naukowcy z amerykańskiego SLAC National Accelerator Laboratory ukończyli wykrywacze ciemnej materii SuperCDMS. Dwa pierwsze trafiły niedawno do SNOLAB w Ontario w Kanadzie. Będą one sercem systemu poszukującego dość lekkich cząstek ciemnej materii. Urządzenia mają rejestrować cząstki o masach od 1/2 do 10-krotności masy protonu. W tym zakresie będzie to najbardziej czuły na świecie wykrywacz ciemnej materii.
Twórcy detektorów mówią, że przy ich budowie wiele się nauczyli i stworzyli wiele interesujących technologii, w tym elastyczne kable nadprzewodzące, elektronikę działającą w ekstremalnie niskich temperaturach czy lepiej izolowane systemy kriogeniczne, dzięki czemu całość jest znacznie bardziej czuła na ciemną materię. A dodatkową zaletą całego eksperymentu jest jego umiejscowienie 2 kilometry pod ziemią, co pozwoli na wyeliminowanie znaczniej części zakłóceń ze strony promieniowania kosmicznego. SNOLAB i SuperCDMS są dla siebie stworzone. Jesteśmy niesamowicie podekscytowani faktem, że detektory SuperCDMS mają potencjał, by bezpośrednio zarejestrować cząstki ciemnej materii i znacząco zwiększyć nasza wiedzę o naturze wszechświata, mówi Jodi Cooley, dyrektor SNOLAB. Zrozumienie ciemnej materii to jedno z najważniejszych zadań nauki, dodaje JoAnne Hewett ze SLAC.
Wiemy, że materia widzialna stanowi zaledwie 15% wszechświata. Cała reszta to ciemna materia. Jednak nikt nie wie, czym ona jest. Wiemy, że istnieje, gdyż widzimy jej oddziaływanie grawitacyjne z materią widzialną. Jednak poza tym nie potrafimy jej wykryć.
Eksperyment SuperCDMS SNOLAB to próba zarejestrowania cząstek tworzących ciemną materię. Naukowcy chcą w nim wykorzystać schłodzone do bardzo niskich temperatur kryształy krzemu i germanu. Stąd zresztą nazwa eksperymentu – Cryogenic Dark Matter Search (CDMS). Uczeni mają nadzieję, że w temperaturze o ułamek stopnia wyższej od zera absolutnego uda się zarejestrować wibracje kryształów powodowane interakcją z cząstkami ciemnej materii. Takie kolizje powinny zresztą wygenerować pary elektron-dziura, które – przemieszczając się w krysztale – wywołają kolejne wibracje, wzmacniając w ten sposób sygnał.
Żeby jednak tego dokonać, detektory muszą zostać odizolowane od wpływu czynników zewnętrznych. Dlatego też eksperyment będzie prowadzony w SNOLAB, laboratorium znajdującym się w byłej kopalni niklu, ponad 2000 metrów pod ziemią.
Stopień trudności w przeprowadzeniu tego typu eksperymentów jest olbrzymi. Nie tylko bowiem konieczne było stworzenie nowatorskich wykrywaczy, co wymagało – jak już wspomnieliśmy – 10 lat pracy. Wyzwaniem był też... transport urządzeń. Aby chronić je przed promieniowaniem kosmicznym, należało jak najszybciej dostarczy je z USA do Kanady. Oczywiście na myśl przychodzi przede wszystkim transport lotniczy. Jednak im wyżej się wzniesiemy, tym cieńsza warstwa atmosfery nas chroni, zatem tym więcej promieniowania kosmicznego do nas dociera.
Wybrano więc drogę lądową, ale... naokoło. Pomiędzy Menlo Park w Kalifornii, gdzie powstały wykrywacze, a kanadyjską prowincją Ontario znajdują się Góry Skaliste. Ciężarówka z wykrywaczami musiałaby więc wjechać na sporą wysokość nad poziomem morza, co wiązałoby się z większym promieniowaniem docierającym do detektorów. Dlatego też jej trasa wiodła na południe, przez Teksas. Już następnego dnia po dotarciu do Ontario urządzenia zostały opuszczone pod ziemię, gdzie czekają na instalację. Jeszcze w bieżącym roku do Kanady trafią kolejne SuperCDMS, a wstępne przygotowania do uruchomiania laboratorium mają zakończyć się w 2024 roku. Naukowcy mówią, że po 3-4 latach pracy laboratorium powinno zebrać na tyle dużo danych, że zdobędziemy nowe informacje na temat ciemnej materii.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Astronomowie z University of Southampton donoszą o zaobserwowaniu najpotężniejszej znanej kosmicznej eksplozji. Jest ona 10-krotnie jaśniejsza niż jakakolwiek znana supernowa i 3-krotnie jaśniejsza niż najpotężniejsze rozerwanie gwiazdy przez siły pływowe czarnej dziury. Eksplozję AT2021lwx naukowcy obserwują od trzech lat. To bardzo długo, w porównaniu np. z supernowymi, które są widoczne przez kilka miesięcy. Do AT2021lwx doszło przed 8 miliardami lat, gdy wszechświat liczył sobie około 6 miliardów lat.
Specjaliści sądzą, że to, co obserwują to proces niszczenia olbrzymiej chmury gazu – tysiące razy większej od Słońca – przez czarną dziurę. Części chmury wpadły do czarnej dziury, a powstałe w wyniku tego fale uderzeniowe przemiszczają się przez resztę chmury, która otoczyła czarną dziurę, tworząc kształt obwarzanka.
AT2021lwx została wykryta w 2020 roku przez Zwicky Transient Facility i potwierdzona przez Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System. Te instalacje przeglądają nocne niebo w poszukiwaniu obiektów gwałtownie zmieniających jasność. Takie zmiany mogą wskazywać na obecność supernowej czy przelatujące komety lub asteroidy. Jednak w momencie wykrycia skala eksplozji nie była znana. Pojawienie się na niebie jasnego obiektu zostało zauważone przez algorytm poszukujący supernowych. Jednak supernowe nigdy nie trwają tak długo.
Naukowcy przeprowadzili więc szereg badań za pomocą różnych teleskopów. Przeanalizowali spektrum światła, zmierzyli linie absorpcji i emisji, co pozwoliło im na określenie odległości do obiektu. Gdy już znamy odległość i wiemy, jak jasny się nam obiekt wydaje, możemy obliczyć jasność obiektu u źródła. Gdy to zrobiliśmy, zdaliśmy sobie sprawę, że jest on ekstremalnie jasny, mówi profesor Sebastian Hönig.
Jedynymi obiektami, które dorównują AT2021lwx jasnością są kwazary, supermasywne czarne dziury, do których ciągle wpada gaz pędzący z olbrzymią prędkością. W przypadku kwazarów dochodzi do zmian jasności. Raz są jaśniejsze, raz ciemniejsze. Przyjrzeliśmy się danym archiwalnym, z dekady sprzed odkrycia AT2021lwx. Niczego tam nie było i nagle pojawia się najjaśniejszy obiekt we wszechświecie, dodaje profesor Mark Sullivan.
Zjawisko można interpretować na wiele różnych sposobów, jednak najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem jest niszczenie przez czarną dziurę gigantycznej chmury gazu, głównie wodoru. Naukowcy mają nadzieję, że w najbliższych latach dzięki nowym urządzeniom, jak Vera Rubin Observatory, znajdą więcej obiektów podobnych do AT2021lwx i będą mogli lepiej je zbadać.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.