Niezwykły sygnał w falach grawitacyjnych. Rekordowa gwiazda neutronowa czy rekordowa czarna dziura?
-
Similar Content
-
By KopalniaWiedzy.pl
Na łamach Monthly Notices of the Royal Astronomical Society pojawiły się wyniki nowego teoretycznego studium mechanizmu powstawania supermasywnych czarnych dziur. Jego autorzy, międzynarodowy zespół naukowy, twierdzą, że supermasywne czarne dziury nie muszą powstawać ze zwykłej materii, a mogą tworzyć się bezpośrednio z ciemnej materii.
Powstawanie i ewolucja czarnych dziur to wciąż jedna z zagadek astronomii. Wiemy, że supermasywne czarne dziury istniały już 800 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Wciąż nie wiemy, jak mogły uformować się tak szybko.
Standardowe modele tworzenia się czarnych dziur mówi o materii barionowej, która zapadła się pod wpływem grawitacji, utworzyła czarną dziurę, która z czasem rosła wchłaniając pobliską materię.
Autorzy nowej pracy badali teoretyczne możliwości istnienia stabilnych jąder galaktyk utworzonych z jądra z ciemnej materii i otaczającej je rozproszonego halo ciemnej materii. W czasie badań zauważyli, że centralne miejsca takich struktur mogą stać się tak gęste, że po przekroczeniu pewnej granicy zapadną się tworząc supermasywną czarną dziurę.
Z modelu wynika, że takie zjawisko może zachodzić znacznie szybciej niż inne mechanizmy powstawania supermasywnych czarnych dziur. Na tyle szybko, że mogły się one formować we wczesnym wszechświecie, zanim jeszcze powstały galaktyki, w centrach których się znajdują.
Nowy scenariusz formowania może wyjaśniać, w jaki sposób supermasywne czarne dziury powstały we wczesnym wszechświecie, bez potrzeby odwoływania się do wcześniejszego powstania gwiazd czy formowania się czarnych dziur o nierealnym tempie wzrostu, mówi główny autor badań Carlos R. Argüelles z Universidad Nacional de La Plata.
Nasza praca pokazuje, że wewnątrz halo ciemnej materii mogą znajdować się gęste ośrodki, które mogą wyjaśniać formowania się supermasywnych czarnych dziur, mówi uczony.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z Michigan State University odkryli, że jedna z najważniejszych reakcji chemicznych we wszechświecie zachodzi znacznie intensywniej we wnętrzach supernowych. Odkrycie to zmienia nasz spojrzenie na powstanie niektórych pierwiastków obecnych na Ziemi. W szczególności zaś wywraca do góry nogami teorię wyjaśniającą, dlaczego na Ziemi mamy do czynienia z niezwykle dużą ilości pewnych izotopów rutenu i molibdenu.
Wyniki zaskakujących badań opublikowano na łamach Nature. Dowiadujemy się z nich, że w najbardziej wewnętrznych obszarach supernowych atomy węgla powstają 10-krotnie szybciej, niż dotychczas sądzono. Są one tworzone w potrójnym procesie alfa (proces 3-α). To proces syntezy termojądrowej, w którym z trzech jąder helu 4He powstaje jedno jądro węgla 12C.
Potrójny proces alfa to dla nas najważniejsza reakcja chemiczna. To dzięki niej istniejemy, mówi profesor Hendrik Schatz z Wydziału Fizyki i Astronomii Michigan State University.
Niemal wszystkie atomy tworzące Ziemię oraz to, co się na niej znajduje, z ludźmi włącznie, powstały w gwiazdach. A najważniejszym z tych atomów jest węgiel, który powstaje w 3-α. Wewnątrz gwiazd trzy jądra izotopu helu zwanego cząstką alfa – składające się z dwóch protonów i dwóch neutronów – tworzą nowy pierwiastek składający się z sześciu protonów i sześciu neutronów. To najpowszechniej występująca forma węgla – 12C.
Proces 3-α jest jednak zwykle mało wydajny, przypomina szef zespołu badawczego, profesor Luke Roberts. Chyba, że jest coś, co go wspomaga. Zespół Robertsa odkrył właśnie, że w najbardziej wewnętrznych warstwach supernowych istnieje taki element, a jest nim nadmiar protonów. To może znacząco przyspieszać reakcję 3-α.
Jednak przyspieszenie tej reakcji wiąże się ze zmniejszeniem zdolności supernowej do wytwarzania cięższych pierwiastków. To bardzo ważne spostrzeżenie, gdyż dotychczas uważano, że nadmiar izotopów rutenu i molibdenu na Ziemi powstał dzięki supernowym bogatym w protony. Jednak badania przeprowadzone właśnie przez zespół Robertsa sugerują, że izotopy te nie powstały w supernowych bogatych w protony.
Fascynujące jest to, że teraz musimy znaleźć inny sposób na wyjaśnienie istnienia takiej ilości tych izotopów. Nie powinno być ich aż tyle. A znalezienie alternatyw dla bogatych w protony supernowych nie będzie łatwym zadaniem, mówi Hendrik Schatz.
To pewien problem. Dotychczas sądziliśmy, że wiemy, skąd na Ziemi taka obfitość izotopów rutenu i molibdenu. Okazało się jednak, że się myliliśmy, dodaje emerytowany profesor Sam Austin.
Istnieją alternatywne rozwiązania tej zagadki, ale żadna z nich nie jest do końca satysfakcjonująca. Potrzebujemy więc nowej teorii, uwzględniającej najnowsze badania. Niezależnie od tego, jakie rozwiązania zostaną zaproponowane w przyszłości, będą one musiały uwzględniać wpływ przyspieszonej reakcji 3-α. To bardzo intrygująca zagadka, stwierdza Schatz. Uwielbiamy postęp. Nawet jeśli burzy on naszą ulubioną teorię, dodaje uczony.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Ziemia jest bliżej supermasywnej centralnej czarnej dziury – Sagittariusa A* – naszej galaktyki i porusza się szybciej niż dotychczas sądzono. Tak wynika z nowej mapy sporządzonej na podstawie ponad 15-letnich badań prowadzonych przez japoński projekt astronomiczny VERA.
VERA (VLBI Exploration of Radio Astrometry) wystartował w 2000 roku. Głównym zadaniem projektu jest określenie struktury przestrzennej i prędkości obiektów w Drodze Mlecznej. Naukowcy wykorzystują technikę interferometrii, która pozwala połączyć dane z różnych radioteleskopów znajdujących się w Japonii i uzyskać obraz o takiej rozdzielczości, jak z jednego radioteleskopu o średnicy 2300 kilometrów. Uzyskano w ten sposób rozdzielczość wynoszącą 10 mikrosekund kątowych. To rozdzielczość wystarczająca, by – przynajmniej teoretycznie – dostrzec z Ziemi 2-złotówkę leżącą na powierzchni Księżyca.
Jako, że Ziemia znajduje się wewnątrz Drogi Mlecznej, nie możemy badać naszej galaktyki z zewnątrz. Żeby zrozumieć strukturę Drogi Mlecznej musimy posłużyć się astrometrią, dokładnymi pomiarami pozycji i ruchu obiektów w naszej galaktyce. Dzięki temu jesteśmy w stanie odtworzyć jej trójwymiarową strukturę. Właśnie opublikowano First VERA Astrometry Catalog, w którym znajdują się dokładne dane dotyczące 99 obiektów Drogi Mlecznej.
Dzięki temu dowiedzieliśmy się właśnie, że Ziemia porusza się wokół centrum Drogi Mlecznej z prędkością 227 km/s, czyli o 7 km/s szybciej, niż sądziliśmy. Jest też o 2000 lat świetlnych bliżej Sagittariusa A*. Od centralnej czarnej dziury dzieli nas zatem 25 800 lat świetlnych, a nie 27 700 lat świetlnych.
Teraz VERA obserwuje kolejne obiekty, szczególnie te znajdujące się blisko czarnej dziury. Projekt VERA przystąpił też do programu EAVN (East Asian VLBI Network), w ramach którego współpracują ze sobą radioteleskopy w Japonii, Korei Południowej i Chin. Dzięki zwiększeniu liczby urządzeń oraz odległości pomiędzy nimi EAVN osiągnie większą rozdzielczość niż VERA i dostarczy jeszcze bardziej dokładnych danych.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Dawno temu, gdzieś we wszechświecie pojawił się gigantyczny rozbłysk promieniowania gamma. W ciągu pół sekundy wyemitowane zostało tyle energii, ile nasze Słońce wyprodukuje przez całe swoje życie. Powstała najjaśniejsza ze znanych nam kilonowych, której światło dotarło do Ziemi 22 maja 2020 roku. Naukowcy z Northwestern University, po przeanalizowaniu rozbłysku w zakresie promieniowania radiowego, rentgenowskiego i bliskiej podczerwieni doszli do wniosku, że zarejestrowali – jako pierwsi w historii – narodziny magnetara.
Magnetar powstał w wyniku połączenia się dwóch gwiazd neutronowych. Współczesne teorie mówią, że gdy łączą się dwie gwiazdy neutronowe, powstaje ciężka gwiazda neutronowa, która w ciągu milisekund zapada się w czarną dziurę. Nasze analizy rozbłysku pokazują, że w tym przypadku ciężki obiekt przetrwał. Nie zapadł się w czarną dziurę, a utworzył magnetar – szybko obracającą się gwiazdę neutronową o bardzo silnych polach magnetycznych, która emituje energię do otoczenia, tworząc w ten sposób jasny rozbłysk, który zaobserwowaliśmy, mówi profesor Wen-fai Fong, która stała na czele grupy badawczej.
Rozbłysk został najpierw zaobserwowany przez Neil Gehrels Swift Observatory. Wiadomość o wydarzeniu została przekazana dalej i wiele teleskopów zostało skierowanych, by obserwować nowe zjawisko. Badano je m.in. za pomocą Teleskopu Hubble'a, Keck Observatory, Very Large Array czy Las Cumbres.
Zespół profesor Fong szybko zdał sobie sprawę, że zjawisko nie jest typowe. Uczeni zauważyli, że w odniesieniu do promieniowania rentgenowskiego i radiowego, promieniowanie w bliskiej podczerwieni, które zarejestrował Hubble, było zbyt jasne, Dokładnie aż 10-krotnie jaśniejsze, niż się spodziewano. Informacje dostarczone przez Hubble'a pokazały nam, że musimy porzucić konwencjonalne myślenie i że mamy do czynienia z nieznanym zjawiskiem, mówi współautor badań Tanmoy Laskar z brytyjskiego University of Bath.
Z przeprowadzonych analiz wynika, że w wyniku połączenia dwóch gwiazd neutronowych doszło do powstania magnetara, który obraca się z prędkością 1000 obrotów na sekundę. Wiemy, że magnetary istnieją, bo obserwujemy je w naszej galaktyce. Uważamy, że większość z nich powstała w wyniku eksplozji olbrzymich gwiazd. Dotychczas tylko przypuszczaliśmy, że niewielka część magnetarów pochodzi z połączenia gwiazd neutronowych. Nigdy jednak nie mieliśmy na to dowodów, co czyni nasze odkrycie wyjątkowym, dodaje Fong.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z Polski, USA i Niemiec uważają, że można wykorzystać globalną sieć czujników kwantowych oraz zegary atomowe systemu GPS do rejestrowania hipotetycznych egzotycznych pól o niskiej masie (ELF), sygnałów pochodzących z łączenia się czarnych dziur i innych gwałtownych wydarzeń astronomicznych. Wykrycie takich sygnałów dawałoby istotny wgląd w fizykę wykraczającą poza Model Standardowy.
Andrei Derevianko z University of Nevada i jego zespół, w pracach którego udział bierze Szymon Pustelny z Uniwersytet Jagiellońskiego, opublikowali pracę, w której wyliczają właściwości ELF i mówią gdzie oraz jak ich szukać.
Astronomia wielokanałowa (multimessenger astronomy), to skoordynowane obserwacje różnych sygnałów pochodzących z tego samego źródła. Obserwacje takie zapewniają duże bogactwo danych na temat procesów astrofizycznych. Dotychczas astronomia wielokanałowa odbierała skorelowane sygnały ze znanych oddziaływań podstawowych i standardowych cząstek, jak promieniowanie elektromagnetyczne, neutrina czy fale grawitacyjne. Jednak wielu autorów sugeruje, że istnieją egzotyczne pola o niskiej masie ( <-2), czytamy w pracy opublikowanej na łamach Nature.
W naszej pracy wykażemy, że sieć precyzyjnych czujników kwantowych, które są izolowane od wpływu konwencjonalnych sygnałów fizycznych, może być potężnym narzędziem astronomii wielokanałowej. Rozważamy tutaj sytuację, w której wysokoenergetyczne wydarzenia astrofizyczne wywołują intensywne rozbłyski egzotycznych pól o niskiej masie (ELF) i proponujemy nowy model wykrywania ELF bazujący na generalnych założeniach. Wyliczamy tutaj amplitudy sygnałów EFL, opóźnienia, częstotliwości i odległości od źródeł fal grawitacyjnych, które to sygnały mogą zostać zarejestrowane przez globalną sieć magnetometrów i zegarów atomowych. Stwierdziliśmy, że sieci takich urządzeń mogą działać jak teleskopy ELF, wykrywając sygnały ze źródeł, które generują ELF.
Czarne dziury i gwiazdy neutronowe mają silne pola grawitacyjne, zatem można przypuszczać, że przyciągają ciemną materię. Wiele rozszerzeń Modelu Standardowego sugeruje, że wokół wielkich masywnych obiektów astrofizycznych, jak czarne dziury, mogą gromadzić się ELF. Gdy czarne dziury się łączą i dochodzi do uwolnienia olbrzymich ilości energii, część z tych ELF może zostać rozerwana i wyrzucona w kierunku Ziemi. Możemy więc spróbować je wykryć i badać.
Jednak sposób badania ELF będzie zależał od ich natury. Derevianko uważa, że jedną z metod może być wykorzystanie zegarów atomowych. ELF mogą wpłynąć na odległości pomiędzy powłokami elektronowymi, co wpłynie na częstotliwość pracy zegara atomowego. Globalna sieć zegarów atomowych już istnieje. Urządzenia takie mają na pokładzie satelity systemu GPS. Można by ją więc wykorzystać do wykrywania ELF, których źródło znajduje się w dowolnym miejscu obserwowalnego wszechświata.
Jest jeszcze inna możliwość obserwacji ELF. Naukowcy przypuszczają, że pola te mogą wchodzić w interakcje ze spinami atomów, zatem mogą być wykrywane przez magnetometry. Global Network of Optical Magnetometers for Exotic physics (GNOME) to sieć 13 stacji rozsianych na 4 kontynentach. Co prawda, jak zauważa Derevianko, obecnie magnetometry te nie są wystarczająco czułe, by wykryć ELF, ale w przyszłości mogą osiągnąć wymaganą czułość, gdyż są ciągle udoskonalane.
Uczeni nie znają dokładnej natury sygnałów pochodzących z ELF, w końcu samo istnienie pól jest jedynie hipotezą, jednak przewidują niektóre z ich właściwości. Ich zdaniem cząstki będące nośnikami sygnału mają dużą energię i bardzo niską masę. W związku z tym przemieszczają się niemal z prędkością światła. Co więcej, uważają, że jako pierwsze dotrą do nas elementy o wysokiej częstotliwości. To zaś będzie zapowiedzią impulsu, który trafi na Ziemię wkrótce po dotarciu fal grawitacyjnych.
Zdaniem zespołu Derevianko, naukowcy mogą szukać ELF w wydarzeniach, którym nie towarzyszy fala grawitacyjna, np. w wybuchach supernowych. A jeśli np. uda się znaleźć w zegarach atomowych systemu GPS ślady ELF pochodzących z połączenia czarnych dziur, to można przeanalizować dane historyczne, sprzed okresu, gdy byliśmy w stanie wykrywać fale grawitacyjne.
« powrót do artykułu
-
-
Recently Browsing 0 members
No registered users viewing this page.