Polacy badali Kokon Łabędzia – najpotężniejszy akcelerator galaktyki
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Kosmiczna niezwykłość, która rzuca wyzwanie naszemu rozumieniu wszechświata, pokazuje, jaki los może spotkać Drogę Mleczną. Międzynarodowy zespół naukowy, który pracował pod kierunkiem ekspertów z CHRIST University w Bangalore, badał olbrzymią galaktykę spiralną położoną w odległości miliarda lat świetlnych od Ziemi. W centrum galaktyki znajduje się supermasywna czarna dziura o masie miliardy razy większej od masy Słońca, która napędza gigantyczne dżety radiowe o długości 6 milionów lat świetlnych.
Badana galaktyka jest jedną z największych znanych galaktyk spiralnych. Równie wyjątkowe są jej dżety. Tak potężne znajdowano dotychczas niemal wyłącznie w galaktykach eliptycznych, nie spiralnych. To oznacza, że potencjalnie i Droga Mleczna mogłaby wygenerować w przyszłości tak potężne dżety. Jeśli by do tego doszło, mogłoby to oznaczać masowe wymieranie na Ziemi w wyniku intensywnego promieniowania
To odkrycie skłania nas do przemyślenia ewolucji galaktyk, zwiększania masy czarnych dziur i oraz sposobu, w jaki kształtują one swoje otoczenie. Jeśli galaktyka spiralna jest w stanie nie tylko przetrwać, ale i rozwijać się w tak ekstremalnych warunkach, co to oznacza dla przyszłości Drogi Mlecznej? Czy nasza galaktyka doświadczy w przyszłości takiego wysokoenergetycznego zjawiska, które będzie miało poważne konsekwencje dla życia?, zastanawia się główny autor badań, profesor Joydeep Bagchi.
Badacze wykorzystali Teleskop Hubble'a, Giant Metrewave Radio Telescope oraz Atacama Large Millimeter Wave Array za pomocą których przyjrzeli się galaktyce 2MASX J23453268−0449256. Ma ona średnicę 3-krotnie większą od Drogi Mlecznej. W jej wnętrzu odkryli supermasywną czarną dziurę emitującą potężne dżety. Właśnie te dżety są najbardziej zaskakujące. Obowiązuje bowiem pogląd, zgodnie z którym tak aktywne dżety powinny zniszczyć delikatną strukturę galaktyki spiralnej.
Tymczasem 2MASX J23453268−0449256 ma dobrze widoczne ramiona, niewielką poprzeczkę oraz otaczający ją niezakłócony wewnętrzny pierścień gwiazd o średnicy 4,4 kpc (ponad 14 000 lat świetlnych). Galaktykę otacza rozległe halo gorącego gazu emitującego promieniowanie rentgenowskie. Halo powoli stygnie, jednak potężne dżety działają jak piec, uniemożliwiając tworzenie się tam gwiazd, pomimo wystarczającej do ich powstania ilości materiału.
Centralna czarna dziura w Drodze Mlecznej – Sagittarius A (Sgr A*) – ma masę 4 milionów mas Słońca i jest wyjątkowo spokojna. Jednak, jak mówią badacze, może się to zmienić, jeśli wchłonie duża chmurę gazu, gwiazdę czy galaktykę karłowatą. W takiej sytuacji mogłyby pojawić się duże dżety. Takie zjawiska, zwane rozerwaniami pływowymi (TDE – tidal disruption event), obserwowano już w innych galaktykach. Gdyby Sgr A* zaczęła napędzać dżety, to ich wpływ zależałby od siły, kierunku i emisji energii. Taki dżet skierowany w pobliże Układu Słonecznego mógłby pozbawić planety atmosfery, doprowadzić do uszkodzeń DNA w wyniku zwiększonego promieniowania. pozbawić Ziemię warstwy ozonowej i doprowadzić do masowego wymierania.
Autorzy badań zauważyli też, że 2MASX J23453268−0449256 zawiera 10-krotnie więcej ciemnej materii niż Droga Mleczna. Jej obecność może być kluczowa dla stabilności tej szybko obracającej się galaktyki. Fascynującym tematem przyszłych badań może być przeanalizowanie zależności pomiędzy ciemną materią, aktywnością czarnej dziury a strukturą tej galaktyki.
Ze szczegółami można zapoznać się na łamach Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Przed laty dowiedzieliśmy się, że konstelacja satelitów Starlink emituje tak dużo promieniowania w zakresie fal radiowych, iż może to zakłócać badania w dziedzinie radioastronomii. Nowe obserwacje przeprowadzone za pomocą radioteleskopu LOFAR (Low Frequency Array) – największego na Ziemi radioteleskopu pracującego w zakresie niskich częstotliwości – wykazały, że druga generacja Starlinków w niezamierzony sposób emituje 32-krotnie więcej promieniowania radiowego niż generacja pierwsza. Grozi to oślepieniem radioteleskopów, co może zakłócić jedną z najważniejszych dziedzin nauki zajmujących się badaniem wszechświata.
W ostatnich latach gwałtownie zwiększyła się liczba satelitów umieszczonych na niskiej orbicie okołoziemskiej. W ciągu ostatnich pięciu lat firmy takie jak SpaceX czy OneWeb wystrzeliły setki i tysiące satelitów, głównie komunikacyjnych. Z ich planów wynika, że do końca dekady liczba satelitów na orbicie przekroczy 100 000. To zaś prowadzi do zwiększenia sztucznej emisji w zakresie fal radiowych, co zagraża badaniom astronomicznym.
Za pomocą LOFAR rozpoczęliśmy program monitorowanie niezamierzonych emisji z satelitów należących do różnych konstelacji. Nasze obserwacje pokazały, że satelity Starlink drugiej generacji charakteryzuje silniejsza emisja i w szerszym zakresie promieniowania radiowego, niż satelitów pierwszej generacji, mówi Cees Bassa z Holenderskiego Instytutu Radioastronomii (ASTRON).
To pokazuje, jak ważne są ścisłe regulacje dotyczące niezamierzonej emisji z satelitów, by nie zakłócały one badań radioastronomicznych, które stanowią podstawę dla naszego poznania wszechświata. Ludzkość zbliża się do punktu, w którym będziemy musieli podjąć działania na rzecz zachowania nieba na potrzeby badań wszechświata prowadzonych z Ziemi. Firmy telekomunikacyjne nie mają zamiaru generować tej emisji, więc jej minimalizowanie powinno być priorytetem. Starlink nie jest jedynym wielkim graczem na niskiej orbicie okołoziemskiej, ale może być tą konstelacją, która ustanowi obowiązujące tam standardy, dodaje Cees Bassa.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
CERN pochwalił się osiągnięciem przez Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) rekordowej świetlności. Obok energii wiązki, w przypadku LHC maksymalna energia każdej z wiązek ma wynieść 7 TeV (teraelektronowoltów), to właśnie świetlność jest najważniejszym parametrem akceleratora. Zintegrowana świetlność to najbardziej interesujący fizyka parametr urządzenia. Oznacza ona liczbę zderzeń zachodzących w urządzeniu. A im więcej zderzeń, tym więcej danych dostarcza akcelerator.
Jednostką świetlności jest odwrócony barn (b-1) lub jego jednostki pochodne, jak femtobarny (fb-1). W trakcie pierwszej kampanii naukowej (Run 1), która prowadzona była w latach 2010–2012 średnia zintegrowana świetlność LHC wyniosła 29,2 fb-1. Przez kolejne lata akcelerator był remontowany i rozbudowywany. Druga kampania naukowa miała miejsce w latach 2015–2018. Wówczas, w ciągu czterech lat pracy, akcelerator osiągnął średnią zintegrowaną świetlnośc 159,8 fb-1.
Obecnie trwająca kampania, zaplanowana na lata 2022–2025, rozpoczęła się zgodnie z planem. W roku 2022 efektywny czas prowadzenia zderzeń protonów wyniósł 70,5 doby, a średnia zintegrowana świetlność osiągnęła poziom 0,56 fb-1 na dzień. W roku 2023 rozpoczęły się problemy. Niezbędne naprawy urządzenia zajmowały więcej czasu niż planowano i przez cały rok zderzenia protonów prowadzono jedynie przez 47,5 dnia, jednak średnia zintegrowana świetlność wyniosła 0,71 fb-1 na dzień.
Bieżący rok jest zaś wyjątkowy. Wydajność LHC przewyższyła oczekiwania. Do 2 września 2024 roku akcelerator zderzał protony łącznie przez 107 dni, osiągając przy tym średnią zintegrowaną jasność rzędu 0,83 fb-1 na dzień. Dzięki temu na kilka miesięcy przed końcem trzeciego roku obecnej kampanii naukowej jego średnia zintegrowana świetlność wyniosła 160,4 fb-1, jest zatem większa niż przez cztery lata poprzedniej kampanii.
W bieżącym roku LHC ma też przeprowadzać zderzenia jonów ołowiu. Zanim jednak do tego dojdzie, będzie przez 40 dni pracował z protonami. Powinno to zwiększyć jego zintegrowaną świetlność o koleje 33 fb-1. To o 12 fb-1 więcej niż zaplanowano na bieżący rok.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Ultraintensywne źródła rentgenowskie (ULX) generują około 10 milionów razy więcej energii niż Słońce. Są tak jasne, że wydają się przekraczać granicę jasności Eddingtona o 100-500 razy, stanowiąc dla naukowców zagadkę. Opublikowane niedawno badania potwierdzają, że ULX rzeczywiście przekraczają jasność Eddingtona, a wszystko to prawdopodobnie dzięki niezwykle silnym polom magnetycznym, zmieniającym interakcje pomiędzy światłem a materią. Jednak hipotezy o wpływie tych pól nie można przetestować. Są one miliardy razy silniejsze niż najpotężniejsze magnesy, zatem pozostają nam tylko badania obserwacyjne.
Cząstki światła, fotony, popychają obiekty, na które natrafiają. Jeśli obiekty takie jak ULX emitują wystarczająco dużo cząstek, siła ich oddziaływania może być większa niż siła grawitacji samego obiektu. W ten sposób obiekt osiąga granicę jasności Eddingtona, poza którą jego własne światło powinno teoretycznie wypychać wszelki gaz i inny materiał opadający na obiekt. Ten moment gdy ciśnienie światła jest większe niż grawitacja, jest niezwykle ważny, gdyż to właśnie opadający na ULX materiał jest źródłem promieniowania. Przypomina to sytuację, jaką znamy z czarnych dziur. Gdy ich grawitacja przyciąga gaz i pył, rozgrzewają się one i promieniują.
Naukowcy przez długi czas sądzili, że ULX to czarne dziury otoczone jasnymi chmurami gazu. Jednak w 2014 roku NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) odkrył, że ULX M82 X-2 jest pulsarem. To rodzaj gwiazdy neutronowej, czyli zdegenerowanej gwiazdy, która powstała w wyniku zapadnięcia się większej gwiazdy. Gwiazdy neutronowe mają średnicę niewielkiego miasta, ale ich masa może przekraczać masę Słońca.
Gwiazda tworząca M82 X-2 jest więc niezwykle gęsta. Z tym zaś wiąże się silne pole grawitacyjne, które na jej powierzchni jest około 100 bilionów razy silniejsze niż pole grawitacyjne Ziemi. Gaz i pył przyciągany w kierunku gwiazdy osiąga prędkość milionów kilometrów na godzinę i uwalnia olbrzymie ilości energii, gdy uderza w jej powierzchnię. Jak obrazowo wyliczyli to naukowcy z NASA, pianka marshamallow uderzyłaby w pulsar z mocą tysięcy bomb wodorowych. Tak olbrzymie energie wyjaśniają, dlaczego ULX są źródłem tak potężnego promieniowania rentgenowskiego.
Autorzy najnowszych badań wykorzystali NuSTAR, by ponownie przyjrzeć się M82 X-2 i zauważyli, że ten ULX „kradnie” materię z pobliskiej gwiazdy. Każdego roku pobiera z niej tyle materii, że można by z niej zbudować 1,5 planety o masie Ziemi. Znając ilość materii opadającej na powierzchnię ULX naukowcy mogli obliczyć jasność obiektu. I te obliczenia zgadzają się z pomiarami jasności, co potwierdza, iż M82 X-2 rzeczywiście przekracza limit Eddingtona.
Jeśli badania te zostaną niezależnie potwierdzone, można będzie odrzucić hipotezę mówiącą, że ULX w rzeczywistości nie przekraczają limitu Eddingtona, ale silne wiatry wiejące z przestrzeni wokół źródła koncentrują kierują większość emisji w jednym kierunku. Jeśli zostanie ona skierowana w stronę Ziemi, może nam się wydawać, że emisja jest tak potężna, iż ULX przekraczają limit Eddingtona.
Co jednak z limitem jasności Eddingtona i oddziaływaniem fotonów potężniejszym niż grawitacja? Nowe badania mogą być wsparciem dla alternatywnej hipotezy. Mówi ona, że silne pola magnetyczne generowane przez ULX zmieniają sferyczny kształt atomów w kształt podłużny. To zaś zmniejsza zdolność fotonów do wywierania wpływu na atomy, pozwalając na zwiększenie jasności obiektu.
Możemy tutaj obserwować wpływ niewiarygodnie silnych pól magnetycznych. Takich, jakich nie jesteśmy w stanie obecnie odtworzyć na Ziemi. Na tym właśnie polega piękno astronomii. Obserwując niebo, wzbogacamy naszą wiedzę na temat funkcjonowania wszechświata. Z drugiej jednak strony, nie możemy przeprowadzić eksperymentów, by szybko uzyskać odpowiedzi na trapiące nas pytania, więc musimy czekać, aż wszechświat ujawni nam swoje tajemnice, mówi główny autor badań, Matteo Bachetti z Obserwatorium Cagliari we Włoszech.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Amerykański Departament Energii dał zielone światło do rozpoczęcia budowy PIP-II. To projekt znaczącej rozbudowy kompleksu akceleratorowego znajdującego się w Fermilab. Po ukończeniu prac będzie to najpotężniejsze na świecie źródło wysokoenergetycznych neutrin. W przeszłości w Fermilab pracował legendarny Tevatron, urządzenie niezwykle zasłużone dla fizyki. Teraz laboratorium zyska kolejny wyjątkowy instrument badawczy.
PIP-II będzie pierwszym w USA akceleratorem cząstek, w budowę którego znaczący wkład wniosą partnerzy międzynarodowi z Polski, Francji, Indii, Włoch i Wielkiej Brytanii. Dzięki ich współpracy powstanie urządzenie zdolne do generowania wiązek protonów o mocy przekraczającej 1 megawat. To o 60% więcej niż obecne możliwości Fermilab. Dzięki supernowoczesnym rozwiązaniom akcelerator będzie w stanie dostarczyć wiązkę o odpowiednich właściwościach dla różnego rodzaju eksperymentów fizycznych.
Jednym z najważniejszych zadań PIP-II będzie dostarczanie neutrin dla Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE). Akceleratory z Fermilab były siłą napędową eksperymentów, które w ciągu ostatnich 50 lat doprowadziły do znaczących przełomów w fizyce. Oficjalne rozpoczęcie budowy PIP-II oznacza, że jesteśmy o krok bliżej do rozbudowy naszych instalacji i wspierania odkryć naukowych przez kolejnych 50 lat, mówi były dyrektor Fermilab, Nigel Lockyer.
W ramach projektu PIP-II na początku łańcucha akceleratorów znajdujących się w Fermilab powstanie unikatowa potężna elastyczna pierwsze sekcja, wykorzystująca najnowsze osiągnięcia z dziedziny nadprzewodnictwa, wysokoenergetycznych systemów radiowych, sztucznej inteligencji i maszynowego uczenia się. Całość ma pozwolić na szybkie automatyczne dopasowywanie parametrów wiązki do wymagań danego eksperymentu przy minimalnym udziale człowieka.
PIP-II zostanie ukończony w drugiej połowie obecnej dekady. Prace nad niektórymi jego elementami już zbliżają się ku końcowi. Tak jest na przykład z budynkiem zawierającym elementy kriogeniczne. Ta część PIP-II to główny wkład Departamentu Energii Atomowej Indii. A w PIP-II Injector Test Facility przeprowadzono udane testy dwóch modułów kriogenicznych. To pokazuje, że Fermilab stanie się światowym liderem w dziedzinie wykorzystania akceleratorów do badań nad neutrinami, a PIP-II będzie znaczącym wkładem w ten sukces, stwierdziła Harriet King z DOE.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.