Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Największa mapa ciemnej materii powstała dzięki obserwacji olbrzymiej liczby galaktyk

Recommended Posts

Powstała największa mapa ciemnej materii, niewidzialnego materiału, który – jak sądzą naukowcy – stanowi ok. 80% materii wszechświata. Jako że materia zagina światło astronomowie, obserwując światło dochodzące do nas z odległych galaktyk, wnioskują o obecności materii na podstawie zaburzeń jego drogi.

W ramach Dark Energy Survey (DES) naukowcy zaprzęgli do pracy sztuczną inteligencję, której zadaniem była analiza światła ze 100 milionów galaktyk. W ten sposób powstała wielka mapa materii wykrytej pomiędzy nami a obserwowanymi galaktykami. Obejmuje ona 25% nieboskłonu półkuli południowej.

Większość materii we wszechświecie to ciemna materia. To wspaniale, że możemy rzucić okiem na te rozległe ukryte struktury na tak dużym obszarze nieboskłonu. Nasza mapa, która pokazuje głównie ciemną materię, wykazuje podobne wzorce do mapy tworzonej z samej widocznej materii. Mamy tutaj podobną do pajęczej sieci strukturę gęstych zbitek materii z wielkimi pustymi przestrzeniami pomiędzy nimi, mówi Niall Jeffrey z University College London (UCL).

Widoczne galaktyki tworzą się w najgęstszych regionach występowania ciemnej materii. Gdy patrzymy na nocne niebo widzimy światło galaktyk, ale nie dostrzegamy otaczającego ich dysku materii. Wykorzystując soczewkowanie grawitacyjne, czyli obliczając, jak materia zaburza światło, otrzymujemy pełny obraz. Zarówno materii widzialnej jak i niewidzialnej, dodaje Ofer Lahav z UCL.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Pomimo tego, że jest milion razy mniejszy, pojedynczy neutron może wpływać na energię molekuły. Teraz fizykom z MIT i innych uczelni udało się zmierzyć wpływ neutronu na radioaktywną molekułę, co może mieć fundamentalne znaczenie dla badań nad ciemną materią czy naruszeniem symetrii.
      Naukowcy opracowali technikę wytwarzania i badania krótko żyjących radioaktywnych molekuł z precyzyjnie kontrolowaną liczbą neutronów. Wybrali liczne izotopy tej samej molekuły, a w każdym z nich był o 1 neutron mniej, niż w poprzednim. Następnie mierzyli energię każdej z molekuł i byli w stanie wykryć minimalne, niemal niewidoczne różnice pomiędzy nimi.
      Możliwość zarejestrowania takich różnic oznacza, że naukowcy będą w stanie badać radioaktywne molekuły pod kątem występowania w nich zjawisk wywoływanych przez obecność ciemnej materii lub też przyczyn naruszenia symetrii we wszechświecie.
      Jeśli prawa fizyki są symetryczne, a sądzimy, że są, to w wyniku Wielkiego Wybuchu powinno powstać tyle samo materii i antymaterii. Jednak fakt, że obserwujemy niemal wyłącznie materię, a antymateria to jedynie jedna część na miliard, oznacza, że coś narusza podstawową symetrię fizyki w sposób, którego nie potrafimy wyjaśnić, mówi profesor Ronald Fernando Garcia Ruiz z MIT.
      Teraz mamy szansę zmierzyć te naruszenia symetrii, używając przy tym ciężkich radioaktywnych molekuł, które są niezwykle czułe na zjawiska, jakich nie obserwujemy w innych molekułach. Może to nam dostarczyć odpowiedzi na najwięsze tajemnice dotyczące powstania wszechświata, dodaje.
      Większość jąder atomowych ma kształt sfery z równo rozłożonymi protonami i neutronami. Jednak niektóre pierwiastki radioaktywne, jak rad, mają jądra o kształcie gruszki. Protony i neutrony są w nich rozłożone nierównomiernie. Fizycy uważają, że takie zaburzenie kształtu może zwiększać naruszenie symetrii, które spowodowało, iż wszechświat składa się z materii. "Jądra pierwiastków radioaktywnych mogą pozwolić nam na obserwowanie tego naruszenia", uważa współautor najnowszych badań, Silviu-Marian Udrescu. "Problem w tym, że są one bardzo niestabilne i krótkotrwałe. Potrzebujemy więc bardzo czułych metod, które pozwolą nam na ich szybkie wytwarzania i badanie.
      Naukowcy umieszczali radioaktywne pierwiastki w molekule, co dodatkowo zwiększa zaburzenie symetrii. Każda z radioaktywnych molekuł składa się z co najmniej jednego radioaktywnego atomu związanego z co najmniej jednym innym atomem. Każdy z atomów otoczony jest chmurą elektronów, które tworzą pole bardzo silne elektryczne molekuły. Naukowcy uważają, że pole to może dodatkowo wzmacniać subtelne zjawiska, jak np. zaburzenie symetrii.
      Autorzy badań tworzą molekuły, które nie istnieją w naturze. W ubiegłym roku poinformowali u uzyskaniu monofluorku radu (RaF), radioaktywnej molekuły składającej się z atomu radu i atomu fluoru. Teraz zaczęli uzyskiwać izotopy tej molekuły, zawierające różną liczbę neutronów.
      Podczas swojej pracy wykorzystali urządzenie ISOLDE (Isotope mass Separator On-Line) z CERN-u. Powstaje w nim cała grupa molekuł, w tym RaF, które są oddzielane od reszty za pomocą laserów, pól elektromagnetycznych i pułapek jonowych. Następnie naukowcy badają masę molekuł, dzięki czemu poznają liczbę neutronów w jądrach radu. Następnie sortują molekuły w zależności od liczby neutronów. W ten sposób uzyskali pięć grup identycznych izotopów RaF. Izotopy w każdej z grup mają inną liczbę neutronów niż w pozostałych grupach. Następnie dokonywali pomiarów poziomów energetycznych cząsteczek.
      Wyobraźmy sobie molekułę, która wibruje jak dwie piłki na sprężynie. Posiada ona pewną energię. Jeśli w jednej z tych piłek zmienimy liczbę neutronów, może zmieć się poziom energetyczny. Jednak każdy z neutronów jest 10 milionów razy mniejszy niż molekuła. Więc różnice są tutaj minimalne. Szczerze mówiąc, nie spodziewaliśmy się, że za pomocą współczesnych technik będziemy w stanie je zauważyć. Ale się udało. I bardzo wyraźnie to widać, mówi Udrescu.
      Naukowiec porównuje czułość eksperymentu do możliwości zaobserwowania, jak Mount Everest, umieszczony na powierzchni Słońca, zmienia promień naszej gwiazdy. Dodaje, że zaobserwowanie naruszenia symetrii wymaga czułości odpowiadającej obserwacji wpływu ludzkiego włosa na zmianę promienia Słońca.
      Uzyskane wyniki pokazują, że radioaktywne molekuły, takie jak RaF, są niezwykle czułe na pewne zjawiska, dzięki czemu możemy badać te zjawiska. Bardzo ciężkie radioaktywne molekuły są wyjątkowe. Są wrażliwe na zjawiska, jakich nie możemy zaobserwować w innych molekułach. Jeśli więc szukamy tego, co narusza symetrię, jest spora szansa, że zauważymy to w takich właśnie molekułach, dodaje Udrescu.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Od dawna wśród astronomów i fizyków trwa spór, czy tajemnicza ciemna materia faktycznie istnieje we Wszechświecie - czy może są to jakieś odstępstwa od tego, jak rozumiemy grawitację. Naukowcy analizujący przegląd nieba KiDS, a wśród nich polski astronom Maciej Bilicki z Centrum Fizyki Teoretycznej PAN w Warszawie, sprawdzali to, wykorzystując obserwacje tysięcy galaktyk.
      Ciemna materia to składnik Wszechświata, którego nie obserwujemy bezpośrednio. O jej istnieniu wnioskujemy na podstawie oddziaływań grawitacyjnych ze zwykłą (świecącą) materią. Obecność ciemnej materii została zaproponowana dla wytłumaczenia obserwowanej rotacji galaktyk oraz ruchów galaktyk w gromadach – widzialnej materii jest zbyt mało, aby można było wytłumaczyć zachodzące w tych przypadkach efekty. Modele wskazują, że ciemnej materii jest kilkakrotnie więcej, niż materii zwykłej.
      W nowych badaniach, które przeprowadził zespół naukowców pod kierunkiem Margot Brouwer (Uniwersytet w Groningen i Uniwersytet Amsterdamski), postanowiono sprawdzić zarówno hipotezę ciemnej materii, jak i różne teorie grawitacji.
      Badacze wykorzystali dane z przeglądu nieba Kilo-Degree Survey (KiDS), wykonanego przy pomocy VLT Survey Telescope (VST), należącego do Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO). Mierzyli tzw. słabe soczewkowanie grawitacyjne, czyli niewielkie ugięcie światła galaktyk spowodowane przez grawitację innych galaktyk położonych bliżej nas. Do analiz wybrano galaktyki z obszaru nieba o powierzchni 1000 stopni kwadratowych (2,5 procent sfery niebieskiej), badając rozkład grawitacji dla około miliona galaktyk. Dane na temat analizowanych galaktyk pochodziły z katalogu opublikowanego niezależnie przez międzynarodową grupę, którą kierował dr hab. Maciej Bilicki.
      Dla prawie 260 tysięcy galaktyk udało się zmierzyć tzw. relację przyspieszenia radialnego (ang. Radial Acceleration Relation, w skrócie RAR). Opisuje ona związek pomiędzy spodziewaną, a obserwowaną grawitacją (obserwowaną na podstawie widocznej materii), z czego można wysnuć wnioski ile jest nadmiarowej grawitacji.
      Do tej pory ta nadmiarowa grawitacja była wyznaczana w zewnętrznych regionach galaktyk jedynie poprzez obserwację ruchu gwiazd oraz zimnego gazu. Wykorzystując efekt soczewkowania grawitacyjnego badacze byli teraz w stanie wyznaczyć RAR w rejonach o stukrotnie słabszej sile grawitacji niż dotąd, sięgając w rejony znajdujące się daleko poza centrami galaktyk.
      Sprawdzili cztery różne modele teoretyczne – dwa zakładające istnienie ciemnej materii i dwa ze zmodyfikowanym prawem grawitacji (tzw. „zmodyfikowana dynamika newtonowska”, w skrócie MOND od angielskiego określenia „Modified Newtonian Dynamics”). Okazało się, że najlepiej do wyników pasuje symulacja o nazwie MICE (jedna z uwzględniających ciemną materię), ale pozostałe warianty również pozostają w grze.
      W dalszym toku badań podzielono galaktyki z badanej próbki na młode (niebieskie galaktyki spiralne) i stare (czerwone galaktyki eliptyczne). Powstają one w różny sposób, a względna ilość zwykłej i ciemnej materii w różnych typach galaktyk może się zmieniać. Z kolei z alternatywnych teorie grawitacji wynika, że zależność ta powinna być stała. Dało to szansę na dalszą weryfikację poszczególnych modeli.
      W teoriach zmodyfikowanej grawitacji, takich jak MOND, ta relacja powinna być zawsze taka sama, niezależnie od typu galaktyki, gdyż jedynym znaczącym parametrem (determinującym RAR) jest w tych modelach łączna masa całej zwykłej materii (świecącej) – czyli gwiazd i gazu. Natomiast w standardowym modelu kosmologicznym galaktyki czerwone mają stosunkowo więcej ciemnej materii niż niebieskie, przy tej samej łącznej masie zwykłej materii – czyli stosunek ilości ciemnej materii do materii świecącej jest większy dla galaktyk czerwonych niż dla niebieskich, tłumaczy Bilicki.
      Nasze badania pokazują, że relacja RAR jest inna dla galaktyk czerwonych niż dla niebieskich. To wyjaśniałoby różnice w mierzonej relacji RAR i wykluczałoby teorie takie jak MOND czy grawitacja entropiczna, dodaje polski astronom.
      Naukowiec mówi, że potrzebne są jednak dalsze obserwacje, bowiem może zachodzić także sytuacja, że galaktyki czerwone mają w rzeczywistości znacznie więcej zwykłej materii niż nam się wydaje, jeśli są otoczone ogromnymi obłokami rzadkiego, gorącego gazu (w przeciwieństwie do niebieskich, które tego gorącego gazu miałyby znacznie mniej). Taki wariant nie wykluczałby przynajmniej niektórych alternatywnych teorii grawitacji.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Nowa mapa ciemnej materii ujawniła istnienie nieznanych wcześniej struktur łączących galaktyki. Mapa, stworzona za pomocą technik maszynowego uczenia, pomoże w badaniach nad ciemną materią oraz w opisaniu historii i przyszłości naszego lokalnego wszechświata. Jest ona dziełem międzynarodowego zespołu naukowego.
      Jako że nie potrafimy bezpośrednio obserwować ciemnej materii, o jej rozkładzie dowiadujemy się, badając wpływ grawitacyjny, jaki wywiera na inne obiekty we wszechświecie, np. na galaktyki.
      Co interesujące, łatwiej jest badać rozkład ciemnej materii znajdującej się znacznie dalej, gdyż pokazuje to daleką przeszłość, kiedy budowa wszechświata była mniej złożona. Z czasem wielkie struktury tylko się powiększyły, stopień złożoności wszechświata wzrósł, więc znacznie trudniej jest dokonywać lokalnych pomiarów ciemnej materii, mówi jeden z autorów badań, profesor Donghui Jeong z Pennsylvania State University.
      Już wcześniej próbowano tworzyć podobne mapy rozpoczynając od modelu wczesnego wszechświata i symulując jego ewolucję przez miliardy lat. Jednak to metoda wymagająca olbrzymich mocy obliczeniowych i dotychczas nie udało się za jej pomocą stworzyć mapy na tyle szczegółowej, by można było zobaczyć nasz lokalny wszechświat.
      Autorzy najnowszych badań wykorzystali inną metodę – za pomocą maszynowego uczenia się stworzyli model, który na podstawie znanych informacji o rozkładzie i ruchu galaktyk, przewiduje rozkład ciemnej materii.
      Naukowcy zbudowali i wyćwiczyli swój model na Illustris-TNG, wielkim zestawie symulacji galaktyk, który zawiera informacje o galaktykach, gazach, innej widzialnej materii oraz ciemnej materii. Szczególnie skupiono się na strukturach podobnych do Drogi Mlecznej. W końcu udało się określić, które dane są niezbędne do poznania rozkładu ciemnej materii.
      Do tak stworzonego modelu wprowadzono prawdziwe dane o lokalnym wszechświecie pochodzące z katalogu Cosmicflow-3. Zawiera on informacje o rozkładzie i ruchu ponad 17 000 galaktyk znajdujących się w odległości 200 megaparseków od Drogi mlecznej. Na tej podstawie powstała mapa rozkładu ciemnej materii.
      Model prawidłowo odtworzył w niej Lokalną Grupę Galaktyk, Gromadę w Pannie, puste przestrzenie i inne struktury. Pokazał też struktury, o których istnieniu nie wiedzieliśmy, w tym włókna łączące galaktyki.
      Możliwość stworzenia mapy lokalnej sieci kosmicznej otwiera nowy rozdział w kosmologii. Możemy teraz badać, jak rozkład ciemnej materii ma się do innych danych, co pozwoli nam na lepsze zrozumienie ciemnej materii. Możemy też bezpośrednio badać te włókna, tworzące wielkie pomocy pomiędzy galaktykami, mówi Jeong.
      Uczeni sądzą, że dodając informacje o mniejszych galaktykach, będą mogli poprawić rozdzielczość mapy. Bardzo więc liczą na dane z Teleskopu Kosmicznego Jamesa Webba.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Po raz pierwszy udało się stworzyć mapę granicy heliosfery. Mapa taka pomoże specjalistom w zrozumieniu, w jaki sposób wchodzą w interakcje wiatr słoneczny i wiatr z przestrzeni międzygwiezdnej.
      Fizycy od lat proponowali teoretyczne modele tej granicy. Teraz, po raz pierwszy, byliśmy w stanie dokonać pomiarów i stworzyć na tej podstawie trójwymiarową mapę, mówi główny autor badań, Dan Reisenfeld z Los Alamos National Laboratory.
      Heliosfera to bąbel tworzony przez wiat słoneczny, który niesie głównie protony, elektrony i cząstki alfa. Bąbel ten chroni Ziemię przez szkodliwym promieniowaniem z przestrzeni międzygwiezdnej.
      Reisenfeld i jego zespół wykorzystali dane z ziemskiego sztucznego satelity Interstellar Boundary Explorer (IBEX), który wykrywa cząstki z płaszcza Układu Słonecznego. To część heliosfery poza szokiem końcowym. Granicę płaszcza i całej heliosfery wyznacza zaś heliopauza. I właśnie tę granicę zmapowała sonda IBEX. To miejsce, w którym wiatr słoneczny, biegnący od Słońca, zderza się z materią międzygwiezdną, podążającą w stronę Słońca.
      IBEX dokonuje pomiarów za pomocą techniki podobnej do sonaru. Tak jak nietoperze wysyłają impulsy we wszystkich kierunkach i używają odbitego sygnału do stworzenia mapy otoczenia, my używamy wiatru słonecznego do mapowania heliosfery, wyjaśnia Reisenfeld.
      IBEX obserwuje rozkład strumieni energetycznych atomów neutralnych (ENA). Atomy takie powstają w wyniku zderzeń cząstek wiatru słonecznego z wiatrem przestrzeni międzygwiezdnej, gdy protony gorącego gazu mieszając się z atomami gazu neutralnego, wychwycą z nich elektrony. ENA nie mają ładunku elektrycznego, więc nie reagują na pola magnetyczne. Poruszają się po liniach prostych. W okolice Ziemi dociera niewiele takich atomów, jednak wystarczająco dużo, by IBEX je zarejestrował. Intensywność sygnału zależ od intensywności wiatru słonecznego docierającego do płaszcza Układu Słonecznego.
      Wiatr wysyłany przez Słońce ma różną moc, tworząc unikatowy wzorzec. IBEX jest w stanie zaobserwować ten wzorzec w powracającym sygnale ENA 2 do 6 lat później, w zależności od energii ENA oraz kierunku, w którym zwrócony jest satelita. To dzięki tej różnicy czasu możemy mierzyć odległość od regionów, w których powstają ENA, mówi Reisenfeld. Dzięki temu, analizując dane z pełnego cyklu słonecznego z lat 2009–2019, naukowcy byli w stanie stworzyć trójwymiarową mapę. Wykazała ona, że minimalna odległość pomiędzy Słońcem a heliopauzą wynosi około 120 jednostek astronomicznych w kierunku wiatru międzygwiezdnego, a w kierunku przeciwnym wynosi co najmniej 350 j.a. Tutaj jednak pomiar jest ograniczony możliwościami sondy.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Dziesięciu ślepowronom gniazdującym w dolinie Górnej Wisły założono nadajniki GPS/GSM. Ornitolodzy nadali im też imiona; mamy więc, na przykład, Olgę z Ochab, Wojtka z Zawadki czy Juliusza z Jankowic. Lokalizację tych ptaków można sprawdzić na stronie internetowej projektu LIFEVISTULA.PL.
      Na mapie można oglądać przeloty wszystkich ptaków zbiorczo albo trasy poszczególnych osobników. Po kliknięciu na imię konkretnego osobnika widzimy datę i miejsce założenia nadajnika, nazwiska ornitologów zakładających nadajnik, a także nr obrączki czy wiek ptaka w momencie obrączkowania. Ważną częścią "zakładki" danego ślepowrona jest opis jego poczynań. Dane te ornitolodzy z Górnośląskiego Koła Ornitologicznego zdobywają jako pierwsi w Europie, dlatego badanie ma charakter pionierski.
      Obecnie ślepowrony znajdują się jeszcze na zimowiskach. Na stronie projektu podano, że ptaki zimujące w południowej Europie przebywają albo w Zatoce Ambrakijskiej w Grecji, albo nad rzeką Tyber w środkowych Włoszech.
      Ptaki zimujące w północnej Afryce spędzają czas w Algierii, w dolinach rzecznych. Część osobników w czasie wędrówki zdecydowała się przelecieć nad Saharą i obecnie zimuje w Mali i Nigerii. Ptaki przebywające w Mali żerują nad rzeką Niger, w jej środkowym odcinku zwanym Wewnętrzną Deltą Nigru, który w tym okresie tworzy rozległe rozlewiska.
      Dzięki nadajnikom udowodniono m.in., że ślepowrony mogą dłużej przebywać i zimować w oazach na pustyni, a nie tylko na obszarze wzdłuż południowych obrzeży Sahary - w Sahelu.
      Niestety, losy niektórych ślepowronów ułożyły się niepomyślnie. O Olgierdzie z Ochab najprawdopodobniej już nie usłyszymy. Szóstego września ptak rozpoczął wędrówkę na południe i szybko, bo już w ciągu czterech dni, dotarł do oazy w libijskiej części Sahary. Przebywał tam prawie dwa miesiące. Wszystko wskazuje na to, że ptak zginął w miejscu ostatniego pobytu w oazie Aubari w Libii. Przyczyny nie są znane. Ze względu na trudność dotarcia w to miejsce i brak oficjalnych relacji dyplomatycznych Polski z Libią nadajnik nie był możliwy do odzyskania. Z Dominikiem z Dankowic ornitolodzy stracili kontakt w październiku zeszłego roku z powodu słabego stanu baterii, ale mają nadzieję, że bateria doładuje się z panelu słonecznego i uzyskamy ponowne połączenie oraz informacje o losach ptaka. Naukowcy czekają też na ponowne sygnały z nadajników paru innych osobników.
      Niedługo ślepowrony zaczną wracać do kolonii lęgowych w dolinie Górnej Wisły. Pozostaje obserwować, jakie szlaki wybiorą...
      Projekt LIFEVISTULA.PL koordynuje Regionalna Dyrekcja Ochrony Środowiska (RDOŚ) w Katowicach. Jego celem jest ochrona siedlisk ptaków wodno-błotnych, szczególnie ślepowrona i rybitwy rzecznej, w dolinie Górnej Wisły.
      W Polsce ślepowron gniazduje głównie w dolinie  Górnej Wisły, w innych rejonach kraju - np. w dolinie Nidy, dolinie Narwi, w Parku Narodowym Ujście Warty czy nad zbiornikiem Jeziorsko - sporadycznie.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...