Fale grawitacyjne pozwalają testować Ogólną Teorię Względności
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Astronomia i fizyka
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Przed 10 laty 14 września 2015 roku interferometr LIGO zarejestrował pierwsze fale grawitacyjne wykryte przez człowieka (o ich odkryciu poinformowano 11 lutego 2016 roku). Ludzkość zyskała 3. sposób badania kosmosu, po falach elektromagnetycznych i promieniowaniu kosmicznym. Tym razem zaobserwowaliśmy zaginanie czasoprzestrzeni. Obecnie LIGO rutynowo wykrywa fale grawitacyjne. We współpracy z Virgo (Włochy) i KAGRA (Japonia) tworzy sieć LVK, która średnio co trzy dni rejestruje fale pochodzące z połączenia czarnych dziur. Teraz naukowcy z LVK zdobyli drugi w historii, i jednocześnie najdokładniejszy, dowód obserwacyjny, na prawdziwość teorii o powierzchni czarnych dziur Stephena Hawkinga. W przełomowych badaniach brała udział duża grupa polskich uczonych z Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika, Uniwersytetu Warszawskiego, Uniwersytetu Jagiellońskiego, Polskiej Akademii Nauk, Uniwersytetu w Białymstoku i Narodowego Centrum Badań Jądrowych.
W 1971 roku Stephen Hawking zaprezentował teorię, zgodnie z którą całkowita powierzchnia horyzontu zdarzeń czarnej dziury nigdy się nie zmniejsza. Pierwsze zarejestrowane przez człowieka fale grawitacyjne pochodziły z wydarzenia GW150914, które po analizie okazało się połączeniem czarnych dziur o masach 29 i 36 mas Słońca. W ich wyniku powstała nowa czarna dziura o masie 62 mas Słońca, a brakujące masa 3 Słońc została wyemitowana w postaci promieniowania grawitacyjnego. Gdy Stephen Hawking się o tym dowiedział, skontaktował się z naukowcami z LIGO i zapytał, czy wykryte zjawisko potwierdza jego teorię o powierzchni. Wówczas jednak naukowcy nie byli w stanie odpowiedzieć na to pytanie. Dopiero w 2019 roku, już po śmierci Hawkinga, stworzono odpowiednie techniki analizy danych. Dwa lata później, w 2021 roku ostatecznie stwierdzono, że obserwacje wykazały, iż powierzchnia wynikowej czarnej dziury się nie zmniejszyła. Dokładność obserwacji wynosiła 95%, czyli około 2 sigma. To zbyt mało, by mówić o odkryciu.
Obecnie nadeszło silniejsze potwierdzenie prawdziwości teorii Hawkinga. Znaleziono je w danych z interferometru LIGO – Virgo i KAGRA były akurat wyłączone – który 14 stycznia bieżącego roku zaobserwował sygnał GW250114. Dostarczył on najsilniejszych dowodów na prawdziwość twierdzenia Hawkinga. ANaliza wykazała, że całkowita powierzchnia obu czarnych dziur, które się połączyły, wynosiła 240 000 km2, a powierzchnia nowo powstałej czarnej dziury to około 400 000 km2. Tym razem dokładność obserwacji wynosi 99,999%. Szczegóły badań opublikowano na łamach Physical Review Letters.
Ten wyjątkowy pomiar był możliwy dzięki 10 latom udoskonaleń interferometru. Prace były prowadzone w obu wykrywaczach, w stanach Waszyngton i Louisiana. Nie wiem, co będzie za 10 lat, ale poprzednie 10 lat to czas olbrzymiego wzrostu czułości LIGO. Dzięki temu nie tylko wykrywamy coraz więcej nowych czarnych dziur, ale zdobywamy coraz bardziej szczegółowe dane na ich temat, mówi profesor Katerina Chatziioannou.
Fale grawitacyjne ściskają i rozciągają przestrzeń o 1 część na 1021, zatem cała ziemia jest ściskana lub rozciągana o około szerokość atomu. LIGO składa się z dwóch bliźniaczych urządzeń umieszczonych w odległości około 3000 kilometrów od siebie. Każde z urządzeń ma kształt litery L o ramionach długości 4 kilometrów. Na końcach ramion znajdują się 40-kilogramowe lustra umieszczone dokładnie w tej samej odległości od lasera. W ich stronę wystrzeliwana jest wiązka lasera, która odbija się od luster i wraca do detektorów. Jeśli w trakcie ostrzeliwania luster laserem przez Ziemię przejdzie fala grawitacyjna, zmieni się odległość pomiędzy jednym z luster a laserem. Zatem światło w obu ramionach przebędzie różną drogę. Między promieniami światła dojdzie do interferencji, a badając ją naukowcy mogą mierzyć relatywną długość obu ramion z dokładnością do 1/10 000 szerokości protonu. To wystarczy, by wykryć zmiany długości ramion interferometru spowodowane przejściem fali grawitacyjnej.
Wykorzystanie dwóch identycznych urządzeń położonych w dużej odległości od siebie ma na celu eliminację części zakłóceń powodowanych źródłami na Ziemi (może zostać zakłócone jedno urządzenie, ale drugie położone tak daleko nie odczuje zakłócenia lub będzie to odczuwalne w inny sposób). Duża odległość pozwala też na dodatkowe upewnienie się, że przeszła fala grawitacyjna. Fale te rozchodzą się bowiem z prędkością światła, dokładnie więc wiemy, jakie może być opóźnienie zarejestrowanego sygnału pomiędzy jednym a drugim urządzeniem. Dzięki odległości dzielącej urządzenia możemy też dokonywać lepszej triangulacji, czyli lepiej określać źródło sygnału, a włączenie do tej sieci Virgo i KAGRA dodatkowo zwiększa precyzję pomiarów.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Po czterech latach (ostatni stacjonarny finał był w 2019) spowodowanych pandemią tegoroczny Finał XVIII edycji konkursu Fizyczne Ścieżki powrócił do formuły stacjonarnej i odbył się w Narodowym Centrum Badań Jądrowych w Otwocku 20-21 kwietnia 2023 roku. W trakcie dwudniowego finału Konkursu, organizowanego przez Narodowe Centrum Badań Jądrowych i Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk, zakwalifikowani do niego uczniowie zaprezentowali swoje prace w jednej z trzech kategorii: Pokaz Zjawiska Fizycznego, Praca Naukowa lub Esej. Podobnie jak na prawdziwym seminarium naukowym podczas Finału po prezentacji pracy jej autorzy odpowiadali na pytania Jury oraz osób zasiadających na widowni. Po obejrzeniu efektownych Pokazów Zjawisk Fizycznych, wysłuchaniu prezentacji Prac Naukowych oraz odczytu Esejów, jurorzy udali się na obrady, w wyniku których wyłonili laureatów Konkursu. Zwieńczeniem seminarium finałowego było uroczyste wręczenie uczniom i nauczycielom pamiątkowych dyplomów i nagród.
Żaden konkurs nie budziłby emocji, gdyby nie możliwość zdobycia atrakcyjnych nagród. W przypadku Fizycznych Ścieżek za jedną z najważniejszych można uznać bezwarunkowy wstęp na wydziały fizyki wybranych uniwersytetów oraz wszystkie kierunki wybranych uczelni technicznych (więcej informacji można znaleźć na stronie Konkursu fizycznesciezki.pl lub stronach współpracujących uczelni). Wysiłek uczniów włożony w przygotowanie i zaprezentowanie pracy został doceniony przez pana Marszałka Adama Struzika, który dla laureatów ufundował nagrody finansowe. Symboliczne czeki w imieniu pana Marszałka wręczył jego reprezentant pan prezes Dariusz Grajda. Konkurs został również wsparty przez Starostę Otwockiego i Prezydenta Otwocka, którzy ufundowali nagrody w postaci książek dla uczniów i nauczycieli. Ponadto uczniowie oraz opiekunowie prac naukowych otrzymali nagrody rzeczowe zakupione dzięki darowiźnie Fundacji PGE.
Podczas Gali Finałowej oprócz nagród konkursowych wręczono Nagrodę im. Prof. Ludwika Dobrzyńskiego – inicjatora i spiritus movens konkursu Fizyczne Ścieżki. Nagroda ta jest formą wyróżnienia dla nauczycieli i opiekunów naukowych, którzy wykazali się wyjątkowym zaangażowaniem w przygotowanie uczestników do Konkursu. W tym roku przyznano ją nauczycielom ze Słupska - pani Grażynie i Jarosławowi Linderom. Państwo Linder mogą się pochwalić licznymi finalistami i laureatami Konkursu. Wśród nich wielu zdecydowało się kontynuować swoje młodzieńcze zainteresowania, podejmując naukę na uczelniach wyższych na kierunkach nauk ścisłych lub inżynieryjnych.
Poniżej pełna lista zwycięzców XVIII edycji konkursu Fizyczne Ścieżki:
Kategoria: Pokaz Zjawiska Fizycznego
I miejsce zajął:
Paweł Wakuluk „Generator Marxa czyli wytwarzanie sztucznych błyskawic”
II miejsce ex aequo zajęli:
Łukasz Rogalski „Pokaz zjawisk fizycznych w tunelu aerodynamicznym”
III LO im. Juliusza Słowackiego w Piotrkowie Trybunalskim
oraz
Joanna Tokarz, Anna Tokarz „Ze świecą w poszukiwaniu zjawisk fizycznych”
I Liceum Ogólnokształcące im. Jana Smolenia w Bytomiu
III miejsce ex aequo zajęli:
Mateusz Bieniek, Norbert Majewski, Tomasz Cholewiński „Model akumulatora gazowego”
Zespół Szkół Edukacji Technicznej w Łodzi
oraz
Aleksandra Solecka, Milena Bonk, Paweł Klamut „Gdzie pierogi nauczyły się pływać?”
I Liceum Ogólnokształcące im. Komisji Edukacji Narodowej w Sanoku
Kategoria: Praca Naukowa
I miejsce zajął:
Michał Mielnicki „Wpływ ciągłej wymiany dielektryka na pojemność kondensatora”
V LO im. Augusta Witkowskiego w Krakowie
II miejsce zajęli:
Anita Godyń, Daniel Kmiecik „Jaśniej czy ciemniej? – niech rozstrzygną to pomiary fotometryczne”
Zespół Szkół Ekonomiczno-Chemicznych w Trzebini
W kategorii Esej:
II miejsce ex aequo otrzymały:
Aleksandra Badora „Dlaczego to fizyk może rozwiązać wielką zagadkę matematyczną?”
Publiczne LO nr II z Oddziałami Dwujęzycznymi im. Marii Konopnickiej w Opolu
oraz
Magdalena Listek „Laboratorium o rozsuwanych ścianach”
V LO im. Augusta Witkowskiego w Krakowie
III miejsce otrzymała:
Olga Ociepa „Postzubrinowskie wojny grawitacyjne”
Waldorfskie Liceum Ogólnokształcące im. Cypriana Kamila Norwida w Bielsku-Białej
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Do końca maja potrwa modernizacja badawczego reaktora jądrowego MARIA. Jako przewidywany termin jego uruchomienia wskazywany jest przełom czerwca i lipca. Dr Marek Pawłowski, rzecznik Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ), wyjaśnia, że napromienianie izotopów ma zostać wznowione od 1. cyklu pracy.
Przerwa remontowa rozpoczęła się 5 września ubiegłego roku. Była ona podyktowana starzeniem się i brakiem części zamiennych. Dr Pawłowski wspomina również o konieczności dostosowania zbiorników na odpady ciekłe do nowych wymagań prawnych. Gdy prace modernizacyjne zostaną ukończone, rozpocznie się seria testów wszystkich układów i urządzeń. Najpierw są one sprawdzane przy niepracującym reaktorze, a następnie gdy reaktor pracuje na minimalnej mocy. Gdy testy wypadną pomyślnie, NCBJ zwróci się do prezesa Państwowej Agencji Atomistyki o zgodę na uruchomienie reaktora. Dopiero po jej uzyskaniu MARIA będzie mogła podjąć pracę na nowo.
Reaktor MARIA działa od grudnia 1974 roku. Jest urządzeniem doświadczalno-produkcyjnym i jednym z najważniejszych źródeł niektórych izotopów promieniotwórczych dla światowej medycyny. Na przykład w ubiegłym roku, dzięki błyskawicznej zmianie harmonogramu pracy MARII, udało się zapobiec światowym niedoborom medycznego molibdenu-99. MARIA, nazwany tak od imienia Marii Skłodowskiej-Curie, wykorzystywany jest też do badań materiałowych i technologicznych, domieszkowania materiałów półprzewodnikowych, neutronowej modyfikacji materiałów oraz badań fizycznych.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Reaktor Maria z Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) w Świerku to jeden z głównych dostawców medycznego molibdenu-99. Zaspokaja 10% światowego zapotrzebowania. Pierwiastek ten jest stosowany w 80% zabiegów diagnostycznych z użyciem radiofarmaceutyków i w radioterapii. Maria kilkukrotnie w ciągu roku napromieniowuje tarcze uranowe niezbędne w produkcji Mo-99. Jest też skonfigurowany tak, by awaryjnie zwiększać produkcję, gdyby u innych dostawców pojawiły się problemy. Tak było na początku bieżącego roku, gdy w holenderskim reaktorze HFR doszło do awarii. Naukowcy z NCBJ uzyskali właśnie europejski patent na tarcze uranowe wykonane metodą druku 3D, które zoptymalizują produkcję molibdenu.
Światowe zapotrzebowanie na molibden-99 jest ogromne. Jest to radioizotop wytwarzany zazwyczaj w badawczych reaktorach jądrowych, czyli w urządzeniach o ograniczonych możliwościach produkcyjnych. Właśnie dlatego tak ważne jest ciągłe doskonalenie metod jego produkcji, mówi współtwórca patentu, profesor Paweł Sobkowicz.
W technikach obrazowania budowy i funkcji naszego ciała często wykorzystuje się izotopy promieniotwórcze, wprowadzane do organizmu. Następnie aparatura diagnostyczna rejestruje fotony emitowane przez jądra rozpadających się pierwiastków. Jednym z najważniejszych z nich jest technet-99m. To izotop metastabilny, a emitowane przezeń fotony są nieszkodliwe dla tkanek i łatwo je rejestrować. Ponadto okres jego połowicznego rozpadu wynosi zaledwie 6 godzin, więc wkrótce po badaniu znika on z organizmu.
Krótki czas połowicznego rozpadu technetu-99m to zaleta z punktu widzenia pacjenta, jednak poważny problem technologiczny. Znacząco ogranicza to bowiem czas, jaki może minąć pomiędzy wyprodukowaniem pierwiastka, a jego użyciem podczas diagnostyki. Dlatego też do szpitali wysyła się nie technet, a molibden-99, który rozpada się do technetu. Czas połowicznego rozpadu molibdenu-99 wynosi 67 godzin. To wystarczająco dużo, by przewieźć go z miejsca produkcji do szpitala.
Molibden-99 najczęściej powstaje przez napromienianie neutronami niewielkich tarcz zawierających nisko wzbogacony uran-235. Neutrony z reaktora mają ograniczoną zdolność przenikania do wnętrza materiału tarczy. Aby zagwarantować, że jak najwięcej jąder uranu-235 przekształci się w molibden-99, tarcze zazwyczaj przygotowuje się w postaci cienkich płytek z dyspersji uranu lub jego tlenku albo krzemku w aluminium. Proces produkcji płytek nie pozostawia wiele miejsca na optymalizację. Dlatego zaproponowaliśmy inny sposób przygotowywania tarcz uranowych: druk przestrzenny metodą laserowego spiekania proszków, mówi inżynier Maciej Lipka, jeden z pomysłodawców patentu.
Polscy eksperci wykorzystali laserowe spiekanie proszków metalowych. To jedna z technik druku przestrzennego, w której wykorzystuje się lasery do topienia warstwy proszku. Techniki takie znane są od dawna, ale dotychczas nie wykorzystywany ich do wytwarzania tarcz uranowych. Eksperci ze Świerku uważają, że ta metoda produkcji ma wiele zalet. Pozwala ona bowiem na zoptymalizowanie kształtu tarcz tak, by lepiej rozpraszały ciepło. Tarcze nagrzewają się więc słabiej, dzięki czemu można zwiększyć w nich zawartość uranu-235, a zatem wyprodukować więcej molibdenu-99.
Podczas ostrzeliwania neutronami, w tarczy uranowej powstaje nie tylko molibden-99, ale też wiele innych izotopów. Po wyjęciu z reaktora każdą tarczę trzeba więc poddać stosownej obróbce chemicznej, która służy wyodrębnieniu molibdenu. Tymczasem za pomocą druku przestrzennego można przygotować np. tarcze ażurowe, o bardzo dużej powierzchni czynnej, skuteczniej oddziałujące z rozpuszczalnikami chemicznymi, wyjaśnia Maciej Lipka. Co więcej, część jąder uranu-235 nie ulega przemianie po napromieniowaniu, zatem ich kształt można by dobierać tak, by zwiększyć ilość odzyskiwanego z nich uranu, który można użyć do produkcji kolejnych tarcz.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Teleskop Hubble'a dokonał unikatowych pomiarów, z których wynika, że dżet wydobywający się z obiektu GW170817 porusza się z prędkością przekraczającą 99,97% prędkości światła. Wykryta w sierpniu 2017 roku fala grawitacyjna GW170817 była niezwykłym i jedynym dotychczas zarejestrowanym wydarzeniem swego rodzaju. Pochodziła ze zlania się dwóch gwiazd neutronowych i zabłyśnięcia kilonowej SSS17a, trwała wyjątkowo długo i była powiązana z emisją promieniowania gamma.
Wydarzenie było tak niezwykłe, że zaczęło obserwować je kilkadziesiąt teleskopów z całego świata. Okazało się, że to pierwszy obiekt, w przypadku którego powiązano fale grawitacyjne z obecnością światła, a powstały w czasie rozbłysku dżet zawiera ilość energii porównywalną z ilością produkowaną przez wszystkie gwiazdy Drogi Mlecznej w ciągu roku. GW170817 zostało wykorzystane m.in. do potwierdzenia Ogólnej Teorii Względności. Wykrycie GW170817 było niezwykle ważnym momentem w rozwoju astronomii w dziedzinie czasu, która bada zmiany ciał niebieskich w czasie.
Teleskop Hubble'a zaczął obserwować to wydarzenie już 2 dni po jego odkryciu. Gwiazdy neutronowe zapadły się w czarną dziurę, która zaczęła wciągać okoliczną materię. Utworzył się szybko obracający się dysk materii, z którego biegunów wydobywa się potężny dżet. Naukowcy od wielu lat analizują dane dostarczone przez Hubble'a i inne teleskopy obserwujące GW170817.
Zespół pracujący pod kierunkiem Kunala P. Mooleya z California Institute of Technology połączył dane z Hubble'a z danym dostarczonymi przez grupę radioteleskopów. Dane radiowe zebrano 75 i 230 dni po eksplozji. Obliczenie prędkości dżetu wymagało wielomiesięcznych szczegółowych analiz, mówi Jay Anderson ze Space Telescope Science Institute.
Początkowe pomiary Hubble'a wykazały, że dżet porusza się z pozorną prędkością wynoszącą 7-krotność prędkości światła. Późniejsze pomiary za pomocą radioteleskopów pokazały, że dżet zwolnił do pozornej 4-krotnej prędkości światła.
Jako, że nic nie może poruszać się szybciej niż światło, tak duża prędkość dżetu jest złudzeniem. Ponieważ dżet porusza się w kierunku Ziemi niemal z prędkością światła, światło wyemitowane później ma do przebycia krótszą drogę niż to, wyemitowane wcześniej. Dżet goni własne światło. Przez to obserwatorowi wydaje się, że od emisji światła z dżetu minęło mniej czasu niż w rzeczywistości. To zaś powoduje przeszacowanie prędkości obiektu. Z naszych analiz wynika, że dżet w momencie pojawienia się poruszał się z prędkością co najmniej 99,97% prędkości światła, mówi Wenbin Lu z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.