Sign in to follow this
Followers
0
W poszukiwaniu ciemnej materii. Wiemy, na ile Droga Mleczna jest przezroczysta dla antymaterii
-
Similar Content
-
By 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 -
By KopalniaWiedzy.pl
Równo 98 lat temu, 30 grudnia 1924 roku ludzkość dowiedziała się, że Droga Mleczna nie jest jedyną galaktyką we wszechświecie. Edwin Hubble ogłosił wówczas, że mgławica spiralna Andromeda jest w rzeczywistości galaktyką. Jeszcze 100 lat temu uważano, że Droga Mleczna liczy zaledwie kilka tysięcy lat świetlnych średnicy. Większość uważała, że stanowi ona cały wszechświat.
Pierwsze galaktyki zidentyfikował w XVII wieku francuski astronom Charles Messier. Nie wiedział jednak, czym są te rozmyte obiekty. Messier zajmował się obserwacjami komet i wiedział, że nie są to komety. Stworzył katalog takich obiektów, by zapobiec ich błędnej identyfikacji jako komety. Listę tworzył według schematu, w którym zawarł pierwszą literę swojego nazwiska i kolejny numer obiektu. Zawierała ona informacje o 110 gromadach gwiazd i „mgławicach spiralnych”.
Niektórzy twierdzili, że te mgławice to „wszechświaty wyspowe”, obiekty podobne do Drogi Mlecznej, ale położone poza nią. Inni uważali, że to chmury gazu w Drodze Mlecznej. Spór rozstrzygnął Edwin Hubble. W 1923 roku obserwował on „mgławicę spiralną” M31, gdy zdał sobie sprawę, że jeden z widocznych tam obiektów to cefeida. Te olbrzymie gwiazdy zmienne, tysiące razy jaśniejsze od Słońca ludzkość zna od XVIII wieku.
Na początku XX wieku amerykańska astronom Henrietta Leavitt zauważyła, że bardzo dobrze spełniają one zależność pomiędzy okresem pulsacji a jasnością absolutną, co pozwala na określenie odległości do nich. Dlatego też cefeidy stały się pierwszymi świecami standardowymi, czyli obiektami służącymi do pomiarów odległości we wszechświecie. I nadal są wykorzystywane w tej roli obok, między innymi, supernowych typu Ia.
Hubble wykorzystał cefeidę w M31, zmierzył odległość do niej i wykazał, że znajduje się ona daleko poza Drogą Mleczną. To zakończyło spór o to, czym są mgławice spiralne. Jednoznacznie okazało się, że to inne galaktyki.
Hubble przez kolejne lata mierzył odległości do różnych galaktyk, wykorzystując w tym celu cefeidy. W końcu w 1929 roku na łamach PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) ukazał się przełomowy artykuł A relation between distance and radial velocity among extra-galactic nebulae. Uczony udowodnił w nim, że większość galaktyk się od nas oddala, a ich prędkość jest zależna od odległości. To podstawowe prawo kosmologii obserwacyjnej, zwane prawem Hubble’a–Lemaître’a.
Drugi człon nazwy prawa pochodzi od nazwiska katolickiego księdza i astrofizyka Georgesa-Henriego Lemaître'a, jednego z twórców kosmologii relatywistycznej i twórcy hipotezy Wielkiego Wybuchu, który w 1927 roku przewidział istnienie zależności pomiędzy odległością galaktyk, a prędkością ich ucieczki.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Troje astronomów – José Luis Bernal, Gabriela Sato-Polito i Marc Kamionkowski – uważa, że sonda New Horizons mogła zarejestrować rozpadające się cząstki ciemnej materii. Uważają oni, że niespodziewany nadmiar światła zarejestrowany przez sondę, może pochodzić z rozpadających się aksjonów, hipotetycznych cząstek ciemnej materii.
Na optyczne promieniowanie tła składa się całe światło widzialne emitowane przez źródła znajdujące się poza Drogą Mleczną. Światło to może nieść ze sobą istotne informacje na temat struktury wszechświata. Problem w badaniu tego światła polega na trudności w jego odróżnieniu od światła, którego źródła znajdują się znacznie bliżej, szczególnie od światła Słońca rozproszonego na pyle międzyplanetarnym.
Wystrzelona w 2006 roku sonda New Horizons znajduje się obecnie w Pasie Kuipera. Pył międzyplanetarny jest tam znacznie bardziej rozproszony niż bliżej Słońca. Niedawno sonda użyła instrumentu o nazwie Long Range Reconnaissance Imager (LORRI) do pomiaru światła. Ku zdumieniu specjalistów okazało się, że optyczne promieniowanie tła jest dwukrotnie bardziej jasne, niż należałoby się spodziewać z ostatnich badań dotyczących rozkładu galaktyk.
Astronomowie z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa uważają, że ten nadmiar światła może pochodzić z rozpadu aksjonów. Uczeni, chcąc wyjaśnić wyniki obserwacji LORRI, zbadali model, w którym aksjony rozpadałyby się do fotonów. Obliczyli, jak rozkładałaby się energia fotonów z takiego rozpadu i w jaki sposób przyczyniałoby się to zarejestrowania nadmiarowego światła przez LORRI. Wyniki sugerują, że nadmiar fotonów mógłby pochodzić z aksjonów o masie mieszczącym się w zakresie 8–20 eV/c2. Powinny one dawać wyraźny sygnał w przyszłych pomiarach intensywności światła.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Widzimy, że gwiazdy te ulegają precesji oraz poruszają się w górę i w dół z różną prędkością, mówi Paul McMillan z Lund Observatory. McMillan stał na czele grupy badawczej, która dzięki danym z teleskopu Gaia wyjaśniła, co jest przyczyną tajemniczych zmarszczek widocznych w zewnętrznych regionach Drogi Mlecznej.
Szwedzcy uczeni wykorzystali dane z europejskiego teleskopu kosmicznego Gaia, który pozwolił im zbadać większy obszar Drogi Mlecznej niż to wcześniej było możliwe. Naukowcy zmierzyli, jak silne są „zmarszczki” w różnych częściach dysku naszej galaktyki, dzięki czemu udało się odtworzyć ich historię i wskazać na przyczynę tego zjawiska. Gdy galaktyka karłowata w Strzelcu (SagDEG – Sagittarius Dwarf Elliptical Galaxy) przechodziła w pobliżu Drogi Mlecznej, wywołała fale, trochę podobne do tych, jakie widzimy na powierzchni stawu, gdy wrzucimy kamień, wyjaśnia Paul McMillan.
Przejście SagDEG miało miejsce kilkaset milionów lat temu, ale – jak widać – skutki są widoczne do dzisiaj. Obecnie galaktyka ta, znana nam dopiero od 1994 roku, znajduje się w odległości około 85 000 lat świetlnych od Ziemi. Ma średnicę około 10 000 lś. Sagittarius jest w tej chwili powoli rozrywana [przez oddziaływanie Drogi Mlecznej – red.], ale jeszcze 1-2 miliony lat temu była znacznie większa, miała około 20% masy Drogi Mlecznej, mówi McMillan.
Dotychczasowe badania SagDEG wykazały, że w przeszłości wchodziła ona w skład Wielkiego Obłoku Magellana. W wyniku oddziaływania Drogi Mlecznej część gwiazd została wydarta i utworzyła galaktykę karłowatą. Wiemy, że SagDEG już co najmniej 5-krotnie musiało dojść do bliskiego spotkania obu naszych galaktyk. Nie można wykluczyć, że jednemu z takich przejść zawdzięczamy powstanie Układu Słonecznego.
Dzięki temu odkryciu możemy badać Drogę Mleczną podobnie, jak geolodzy na podstawie układu warstw, wyciągają wnioski o historii Ziemi. Taka kosmiczna sejsmologia wiele nam mówi o ewolucji naszej galaktyki, cieszy się McMillan.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Badanie grawitacyjnych deformacji galaktyk karłowatych wydaje się wspierać zmodyfikowane teorie grawitacji, a nie teorię o istnieniu ciemnej materii. Ciemna materia to kluczowy element standardowego modelu kosmologicznego, a jej istnienie wynika z teorii względności Einsteina. Międzynarodowy zespół naukowy opublikował na łamach Monthly Notices of the Royal Astronomical Society wyniki badań, które są niekompatybilne z modelem Lambda-CDM – jednym z najpowszechniej uznawanych modeli kosmologicznych – a wspierają alternatywną zmodyfikowaną dynamikę newtonowską (MOND), która wyjaśnia pewne zjawiska bez odwoływania się do ciemnej materii.
Zgodnie z powszechnie przyjmowanym poglądem ciemna materia stanowi około 85% materii we wszechświecie. Nie możemy jej dostrzec, jednak widzimy jej wpływ na otoczenie. Jej istnienie nie wyjaśnie jednak wszelkich obserwowanych zjawisk, a fakt, że jej nigdy nie wykryto, przyczynił się do powstania alternatywnych teorii.
Uważa się, że ciemna materia tworzy halo galaktyk i wpływa na ich rozwój oraz ewolucję. Takie wielkie sferyczne halo ma otaczać też Drogę Mleczną.
Elena Asencio z Uniwersytetu w Bonn, we współpracy z uczonymi z University of St Andrews w Szkocji, Europejskiego Obserwatorium Południowego w Chile i Uniwersytetu w Oulu w Finlandii poszukiwali halo wokół galaktyk karłowatych w Gromadzie w Piecu. Galaktyki takie, ze względu na swoją niską masę, są szczególnie podatne na działanie sił pływowych działających w samej gromadzie lub pochodzących z sąsiednich większych galaktyk. Działanie sił pływowych byłoby jednak zredukowane, gdyby gromada galaktyk była otoczona halo ciemnej materii. Spodziewany stopień zaburzeń zależy od praw grawitacji oraz obecności dominującego halo ciemnej materii. To zaś czyni galaktyki karłowate użytecznymi obiektami do testowania różnych modeli grawitacji, wyjaśniają autorzy badań.
Naukowcy obserwowali galaktyki karłowate z Gromady w Piecu, a następnie próbowali odtworzyć zaobserwowane zjawiska za pomocą symulacji komputerowych opartych na standardowym modelu kosmologicznym, który zakłada istnienie ciemnej materii. Okazało się, że model ten nie pasuje do tych galaktyk. Zgodnie z nim galaktyki z Gromady w Piecu powinny zostać rozerwane.
Uczeni, chcąc sprawdzić, co utrzymuje galaktyki, przeprowadzili kolejne symulacje, tym razem z wykorzystaniem zmodyfikowanej dynamiki newtonowskiej (MOND). W MOND zasady dynamiki Newtona zostały zmodyfikowane o nieliniową zależność siły od przyspieszenia. W 1983 roku Mordechaj Milgrom postanowił wyjaśnić rozbieżności pomiędzy przewidywanymi i obserwowanymi prędkościami orbitalnymi gwiazd bez odwoływania się do ciemnej materii. Zaproponował, że prawo mówiące iż siła jest wprost proporcjonalna do masy i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości ulega modyfikacji w momencie, gdy oddziaływanie jest bardzo słabe. MOND nie wyjaśnia problemu brakującej masy, ale za to pozwala na dobre przewidywanie rotacji galaktyk.
Badania Asencio i jej zespołu pokazały, że na gruncie MOND – w przeciwieństwie do teorii zakładającej istnienie ciemnej materii – można odtworzyć zjawiska obserwowane w Gromadzie w Piecu.
To już kolejne badania pokazujące, że przyjmując istnienie ciemnej materii nie można wyjaśnić wielu zjawisk, za to dobrze można je opisać na gruncie teorii alternatywnych. Musimy jednak pamiętać, że te teorie alternatywne również mają swoje ograniczenia i nie opisują dobrze zjawisk, które możemy opisać odwołując się do ciemnej materii.
« powrót do artykułu
-
-
Recently Browsing 0 members
No registered users viewing this page.