Sign in to follow this
Followers
0
W laboratorium odtworzono wirujący dysk plazmy otaczającej czarną dziurę
-
Similar Content
-
By KopalniaWiedzy.pl
Fuzja jądrowa to obietnica czystego, bezpiecznego i praktycznie nieskończonego źródła energii. Badania nad nią trwają od dziesięcioleci i nic nie wskazuje na to, byśmy w najbliższym czasie mogli zastosować ją w praktyce. Naukowcy dokonują powolnych, mniejszych lub większych, kroków na przód w kierunku jej opanowania. Uczeni z University of Texas, Los Alamos National Laboratory i Type One Energy Group rozwiązali właśnie poważny problem, który od 70 lat nękał jeden z rodzajów reaktorów fuzyjnych – stellaratory – spowalniając prace nad nimi. Jego rozwiązanie przyda się również w udoskonaleniu tokamaków, innego – znacznie bardziej popularnego – projektu reaktora fuzyjnego.
Jednym z poważnych wyzwań stojących przed wykorzystaniem w praktyce fuzji jądrowej jest utrzymanie wysokoenergetycznych cząstek wewnątrz reaktora. Gdy takie wysokoenergetyczne cząstki alfa wyciekają, uniemożliwia to uzyskanie wystarczająco gorącej i gęstej plazmy, niezbędnej do podtrzymania reakcji. Inżynierowie opracowali złożone metody zapobiegania wyciekom za pomocą pól magnetycznych, jednak w polach takich występują luki, a przewidzenie ich lokalizacji i zapobieżenie im wymaga olbrzymich mocy obliczeniowych i wiele czasu.
Na łamach Physical Review Letters ukazał się artykuł, w którym wspomniani wcześniej naukowcy informują o opracowaniu metody 10-krotnie szybszego przewidywania miejsc pojawiania się luk, bez poświęcania dokładności.
Rozwiązaliśmy problem, który był nierozwiązany od 70 lat. Będzie to znaczący przełom w sposobie projektowania reaktorów, mówi profesor Josh Burry z University of Texas. W stellaratorach wykorzystywany jest układ cewek, za pomocą których generowane są pola magnetyczne. Nazywany jest on „magnetyczną butelką”. Miejsca występowania dziur w magnetycznej butelce można precyzyjnie przewidywać korzystając z zasad dynamiki Newtona. Jednak działanie takie wymaga olbrzymich ilości czasu i wielkich mocy obliczeniowych. Co więcej, by zaprojektować stellarator idealny konieczna byłaby symulacja setek tysięcy różnych projektów i stopniowe dostosowywanie do każdego z nich układu magnetycznej butelki.
By więc oszczędzić czas i pieniądze podczas obliczeń standardowo używa się teorii perturbacji, która daje wyniki przybliżone. Są one jednak znacznie mniej dokładne. Autorzy najnowszych badań podeszli do problemu w inny sposób, wykorzystując teorię symetrii.
Obecnie nie ma innego niż nasz teoretycznego sposobu na rozwiązanie kwestii uwięzienia cząstek alfa. Bezpośrednie zastosowanie zasad dynamiki Newtona jest zbyt kosztowne, a teoria perturbacji związana jest z poważnymi błędami. Nasza teoria jest pierwszą, która radzi sobie z tymi ograniczeniami, dodaje Burry.
Co więcej, nowa praca może pomóc też w rozwiązaniu podobnego, ale innego problemu występującego w tokamakach. W nich z kolei problemem są wysokoenergetyczne elektrony, które dziurawią osłony reaktora. Nowa metoda może pozwolić na zidentyfikowanie luk w polach magnetycznych, przez które elektrony wyciekają.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Czarne dziury od dziesięcioleci fascynują naukowców, pisarzy i zwykłych zjadaczy chleba. Zgodnie z ogólną teorią względności Einsteina, wszystko, co dostaje się do czarnej dziury opada do jej centrum i zostaje tam zniszczone przez gigantyczną grawitację. Centrum to, zwane osobliwością, to nieskończenie mały punkt, w którym przyspieszenie grawitacyjne jest nieskończone. Tam skupia się cała materia czarnej dziury.
Na łamach Physical Review Letters ukazał się artykuł autorstwa Steffena Gielena z University of Sheffield i Lucíi Menéndez-Pidal z Universidad Complutense de Madrid, którzy stwierdzają, że osobliwość nie oznacza końca, a raczej nowy początek. Tym nowym początkiem mają być białe dziury, w które zmieniają się czarne dziury.
Para uczonych wykorzystała mechanikę kwantową oraz uproszczony teoretyczny model płaskiej dwuwymiarowej czarnej dziury. Od dawna zastanawiano się, czy mechanika kwantowa może zmienić nasze rozumienie czarnych dziur i pozwolić nam zajrzeć w głąb ich prawdziwej natury. Z punktu widzenia mechaniki kwantowej czas nie może się skończyć, gdyż układy ciągle zmieniają się i ewoluują, stwierdza Gielen. Naukowcy pokazali jak, za pomocą praw mechaniki kwantowej, osobliwość wewnątrz czarnej dziury zostaje zastąpiona przez wielki region fluktuacji kwantowych, niewielkich zmian energii, gdzie czas i przestrzeń nie mają końca. W regionie tym czas i przestrzeń zmieniają się w nową fazę, zwaną białą dziurą. To obszar, w którym przestrzeń zaczyna funkcjonować przeciwnie do czarnej dziury. W ten sposób białe dziury mogą być miejscem, gdzie czas się rozpoczyna. O ile czarne dziury wszystko pochłaniają, białe dziury mają wyrzucać z siebie materię, a nawet czas, z powrotem do wszechświata.
O ile, zwykle, czas jest postrzegany zawsze w odniesieniu do obserwatora, w naszych badaniach czas pochodzi od tajemniczej ciemnej energii, która wypełnia wszechświat. Proponujemy, by czas był mierzony przez ciemną energię obecną wszędzie we wszechświecie i odpowiedzialną za jego aktualne rozszerzanie się, dodaje Gielen. W artykule ciemna energia została użyta niemal w roli punktu odniesienia, a czas i energia są uzupełniającymi się bytami.
To jednak dopiero początek. Hipotetycznie może istnieć obserwator – jakiś hipotetyczny byt – który wejdzie do czarnej dziury, przejdzie przez to, co opisujemy jako osobliwość i pojawi się po drugiej stronie białej dziury. To wysoce abstrakcyjne, ale w teorii może się wydarzyć, stwierdza uczony.
Jednak odkładając na bok tego hipotetycznego obserwatora, niezwykle istotnym elementem nowych rozważań jest sugestia, że istnieje głęboka łączność pomiędzy naturą czasu w jego najbardziej podstawowej formie, a ciemną energią, która wypełnia kosmos i rządzi jego rozszerzaniem się. Nowe badania sugerują też inne podejście do prób połączenia grawitacji i mechaniki kwantowej.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Supermasywna czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej jest bardzo aktywna. Naukowcy z Northwestern University wykorzystali Teleskop Webba do uzyskania najdłuższego i najbardziej szczegółowego obrazu Sagittariusa A*. Dowiedzieli się, że w dysku akrecyjnym wokół dziury bez przerwy mają miejsce rozbłyski. Niektóre z nich to bardzo słabe migotania, trwające sekundy. Inne, potężne i oślepiające, można obserwować codziennie. Są jeszcze inne, niezwykle słabe, które trwają miesiącami.
Nowe odkrycia pozwolą lepiej zrozumieć naturę czarnych dziur i ich interakcje z otoczeniem, a także dynamikę i ewolucję naszej galaktyki. Spodziewamy się, że do rozbłysków dochodzi w pobliżu wszystkich supermasywnych czarnych dziur. Jednak nasza czarna dziura jest unikatowa. Tam się zawsze coś gotuje, zawsze widać jakąś aktywność, wydaje się, że ona nigdy nie jest spokojna. Obserwowaliśmy ją wielokrotnie w 2023 i 2024 roku i przy każdej obserwacji odnotowywaliśmy zmiany. Za każdym razem widzieliśmy coś innego, to naprawdę imponujące. Nic nigdy nie było takie samo, mówi profesor fizyki i astronomii Farhad Yusef-Zadeh, który specjalizuje się w badaniu centrum Drogi Mlecznej.
Uczony wraz z zespołem wykorzystali urządzeni NIRCam na JWST, które może jednocześnie prowadzić obserwacje w dwóch zakresach podczerwieni. W sumie zebrali 48 godzin obserwacji, które prowadzili co 8–10 godzin w ciągu roku. To pozwoliło im na odnotowywanie zmian w czasie. Sgr A* okazała się bardziej aktywna, niż naukowcy się spodziewali. W dysku akrecyjnym ciągle dochodziło do rozbłysków o różnej jasności i czasie trwania. W ciągu doby miało miejsce 5–6 dużych rozbłysków, pomiędzy którymi naukowcy obserwowali rozbłyski mniejsze. W danych widzimy wciąż zmieniającą się, gotującą jasność. I nagle, bum! Wielki rozbłysk. A później się uspokaja. Nie zauważyliśmy żadnego wzorca. Wydaje się, że to proces przypadkowy. Profil aktywności czarnej dziury był za każdym razem inny i niezwykle ekscytujący, dodaje uczony.
Naukowcy nie rozumieją procesów zachodzących w dyskach akrecyjnych czarnych dziur. Profesor Yusef-Zadeh podejrzewa dwa różne mechanizmy. Jeśli dysk przypomina rzekę, to krótkotrwałe słabe rozbłyski są jak niewielki przypadkowe fale, a większe długotrwałe rozbłyski jak fale pływowe powodowane przez bardziej znaczące wydarzenia.
NIRCam pracuje w zakresach 2,1 i 4,8 mikrometrów. Jednym z najbardziej niespodziewanych odkryć było spostrzeżenie, że zjawiska widoczne w krótszym zakresie fal zmieniały jasność na krótko przed wydarzeniami z dłuższego zakresu fal. Po raz pierwszy obserwujemy taką różnicę w czasie podczas obserwacji w tych długościach fali. Obserwowaliśmy je jednocześnie w NIRCam i zauważyliśmy, że dłuższe fale spóźniały się w stosunku do krótszych od niewielką ilość czasu, od kilku sekund do około 40 sekund, dziwi się Yusef-Zadeh.
To opóźnienie dostarcza dodatkowych informacji. Może ono wskazywać, że cząstki w miarę trwania rozbłysku tracą energię, a utrata ta ma miejsce szybciej w krótszych zakresach fali. Takie zmiany mogą zachodzić, gdy cząstki poruszają się po spirali wokół linii pola magnetycznego.
Badacze, chcąc to wyjaśnić, mają nadzieję na przeprowadzenie dłuższych obserwacji. Profesor Yusef-Zadeh już złożył prośbę o zgodę na nieprzerwane wykorzystanie NIRCam przez 24 godziny. Dłuższy czas obserwacji pozwoli na usunięcie z nich zakłóceń i poprawienie rozdzielczości. Gdy obserwuje się tak słabe rozbłyski, trzeba zmagać się z zakłóceniami. Jeśli moglibyśmy prowadzić obserwacje nieprzerwanie przez 24 godziny, moglibyśmy zredukować poziom szumu i zobaczyć szczegóły, których obecnie nie widzimy, wyjaśnia uczony.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Przed dziewięcioma dniami, 12 lutego, tokamak WEST z francuskiego centrum badawczego Cadarache utrzymał plazmę przez 1337 sekund, bijąc w ten sposób niedawny chiński rekord 1066 sekund. Ostatecznym celem tego typu badań jest opracowanie metod długotrwałego utrzymania plazmy oraz stworzenie materiałów zdolnych wytrzymania niezwykle wysokich temperatur i dawek promieniowania.
Badacze z CEA (Komisja energii atomowej), do którego należy Cadarache zapowiadają, że w najbliższych miesiącach znacząco zwiększą zarówno czas utrzymania plazmy, jak i jej temperaturę. Podczas rekordowego eksperymentu plazma w tokamaku była grzana falami radiowymi z pojedynczej anteny o mocy 2 MW. Badacze postawili sobie ambitny cel. Chcą zwiększyć moc grzewczą do 10 MW, wciąż utrzymując plazmę przez ponad 1000 sekund. Jeśli im się uda, będzie to odpowiadało uzyskaniu mocy rzędu gigawatów w dużych reaktorach, takich jak ITER. A to z kolei pozwoli sprawdzić żywotność wolframowych elementów wystawionych na oddziaływanie plazmy w tak ekstremalnych warunkach. Francuscy eksperci wchodzą w skład wielu zespołów pracujących nad opanowaniem fuzji jądrowej. Można ich spotkać przy projektach JT-60SA w Japonii, EAST w Chinach, KSTAR w Korei Południowej oraz, oczywiście, ITER.
Badania prowadzone we wspomnianych tutaj urządzeniach maja na celu opanowanie fuzji jądrowej i zapewnienie nam w przyszłości niezbędnej energii. Fuzja jądrowa – czyli reakcja termojądrowa – to obiecujące źródło energii. Polega ona na łączeniu się atomów lżejszych pierwiastków w cięższe i uwalnianiu energii. To proces, który zasila gwiazdy. Taki sposób produkcji energii na bardzo wiele zalet. Nie dochodzi tutaj do uwalniania gazów cieplarnianych. Na Ziemi są olbrzymie zasoby i wody i litu, z których można pozyskać paliwo do fuzji jądrowej, deuter i tryt. Wystarczą one na miliony lat produkcji energii. Takiego luksusu nie mamy ani jeśli chodzi o węgiel czy gaz ziemny, ani o uran do elektrowni atomowych. Tego ostatniego wystarczy jeszcze na od 90 (według World Nuclear Association) do ponad 135 lat (wg. Agencji Energii Atomowej). Fuzja jądrowa jest niezwykle wydajna. Proces łączenia atomów może zapewnić nawet 4 miliony razy więcej energii niż reakcje chemiczne, takie jak spalanie węgla czy gazu i cztery razy więcej energii niż wykorzystywane w elektrowniach atomowych procesy rozpadu atomów.
Co ważne, w wyniku fuzji jądrowej nie powstają długotrwałe wysoko radioaktywne odpady. Te, które powstają są na tyle mało radioaktywne, że można by je ponownie wykorzystać lub poddać recyklingowi po nie więcej niż 100 latach. Nie istnieje też ryzyko proliferacji broni jądrowej, gdyż w procesie fuzji nie używa się materiałów rozszczepialnych, a radioaktywny tryt nie nadaje się do produkcji broni. Nie ma też ryzyka wystąpienia podobnych awarii jak w Czernobylu czy Fukushimie. Jednak fuzja jądrowa to bardzo delikatny proces, który musi przebiegać w ściśle określonych warunkach. Każde ich zakłócenie powoduje, że plazma ulega schłodzeniu w ciągu kilku sekund i reakcja się zatrzymuje.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Astronomowie odkryli wielką galaktykę radiową ze strumieniami plazmy rozciągającymi się na odległość 32-krotnie większą niż średnica Drogi Mlecznej. Kosmiczna megastruktura o średnicy 3,3 miliona lat świetlnych została odkryta przez międzynarodowy zespół astronomów korzystających z południowoafrykańskiego teleskopu MeerKAT. Autorzy badań mają nadzieję, że rzucą one nieco światła na pochodzenie i ewolucję olbrzymich struktur we wszechświecie.
Wielkie galaktyki radiowe (GRG) to duże struktury wystrzeliwujące w przestrzeń kosmiczną dżety plazmy na odległość milionów lat świetlnych. Strumienie te napędzane są przez supermasywne czarne dziury znajdujące się w centrum galaktyk. Jeszcze do niedawna sądzono, że GRG są dość rzadkie. Jednak nowa generacja radioteleskopów, takich jak MeerKAT, pokazała, jak mylne było to przekonanie. W ciągu ostatnich pięciu lat liczba znanych nam GRG dosłownie eksplodowała, dzięki nowym potężnym teleskopom jak MeerKAT, mówi główna autorka badań, studentka Uniwersytetu w Kapsztadzie Kathleen Charlton.
Nowo odkryta galaktyka została nazwana nieoficjalnie „Inkathazo”, co w językach zulu i xhosa znaczy „kłopoty”, gdyż naukowcy mieli problemy ze zrozumieniem procesów tam zachodzących. Nie ma ona takich samych charakterystyk jak wiele innych wielkich galaktyk radiowych. Na przykład dżety plazmy mają niezwykły kształt. Zamiast być proste, jeden z nich jest zagięty.
Inkathazo znajduje się w centrum gromady galaktyk, tymczasem zwykle GRG są izolowane. Gromada powinna przeszkadzać w powstaniu tak rozległych strumieni plazmy. To fascynujące i niespodziewane odkrycie. Znalezienie GRG w gromadzie każe zadać sobie pytania o wpływ interakcji w lokalnym środowisku na formowanie się i ewolucję GRG, dodaje współautor badań, doktor Kshitiji Thorat z Uniwersytetu w Pretorii.
Naukowcy wykorzystali MeerKAT do stworzenia jednej z najdokładniejszych map GRG. Ujawniły on złożoność dżetów plazmy wydobywających się z galaktyki. Okazało się na przykład, że niektóre elektrony niespodziewanie otrzymują duże dawki energii. Być może dzieje się tak, gdy strumień plazmy zderzy się z gorącym gazem w przestrzeniach pomiędzy galaktykami w gromadzie. Nowe odkrycie to wyzwanie dla obecnie obowiązujących modeli. Pokazuje ono, że nie rozumiemy wielu ze zjawisk fizycznych dotyczących plazmy w tak ekstremalnych środowiskach.
Co ciekawe, na niewielkim skrawku nieboskłonu, na którym odkryto Inkathazo, wcześniej znaleziono też dwie inne GRG. Sam fakt, że kierując MeerKAT na niewielki skrawek nieba znaleźliśmy tam w sumie 3 GRG sugeruje, że na południowym nieboskłonie znajduje się olbrzymia liczba nieodkrytych jeszcze wielkich galaktyk radiowych, stwierdza doktor Jacinta Delhaize z Uniwersytetu w Kapsztadzie.
MeerKAT niejednokrotnie dowiódł swoich olbrzymich możliwości, a trzeba pamiętać, że jest on zaledwie prekursorem SKA (Square Kilometre Array), zespołu teleskopów w Australii i RPA. SKA ma rozpocząć badania jeszcze przed końcem obecnej dekady.
« powrót do artykułu
-
-
Recently Browsing 0 members
No registered users viewing this page.