Marsa można wykorzystać jako wykrywacz pierwotnych czarnych dziur?
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
Inżynierowie lotniczy i kosmiczni z MIT odkryli, że sposób, w jaki emisja gazów cieplarnianych wpływa na atmosferę, zmniejszy liczbę satelitów, które można będzie umieścić na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO). Na łamach Nature Sustainability stwierdzają, że rosnąca emisja gazów cieplarnianych zmniejsza zdolność atmosfery do usuwania odpadków krążących wokół Ziemi.
Badacze zauważyli, że dwutlenek węgla i inne gazy cieplarniane powodują, iż górne warstwy atmosfery się kurczą. Głównie interesuje ich termosfera, w której krąży Międzynarodowa Stacja Kosmiczna i większość satelitów. Gdy termosfera się kurczy, jej zmniejszająca się gęstość prowadzi do zmniejszenia oporów, a to właśnie opór aerodynamiczny jest tym czynnikiem, który powoduje, że kosmiczne śmieci – chociażby pozostałości po nieczynnych satelitach – opadają w kierunku Ziemi i płoną w atmosferze. Mniejszy opór oznacza, że odpady takie będą dłużej znajdowały się na orbicie, zatem ich liczba będzie rosła, a to zwiększa ryzyko kolizji z działającymi satelitami i innymi urządzeniami znajdującymi się w tych samych rejonach.
Naukowcy przeprowadzili symulacje, których celem było sprawdzenie, jak emisja dwutlenku węgla wpłynie na górne partie atmosfery i astrodynamikę. Wynika z nich, że do roku 2100 pojemność najpopularniejszych regionów orbity zmniejszy się o 50–66 procent właśnie z powodu gazów cieplarnianych.
Nasze zachowanie na Ziemi w ciągu ostatnich 100 lat wpływa na to, w jaki sposób będziemy używali satelitów przez kolejnych 100 lat, mówi profesor Richard Linares z Wydziału Aeronautyki i Astronautyki MIT. Emisja gazów cieplarnianych niszczy delikatną równowagę górnych warstw atmosfery. Jednocześnie gwałtownie rośnie liczba wystrzeliwanych satelitów, szczególnie telekomunikacyjnych, zapewniających dostęp do internetu. Jeśli nie będziemy mądrze zarządzali satelitami i nie ograniczymy emisji, orbita stanie się zbyt zatłoczona, co będzie prowadziło do większej liczby kolizji i większej liczby krążących na niej szczątków, dodaje główny autor badań, William Parker.
Termosfera kurczy się i rozszerza w 11-letnich cyklach, związanych z cyklami aktywności słonecznej. Gdy aktywność naszej gwiazdy jest niska, do Ziemi dociera mniej promieniowania, najbardziej zewnętrzne warstwy atmosfery tymczasowo się ochładzają i kurczą. W okresie zwiększonej aktywności słonecznej są one cieplejsze i rozszerzają się.
Już w latach 90. naukowcy stworzyli modele, z których wynikało, że w miarę ocieplania się klimatu na Ziemi, górne warstwy atmosfery będą się schładzały, co doprowadzi do kurczenia się termosfery i zmniejszania jej gęstości.
W ciągu ostatniej dekady nauka zyskała możliwość precyzyjnych pomiarów oporu aerodynamicznego działającego na satelity. Pomiary te pokazały, że termosfera kurczy się w odpowiedzi na zjawisko wykraczające poza naturalny 11-letni cykl. Niebo dosłownie spada, w tempie liczonych w dziesięcioleciach. A widzimy to na podstawie zmian oporów doświadczanych przez satelity, wyjaśnia Parker.
Naukowcy z MIT postanowili sprawdzić, w jaki sposób to zmierzone zjawisko wpłynie na liczbę satelitów, które można bezpiecznie umieścić na niskiej orbicie okołoziemskiej. Ma ona wysokość do 2000 kilometrów nad powierzchnią Ziemi. Obecnie na orbicie tej znajduje się ponad 10 000 satelitów. Ich liczba jest już tak duża, że operatorzy satelitów standardowo muszą wykonywać manewry unikania kolizji. Każda taka kolizja oznacza nie tylko zniszczenie satelity, ale też pojawienie się olbrzymiej liczby szczątków, które będą krążyły na orbicie przez kolejne dekady i stulecia, zwiększając ryzyko kolejnych kolizji.
W ciągu ostatnich 5 lat ludzkość umieściła na LEO więcej satelitów, niż przez wcześniejszych 60 lat. Jednym z głównych celów badań było sprawdzenie, czy sposób, w jaki obecnie prowadzimy działania na niskiej orbicie okołoziemskiej można będzie utrzymać w przyszłości. Naukowcy symulowali różne scenariusze emisji gazów cieplarnianych i sprawdzali, jak wpływa to na gęstość atmosfery i opór aerodynamiczny. Następnie dla każdego z tych scenariuszy sprawdzali jego wpływ na astrodynamikę i ryzyko kolizji w zależności od liczby obiektów znajdujących się na orbicie. W ten sposób obliczali „zdolność ładunkową” orbity. Podobnie jak sprawdza się, ile osobników danego gatunku może utrzymać się w danym ekosystemie.
Z obliczeń wynika, że jeśli emisja gazów cieplarnianych nadal będzie rosła, to liczba satelitów, jakie można umieścić na wysokości od 200 do 1000 kilometrów nad Ziemią będzie o 50–66 procent mniejsza niż w scenariuszu utrzymania poziomu emisji z roku 2000. Jeśli „zdolność ładunkowa” orbity zostanie przekroczona, nawet lokalnie, dojdzie do całej serii kolizji, przez co pojawi się tyle szczątków, że orbita stanie się bezużyteczna.
Autorzy badań ostrzegają, że niektóre regiony orbity już zbliżają się do granicy ich „zdolności ładunkowej”. Dzieje się tak głównie przez nowy trend, budowanie megakonstelacji olbrzymiej liczby małych satelitów, takich jak Starlink SpaceX.
Polegamy na atmosferze, która oczyszcza orbitę z pozostawionych przez nas odpadów. Jeśli atmosfera się zmienia, zmienia się też środowisko, w którym znajdują się odpady. Pokazujemy, że długoterminowe możliwości usuwania odpadów z orbity są uzależnione od zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych, podsumowuje Richard Linares.
Specjaliści szacują, że obecnie na orbicie znajduje się 40 500 odpadków o rozmiarach większych niż 10 cm, 1 milion 100 tysięcy odpadków wielkości od 1 do 10 cm oraz 130 milionów śmieci wielkości od 1 mm do 1 cm. Nawet te najmniejsze odpady stanowią duże zagrożenie. Średnia prędkość kolizji, do jakich między nimi dochodzi, to 11 km/s czyli około 40 000 km/h.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Przed 11 milionami lat w Marsa uderzyła asteroida, która wyrzuciła w przestrzeń kosmiczną fragmenty Czerwonej Planety. Jeden z tych fragmentów trafił na Ziemię i jest jednym z niewielu meteorytów, których pochodzenie można powiązać bezpośrednio z Marsem. Kto znalazł ten kawałek Marsa, nie wiadomo. Odkryto go w 1931 roku w jednej szuflad na Purdue University i nazwano Lafayette Meteorite, od miasta, w którym znajduje się uniwersytet. Nie wiadomo bowiem nawet, gdzie dokładnie meteoryt został znaleziony. Jednak jego stan zachowania wskazuje, że nie leżał na ziemi zbyt długo.
Na kawałek skały jako pierwszy zwrócił uwagę dr O.C. Farrington, który zajmował się klasyfikacją kolekcji minerałów z uniwersyteckich zbiorów geologicznych. I to właśnie Farrington stwierdził, że skała uznana wcześniej za naniesioną przez lodowiec, jest meteorytem.
Już podczas jednych z pierwszych badań Lafayette Meteorite naukowcy zauważyli, że na Marsie miał on kontakt z wodą w stanie ciekłym. Od tamtego czasu nie było jednak wiadomo, kiedy miało to miejsce. Dopiero teraz międzynarodowa grupa naukowa określiła wiek znajdujących się w meteorycie minerałów, które powstały w wyniku kontaktu z wodą. Wyniki badań zostały opublikowane na łamach Geochemical Perspective Letters.
Profesor Marissa Tremblay z Purdue University wykorzystuje gazy szlachetne, jak hel, neon i argon, do badania procesów chemicznych i fizycznych kształtujących powierzchnię Ziemi. Uczona wyjaśnia, że niektóre meteoryty z Marsa zawierają minerały, które powstawały na Marsie w wyniku interakcji z wodą. Datowanie tych minerałów pozwoli nam więc stwierdzić, kiedy woda w stanie ciekłym istniała na powierzchni lub płytko pod powierzchnią Marsa. Datowaliśmy te minerały w Lafayette Meteorite i stwierdziliśmy, że powstały one 742 miliony lat temu. Nie sądzimy, by wówczas na powierzchni Marsa było zbyt dużo wody. Uważamy, że pochodziła ona z roztapiania się marsjańskiej wiecznej zmarzliny, a roztapianie się było spowodowane aktywnością magmy, do której sporadycznie dochodzi i dzisiaj, stwierdza uczona.
Co ważne, naukowcy w trakcie badań wykazali, że ich datowanie jest wiarygodne. Na wiek minerałów mogło wpłynąć uderzenie asteroidy, która wyrzuciła z Marsa nasz meteoryt, ogrzewanie się meteorytu podczas pobytu przez 11 milionów lat w przestrzeni kosmicznej, czy też podczas podróży przez ziemską atmosferę. Wykazaliśmy, że żaden z tych czynników nie miał wpływu minerały w Lafayette, zapewnia Tremblay.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Wiele z odkrytych dotychczas czarnych dziur jest częścią układu podwójnego. Układy takie składają się z krążących wokół siebie czarnej dziury oraz innego obiektu – jak gwiazda, gwiazda neutronowa czy druga czarna dziura. Astronomowie z MIT-u i Caltechu poinformowali właśnie o zaskakującym odkryciu. Jedna z najlepiej przebadanych czarnych dziur, klasyfikowana jako część układu podwójnego, okazała się wchodzić w skład układu potrójnego.
Dotychczas sądzono, że czarnej dziurze V404 Cygni towarzyszy jedynie sąsiednia gwiazda. Obiega ona dziurę w ciągu 6,5 doby, to tak blisko, że V404 Cygni wciąga materiał z gwiazdy.Ku zdumieniu badaczy okazało się jednak, że wokół czarnej dziury krąży jeszcze jedna gwiazda.
Ten drugi z towarzyszy znajduje się w znacznie większej odległości. Gwiazda obiega dziurę w ciągu 70 000 lat. Sam fakt, że czarna dziura wywiera wpływ grawitacyjny na tak odległy obiekt każe zadać pytania o jej pochodzenie. Czarne dziury tego typu powstają w wyniku eksplozji supernowej. Badacze zauważają jednak, że gdyby tak było w tym przypadku, to energia wyemitowana przez gwiazdę przed jej zapadnięciem się, eksplozją i utworzeniem czarnej dziury, wyrzuciłaby w przestrzeń kosmiczną każdy luźno powiązany z nią obiekt. Zatem tej drugiej gwiazdy, bardziej odległej od czarnej dziury, nie byłoby w jej otoczeniu.
Dlatego też badacze uważają, że zaobserwowana przez nich czarna dziura powstała w wyniku bezpośredniego zapadnięcia się gwiazdy, w procesie, który nie doprowadził do pojawienia się supernowej. To znacznie bardziej łagodna droga tworzenia się czarnych dziur. Sądzimy, że większość czarnych dziur powstaje w wyniku gwałtownej eksplozji gwiazd, jednak to odkrycie poddaje tę drogę w wątpliwość. To bardzo interesujący układ z punktu badania ewolucji czarnych dziur. I każe zadać sobie pytanie, czy istnieje więcej układów potrójnych, mówi Kevin Burdge z MIT-u.
Odkrycia dokonano przypadkiem. Naukowcy analizowali bazę Aladin Lite, repozytorium obserwacji astronomicznych wykonanych przez różne teleskopy naziemne i kosmiczne. Wykorzystali automatyczne narzędzie, by wyodrębnić z bazy obserwacje dotyczące tych samych fragmentów nieboskłonów. Szukali w nich śladów nieznanych czarnych dziur. Z ciekawości Burdge zaczął przyglądać się V404 Cygni. To czarna dziura znajdująca się w odległości 8000 lat od Ziemi i jedna z pierwszych potwierdzonych czarnych dziur. Od czasu potwierdzenia w 1992 roku V404 Cygni jest jedną z najlepiej przebadanych czarnych dziur, na jej temat powstało ponad 1300 prac naukowych.
Burdge, oglądając jej zdjęcia, zauważył dwa źródła światła, zadziwiająco blisko siebie. Pierwsze ze źródeł zostało już wcześniej opisane jako niewielka gwiazda, której materiał jest wciągany przez V404 Cygni. Drugim ze źródeł nikt się dotychczas szczegółowo nie zainteresował. Burdge przystąpił do pracy. Dzięki danym z europejskiego satelity Gaia stwierdził, że to druga gwiazda, poruszająca się w tandemie z pierwszą. Prawdopodobieństwo, że to tylko przypadek, wynosi 1 do 10 milinów.
Zatem ta druga gwiazda również jest powiązana grawitacyjnie z V404 Cygni. Jest jednak daleko od niej. Znajduje się w odległości 3500 jednostek astronomicznych, czyli 3500 razy dalej niż Ziemia od Słońca. Obserwacje tej gwiazdy zdradziły też wiek całego układu. Badacze stwierdzili, że gwiazda rozpoczyna proces zmiany w czerwonego olbrzyma, ma zatem około 4 miliardów lat.
Jak się zatem okazuje, nawet – wydawałoby się – bardzo dobrze przebadane obiekty astronomiczne mogą skrywać niezwykłe tajemnice, których rozwikłanie znacząco zmienia i wzbogaca naszą wiedzę.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Japoński akcelerator cząstek SuperKEKB pobił światowy rekord świetlności. Pracujący przy nim naukowcy obiecują, że to dopiero początek. W ciągu najbliższych lat chcą zwiększyć świetlność urządzenia aż 40-krotnie, co ma pozwolić zarówno na odkrycie ciemnej materii, jak i wyjście z fizyką poza Model Standardowy. Mamy nadzieję, że akcelerator pozwoli nam wykryć ciemną materię – o ile ona istnieje – i badać ją w niedostępny obecnie sposób, mówi profesor Kay Kinoshita z University of Cincinnati.
Świetlność akceleratora to liczba kolizji, która w nim zachodzi. Podczas tych zderzeń powstają nowe cząstki. Im więc więcej zderzeń, tym więcej cząstek, więcej danych i większa szansa n a zarejestrowanie czegoś nowego.
SuperKEKB zderza pozytony i elektrony przyspieszane w 3-kilometrowym tunelu. Akcelerator został uruchomiony w 2018 roku i naukowcy ciągle pracują nad zwiększaniem jego jasności. Profesor Alan Schwartz i jego studenci z University of Cincinnati zaprojektowali i zbudowali jeden z detektorów akceleratora. To krok milowy w projektowaniu akceleratorów. SuperKEKB wykorzystuje architekturę tzw. „nano strumieni”. W technice tej strumienie cząstek są ściskane wzdłuż osi pionowej, dzięki czemu są bardzo cienkie, wyjaśnia Schwartz. To pierwszy na świecie akcelerator, który korzysta z tej techniki.
Ze względu na rozmiary cząstek, szansa, że dojdzie do zderzenia, jest niewielka. Im bardziej ściśnięty strumień, tym większe zagęszczenie cząstek i tym większe prawdopodobieństwo zderzeń. Obecnie wysokość wiązki w punkcie zderzenia wynosi 220 nanometrów. W przyszłości ma to być zaledwie 50 nanometrów, czyli około 1/1000 grubości ludzkiego włosa.
Profesor Kay Kinoshita poświęciła całą swoją naukową karierę zagadnieniu zwiększania świetlności akceleratorów. Uczona pracuje nad tym zagadnieniem od 1982 roku. To bardzo interesujące, gdyż jest bardzo wymagające. Wiesz, że robisz coś, czego nikt nigdy nie zrobił, mówi.
Poprzednik SuperKEKB, akcelerator KEKB, który działał w latach 1999–2010 w KEK (Organizacja Badań nad Akceleratorami Wysokich Energii), również był światowym rekordzistą. Urządzenie pracowało ze świetlnością 2,11x1034 cm-2s-1. Dopiero w 2018 roku rekord ten został pobity przez Wielki Zderzacz Hadronów, który osiągnął świetlność 2,14x1034 cm-2s-1. Rekord LHC nie utrzymał się długo, dnia 15 czerwca 2020 roku SuperKEKB osiągnął świetlność 2,22x1034 cm-2s-1. Już tydzień później, 21 czerwca naukowcy poinformowali o nowym rekordzie. Teraz SuperKEKB pracuje ze świetlnością wynoszącą 2,40x1034 cm-2s-1.
W ciągu najbliższych lat świetlność SuperKEKB ma wzrosnąć 40-krotnie. Docelowo ma ona wynieść 8x1035 cm-2s-1.
Sukces SuperKEKB to sukces międzynarodowej współpracy. Nadprzewodzące magnesy, które ostatecznie skupiają strumienie cząstek zostały zbudowane we współpracy z amerykańskimi Brookhaven National Laboratory oraz Fermi National Accelerator Laboratory. Systemy monitorowania kolizji to dzieło SLAC National Accelerator Laboratory i University of Hawaii. Naukowcy ze Szwajcarii (CERN), Francji (IJCLab), Chin (IHEP) i USA (SLAC) biorą udział w pracach i badaniach, w których wykorzystywany jest akcelerator. Wykorzystujący diament system monitorowania promieniowania oraz system przerywania wiązki to dzieło włoskich Narodowego Instytutu Fizyki Jądrowej oraz Uniwersytetu w Trieście, a system monitorowania jasności powstał w Rosji.
Wiązki elektronów i pozytonów rozpędzane w SuperKEKB zderzają się w centrum detektora Belle II, który opisywaliśmy przed 2 laty. To niezwykłe urządzenie zostało zbudowane przez grupę 1000 fizyków i inżynierów ze 119 uczelni z 26 krajów świata. I to właśnie wewnątrz Belle II naukowcy mają nadzieję znaleźć ciemną materię i rozpocząć badania jej właściwości.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.