Lentilele gravitaţionale
Crucea lui Einstein: patru imagini ale aceluiaşi quasar care apar în jurul unei galaxii ce produce efectul de lentilă gravitaţională

Quasarii îndepărtați pot să ne apară multiplicați din cauza efectului de lentilă gravitațională. Recent, o nouă analiză computerizată a datelor astronomice, folosind inteligența artificială, a permis să vedem imaginile unor quasari care ajung la noi „multiplicate”: imagini în care se vede de fapt quasarul de patru ori. Aceste imagini ar putea ajuta la descifrarea unui mare mister din cosmologie: care este valoarea constantei lui Hubble?


Evoluţia universului

Trăim într-un univers compus din materie; antimateria a dispărut fără să lase urme. Acest mister nu a fost descifrat încă. O nouă idee propusă pentru a găsi răspunsul este folosirea unei molecule, monometoxidul de radiu, radioactive, care are o formă ce ar ajuta oamenii de știință să efectueze experimente cu o sensibilitate crescută.

Gliese 163c
O reprezentare artistică a planetei Gliese 163c, ca o lume de roci şi gheaţă acoperită cu un strat dens de nori (stânga). Este roşiatică, nu albă, datorită luminii reflectate venită de la steaua-mamă, o pitică roşie. Fotografie în culoare falsă cu steaua Gliese 163 făcută de telescopul Wise Mission aparţinând NASA (centru). Localizarea pe hartă a stelei Gliese 163 în constelaţia Dorado (dreapta) CREDIT: PHL @ UPR Arecibo, NASA/IPAC IRSA, IAU, Sky & Telescope

Materia întunecată este un mare mister; din ce ar putea fi alcătuită? Poate din particule încă nedescoperite. Dacă este așa, atunci aceste noi particule ar putea avea ca efect încălzirea exoplanetelor, adică a planetelor din afara sistemului nostru solar. Acest efect ce ar putea fi observat cu noile telescoape care vor studia exoplanetele.

Recent, un grup de cercetători din Viena a reușit să măsoare în laborator cel mai slab câmp gravitațional detectat până în prezent. Cercetătorii, experți în fizica cuantică, au folosit sfere de aur cu rază de 1 mm și tehnologii extrem de sensibile pentru a efectua această măsurătoare.


Călătorie printr-o gaură de vierme. credit: NASA

Găurile de vierme, care reprezintă scurtături spațio-temporale între două puncte din univers, ar putea exista fără să fie nevoie de materie exotică cu energie negativă. O nouă teorie arată cum s-ar putea genera astfel de găuri de vierme microscopice.


Reprezentare grafică a unui neutron și a unui proton (care sunt formați din quarcuri)

Protonii sunt prezenți în orice atom. Particule compuse din quarcuri care stau împreună prin intermediul interacțiunii nucleare tari, protonii ar putea deveni transparenți la culoare (adică la interacțiunea nucleară tare) dacă sunt puși sub presiune. Un experiment care a încercat să creeze această situație la acceleratorul de la CEBAF din SUA nu a reușit însă să observe protoni transparenți; protonii sunt încă misterioși. 


Reprezentare grafică a unui sistem binar de găuri negre. credit: NASA / ESA / G. Bacon, STScI.

Existența găurilor negre supermasive în centrul multor galaxii este încă un mister; cum au luat naștere acești monștri cu mase atât de mari? O nouă ipoteză avansează ideea conform căreia la originea acestor găuri negre ar fi materia întunecată, care, în universul timpuriu, ar fi ajuns la densități care au avut drept consecință un colaps gravitațional ce a dus la formarea găurilor negre.


Pulsarul Crabului

Unde gravitaționale cu lungimi de undă foarte mari pot afecta modul în care măsurăm radiația emisă de pulsari. Cercetătorii de la NANOGrav susțin că ar fi măsurat  semnale în acest sens. Teoreticienii cred că ar putea proveni de la corzi cosmice sau găuri negre primordiale.


Galaxia NGC 1052-DF2

În univers au fost descoperite câteva galaxii pitice care nu conțin materie întunecată. Acest fapt este destul de misterios și un grup de astronomi a găsit o explicație prin simulări pe calculator ale proceselor de formare și evoluție ale galaxiilor. Responsabile sunt, se pare, forțele de maree gravitațională.

În afara celor trei dimensiuni spațiale și una temporală ar putea exista dimensiuni suplimentare: o teorie care presupune existența a cinci dimensiuni rezolvă o serie de mistere din fizica modernă, printre care și cel legat de materia întunecată, dând speranțe oamenilor de știință să descopere semnale ale existenței acesteia în viitorul apropiat.

 
Interacţiuni ale neutrino detectate la Observatorul de Neutrino IceCube

Neutrinii sunt printre cele mai fascinante particule din cadrul modelului standard al fizicii particulelor elementare. Studiul lor este complicat, motiv pentru care o nouă măsurătoare a unui proces de împrăștiere coerentă cu nuclee de argon, efectuată în cadrul proiectului COHERENT, SUA, este extrem de interesantă, putând duce la noi descoperiri care să explice parte din misterele fizicii actuale.

Experimentele efectuate au stabilit existența unui nou tip de interacțiune a neutrinilor. Cercetătorii au observat interacțiunilor neutrinilor de energie joasă cu nuclee de argon prin intermediul forței nucleare slabe într-un proces denumit împrăștiere neutrino-nucleu coerentă elastică (coherent elastic neutrino-nucleus scattering - CEvNS)


Reprezentare artistică a unei stele neutronice, Swift J1749-2807. În dreapta - steaua-companion.

Raze X ce provin de la cele 7 magnifice, un grup de stele de neutroni relativ apropiate, au energii mai mari decât era de așteptat. Un grup de cercetători arată că acest lucru ar putea fi explicat de existența axionilor, o particulă propusă de teoreticieni, însă până în prezent rămasă nedescoperită, care ar putea explica inclusiv materia întunecată.


Sursa: NASA

Au fost observate o serie de coliziuni de trei galaxii, fiecare cu propria gaură neagră enormă; ce se întâmplă cu aceste găuri negre atunci când galaxiile se ciocnesc? La această întrebare, care are efecte inclusiv asupra studiilor asupra undelor gravitaționale, a răspuns un grup de cercetători care a studiat razele X măsurate de observatorul Chandra (NASA).


Aceasta este o vizualizare a discului de acreţie şi a jeturilor de materie din proximitatea unei găuri negre.
Vizualizarea este una bazată pe predicţiile teoriei relativităţii generale.

Găurile negre super-gigante, cu masa de milioane sau chiar miliarde de ori mai mare decât cea a Soarelui, au luat naştere foarte devreme în istoria universului şi încă nu se ştie cum a fost posibil una ca asta. O nouă ipoteză susţine că aceste găuri negre s-ar fi format în urma colapsului gravitaţional al aşa-numiţilor gravitino, particule ipotetice care ar fi perechea gravitonilor, particula purtătoare a interacţiunii gravitaţionale (încă nedescoperită).


Gaură neagră devorând o stea-partener

Găurile negre primordiale, cele care s-ar fi format imediat după Big Bang, ar putea explica materia întunecată, dar şi universuri diferite de al nostru, închise în găuri negre. Aceste găuri negre ar putea fi descoperite cu noul instrument Hyper Suprime-Cam (HSC) din Hawaii.

În inima multor galaxii se ascund găuri negre enorme: cu mase de milioane şi chiar miliarde de ori mai mari decât cea a Soarelui. Găuri negre se nasc şi atunci când stele, cu masa mare decât Soarele, mor; lăsă în urma lor găuri negre cu mase de câteva ori, chiar zeci de ori, mai mare ca cea a Soarelui. Dar acestea ar putea să nu fie unicele găuri negre din univers!

Materia întunecată s-ar putea să nu existe. De circa 30 de ani o mică parte a comunităţii ştiinţifice susţine că ar trebui modificată legea gravitaţiei, adică modul în care calculăm interacţiunea gravitaţională. O analiză efectuată asupra a 150 de galaxii arată că aşa ceva ar fi posibil.

Materia întunecată este unul dintre cele mai mari mistere ale fizicii actuale; aceasta ar trebui să fie materia dominantă în univers, dar, cum nu emite lumină şi nici nu interacţionează (decât gravitațional) cu materia normală - ar fi invizibilă!


Reprezentare artistică a unei stele neutronice, Swift J1749-2807. În dreapta - steaua-companion.

Ce formă de materie se găseşte în inima unei stele de neutroni? Încă nu ştim, însă măsurători de unde gravitaţionale generate de coliziuni de astfel de stele, precum şi observaţii ale unor pulsari au permis oamenilor de ştiinţă să se apropie cu încă un pas de descifrarea acestui secret.

Stelele mai masive decât Soarele, însă nu mult mai mari decât acesta, atunci când mor lasă în urma lor stele de neutroni. Aceste stele sunt cea mai densă formă de materie cunoscută din univers. Evident, există şi găurile negre, care ar trebui să fie mai dense decât stelele de neutroni, însă găurile negre nu pot fi explicate de fizica de azi. Stelele de neutroni, pe de altă parte, au o densitate atât de mare, încât o linguriţă din materia din care sunt compuse ar cântări mai mult decât Everestul!


CMS / Cern

Un rezultat de excepţie a fost obţinut recent în cadrul proiectului CMS (Compact Muon Solenoid) de la Marele Accelerator de Hadroni (LHC) de la Geneva: pentru prima dată au fost măsuraţi împreună trei bosoni masivi în coliziuni de mare energie proton-proton.

În cadrul modelului standard al fizicii particulelor elementare, pe lângă particulele de materie, precum quarcurile care compun protonii şi neutronii, electronii şi neutrinii, există şi particulele „purtătoare de forță”, adică particule care mediază interacţiunile între particulele de materie. Printre aceste particule se număra fotonii, care sunt cei care mediază interacţiunea electromagnetică, gluonii, responsabili pentru interacţiunea nucleară tare, şi bosonii intermediari grei, particulele W şi Z, care au de-a face cu interacţiunea nucleară slabă. Studiul acestor intermediari ai interacţiunilor este extrem de important, întrucât ne ajută să înţelegem care sunt legile care guvernează universul.


Observatorul spațial Planck / ESA (operațional între 2009 și 2013)

Folosind date furnizate de Observatorul spațial Planck al ESA referitoare la radiația cosmică de fond, o echipă internațională de cercetători a observat indicii ale unei noi fizici. Cercetătorii au creat o nouă metodă de măsurare a unghiului de polarizare a acestei radiații primordiale prin compararea acesteia cu emisiile de lumină ale prafului din galaxia noastră, Calea Lactee. Deși semnalul nu este detectat cu suficientă precizie pentru a trage concluzii certe, acesta indică faptul că materia întunecată sau energia întunecată provoacă o încălcare a așa-numitei „simetrii de paritate” (cu o probabilitate de 99,2%, spun fizicienii).

Viaţa unei stele se bazează pe procese de fuziune nucleară, în care elementele chimice uşoare, precum hidrogenul, sunt transformate în elemente chimice mai grele. Pentru prima dată un astfel de proces, ciclu CNO (carbon-nitrogen-oxygen), a fost observat în cadrul proiectului BOREXINO (laboratorul subteran de la Gran Sasso) prin măsurarea neutrinilor emişi în cadrul ciclului CNO care are loc în Soare.

Coliziune ALICE

În imagine: un proton intră în coliziune cu un nucleu de plumb, dând naştere unei avalanşe de particule în interiorul detectorului ALICE. Proiectele ATLAS, CMS şi LHCb au înregistrat şi ele coliziunile. Credit: Alice/CERN

Quarcul top este cea mai grea particulă din modelul standard şi, prin urmare, are o viaţă extrem de scurtă. Pentru a-l genera este nevoie de multă energie. Pentru prima dată, în cadrul unui experiment de la CERN, CMS, s-au obţinut dovezi ale producerii acestui quarc în coliziuni de nuclee de atomi de plumb. Acest studiu ne va permite să obţinem informaţii despre primele clipe ale universului, când acesta era o supă de quarcuri şi gluoni.


Imagine electron (vezi aici cum a fost obținută)

Miuonii, particule elementare din modelul standard, s-ar putea transforma în electroni; cel puţin aşa susţin anumite teorii. Până la ora actuală însă nimeni nu a văzut o astfel de transformare! Proiectul Mu2e de la Fermilab, SUA, are obiectivul ambiţios de a îmbunătăţi precizia acestei căutări de 10.000 de ori!



„Capcana” Penning. credit: cern.ch

Studiul antimateriei ne ajută să înţelegem ce s-a întâmplat imediat după Big Bang şi, poate, să rezolvăm misterul dispariţiei antimateriei din univers. Antiprotonii, antimateria protonilor, sunt generaţi la CERN (Geneva) şi studiaţi în diverse experimente. Recent a fost propusă ideea creării unei capcane de antiprotoni transportabile – care să permită cercetătorilor să studieze antiprotonii şi în laboratoare mai îndepărtate de locul unde sunt produşi, astfel încât să obţină rezultate mult mai precise.


Navstar 2F (parte din GPS). GPS-ul folosește ceasuri atomice

În mecanica cuantică un sistem poate exista într-o suprapunere de stări; acest aspect al mecanicii cuantice are implicaţii asupra ceasurilor atomice, cele care măsoară cu precizie extremă timpul. Combinând teoria relativităţii a lui Einstein cu efectele cuantice se obţine un nou efect: dilatarea cuantică a timpului.


Evoluţia Universului

De ce există un univers compus din materie? Enigma aceasta nu are încă un răspuns şi s-ar putea să ne poarte spre o nouă fizică, o fizică dincolo de modelul standard. Un nou rezultat obţinut de proiectul de cercetare LHCb la CERN, care studiază mezonii B, arată că, într-adevăr, avem nevoie de o fizică nouă.


Halou materie întunecată (reprezentare grafică). credit: wikipedia.org

Materia întunecată ar putea interacţiona cu materia obișnuită; în acest caz este imposibil de identificat în cadrul acceleratoarelor de particule. Un grup de cercetători a propus folosirea a miliarde de micropendule mecanice – o reţea care vibrează la trecerea unei particule de materie întunecată.

O pânză de păianjen din filamente de materie care înconjoară o enormă gaură neagră la o distanţă de circa 13 miliarde ani-lumină de noi conţine (cel puţin) şase galaxii. Studiul acestei structuri ne poate ajuta să înţelegem originea găurilor negre de mari dimensiuni, dar şi cea a metastructurilor cosmice.


Magnetar (reprezentare artistică). Credit: ESO/L. Calçada

Materia întunecată este un mare mister al fizicii moderne și se bănuieşte că ar fi compusă din particule încă nedescoperite. Printre particulele-candidat responsabile pentru materia întunecată se numără şi axionul, o particulă cu masa extrem de mică care ar putea genera semnale în câmpul magnetic extrem de intens al unui magnetar.


Călătorie printr-o gaură de vierme. credit: NASA

Sunt găurile de vierme posibile? Încă nu ştim, însă teoreticienii se întrec în a găsi şi propune soluţii pentru a putea călători dintr-o parte în alta a galaxiei folosind aceste efecte ale teoriei relativităţii generale, dar şi o nouă teorie despre univers care ar permite existența unor găuri de vierme care să ne permită să le străbatem fără riscuri.

Gaura de vierme ar fi o deformare extremă a spaţiului şi timpului care ne-ar permite să călătorim rapid (asigurând o scurtătură fantastică în spațiu-timp) dintr-o parte în alta a galaxiei şi chiar şi a universului, folosind consecințele teoriei relativităţii generale a lui Einstein. 


În imagine: pitica albă IK Pegasi B (centru-jos), steaua companion clasa-A IK Pegasi A (stânga) și Soarele (dreapta)

Un nou studiu arată că va fi posibil să se studieze eventuale urme de viaţă pe planete care orbitează în jurul unei stele care a murit, transformându-se într-o pitică albă. Misiunea NASA James Webb Space Telescope ar putea descoperi semnale ale existenţei vieţii pe astfel de planete în condiţii extreme. În prezent căutam semne de viaţă pe planete care orbitează în jurul unor stele asemănătoare Soarelui, la distanţe faţă de acesta care să permită existenţa apei sub formă lichidă.  Nu ştim însă sub ce forme s-ar putea afla viaţa în univers; chiar şi pe Pământ există bacterii care supravieţuiesc în condiţii extreme: căldura intensă, în lipsa aerului şi chiar şi la un nivel de radiaţii extrem de mare.


 



Donează prin PayPal ()


Contact
| T&C | © 2021 Scientia.ro