út a végtelenbe

2024.máj.30.
Írta: M3physto komment

Egysíkúak a csillagok és korongjaik

A Herschel-űrtávcső mérései alapján a fiatal csillagok körül porkorongok nem billennek ki: a bolygórendszerek valószínűleg laposan keletkeznek, és csak utána ferdül el egyes bolygók keringési síkja.

A Naprendszer meglehetősen lapos: a nagybolygók keringési síkjai és a Nap egyenlítője mind nagyjából egybeesnek. A kis égitestek többsége sem tér el nagyon ettől a közös síktól. Ez pontosan az az elrendezés, amit a keletkezési modellek jósolnak. Eszerint a Naprendszer egy forgó csillagközi felhőből alakult ki, amelyben az anyag a forgástengelyre merőleges, protoplanetáris korongba rendeződött: a korong közepén létrejött a Nap, a külsőbb tartományokból pedig a bolygók és egyéb égitestek.

Éppen ezért volt nagy meglepetés, amikor kiderült, hogy számos bolygó nagyon nagy pályahajlással kering csillaga körül, akár merőlegesen is annak egyenlítőjére. Valaminek ki kellett billentenie a csillag forgását és a bolygó keringését a közös síkból. De hogy mi lehetett, az még nem teljesen világos. A négy valószínű hipotézis a következő:

  • A csillag körül keringő bolygók szorosan megközelítették egymást a múltban és kibillentették egymás pályasíkját.
  • A Kozai-mechanizmus: egy távolabb keringő, nagyobb bolygó gravitációja hatására a belső égitest pályája lassan billeg ide-oda, időszakosan nagy pályahajlást eredményezve.
  • A csillag maga billenhet el még fiatal korában, a mágneses tere és a protoplanetáris korong közti kölcsönhatások eredményeként.
  • Vagy maga a csillag körüli korong ferdült el, amikor egy másik korongos csillag túl közel haladt el hozzá.

Ha sikerülne távolabbi bolygók pályahajlását is megmérni, akkor a lehetőségek leszűkülnének: amennyiben a protoplanetáris korong vagy a csillag billent el egymástól, akkor mindegyik bolygó hasonló eltérést mutatna. Viszont ha a bolygók közti perturbáció az ok, akkor egymástól is eltérnének azok keringési síkjai. Sajnos ennek a megfigyelése még problémákba ütközik. Jelenleg ugyanis csak fedési exobolygók pályahajlását lehetséges megmérni. Ahogy a bolygó áthalad a csillag előtt, a csillag éppen Föld felé, illetve attól elforduló féltekéjét is kitakarja. A kitakarások megfigyelésével megállapítható, hogy hogyan forog a csillag a bolygó keringéséhez képest. A módszer hátránya, hogy a távolabbi bolygókat sokkal nehezebb kimutatni, és eltérő pályahajlás mellett valószínűleg a másiktól egyáltalán nem is látunk fedéseket.

Jane Greaves (University of St. Andrews, Egyesült Királyság) és kollégái a bolygók helyett a protoplanetáris korongokat vették célba. 11 olyan csillagot választottak ki, amelyek körül a Herschel-űrtávcső képes volt felbontani a korong képét, és maguknak a csillagoknak is viszonylag pontosan meg lehetett határozni a forgástengely dőlésszögét. A csillagoknál a spektroszkópiai méréseket vetették össze modellszámításokkal, asztroszeizmológiai, vagy éppen interferometrikus eredményekkel a szög kiszámításához. A korong dőlésszögét úgy határozták meg, hogy feltételezték, hogy a korongok kör alakúak, és a lapultságuk csak a ferde rálátásból adódik. A két szög különbsége pedig megadta, hogy a csillag és a korong mennyire forognak ferdén egymáshoz képest.

Kiderült, hogy mind a tizenegy csillagnál lényegében az egyenlítő síkjában keringenek a korongok, az eltérések a tíz fokos tartományban lehetnek. Az eredmények alapján úgy tűnik, hogy a csillagok vagy a csillagok körüli korongok nem hajlamosak elbillenni egymástól. A ferdén, akár merőlegesen keringő bolygók valószínűleg csak később jönnek létre, a Kozai-mechanizmus vagy a bolyók kölcsönös, szoros megközelítése által. Ez azt is jelenti, hogy a kibillent rendszerek egyedileg fejlődnek, a bolygók távolságainak és méreteinek megfelelően. A pontos okok kimutatása, például egy távolabbi, a belső bolygót rángató másik égitest felfedezése viszont jóval több munkát fog igényelni.

Címkék: csillag, korong
2024.máj.20.
Írta: M3physto komment

Antirészecskék a Napban

Három amerikai fizikus relativisztikus sebességgel mozgó pozitronokat talált napkitörések vizsgálata során.

A kutatók jelenleg csak költséges és bonyolult, főként részecskegyorsítókban végzett kísérletek során képesek kis mennyiségű antianyag előállítására és detektálására; az antirészecskék más módon nagyon nehezen tanulmányozhatóak. Hamarosan azonban megnyílhat az út az antianyag asztrofizikai jellegű vizsgálata felé. G. D. Fleishman amerikai fizikus és két munkatársa nemrég arról számolt be az Amerikai Csillagászati Társaság Napfizikai Osztályának találkozóján, hogy hosszas, kitartó munkával napkitörések során felgyorsuló pozitronok nyomait sikerült azonosítaniuk. Az, hogy a Napról történő anyagkidobódások során a felgyorsult ionok nukleáris kölcsönhatásai antirészecskék keletkezéséhez vezetnek, nem meglepetés; de ez az első alkalom, hogy közvetlen hatásukat sikerült detektálni.
Megoldották a Nap egyik legnagyobb rejtélyét | 24.hu
Az elektronokat és antirészecskéiket, a pozitronokat ugyanolyan fizikai tulajdonságok jellemzik; kivéve, hogy az elektronok negatív töltéssel, a pozitronok, mint a nevük is jelzi, pozitív töltéssel rendelkeznek. Ez a töltéskülönbség okozza, hogy az elektronok és a pozitronok egymással ellentétes irányú, cirkulárisan polarizált rádiósugárzást bocsátanak ki; Fleishman és munkatársai ezt használták ki a megkülönböztetésükhöz. Ehhez egyrészt szükségük volt a napkitörésekben lévő mágneses tér irányának ismeretére (ezt a Napot folyamatosan figyelő SOHO-űrszonda adataiból tudták meghatározni), továbbá két különböző rádiófrekvencián rögzített mérésekre; utóbbi adatsort a japán Nobeyama rádióheliográf biztosította. Fleishmanék azt tapasztalták, hogy kisebb frekvencián (azaz kisebb energián), ahol a pozitronok várt hatása kicsi, a napkitörésből származó rádiósugárzás normális irányban polarizált (a nagy számú elektronnak köszönhetően), de nagyobb frekvencián (nagyobb energián), ahol a pozitronok dominálhatnak, az adott helyről származó sugárzás polarizációja ellentétes irányúra fordul.
Ezek a fejlemények hosszabb távon azt is jelenthetik, hogy a Napról vagy egyéb égitestekről felvett rádiótávcsöves adatok segítségével értékes ismeretekhez juthatunk mind az antirészecskékkel, mind a keletkezésüket előidéző, nagy energiájú folyamatokkal kapcsolatban. A jövőbeli csillagászati vizsgálatok akár a fizika egyik legnagyobb rejtélyét, az anyag-antianyag aszimmetria létét is segíthetnek megmagyarázni.
2024.máj.10.
Írta: M3physto komment

Többdimenziós fekete lyuk

Egy furcsa, gyűrű alakú fekete lyuk sértheti az általános relativitáselmélet törvényeit: megdöbbentő eredmények.

Olyan eredmények születtek egy számítógépes szimuláció során, melyek alapjaiban kérőjelezik meg az általános relativitáselméletet, ami az egyik legalapvetőbb összefüggés a kozmosz, és a világegyetem ismeretének relációjában.

Mekkorák a fekete lyukak - Galaktika.hu

Egy új, szuperszámítógéppel végzett szimuláció eredménye szerint egy furcsa, gyűrű alakú fekete lyuk sértheti az általános relativitáselmélet törvényeit, de csak akkor, ha univerzumunknak legalább öt dimenziója van.

A University of Cambridge és a Queen Mary University of London kutatói Pau Figueras vezetésével szimuláltak egy nagyon vékony, gyűrű alakú fekete lyukat, amelyben egy sor puklit, vagy egyfajta kvantum kinövést idővel egyre vékonyodó szálak kötnek össze.

A szálak végül annyira elvékonyodnak, hogy miniatűr fekete lyukakká esnek szét, hasonlóan ahhoz, ahogyan a vékony vízsugár vízcseppekké szakad.

A gyűrű alakú fekete lyukak létezsére 2002-ben találtak elméleti bizonyítékokat, a fizikusok, de csak nemrég volt az első alkalom, hogy szuperszámítógépek segítségével a dinamikájukat is sikerült szimulálni.

Az ilyen típusú fekete lyukak kialakulása az ún. “csupasz szingularitások” megjelenéséhez vezet, amelyek azonban sértik az általános relativitáselmélet egyenleteit.

A gravitációra vonatkozó jelenlegi ismereteink ez utóbbi egyenleteken nyugszanak: a csillagok korának megbecslésétől kezdve a tájékozódásunkat segítő GPS készülékek működéséig sok minden az Einstein-féle egyenleteken alapul.

Az elmélet többek között azt állítja, hogy az anyag meggörbíti maga körül a téridőt, és amit mi gravitációs vonzásnak érzékelünk, az tulajdonképpen ennek a görbületnek a hatása.

A születése óta eltelt 100 év során az általános relativitáselmélet minden tesztnek megfelelt – két héttel ezelőtt az Einstein által megjósolt gravitációs hullámok sikeres detektálását is bejelentették. Az elmélet alkalmazhatóságának határait többek között a fekete lyukak belsejében lévő szingularitások jelölik ki.

A szingularitásban a téridő görbülete végtelen naggyá válik, így a fizika fekete lyukon kívül jól működő törvényei itt érvényüket vesztik.

Az általános relativitáselmélet szerint a szingularitások a fekete lyukak belsejében léteznek, de azokat jótékonyan elrejti előlünk az eseményhorizont, amely mögül még a fény sem tud kijutni, így kívülről a mögötte lévő tartomány nem is észlelhető.

Valójában nem tudjuk, hogy milyen egy fekete lyuk belseje.

A kutatás egyik résztvevője, Markus Kunesch magyarázata szerint amíg a szingularitás rejtve marad az eseményhorizont mögött, nem okoz gondot, és az általános relativitáselmélet törvényei működnek. A sejtés az, hogy ez a “kozmikus cenzúra” mindig működik (cosmic censorship conjecture), így biztonsággal jelezhetjük előre, hogy mi fog történni egy fekete lyukon kívül, végső soron a jelenlegi állapotából kiindulva megjósolhatjuk az univerzum jövőjét.

Mi van azonban akkor, ha a sejtés nem igaz, és létezhet szingularitás az eseményhorizonton kívül is (ún. csupasz szingularitás). Ha így lenne, akkor az nem csak látható lenne, de olyan állapotot (végtelen nagy sűrűség) reprezentálna, ahol a fizika törvényei csődöt mondanak.

Az elméleti fizikusok sejtése szerint ilyen csupasz szingularitások magasabb dimenziókban létezhetnek.

Jelen kutatás másik résztvevője, Saran Tunyasuvunakool szerint azonban ekkor minden a feje tetejére állna, hiszen az elmélet elvesztené az előrejelző képességét, többé nem tekinthetnénk az univerzumot önállóan is magyarázni képes teóriának.

Az általános relativitáselmélet univerzuma négydimenziós, három tér- és egy idődimenzióval, ezek együtt alkotják az ún. téridőt. Vannak azonban ennél bonyolultabb univerzumot leíró elgondolások is, például a húrelmélet, amely szerint akár 11 dimenzió is létezhet. A további dimenziók lehetnek nagyok és kiterjedtek, vagy kicsik és felcsavarodottak, detektálni azonban mindenképpen rendkívül nehéz azokat.

Mivel mi csak három térdimenzió érzékelésére vagyunk képesek, erre egyedüli lehetőséget egyelőre a nagyon nagy energiájú kísérletek biztosíthatnak csak, amilyenek például a Nagy Hadronütköztetőben (LHC) is folynak.

Az Einstein-féle elmélet nem szabja meg, hogy hány dimenzió létezhet, így az elméleti fizikusok magasabb dimenziókba is kiterjesztették azt, és vizsgálják, hogy a “kozmikus cenzúra” itt is működik-e. Az ötdimenziós gyűrű alakú, vékony fekete lyukak felfedezése és dinamikájuknak a modellezése azt sejteti, hogy nem, azaz magasabb dimenziókban létezhetnek csupasz szingularitások.

Figuerasnak és kollégáinak a COSMOS szuperszámítógéppel sikerült magasabb dimenziókban szimulálni az Einstein-féle elmélet működését, aminek eredményeként nem csak az derült ki, hogy ezek a furcsa “fekete gyűrűk” instabilak, de az is, hogy mi lesz velük.

A szimulációk során a legtöbb esetben a fekete gyűrű gömbbé roskadt össze, így a szingularitás az eseményhorizont mögött maradt.

A nagyon vékony fekete gyűrűk azonban annyira instabillá válhattak, hogy azokból egyre vékonyodó szálakkal összekötött dudorok alakultak ki, a szálak pedig végül csupasz szingularitásokká szakadtak.

Ha magasabb dimenziókban nem működik a kozmikus cenzúra, akkor Tunyasuvunakool szerint annak kell utánajárnunk, hogy mi teszi különlegessé a négydimenziós univerzumunkat, amelyben a széles körben elfogadott nézet szerint viszont kifejti a hatását. Ha végül azonban mégsem bizonyulna igaznak, akkor más utat kell keresnünk az univerzum magyarázatára.

Ilyen lehet az elméleti fizika nagy célja, a kvantumgravitáció törvényeinek megalkotása, amelyek a szingularitásoktól messze ugyan csak közelítenék az Einstein-egyenleteket, azokhoz közel azonban egészen új fizikát írnának le.

Címkék: fekete lyuk
2024.ápr.30.
Írta: M3physto komment

Ősrégi havazásról árulkodnak a marsi völgyrendszerek

Egy amerikai kutatócsoport tanulmánya szerint egyes marsi völgyhálózatok kialakulása nagy valószínűséggel az egykori nedves légáramlatokból származó csapadéknak köszönhető.

A Mars felszínén szerteágazó völgyhálózatok figyelhetők meg, amelyek minden kétséget kizáróan arra utalnak, hogy egykor vízfolyások voltak a vörös bolygón. Hogy ez a víz a talaj mélyebb rétegeiből bugyogott fel, vagy csapadék (eső, hó) formájában hullott a felszínre, egyelőre eldöntetlen kérdés. Egy nemrég közölt tanulmány szerzői földi és marsi helyszínek összehasonlítása alapján az utóbbi folyamatra utaló jeleket találtak. 
A Brown University (Providence, USA) geológusokból álló kutatócsoportja analógiaként Hawaii időjárási jelenségeit vette alapul. A keleti irányból érkező, nedves légáramlatok jellemzően túl kicsi mozgási energiával rendelkeznek ahhoz, hogy átjussanak a fősziget magas hegycsúcsain. Ezért, míg a csapadékkal bőven áztatott keleti hegyoldalakon trópusi esőerdők alakultak ki, addig a szélárnyékos nyugati-déli hegyoldalakra jóval szárazabb éghajlat és szavannás környezet jellemző.
Az amerikai kutatók vizsgálatai szerint a vörös bolygón némiképp hasonló időjárási jelenségek játszódhattak le a múltban, és ezen hatás jelenlétének egyfajta nyomai a jelenleg is látható völgyhálózatok. A felfedezés egészen új megvilágításba helyezheti a planéta ősi éghajlatáról és légköri folyamatairól alkotott elképzeléseket.
A geológusok négy olyan területet azonosítottak be a Marson, ahol a magas hegygerincek vagy kráterperemek mentén – feltételezhetően víz által vájt – völgyhálózatok helyezkednek el. A területeken uralkodó széljárások irányának meghatározására egy újonnan kifejlesztett klímamodellt alkalmaztak. Ebben egyrészt figyelembe vették, hogy a jelenlegi ismereteink szerint milyen összetételű lehetett az ősi Mars légköre, másrészt a földi meteorológiai modellek alapján a magashegységekbe ütköző légáramlatok hatását is vizsgálni tudták.
Az eredmények alapján a legtöbb csapadék a völgyhálózatok legsűrűbb részeinél lévő hegyoldalakon eshetett. Mivel a modellezések szerint a klíma hideg volt, így a csapadék nagy valószínűséggel hó formájában érte el a felszínt. Az időszakos felmelegedések során azonban a hó elolvadhatott, és a hegyekről lezúduló víztömeg alakíthatta ki a völgyrendszereket; emellett a melegebb időszakokban akár eső is eshetett.
Annak kiderítésére, hogy milyen időskálán zajlott a hó olvadása, illetve hogy önmagában ez elég volt-e völgyek létrejöttéhez, vagy az esőnek is szerepe volt-e benne, további modellezésekre van szükség. Ezen kutatások során amellett, hogy a völgyrendszerek kialakulása és a csapadékhullás közötti összefüggéseket keresik, a kutatók a Mars évmilliárdokkal ezelőtti, globális éghajlati viszonyaiba is mélyebb betekintést nyerhetnek. 
Címkék: havazás, Mars
2024.ápr.20.
Írta: M3physto komment

Meglepő eredmények az Androméda-ködben

Űrtávcsöves megfigyelések alapján egy vörös csillagok gyűrűje által övezett, szokatlanul kék csillagokból álló csoportot mutattak ki az M31 százmillió naptömegnyi központi fekete lyukának közelében.

Az M31 középső régiója rengeteg idős, vörös csillagnak ad otthont, mely joggal vonja maga után a kérdést: mit keresnek ott a kék csillagok? A PHAT (Panchromatic Hubble Andromeda Treasury) felmérés - melynek célja az Andromeda-galaxis különböző csillagfajtáinak feltérképezése - keretében talált rá egy Julianne Dalcaton (University of Washington) által vezetett kutatócsoport erre a szokatlan, mintegy 8 ezer tagból álló csoportosulásra, melynek ultraibolya sugárzása rendkívül intenzív. A kék csillagok tipikusan fiatalok és forrók, ezek azonban a galaxis öreg objektumokat tartalmazó központi régiójában találhatók, ezért valószínűleg olyan elfejlődött csillagokról van szó, melyek ledobták a külső rétegeiket, felfedve így a magjukat. Ezt az elméletet támasztja alá az is, hogy az M31 csillagkeletkezési területein található fiatal kék csillagoknál halványabbak és azoktól eltérő felszíni hőmérsékletűek.

A hónap észlelése: az Androméda-köd – MCSE

Ezek az eredmények azonban újabb problémát vetnek fel, mivel a csillagok eloszlása az M31 centrumának 2600 fényévnyi környezetében megegyezik a Chandra által a dudorban azonosított röntgenkettősök eloszlásával. Ezen rendszerekben az egyik csillag anyagot szív el a kisebb kísérőjétől, az így megszerzett gáz pedig egy ún. akkréciós korongba tömörül a "tolvaj" körül. Az anyag elveszítése felfedi a kisebb csillag belső rétegeit. Ez azonban nem lehet az oka a kék csillagok kialakulásának, hiszen más nagyobb galaxisokban eddig nem tapasztaltak hasonló jelenséget.

Az egyik lehetséges magyarázat a csillagok magjában rejlik. A magasabb héliumtartalom miatt a hélium fúziója is jelentős, ez viszont magasabb hőmérsékletet igényel, ami bentről kifelé felforrósítja az atmoszférát. Phil Rosenfield (University of Washington) azonban azt a magyarázatot favorizálja, miszerint ezen csillagok nehézelem-tartalma olyan erős csillagszeleket hoz létre, amelyek már képesek lefújni a csillagok külső burkát.

A vörös óriások olyan csillagok, melyek már majdnem teljesen felélték hidrogénkészletüket és méretük a többszörösére növekedett. Felszínük lehűl, és egyre mélyebb vörös árnyalatot vesz fel, ahogy tágul. Az energiát a hidrogén és a hélium vegyes fúziójával fedezi, ami a csillag pulzálásához és a nehezebb elemek felszínre kerüléséhez vezet. Onnan eltávolodva ezek az elemek lehűlnek és porfelhőket alkotnak. Ezek a felhők elnyelik a csillag sugárzását és ezzel együtt a fotonok impulzusát, ami a gázfelhő eltávolodásához vezet. Az így indukált csillagszél nagy mennyiségű gázt képes magával ragadni. Az Andromeda-ködben található kék csillagokról azonban több anyag szökött meg, mint egy tipikus vörös óriás esetében, ezért még többet láthatunk a csillag centrumából. Még nem egészen világos, hogy ezek a csillagok miért ilyen gazdagok fémekben, a kutatócsoport azonban már dolgozik azokon a szimulációkon, melyek eldönthetik, melyik felvetés a helytállóbb.

Eközben a Hubble elkészítette a legélesebb képet, amit valaha rögzítettek az M31 központi fekete lyukának környezetéről az optikai tartományban. Bár a fekete lyuk eseményhorizontja túl kicsi ahhoz, hogy a Hubble részleteiben vizsgálni tudja, a felvételeken jól látszódik egy kék csillagokból álló csoport a fekete lyuk körül. Ezek azonban ténylegesen fiatal (körülbelül 200 millió éves) csillagok, ellentétben a PHAT elfejlődött objektumaival. Tejútrendszerükben is található egy ilyen csoportosulás az Sgr A* körül, és valószínűleg minden spirális galaxisban is jelen vannak.

A kék csillagok körül gyűrű alakban vörös csillagok találhatók, melyeket még a HST-vel fedeztek fel 1992-ben. Akkor azt hitték, hogy az Andromeda-galaxis egy kettős magú csillagváros, ez azonban csak "optika csalódás" volt, amit a vörös csillagok lassú mozgása okozott a gyűrű legtávolabbi pontján, azt a benyomást keltve, mintha nem a gyűrűnek egy részéről, hanem egy különálló struktúráról lenne szó.

Az eredményeket részletező előadás az American Astronomical Society közgyűlésén hangzott el a texasi Austinban.

Címkék: Androméda-köd
süti beállítások módosítása