Supernowa powstała ze zderzenia dwóch białych karłów

Astronomowie z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) dowodzą, że supernowa odkryta w ubiegłym roku powstała w wyniku zderzenia dwóch białych karłów. Te białe karły były w układzie podwójnym i powoli zbliżały się aż doszło do ich zderzenia, które spowodowało ogromną eksplozję. Obserwacje potwierdzają to, co było do tej pory czysto teoretycznym mechanizmem powstawania supernowej.

Supernowa 2006gz została sklasyfikowana jako Typ Ia, lecz dalsze obserwacje sugerowały, że był to niezwykły obiekt wymagający dalszych badań. Najważniejszym odkryciem była obecność dużej ilości niespalonego węgla. Białe karły zawierają węgiel, który znajduje się na zewnątrz ich najbardziej gęstych regionów. Silny wybuch od środka wyrzuciłby zewnętrzne warstwy bogate w węgiel.

Widmo SN 2006gz zawierało również ślady ściśniętych warstw krzemu. Krzem został wytworzony w czasie wybuchu i następnie ściśnięty przez falę uderzeniową odbitą od otaczających warstw węgla i tlenu. Model komputerowy zderzających się białych karłów przewiduje zarówno linie węgla jak i krzemu.

Ponadto, SN 2006gz była jaśniejsza niż oczekiwano. Wskazywało to na jej powstanie z obiektu o masie większej niż 1.4 masy Słońca, czyli większego niż przewiduje granica Chandrasekhara.

SN 2006gz jest nie tylko pierwszym przykładem nowego mechanizmu powstawania supernowych, ale również wywołuje implikacje kosmologiczne. Supernowe typu Ia mają zwykle niewielki rozrzut jasności, co sprawia, że są użyteczne przy obliczaniu odległości. To właśnie badania nad supernowymi typu Ia doprowadziły do odkrycia ciemnej energii, tajemniczej siły sprawiającej przyspieszenie rozszerzania się Wszechświata.

Jeśli zatem supernowe typu Ia są bardziej zróżnicowane niż dotąd sądzono, astronomowie będą musieli być bardziej ostrożni używając ich do badania kosmosu.


Oryginalny artykuł, który ukazał się ApJ Letters 1 listopada 2007:
M. Hicken, P. M. Garnavich, J. L. Prieto, S. Blondin, D. L. DePoy, R. P. Kirshner, J. Parrent, The Luminous and Carbon-Rich Supernova 2006gz: A Double Degenerate Merger?

Zdjęcie: Wizja artysty kolizji dwóch białych karłów.

Następny krok w kierunku komputera kwantowego

Naukowcom z Delft University of Technology i Foundation for Fundamental Research on Matter udało się odwrócić spin pojedynczego elektronu tylko przy pomocy pola elektrycznego. Pozwoli to w łatwiejszy sposób zrealizować przyszły komputer kwantowy.

Kontrolowanie spinu elektronu jest istotne, jeśli spin ma być użyty jako budulec przyszłego komputera kwantowego. Elektron ma nie tylko ładunek elektryczny, a dzięki spinowi zachowuje się jako miniaturowy magnes.

W polu magnetycznym spin może być zwrócony w tym samym lub przeciwnym kierunku co pole, ale prawa mechaniki kwantowej dopuszczają również istnienie elektronu w obu tych stanach równocześnie. Z tego powodu spin elektronu jest bardzo obiecującym elementem komputera kwantowego, który w pewnych zastosowaniach będzie dużo mocniejszy niż konwencjonalny komputer.

Na pierwszy rzut oka zmiana spinu przez pole elektryczne może wydawać się zaskakująca, ale wiadomo z Teorii Względności, że pole elektryczne może oddziaływać na poruszający się elektron tak jak pole magnetyczne. K. Nowack i F. Koppens wraz z Y. Nazarovem wykazali, że przemieszczając elektron w szybkozmiennym polu elektrycznym można odwrócić spin elektronu.

Możliwość użycia pola elektrycznego zamiast magnetycznego do kontrolowania spinu elektronu jest istotne, gdyż pola elektryczne łatwo generować. Będzie też łatwiej kontrolować spiny różnych elektronów niezależnie, co jest niezbędne do budowy komputera. Zespół naukowców zamierza obecnie zastosować tę technikę do kilku elektronów.


Zdjęcie: Zdjęcie z mikroskopu elektronowego nanostruktury podobnej do użytej w eksperymencie. Jasno szare struktury zrobione ze złota tworzą pułapkę elektryczną (białe linie) dla elektronów. Napięcie (V) zmieniające się w czasie jest przyłożone do pierwszego elementu od prawej strony. W wyniku tego na elektron zamknięty w prawej pułapce działa pole elektryczne. To pole wprawia elektron w ruch (białe linie przerywane), tak że pozycja elektronu zmienia się w czasie. foto: TU Delft

Oryginalny artykuł ukazał się 1 listopada br. w Science Express: K. C. Nowack, F. H. L. Koppens, Yu. V. Nazarov, L. M. K. Vandersypen, Coherent Control of a Single Electron Spin with Electric Fields

Nowy rekord masy czarnej dziury - IC 10 X-1

17 października we wpisie M33 X-7 - najcięższa czarna dziura pisałem o rekordowo ciężkiej czarnej dziurze. 1 listopada w Astrophysical Journal Letters ukaże się artykuł, w którym autorzy z Andreą Prestwich na czele donoszą o odkryciu najcięższej czarnej dziury IC 10 X-1.

IC 10 X-1 jest jasnym zmiennym źródłem rentgenowskim w galaktyce IC 10 należącej do grupy lokalnej. Jej towarzyszem optycznym jest prawdopodobnie jasna gwiazda Wolfa-Rayeta, co powoduje, że jest to rzadki przykład układu podwójnego gwiazdy Wolfa-Rayeta i źródła rentgenowskiego.

W swoim artykule Prestwich i inni donoszą o okresie obiegu źródła rentgenowskiego IC 10 X-1, który wynosi 34.4 godziny. Ten wynik wraz z powtórną analizą widm optycznych pozwala oszacować prawdopodobną masę obiektu zwartego, która wynosi od 24 do 36 mas Słońca. Dalsza analiza wykazuje, że czarna dziura wsysa gaz wyrzucany przez gwiazdę Wolfa-Rayeta, co powoduje jego rozgrzanie i emisję promieniowania rentgenowskiego. Prestwich i inni zaobserwowali, że emisja ta jest co jakiś czas przerywana. Przeprowadzili dokładniejsze obserwacje tego źródła i stwierdzili, że przerwy są okresowe, a gwiazda przesłania czarną dziurę i blokuje promieniowanie rentgenowskie docierające do Ziemi.

Odkrycie tak masywnej czarnej dziury prowadzi do pytania - jak mogła ona powstać. Nawet najcięższe gwiazdy w Galaktyce pozostawiają po sobie czarne dziury o masach najwyżej 20 mas Słońca. Wobec tego czarna dziura w IC 10 musiała powstać z gwiazdy o innym składzie chemicznym niż te obecnie występujące w Drodze Mlecznej. Gwiazda, z której powstała ta czarna dziura prawdopodobnie w swoim składzie miała mniej pierwiastków cięższych niż wodór i hel. Obliczenia sugerują, że takie gwiazdy wyrzuciłyby mniej gazu przed wybuchem, więc mogłyby pozostawić po sobie cięższe czarne dziury.

Choć IC 10 X-1 pobiła rekord masy czarnej dziury, to jest ona i tak niemal pyłkiem w porównaniu z supermasywnymi czarnymi dziurami znajdującymi się w centrach galaktyk, których masy wynoszą miliony, a nawet miliardy mas Słońca.


Oryginalny artykuł (PDF): A. H. Prestwich, R. Kilgard, P. A. Crowther, S. Carpano, A. M. T. Pollock, A. Zezas, S. H. Saar, T. P. Roberts, M. J. Ward, The Orbital Period of the Wolf-Rayet Binary IC 10 X-1; Dynamic Evidence that the Compact Object is a Black Hole

Zdjęcie: Galaktyka IC 10 - nieregularna galaktyka karłowata odległa 1.8 miliona lat świetlnych od Ziemi. foto: Adam Block/NOAO/AURA/NSF.

Ciemna materia nie istnieje

Ciemna materia nie istnieje - tak twierdzą dwaj kanadyjscy astronomowie John Moffat i Joel Brownstein. Nie została ona nigdy bezpośrednio wykryta właśnie dlatego, że nie istnieje.

Według dotychczasowych teorii ciemna materia jest odpowiedzialna między innymi za łączenie się galaktyk w gromady. Żadna widzialna materia - gwiazdy, pył, gaz - nie jest wystarczająca, by sprawić przyciąganie się galaktyk. Wobec tego naukowcy twierdzili, że musi istnieć jakaś niewidzialna materia, która znajduje się w centrach galaktyk i zwiększa siły ich przyciągania grawitacyjnego.

W sierpniu 2006 roku zaobserwowano, że zderzenie dwóch gromad galaktyk odległych o 3 miliardy lat świetlnych od Ziemi znanych jako gromada Pocisk (Bullet Cluster) spowodowało oddzielenie chmur ciemnej materii od normalnej materii (Artykuł PDF). Wielu naukowców twierdziło, że jest to dowód na istnienie ciemnej materii i stanowiło cios dla alternatywnych teorii - m. in. zmodyfikowanej teorii grawitacji (MOG).

W swojej najnowszej pracy Moffat i Brownstein twierdzą, że ich Zmodyfikowana Teoria Grawitacji (MOG) może wyjaśnić obserwacje gromady Pocisk (Bullet Cluster). MOG różni się w szczegółach od innych zmodyfikowanych teorii grawitacji, ale ich wspólnym twierdzeniem jest to, że siła grawitacji zmienia się wraz z odległością.

Zmodyfikowana przez MOG grawitacja jest silniejsza niż newtonowska 1/r². Silniejsza grawitacja imituje to samo, co ciemna materia. Zgodnie z teorią Einsteina i Newtona jeśli jest więcej materii, to jest większa grawitacja, więc by być zgodnym z tymi teoriami należy dołożyć ciemnej materii, by wyjaśnić zjawiska grawitacyjne. Moffat twierdzi, że ciemna materia nie istnieje. To grawitacja się zmienia.

Moffat i Brownstein analizowali obrazy gromady Pocisk zrobione przez kosmiczne teleskopy Hubble, Chandra i Spitzer oraz Magellan w Chile. Badali w jaki sposób grawitacja gromady ugina światło galaktyki będącej za gromadą - efekt ten znany jest jako soczewkowanie grawitacyjne. Stwierdzili oni, że ciemna materia nie jest niezbędna, by wyjaśnić rezultaty tej analizy. Według nich zmodyfikowana teoria grawitacji (MOG) jest wystarczająca, by wyjaśnić to zjawisko.

Więcej na ten temat: Scientists Say Dark Matter Doesn't Exist, Ker Than

Oryginalna praca (PDF): J. Moffat i J. Brownstein - The Bullet Cluster 1E0657-558 evidence shows Modified Gravity in the absence of Dark Matter

Warto przeczytać: O ciemnej materii razy dwa

Zdjęcie: X-ray: NASA/CXC/CfA/M.Markevitch et al.; Optical: NASA/STScI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al.; Lensing Map: NASA/STScI; ESO WFI; Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al.

Odległe supernowe nieco jaśniejsze od bliskich

Supernowe typu Ia są bardzo ważnymi standaryzowanymi źródłami dla kosmologii i były używane w badaniach nad ciemną energią i przyspieszeniem rozszerzania się Wszechświata.
Badania porównawcze supernowych w pobliskich galaktykach z tymi odległymi o miliardy lat świetlnych wykazały, że te odległe supernowe (nawet o 9 miliardów lat świetlnych) były średnio o 12 procent jaśniejsze. Odległe supernowe były jaśniejsze, gdyż były młodsze. W świetle najnowszych badań astrofizycy będą zmuszeni dokonać korekt uwzględniając zmienną jasność wybuchających supernowych, co może skomplikować prowadzone badania ciemnej energii.

Zdjęcie: Przy użyciu Teleskopu Hubble'a astronomowie zaobserwowali wybuch najdalszej supernowej SN1997ff, która wybuchła 10 miliardów lat temu. (NASA/ESA, Adam Riess (Space Telescope Science Institute))

Oryginalny artykuł (PDF): Predicted and observed evolution in the mean properties of Type Ia supernovae with redshift. D. Andrew Howell, Mark Sullivan, Alex Conley, Ray Carlberg (University of Toronto)