Zimna fuzja - czyżby się udało?

Zapewne część z Was, drodzy czytelnicy, pamięta historię z 1989 roku, kiedy to dwóch fizyków Fleischman i Pons ogłosiło, że udało im się przeprowadzić zimną fuzję. Ogłosili, ale ani im ani nikomu innemu nie udało się tego powtórzyć.
Właśnie przeczytałem na PhysOrg, że dwóch fizyków - Yoshiki Arata z Uniwersytetu w Osace i Yue-Chang Zhang z Uniwersytetu w Szanghaju przeprowadziło demonstrację zimnej fuzji. Podobno 22 maja przyglądało się temu 60 osób - fizyków i dziennikarzy.

Nie będę rozpisywał się na temat szczegółów tego eksperymentu, ale istotne jest to, że najprawdopodobniej jest to powtórka eksperymentu, którego wyniki opublikowane zostały w czasopiśmie: J. High Temp. Soc. Jpn, Feb. and March issues, 2008


Jeśli jest to prawda i uda się powtórzyć to doświadczenie z większymi ilościami substancji w sposób kontrolowany, to możliwe, że jest to początek nowych alternatywnych (do ropy) źródeł energii.

Spokojnych Świąt i mokrego Dyngusa

Z okazji nadchodzących

Świąt Wielkanocnych

życzę wszystkim czytelnikom

wielu radosnych chwil, smacznego jajka i mokrego dyngusa.

Czarne dziury i czwarty wymiar przestrzenny

W poprzednim wpisie opisałem projekt budowy teleskopu LOFAR, dla którego właśnie znaleziono jeszcze jedno zastosowanie, a mianowicie poszukiwanie błysków radiowych pochodzących od wyparowujących czarnych dziur, które mogą być "owinięte" wokół dodatkowego wymiaru przestrzeni.

Wybitny fizyk teoretyk Stephen Hawking przewidywał, że czarne dziury wyparowują w procesie kwantowym, który zwany jest "parowaniem Hawkinga", a przed całkowitym zniknięciem wybuchają w krótkim impulsie energii. Przewiduje się, że w czasie życia Wszechświata całkowicie wyparować mogły jedynie małe czarne dziury o masach rzędu mas asteroid. Takie czarne dziury mogły powstawać w dużych ilościach w pierwszej sekundzie Wielkiego Wybuchu, gdy cząstki elementarne zbijały się razem pod wpływem ogrmnych energii.

W swojej najnowszej pracy Michael Kavic i inni twierdzą, że takie czarne dziury parując mogą emitować promieniowanie, które jesteśmy w stanie wykryć za pomocą radioteleskopów. Warunkiem jednak jest istnienie we Wszechświecie dodatkowego wymiaru oprócz znanych nam trzech wymiarów przestrzennych i czasu. Dodatkowe wymiary są przewidywane przez teorie (np. teoria strun), które starają się zunifikować teorię grawitacji i mechanikę kwantową.

Jeśli istnieją dodatkowe wymiary, to czarne dziury owijałyby się wokół tych dodatkowych wymiarów, tworząc "czarne struny". Można je wyobrazić sobie jako gumka nałożona na rurkę. Wyparowując czarna dziura stawałaby się zbyt mała, żeby oplatać ten dodatkowy wymiar i "pękałaby" przy udziale pulsu promieniowania elektromagnetycznego.

Gdyby udało się zaobserwować tego typu impuls promieniowania, można by obliczyć wielkość dodatkowego wymiaru. Miałoby to ogromne znaczenie dla modeli kosmologicznych Wszechświata.

Oryginalny artykuł ukaże się w Physical Review Letters - wersja PDF: Transient Pulses from Exploding Primordial Black Holes as a Signature of an Extra Dimension, Michael Kavic, John H. Simonetti, Sean E. Cutchin, Steven W. Ellingson i Cameron D. Patterson

Zdjęcie: Mario Alberto Magallanes Trejo, http://www.mmagallan.com.mx/

LOFAR - LOw Frequency ARray

Dziś chciałbym skrótowo opisać jeden z projektów naukowych, w którym Polska weźmie udział, a mianowicie LOFAR (LOw Frequency ARray). LOFAR to wieloelementowy interferometryczny radioteleskop, który będzie mógł prowadzić obserwacje na częstotliwościach od 20 do 240 MHz.

Jest to projekt zapoczątkowany przez holenderski instytut astronomiczny ASTRON, który oprócz teleskopu LOFAR dysponuje również Obserwatorium Radiowym Westerbork i zajmuje się rozwojem optycznych i podczerwonych teleskopów, włączając w to Very Large Telescope ESO i James Webb Space Telescope.

Nowa, rewolucyjna budowa radioteleskopu stworzy naukowcom wyjątkowe możliwości, między innymi:

• o wiele wyższą rozdzielczość i czułość niż inny teleskop na tak niskich częstotliwościach
• niezawodność teleskopu, który nie zawiera żadnych ruchomych części

LOFAR jest tak zwanym teleskopem software'owym, anteny zbierają sygnały, które po przetwarzaniu w postać cyfrową są wysyłane do komputera centralnego, w którym są poddawane kalibracji, filtrowaniu, dodawaniu i analizie. Centralny komputer, którym jest Blue Gene, emuluje konwencjonalną antenę. LOFAR więc, składa się z dużej ilości radioodbiorników, z których każdy można dostroić do danej częstotliwości, a sygnały przez nie odebrane zostają przetworzone w centralnym komputerze, co tworzy "teleskop software'owy" bez żadnych ruchomych części.

Koszt takiego teleskopu jest zdominowany głównie przez ceny części elektronicznych i spełnia prawo Moore'a. Pozwala to budować coraz większe teleskopy z coraz tańszych części.

Początkowo projekt zakładał budowę około 100 stacji w kształcie rozgwiazdy, z czego ok. 50 miało znaleźć się w centrum, a pozostałe na ramionach rozgwiazdy tworząc bazę o długości ok. 100 km (dla europejskich stacji nawet 1000km). Obecnie ze względów finansowych projekt został okrojony o około połowę, lecz zachowa swoją pierwotną strukturę gwiaździstą. Zmniejszono również wielkość holenderskich stacji o połowę. Każda stacja będzie składać się z 96 anten niskiej częstotliwości LBA (20-80 MHz) i 48 wysokiej częstotliwości HBA (115-240 MHz) oraz 48 odbiorników, do których podłączone zostaną anteny. Za pomocą światłowodu o przepustowości co najmniej 3 Gb/s z każdej stacji będą przesyłane dane do centrali LOFAR w Holandii.

Stacje w pozostałych krajach europejskich (m. in. w Polsce, Niemczech, Francji) będą miały dwukrotnie większą liczbę anten i odbiorników. Szacuje się, że potrzebny będzie transfer danych o szybkości terabitów na sekundę, natomiast moc obliczeniowa rzędu tera-FLOPS.

Oprócz Holandii do projektu LOFAR przystąpiły:

• Niemcy - Effelsberg (działająca stacja), Garching, Poczdam, Tautenburg, Jülich
• Wielka Brytania - Chilbolton, Cambridge, Jodrell, Edinburgh
• Szwecja - Onsala
• Francja - Nancay
• Polska - Kraków, Toruń, Zielona Góra
• Austria/Ukraina
• Włochy
• Irlandia

Pierwsze wyniki obserwacji działających stacji LOFAR są już dostępne:

Pierwszy obraz nieba na częstotliwości 50MHz z pierwszej stacji w Holandii. 24 lutego 2007. Teleskop centrowany na obiekcie CasA.

LOFAR jest doskonałym przyrządem zaprojektowanym do detekcji i analizy sygnałów pochodzących od obiektów tak odległych, że ich sygnały radiowe zostały wysłane tuż po Wielkim Wybuchu. Oczekuje się odkrycia najwcześniejszych obiektów we Wszechświecie - gwiazd, czarnych dziur - może dowiemy się czym były te obiekty. Umożliwi jednak również między innymi obserwacje burz magnetycznych na Słońcu oraz wiatrów słonecznych.

Antena LBA niskiej częstotliwości

Antena HBA wysokiej częstotliwości

Masywne gwiazdy neutronowe

Gwiazdy neutronowe i czarne dziury są obiektami, które wciąż zadziwiają swoją naturą. W świetle najnowszych obserwacji, przeprowadzonych przez Paulo Freire w Obserwatorium w Arecibo na Porto Rico, gwiazdy neutronowe są bardziej masywne a czarne dziury rzadziej występują we Wszechświecie niż dotychczas sądzono.

Astronomowie przy użyciu radioteleskopu w Arecibo obserwowali pulsara PSR B1516+02B w układzie podwójnym z towarzyszem o masie 0.17 masy Słońca w gromadzie M5 w gwiazdozbiorze Węża. Obserwacje prowadzono przez niemal 6 lat od 2001 do 2007 roku przy użyciu odbiornika na częstotliwości 1.1 - 1.7 GHz.

Pulsar jest gwiazdą neutronową o silnym polu magnetycznym i emituje promieniowanie elektromagnetyczne, które można obserwować między innymi przy pomocy radioteleskopów jako "błyski" podobne do błysków latarni morskiej. Błyski te są spowodowane rotacją pulsara, który zwykle wysyła promieniowanie z tzw. czapy polarnej, czyli okolic biegunów.

W przypadku pulsara w M5 obserwuje się błyski co 7,95 milisekundy, czyli jest to pulsar milisekundowy.

National Astronomy and Ionosphere Center - Arecibo Observatory

Pulsary, czyli gwiazdy neutronowe, powstają gdy jądra masywnych gwiazd wyczerpią paliwo jądrowe, a ogromna grawitacja spowoduje kolaps i wybuch supernowej. Jądro ma zwykle masę 1.4 masy Słońca i zostaje w efekcie ściśnięte do postaci gwiazdy neutronowej o średnicy 20-30 km i gęstości rzędu miliarda ton na centymetr sześcienny.

Astronomowie uważali, że gwiazda neutronowa zapadała się do czarnej dziury, gdy jej masa znajdowała się w przedziale 1.6 do 2.5 mas Słońca. Jednak najnowsze obserwacje Paulo Freire wskazują, że istnieją gwiazdy neutronowe o masach od 1.9 aż do 2.7 mas Słońca. Oznacza to, że mniej gwiazd neutronowych przekształci się w czarne dziury.

Warto zwrócić uwagę, że w badaniach wziął udział znany polski astronom, odkrywca pierwszego pozasłonecznego układu planetarnego - Alex Wolszczan.

Oryginalne artykuły:
1. Super-Massive Neutron Stars, Paulo Freire
2. A Massive Neutron Star in the Globular Cluster M5, Paulo C. C. Freire, Alex Wolszczan, Maureen van den Berg, Jason W. T. Hessels

Animacja przedstawia model pulsara i w dolnym panelu tworzenie się tzw. profilu pojedynczego pulsu, autor Michael Kramer, University of Manchester. Aby zobaczyć działanie animacji, należy na nią kliknąć.

Asteroida minęła Ziemię

Właśnie przeczytałem na blogu Royal Observatory Greenwich, że dziś w nocy Ziemię minęła asteroida 2008 AF3 o średnicy 27 metrów. Minęła Ziemię w odległości 475000 km, zaraz za orbitą Księżyca. Jej orbitę można obejrzeć tutaj.
Asteroida jest niewielka, o jasności 14 magnitudo i można ją zobaczyć za pomocą dużego teleskopu.

Niepokojące jest to, że została dostrzeżona dopiero 3 dni temu, więc jeśli zmierzała by w kierunku Ziemi, to szanse na jakąkolwiek reakcję byłyby niewielkie.

Mapa nieba z zaznaczoną trajektorią jej (i innych asteroid) lotu jest na Tom’s Asteroid Flyby page.

Podwójne pierścienie Einsteina - obserwacje Hubble'a

Zdjęcie przedstawia soczewkę grawitacyjną SDSSJ0946+1006 sfotografowaną przez teleskop kosmiczny Hubble'a, NASA, ESA, R. Gavazzi i T. Treu (University of California, Santa Barbara)

Przy pomocy teleskopu Hubble’a odkryto nigdy wcześniej nie obserwowane zjawisko we Wszechświecie: parę świecących pierścieni rozmieszczonych współśrodkowo, jak na tarczy strzelniczej. Podwójny pierścień jest spowodowany ugięciem światła dwóch odległych galaktyk leżących dokładnie za masywną galaktyką z przodu.

Zjawisko to jest zwane soczewkowaniem grawitacyjnym i zachodzi, gdy światło odległej galaktyki jest uginane przez bliższą masywną galaktykę w podobny sposób, jak przy pomocy szkła powiększającego. Gdy obie galaktyki są na tej samej linii, to światło tworzy wokół bliższej galaktyki pierścień, zwany pierścieniem Einsteina. Jeśli na tej samej linii leży jeszcze jedna dalsza galaktyka, to pojawi się drugi większy pierścień.

To rzadkie zjawisko pozwoli na wgląd w ciemną materię, ciemną energię, odległe galaktyki, a nawet krzywiznę Wszechświata. Podwójny pierścień Einsteina został odkryty przez międzynarodowy zespół astronomów pod kierownictwem Raphaela Gavazzi i Tommaso Treu z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara.

Prawdopodobieństwo zaobserwowania takiego zjawiska jest tak małe, że można mówić o przypadku. Idealnie ustawione na jednej linii galaktyki są w odległościach 3, 6 i 11 miliardów lat świetlnych od Ziemi. Geometria pierścieni Einsteina w tym przypadku pozwoliła zmierzyć masę środkowej galaktyki, która wynosi 1 miliard mas Słońca. Jest to pierwszy przypadek pomiaru masy galaktyki karłowatej znajdującej się w odległości kosmologicznej (przesunięcie ku czerwieni z=0.6).

Próbka 50 podwójnych pierścieni Einsteina wystarczyłaby do zmierzenia zawartości ciemnej materii we Wszechświecie oraz równania stanu ciemnej energii (miarę jej ciśnienia) z dokładnością do 10%. Inne podwójne pierścienie mogą być znalezione w czasie obserwacji, które zostały zaproponowane w ramach Joint Dark Energy Mission.

Oryginalny artykuł ukaże się w Astrophysical Journal: THE SLOAN LENS ACS SURVEY. VI: DISCOVERY AND ANALYSIS OF A DOUBLE EINSTEIN RING, Raphael Gavazzi, Tommaso Treu, Leon V. E. Koopmans, Adam S. Bolton, Leonidas A. Moustakas, Scott Burles i Philip J. Marshall (wersja z 10.01.2008)

Kolizji z Marsem nie będzie

Niedawno głośno było o możliwym zderzeniu asteroidy z Marsem. Najnowsze pomiary trajektorii asteroidy 2007 WD5 zdecydowanie zmniejszyły niepewności dotyczące jej zbliżenia z Marsem 30 stycznia. Szanse na zderzenie zmalały aż do stosunku 1:10000.
Naukowcy stwierdzili, że odległości przejścia asteroidy w pobliżu Marsa szacowane są na 25600 km w najlepszym razie, a w najgorszym - nie bliżej niż 4000 km.

Asteroida została odkryta w listopadzie, a początkowe obserwacje mówiły o prawodpodobieństwie jak 1 do 25, że dojdzie do zderzenia z Marsem. Asteroida ta jest wystarczająco duża, żeby wybić krater o średnicy niemal kilometra w marsjańskiej powierzchni. Takie zjawisko byłoby niezwykle ciekawe dla astronomów.

Nadchodzące zderzenie ogromnej chmury gazu z Drogą Mleczną

Wielka chmura gazu (wodoru) zbliża się do Drogi Mlecznej, z którą zderzy się za 40 milionów lat. Brzeg tej chmury, zwanej od jej odkrywcy Obłokiem Smitha już oddziaływuje z naszą Galaktyką. Obłok ten ma długość 11000 lat świetlnych i 2500 lat świetlnych szerokości. Znajduje się w odległości jedynie 8000 lat świetlnych od dysku Galaktyki. Porusza się w naszym kierunku z prędkością 240 km/s i uderzy w dysk pod kątem około 45 stopni. Gdy uderzy w Galaktykę zapoczątkuje prawdopodobnie tworzenie się gwiazd na ogromną skalę. Wiele utworzonych gwiazd będzie bardzo masywnych, które ostatecznie skończą swoje krótkie życie w wybuchach supernowych.

Dokładne obserwacje wykonane przez Green Bank Telescope zmieniły dotychczasową wiedzę o tym obłoku, który wcześniej nie był uważany za część Galaktyki ani za gaz zbliżający się do niej. Z obserwacji wynika, że chmura już uderza w gaz znajdujący się na obrzeżach Galaktyki. Pod wpływem grawitacji Drogi Mlecznej może zostać rozerwany. Najpierw na Galaktykę spadnie „deszcz” gazu, a następnie po 20-40 milionach lat jądro obłoku uderzy w płaszczyznę Drogi Mlecznej.

Źródło: National Radio Astronomy Observatory

Zdjęcie: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

Wizja artystyczna zbliżającego się i zderzającego za 40 milionów lat Obłoku Smitha z Drogą Mleczną. Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

Neutrino składnikiem ciemnej materii?

Pisałem już w kilku wpisach o tajemniczej ciemnej materii we Wszechświecie. Naukowcy opracowują eksperymenty i modele, aby stwierdzić, co mogłoby tworzyć tę ciemną materię. Niektóre eksperymenty mogą zostać przeprowadzone przy użyciu LHC, czyli akceleratora cząstek budowanego w CERN w Szwajcarii, o którym również wspominałem we wpisie I ty możesz zostać fizykiem cząstek.

Jednym z modeli, które mogą zostać sprawdzone w LHC jest model stworzony przez Anupama Mazumdara z Lancaster University w Wielkiej Brytanii i jego kolegów.

Ich model zakłada, że ciemną materię tworzą prawoskrętne supersymetryczne neutrina (sneutrina). Wyjaśnia on również obserwowaną masę neutrina. Stworzyli oni model, który łączy ciemną materią i masę neutrina z inflacją Wszechświata. Częścią ich modelu jest znalezienie kombinacji cząstek, które zachowywałyby się, jak inflaton. Połączenie sneutrina, standardowej cząstki Higgsa i supersymetrycznego leptonu zachowuje się, jak inflaton.

Model wskazuje, że inflaton, który jest odpowiedzialny za inflację, jest również odpowiedzialny za masę neutrina. Taka cząstka mogłaby być również składnikiem ciemnej materii. Sprawdzenie jej istnienia jest możliwe eksperymentalnie i jeśli zostaną odkryte właściwości supersymetrycznego neutrino, to pomogą one zidentyfikować ciemną materię.

Model Mazumdara i jego współpracowników być może zostanie przetestowany w LHC już pod koniec tego roku. Uzyskamy wtedy odpowiedź, dlaczego neutrina mają tak małą masę i czy mogłyby tworzyć ciemną materię oraz inflatony.

Oryginalny artykuł: Unifying inflation and dark matter with neutrino masses, Rouzbeh Allahverdi, Bhaskar Dutta i Anupam Mazumdar

Zdjęcie: Symulacja rozpadu cząstki Higgsa po kolizji dwóch protonów. (CMS Media/Photos)

Podsumowania roku 2007 w nauce

Obiecałem podsumowanie roku 2007 w nauce. Wiele mediów poświęciło jednak temu tematowi sporo miejsca i nie ma sensu powielać takich zestawień. Podaję kilka linków do ciekawszych opracowań dotyczących dokonań naukowych w roku 2007.

• Podsumowanie roku 2007 w astronomii i badaniach kosmosu (Astronomia.pl)
• Podsumowanie roku 2007 w astronomii w Polsce (onet.pl)
• Najważniejsze wydarzenia w nauce polskiej w 2007r. (wp.pl)

Czasopismo Science poświęciło specjalny numer na omówienie przełomowych odkryć naukowych w 2007 roku:

• Special Online Collection: Breakthrough of the Year 2007