Fizyka LO Turek
Start
Nauczyciele
Nauczanie
Konkursy
Ciekawostki
Aktualno軼i
Astronomia
Struktura materii
Do鈍iadczenia domowe
Testy z fizyki
Spis tre軼i i wyszukiwarka
Hosted by:
W kr璕u fizyki LO Turek
Nast瘼na »
Zagadki 
Tajemnica b造sk闚 gamma

Sonda Integral w kosmosie - wizja artysty
Sonda Integral w kosmosie, w tle b造sk gamma - wizja artysty
Na trop kosmicznych b造sk闚 gamma zwanych po angielsku Gamma-Ray-Bursts (w skr鏂ie GRB) trafi造 przypadkowo satelity szpiegowskie, kt鏎e mia造 w pocz徠ku lat siedemdziesi徠ych 郵edzi pr鏏ne wybuchy j康rowe na Ziemi. Kosmiczna eksplozja skal przerasta豉 jednak wszelkie ludzkie wyobra瞠nia. S to najbardziej gwa速owne wybuchy od Wielkiego Wybuchu. Kosmiczne b造ski promieniowania gamma trwaj od kilku milisekund do tysi璚y sekund. Jest to do嗆 du篡 zakres, lecz wyr騜ni w nim mo積a wyra幡ie dwie grupy, kt鏎e astronomowie nazywaj d逝gimi b造skami gamma (trwaj帷ymi d逝瞠j ni 2 sekundy) i kr鏒kimi b造skami (trwaj帷ymi kr鏂ej ni 2 sekundy), kt鏎e stanowi jedn trzeci wszystkich b造sk闚. Po b造sku gamma powstaje po鈍iata promieniowania rentgenowskiego i r闚nie w zakresie widzialnym co umo磧iwia pomiar odleg這軼i od 廝鏚豉 wybuchu.
Niezwyk造m silnym b造skom towarzyszy ogromna ilo嗆 energii. W ci庵u sekundy wyzwala si jej tyle, ile S這鎍e uwolni w ci庵u ca貫go 篡cia. Typowa ilo嗆 鈍iat豉 wyemitowana w b造sku gamma wi捫e si z przemian oko這 1% masy S這鎍a w czyst energi. Dla por闚nania, energia wyzwolona w wybuchu wsp馧czesnej bomby atomowej odpowiada przemianie oko這 1 grama materii. M闚i帷 bardziej obrazowo, b造sk gamma wyzwala tyle energii co wybuch 10 do 31 pot璕i (jest to liczba 1 z 31 zerami) bomb atomowych.
W pa寮zierniku 2002 roku wys豉no na wok馧ziemsk orbit satelit Integral do badania kosmicznych 廝鏚e promieniowania gamma. Ten kosmiczny teleskop obserwuje niebo w zakresie promieniowania gamma z du膨 rozdzielczo軼i k徠ow, kt鏎a umo磧iwi豉 odkrycie wielu nowych 廝鏚e gamma.
SWIFT
Sonda SWIFT
W listopadzie 2004 roku wystartowa豉, warta 250 milion闚 dolar闚 sonda SWIFT, kt鏎ej g堯wnym zadaniem jest rejestrowanie i badanie b造sk闚 gamma. Uk豉d pomiarowy sk豉da si z teleskop闚 promieniowania gamma, rentgenowskiego i optycznego. G堯wny instrument satelity Swift - Burst Alert Telescope (BAT) okre郵a po這瞠nie b造sk闚 z dok豉dno軼i 1-4 sekund k徠owych. Informacja ta w ci庵u 20 sekund jest przes豉na do ziemskich teleskop闚 obserwuj帷ych po鈍iaty po b造skach gamma, a tak瞠 s逝篡 do natychmiastowego przekierowania satelity tak, aby b造sk le瘸 w polu widzenia X-ray Telescope (XRT) i UltraViolet/Optical Telescope (UVOT), czyli innych instrument闚 sondy pracuj帷ych odpowiednio w promieniach Rentgena i w ultrafiolecie. Dzi瘯i temu sam b造sk jest 郵edzony w prawie ca造m zakresie widma elektromagnetycznego. 4 wrze郾ia 2005 roku satelita Swift zarejestrowa b造sk gamma oznaczony GRB 050904 znajduj帷y si w rekordowej odleg這軼i 13 miliard闚 lat 鈍ietlnych i trwa a 200 sekund.
Przez d逝gi czas astronomom nie mie軼i這 si w g這wie, 瞠 mog zdarza si tak pot篹ne kataklizmy, widoczne z ka盥ego miejsca we Wszech鈍iecie. Dlatego podejrzewali, 瞠 b造ski gamma nie s tak gwa速owne, rodz si w pobli簑, w naszej Galaktyce, np. wskutek spadania materii na powierzchni gwiazdy neutronowej. Kilka lat temu po raz pierwszy dostrze穎no blask optyczny wybuchu i wykazano, 瞠 dziel nas od niego miliardy lat 鈍ietlnych.
SWIFT
Wybuch supernowej zarejestrowany przez sond SWIFT
Na pocz徠ku 2002 roku zarejestrowano poprzez satelit rentgenowskiego XMM-Newton b造sk o nazwie GRBO11211 obrazuj帷y wybuch w odleg這軼i 10 miliard闚 lat 鈍ietlnych. Po zbadaniu 鈍iat豉 rentgenowskiego okaza這 si, 瞠 pochodzi ono z chmury gor帷ego gazu, kt鏎y w wyniku eksplozji porusza si w kierunku Ziemi z szybko軼i r闚n jednej dziesi徠ej pr璠ko軼i 鈍iat豉. Opr鏂z tego zdo豉no okre郵i sk豉dniki wyrzuconej chmury. Zawiera豉 ona cz御teczki magnezu, krzemu, siarki, argonu i wapnia. Taka Struktura jest typowa dla eksplozji supernowej, ko鎍z帷ej 篡wot gwiazd olbrzym闚.
Obecnie s康zi si, 瞠 d逝gi b造sk gamma (trwaj帷y d逝瞠j ni 2 sekundy) powstaje w momencie wybuchu (wybuch supernowej) zwyk貫j masywnej gwiazdy o masie kilkudziesi璚iu mas S這鎍a. Wprowadzono dla nich nazw - wybuch hipernowej. Po wybuchu w 鈔odku powstaje czarna dziura otoczona wiruj帷ym dyskiem materii. Dysk zostaje szybko wch這ni皻y przez dziur, przy czym wyzwalaj si olbrzymie ilo軼i energii. Je瞠li czarna dziura szybko si obraca to energia b造sku zostaje zogniskowana w w御k wi您k zwan d瞠tem. Cz御tki w tej strudze poruszaj si z pr璠ko軼i blisk pr璠ko軼i 鈍iat豉 i w odleg這軼i 100 milion闚 kilometr闚 od centrum kolapsu oddaj swoj energi w postaci wysokoenergetycznego promieniowania gamma, kt鏎e my obserwujemy jako b造sk. D瞠t zderza si z materi wybuchaj帷ej gwiazdy i przekazuje jej cz窷 swojej energii, wzbudzaj帷 po鈍iat rentgenowsk. Tak wi璚 d逝gie b造ski gamma powstaj podczas wybuchu bardzo du篡ch i szybko obracaj帷y si gwiazd.
Trudniej jest wyt逝maczy kr鏒kie i s豉bsze b造ski trwaj帷e mniej ni 2 sekundy. Obecnie s康zi si, 瞠 jest to efekt 陰czenia si ze sob dw鏂h masywnych gwiazd powsta造ch z podw鎩nych uk豉d闚 gwiazd: gwiazdy neutronowej z gwiazd neutronow, czarnej dziury z czarn dziur lub gwiazdy neutronowej z czarn dziur. Zgodnie z przewidywaniami, ka盥 z
b造sk gamma
B造sk gamma - wizja artysty
tych egzotycznych par czeka taki sam koniec. Jej sk豉dniki b璠 si do siebie powoli zbli瘸造 po ciasno zwini皻ej spirali a do chwili, w kt鏎ej odleg這嗆 mi璠zy nimi b璠zie por闚nywalna z ich rozmiarami. Zlej si wtedy b造skawicznie w jeden obiekt (niezale積ie od sk豉dnik闚 b璠zie to czarna dziura) wyzwalaj帷 olbrzymie ilo軼i energii i wzbudzaj帷 bardzo silny impuls fal grawitacyjnych. W otoczeniu pary zlewaj帷ej si pary obiekt闚 nie ma prawie wcale materii, dzi瘯i czemu powsta造 d瞠t traci niewiele energii i po鈍iata rentgenowska jest s豉ba. Powsta豉 czarna dziura ma na og馧 niewielk mas (kilka mas S這鎍a), co t逝maczy stosunkowo nisk energi kr鏒kich b造sk闚 gamma. Takie s豉be b造ski gamma zarejestrowano 9 i 24 lipca oraz 13 sierpnia 2005 roku. Dochodzi造 one z rejon闚 galaktyki eliptycznej gdzie du穎 jest uk豉d闚 dw鏂h gwiazd neutronowych. Zarejestrowano s豉b po鈍iat rentgenowsk, a powsta豉 po鈍iata optyczna przygasa豉 jednostajnie inaczej ni w b造skach d逝gich. Je郵i jeszcze uda nam si wykry impuls fal grawitacyjnych to b璠ziemy ju pewni, 瞠 kr鏒kie b造ski powstaj w wyniku zderzenia dw鏂h obiekt闚.
Na pocz徠ku 2005 roku prof. Bohdan Paczy雟ki i prof. Pawe Haensel wysun瘭i 鄉ia陰 hipotez, 瞠 b造ski gamma powstaj w momencie powstawania hipotetycznych gwiazd kwarkowych w wyniku wybuchu niekt鏎ych supernowych. Najpierw powstaje gwiazda neutronowa, a nied逝go potem zamienia si ona w gwiazd kwarkow. Powierzchnia gwiazdy kwarkowej nie wypuszcza 瘸dnych ci篹szych cz御tek. Do 鈔odka mog wpada nukleony (protony i neutrony) kt鏎e natychmiast rozk豉daj si tam na kwarki. Ale na zewn徠rz mog wymkn望 si tylko lekkie neutrina, elektrony, pozytrony oraz fotony, poniewa one nie podlegaj oddzia造waniu silnemu. Prawie ca豉 energia zwi您ana z gwa速ownymi narodzinami gwiazdy kwarkowej mo瞠 wi璚 zosta wyemitowana w kosmos w postaci strumienia materii mkn帷ego z pr璠ko軼i pod鈍ietln, a w efekcie w postaci silnego b造sku gamma. Hipoteza ta wi璚 za jednym zamachem mo瞠 rozwi您a a dwie zagadki, jedne z najwi瘯szych we wsp馧czesnej astrofizyce. Polacy nie tylko opisali hipotetyczny kataklizm, zaproponowali te, jak go wykry. Je郵i maj racj, to najpierw powinno nadej嗆 na Ziemi s豉bsze promieniowanie od supernowej, a mniej wi璚ej za minut z tego samego miejsca silny b造sk gamma od gwiazdy kwarkowej.
By mo瞠 gigantyczna, kosmiczna eksplozja w postaci b造sku gamma mog豉 by przyczyn wymierania gatunk闚, kt鏎e mia這 miejsce 450 milion闚 lat temu w okresie ordowiku. Zdaniem naukowc闚 trwaj帷e 10 sekund zjawisko mog這 pozbawi nasz planet nawet po這wy pow這ki ozonowej. Przenikaj帷e przez atmosfer pozbawion ozonu promieniowanie ultrafioletowe S這鎍a mog這 w ci庵u wielu lat zabi wi瘯szo嗆 istot 篡wych na l康zie oraz w pobli簑 powierzchni ocean闚 i jezior. Ucierpia豚y zw豉szcza plankton, pocz徠kowe ogniwo 豉鎍ucha pokarmowego. Planktonem, czyli drobnymi organizmami 篡wi si wi瘯sze, a nimi du瞠 drapie積iki.


Czy teoria grawitacji jest poprawna?

Gromada galaktyk w Warkoczu Bereniki
Gromada galaktyk w Warkoczu Bereniki
Wszystkie obecne pomiary stwierdzaj, 瞠 Wszech鈍iat si rozszerza coraz szybciej. Z niewiadomego powodu ucieczka galaktyk uleg豉 od jakiego czasu przyspieszeniu. Naukowcy najcz窷ciej t逝macz to dzia豉niem tajemniczego czynnika zwanego ciemn energi, kt鏎y ma charakter odpychaj帷y. Ale na razie nie ma jednoznacznego potwierdzenia do鈍iadczalnego istnienia takiej formy energii.
Obecnie pojawiaj si inne sposoby wyt逝maczenia przyspieszenia ucieczki galaktyk. Jedn z nich jest nowa pr鏏a sformu這wania kwantowej teorii grawitacji, opieraj帷a si na teorii strun. Ka盥 cz御tk w tej teorii traktujemy jako oscylacje (drgania) male鎥ich strun. Zgodnie z teori strun przestrze jest dziesi璚io lub jedenastowymiarowa, ale trzy wymiary tylko widzimy, z pozosta貫 zosta造 zwini皻e do bardzo ma造ch rozmiar闚 i ich ani nie obserwujemy, ani nie mo瞠my w nich si porusza. Nowa hipoteza stwierdza, 瞠 dodatkowe wymiary mog
Centrum gromady galaktyk Virgo w Pannie
Centrum gromady galaktyk w Pannie
mie w istocie rozmiary niesko鎍zone dla oddzia造wania grawitacyjnego. W przeciwie雟twie do materii, czyli elektron闚, proton闚 i foton闚, cz御tki przenosz帷e oddzia造wanie grawitacyjne - grawitony mog porusza si r闚nie w dodatkowych wymiarach. Dok豉dnie s to grawitony o du瞠j d逝go軼i fali. Wtedy zmianie uleg這 by podstawowe prawo grawitacji. Je郵i grawitony mog porusza si w jednym dodatkowym wymiarze to si陰 oddzia造wania jest odwrotnie proporcjonalna do sze軼ianu odleg這軼i, je郵i dwa dodatkowe wymiary, to odwrotnie proporcjonalna do czwartej pot璕i itd. Zwyk貫 grawitony o po鈔edniej d逝go軼i fali nie mog wydosta si do dodatkowych wymiar闚 i lokalnie obserwujemy oddzia造wanie grawitacyjne odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odleg這軼i, zgodnie z prawem powszechnego ci捫enia Newtona. Zmiana prawa grawitacji by豉by wtedy przyczyn przyspieszania rozszerzania Wszech鈍iata.
Inna teoria zak豉da istnienie dodatkowego rodzaju grawiton闚, kt鏎e w przeciwie雟twie do zwyk造ch grawiton闚, maj niewielk mas. A jak wiedz fizycy, je郵i grawitony maj mas, to grawitacja nie spe軟ia prawa odwrotnych kwadrat闚.
Kto ma racj rozstrzygn dalsze obserwacje obiekt闚 astronomicznych, zw豉szcza dalekich supernowych.

Opracowano na podstawie artyku逝 Georgi Dvali "Moce ciemno軼i" zamieszczonego w numerze 3/2004 "安iata Nauki".

Gwiazda neutronowa, wysy豉j帷a strugi materii
d瞠ty
Artystyczna wizja wysy豉nia d瞠t闚

Odkryto gwiazd neutronow, z kt鏎ej tryskaj strugi materii niemal z pr璠ko軼i 鈍iat豉. Takie fontanny materii wyrzucane przez obiekty astronomiczne nazywamy d瞠tami.
D瞠ty, nale膨 do najgwa速owniejszych zjawisk w kosmosie. Dotychczas dostrze穎no je tylko w otoczeniu masywnych czarnych dziur. Mog one znajdowa si w j康rach odleg造ch galaktyk, tzw. kwazarach, gdzie jak przypuszczaj astronomowie mieszcz si olbrzymie czarne dziury o masie miliony wi瘯szej od masy S這鎍a i w obiektach zwanych mikrokwazarami.
d瞠ty
Artystyczna wizja wysy豉nia d瞠t闚
D瞠ty strzelaj帷e z kwazar闚 s bardzo w御kie, maj rozwarcie kilku stopni i d逝go嗆 dochodz帷 nawet do dziesi徠k闚 milion闚 lat 鈍ietlnych. Ich pr璠ko軼i osi庵aj 95 proc. pr璠ko軼i 鈍iat豉 lub wi璚ej. Biegn wzd逝 osi, zapewne osi rotacji czarnej dziury, w obu przeciwnych kierunkach, ale cz瘰to wida tylko jedn po這w d瞠tu, t, kt鏎a leci w naszym kierunku.
Do tej pory nie ma jednoznacznej teorii t逝macz帷ej to zjawisko. Za najlepsz przyjmowano, 瞠 d瞠ty tworz si kosztem energii rotacyjnej czarnej dziury. Energi t wysysa za z wiruj帷ej czarnej dziury pole magnetyczne.
Ostatnie "Nature" zachwia這 t do嗆 popularn teori. Badacze opisuj w nim szybko wiruj帷 gwiazd neutronow, kt鏎a wzd逝 swojej osi obrotu wyrzuca w przestrze kosmiczn takie same relatywistyczne d瞠ty jak czarne dziury.
By mo瞠 energia d瞠tu pochodzi z dysk闚 akrecyjnych (ob這ku materii spadaj帷ej na czarn dziur lub gwiazd neutronow), a pole magnetyczne odgrywa wa積a rol w tym procesie. Nie znamy jednak tego mechanizmu.

Opracowano na podstawie artyku逝 z "Gazety Wyborczej" zamieszczonego 20.01.2004
Nast瘼na »
Zagadki