Istoria gaurilor negre. De la calculele lui Schwarzschild la undele gravitationale

26 01 2018

Universul este un loc misterios. Planetele, stelele, galaxiile – toate au misterele lor, încă neexplicate de ştiinţă. Dar nimic nu este mai straniu şi mai uimitor decât găurile negre. Au fost „formulate” întâi pe spatele unui plic, dar însuşi cel care le-a sugerat prin ecuaţiile sale, Albert Einstein, nu le-a crezut ca fiind posibile. Mulţi dintre fizicieni şi-au exprimat scepticismul privind realitatea găurilor negre. Iată povestea incredibilă a descoperirii găurilor negre, a modului în care a avansat cunoaşterea acestora şi a modului în care găurile negre afectează structura fundamentală a Universul.

Astăzi cei mai mulţi dintre noi au auzit de găurile negre. Vorbim despre obiecte cosmice care au uneori masa a miliarde de sori. Reprezintă obiecte fizice de o densitate infinită. Acestea atrag materia din jurul lor şi au puterea de a curba lumina. În apropierea unei găuri negre timpul însuşi se schimbă, gravitaţia extrem de puternică încetinind trecerea timpului.

Astăzi ştim mai mult decât oricând despre găurile negre, deşi mai sunt multe de aflat. Sunt cele mai exotice obiecte din Univers, dar nu dispunem încă de aparatul teoretic pentru a le descrie. Deşi numim găurile negre „obiecte cosmice”, ele sunt în fapt adevărate găuri în ţesătura spaţiu-timpului, un loc în Univers unde tot ce avem este o gravitaţie formidabilă.

1. Gravitaţia

Cel mai important lucru pe care trebuie să-l ştim atunci când vorbim despre găuri negre este acela că acestea au de-a face cu gravitaţia. Dar ce e gravitaţia?

Isaac Newton a fost fascinat de gravitaţie. Acesta a inventat legile miscarii, pe care le folosim şi astăzi, explicând cu un grad de precizie bun mişcarea corpurilor cereşti şi explicând mişcarea planetelor din sistemul solar. Dar deşi legile lui Newton descriu efectele forţei gravitaţionale, ele nu explică ce este gravitaţia. Aici intervine Einstein.

Einstein, de asemenea, a fost fascinat de ideea gravitatiei. Imaginaţi-vă următorul scenariu. Luaţi un măr şi daţi-i drumul. Niciun mister, dacă sunteţi pe Pământ acesta va cădea pe sol.

Dar dacă am putea, în momentul în care dăm drumul mărului, să depărtăm Pământul cu totul în direcţia de cădere a mărului, în aşa fel ca mărul să nu atingă solul? Einstein a realizat că gravitaţia are de-a face cu căderea.

Dar dacă în loc să dăm drumul mărului să cadă îl aruncăm către orizont, cu 27358 km/h? Mărul se va deplasa în orbita Pământului, aşa cum face Staţia Spaţială Internaţională, de pildă.

În acord cu teoria generală a relativităţii a lui Einstein, mărul şi Staţia Spaţială Internaţională sunt în cădere liberă de-a lungul unei traiectorii curbe în spaţiu. Ce creează această traiectorie curbă? Masa Pământului.

Einstein, aşadar, a venit cu această idee simplă: spaţiul şi timpul sunt curbate de masele din Univers, de Pământ, de Soare, de toate corpurile cosmice cu masă. Gravitaţia nu mai este o forţă, ca în concepţia lui Newton, ci este întruparea modului în care masele din Univers curbează spaţiu-timpul. Obiectele cosmice care se deplasează prin Univers urmează cea mai scurtă cale în acest spaţiu-timp distorsionat de mase.

2. Găurile negre pe hârtie. Ideea lui Karl Schwarzschild

Ideea că obiectele curbează spaţiu-timpul duce direct la găuri negre. Nu Einstein, ci un astronom german este cel care face primul legătura dintre gravitaţie şi găuri negre. Este vorba despre Karl Schwarzschild, şeful Observatorului din Potsdam, Germania.

Aceasta a fost preocupat de orbitele planetare. Când Einstein a făcut publică teoria gravitaţiei în 1915, Schwarzschild era în armata germană, calculând traiectorii de artilerie în Primul Război Mondial. La câteva săptămâni după publicarea teoriei, astronomul german primeşte şi el lucrarea, undeva pe frontul rusesc. Se apucă să deseneze harta câmpului gravitaţional din jurul unei stele.

Schwarzschild identifică soluţiile la ecuaţiile teoriei lui Einstein, pe care le trimite părintelui teoriei relativităţii. Einstein este uluit, pentru că nu-şi imaginase că se pot rezolva atât de precis ecuaţii sale (el avansase doar unele aproximări).

Karl Schwarzschild

În calculele sale Schwarzschild descoperă ceva ce Einstein nu anticipase. Acesta a concentrat toată masa unei stele într-un singur punct (fireşte, matematic). Apoi a calculat cum masa va curba spaţiul-timpul şi cum va curba razele de lumină din apropiere. Schwarzschild a identificat o zonă de graniţă (pe care o numim azi orizontul evenimentelor) în jurul punctului în care particulele de lumină vor dispărea. Timpul se opreşte.

Schwarzschild a descoperit că o masă astfel concentrată într-un punct va curba atât de dramatic spaţiu-timpul, că se va crea în jurul acestuia o zonă din care revenirea în afara acesteia este imposibilă. Nimic intrat în această zonă nu va mai scăpa vreodată… Einstein, deşi propria-i teorie a prezis acest fenomen, nu a crezut că în Natură au loc astfel de manifestări stranii. Nu i-a plăcut ideea.

În 1916 Schwarzschild se îmbolnăveşte şi moare. Ideile lui privind efectele unei gravitaţii enorme par destinate uitării.

3. De la naşterea unei stele la apariţia unei găuri negre

În deceniile următoare de la moartea lui Schwarzschild fizicienii îşi îmbunătăţesc înţelegerea atomului şi înţeleg cum fuziunea acestora reprezintă combustibilul energetic ale unei stele (fuziunea nucleara).

Stelele, de diferite mărimi, se nasc din gaz cosmic. Acestea au ciclu de viaţă, dar care este diferit în funcţie de masa stelei. Toate stelele încep prin a fuziona atomi de hidrogen (cel mai uşor atom), obţinând astfel heliu. Procesul continuă în stelele masive, obţinându-se în continuare atomi mai grei.

Gravitaţia din interiorul stelei tinde spre a colapsa steaua în sine, dar energia generată de procesele de fuziune contrabalansează această tendinţă.

Stelele mici nu pot fuziona elemente mai grele decât heliul, dar în stelele masive crearea de atomi mai grei merge până la producerea fierului. Fierul un element atât de masiv, cu atât de mulţi protoni, încât după producerea fierului nu mai este generată acea energie pentru contrabalansarea gravitaţiei. Aşadar, fierul este starea finală dintr-o anumită perspectivă pentru stele.

Ce se întâmplă acum? Gravitaţia învinge. Steaua colapsează. Triliarde de tone de materie se prăbușesc spre nucleul stelei, apoi ricoşează din nucleu către straturile superioare ale stelei, generând o explozie formidabilă, numită ”supernova”.

Cu cât mai multă masă, cu atât mai puternică gravitaţia. Nu există nicio forţă care să prevină colapsul stelei până acolo încât ajunge un punct o gaură neagră.

Scepticismul fizicienilor a durat până prin anii ’70 ai secolului trecut. Ideea găurilor negre era prea excentrică pentru a fi luată în serios.

În 1967 Jocelyn Bell descoperă o stea ciudată care emite foarte puţină lumină  o stea neutronica. Rămăşiţele răcite ale unei stele colapsate dă speranţe astronomilor că poate ideea de gaură negră nu este atât de extravagantă. Poate că ele chiar există ca urmare a colapsului unor stele mari.

Aşadar, la jumătate de secol după ideea lui Schwarzschild, care a arătat matematic că găurile negre sunt posibile, fizicienii au identificat un proces natural care generează găuri negre: moartea unor stele masive. Aceste spectaculoase supernove creează găuri negre.

John Wheeler, un fizician englez, sceptic la început în ce priveşte realitatea acestor fenomene cosmice extreme, inventează pentru istorie conceptul de „gaură neagră”.

 4. Ce efect are o gaură neagră asupra zonei de vecinătatea sa?

Nu putea vedea o gaură neagră în mod direct, de vreme ce nici lumina nu scapă gravitaţiei extraordinare.

Două descoperiri de înainte de cel De-al Doilea Război mondial schimbă astronomia. Prima: descoperirea de către inginerul Karl Jansky a unor misterioase unde radio care vin din adâncul spaţiului. A doua: descoperirea faptului că Universul este plin de raze X prin intermediul unei rachete germane pe care s-au montat contoare Geiger.

Spectrul electromagnetic este mult mai larg decât zona vizibilă, pe care o recepţionează ochiul uman.

Folosind undele radio ori razele X, astronomii au descoperit o nouă modalitate de a privi Universul. Razele X vin din partea cea mai energetică a spectrului electromagnetic, iar Universul pare să abunde în surse de raze X. Razele X sunt generate de obiecte cosmice care au temperaturi de milioane ori chiar zeci de milioane de grade.

5. Cygnus X-1 – prima gaură neagră

Una dintre primele surse de raze X care au atras atenţia astronomilor a fost cea denumită Cygnus X-1. Cygnus, pentru că venea din galaxia cu acest nume, X, pentru că emitea raze X, 1, pentru că era prima sursă identificată.

În 1970, Paul Murdin, lucrând la Observatorul Roial din Marea Britanie, decide să vâneze perechi de stele ori stele binare (stele care sunt cuplate gravitaţional, care se rotesc una în jurul celeilalte).

Murdin se întreabă dacă este posibil să descopere stele binare în care doar una să fie vizibilă; o stea care să emită lumină, una care să emită raze X. Reuşeşte să descopere aşa ceva, identificând o stea a cărei orbită în jurul unui obiect neidentificat durează 6,5 zile. Ar putea fi acest obiect neidentificat care emite raze X o gaură neagră? Depinde de masă.

Pentru a fi catalogată drept gaură neagră, acest corp trebuie să aibă cel puţin de 3 ori masa Soarelui. Murdin a estimat că masa lui Cygnus X-1 este de 6 ori masa Soarelui, deci este o gaură neagră!

Murdin publică împreună cu colegul său Louise Webster în septembrie 1971 rezultatele descoperirii. Nu îndrăznesc să spună ceea ce gândesc, că au descoperit o gaură neagră, decât în ultima propoziţie a articolului „Noi credem că acest obiect ar putea fi o gaură neagră”.

Fizicianul Kip Thorne face un pariu cu celebrul Stephen Hawking dacă Cygnus X-1 este ori nu o gaură neagră (primul zice că da, ultimul că nu). În iunie 1990 Hawking admite că a pierdut pariul…

A fost nevoie de alţi 20 de ani ca estimarea lui Murdin privind masa Cygnus X-1 să fie confirmată de un alt astronom. Noi măsurători, mult mai precise, realizate de Mark Reid, au arătat că Cygnus X-1 se află la 6 mii de ani-lumină distanţă de noi, iar de fapt masa reală este de 15 ori masa Soarelui. Cygnus X-1 devine oficial o gaură neagră…

Cygnus X-1 este înconjurat de un disc de acreţie, un nor de gaz şi praf cosmic în afara orizontului evenimentelor găurii negre (graniţa care odată trecută, nimic nu mai poate reveni).

Cygnus X-1 (dreapa) şi steua partener (stânga)

Pe măsură de gravitaţia atrage materia către gaura neagră, norul din gaz şi praf se roteşte. În interiorul discului de acreţie particulele ajung la viteze de până la jumătate din viteza luminii. Aceste particule intră în coliziune unele cu altele, se supraîncălzesc, ajungând la temperaturi de milioane de grade. Încălzite, aceste emit raze X. Aceste raze X au fost descoperite de Paul Murdin pe când investiga stelele binare din galaxia Cygnus.

Cygnus X-1 îşi devorează steaua partener. Steaua din jurul Cygnus X-1 este atât de aproape de Cygnus X-1, că este devorată încet de gaura neagră. O parte din materia stelară ajunge în gaura neagră, dar o parte scapă atracţiei acesteia, pierzându-se în spaţiu.

Jeturile Cygnus X-1. Una dintre caracteristicile cele mai interesante ale Cygnus X-1 este reprezentată de jeturile sale, aflate la cele două poluri. Sunt încă multe pe care nu le ştim despre aceste jeturi. Sunt extrem de focalizate şi puternice, rejectând materie mult dincolo de limitele galaxiei Cygnus. Atunci când gazul cosmic ajunge la temperaturi foarte ridicate, se formează un câmp magnetic. Deşi nu înţelegem exact cum, acest câmp magnetic este cel care, se pare, generează aceste jeturi extrem de puternice.

6. Descoperirea quasarilor – găuri negre deghizate

Prin anii ’50 astronomii au început să descopere surse de unde radio din Univers, dar nu era clar dacă sursa aceste energii era o stea ori nu. Au fost numite „quasi-stellar radio sources” în 1964.

Astronomii au încercat să analizeze spectrul electromagnetic al surselor de unde radio, dat fiind că orice element chimic are o „amprentă” unică. Dar analiza s-a dovedit imposibilă.

În 1963 astronomul Maarten Schmidt descoperă că în spectrul unui quasar există amprenta „hidrogenului”. Dar a mai rezultat ceva: quasarul se depărta de noi cu o viteza fantastică. Motivul? Este urmarea Big Bangului, momentului iniţial al Universului.

Dar misterul rămâne: cum e posibil ca un obiect aflat la 2 miliarde de ani-lumină să elibereze energie echivalentă cu cea a unui trilion de sori într-o secundă? Nu poate fi energie chimică. Nu poate fi energie nucleară. Un quasar nu poate fi o stea. Nicio stea nu poate genera o asemenea cantitate de energie.

Singura sursă ce poate genera această energie este gravitaţia. Deşi noi putem uşor „învinge” gravitaţia pe Terra, gravitaţia este o forţă incredibilă atunci când este concentrată într-o gaură neagră.

Aşadar, astronomii şi-au pus următoarea întrebare: nu cumva energia enormă a quasarilor vine din discurile de acreţie din jurul găurilor negre? Dar nu orice fel de găuri negre. Găuri negre supermasive, nu ca Cygnus X-1.

7. Sagittarius A*, gaura neagră cu o masă de 4 milioane de ori mai mare decât a Soarelui din centru Căii Lactee

Centrul galaxiei noastre se află în direcţia galaxiei Sagittarius (săgetător). Calea Lactee are circa 100.000 ani-lumină în diametru, dar este subţire, „doar” aproximativ 100 de ani-lumină în grosime. Sistemul nostru solar se află la circa 26.000 de ani-lumină de centrul galaxiei.

În anii ’90 astronomii au început să caute o posibilă gaură neagră în centrul Căii Lactee. Adrea Ghez a fost unul dintre primii astronomi implicaţi în această căutare. Aceasta a încercat să monitorizeze mişcarea unor stele care orbitează centrul galaxiei.

Folosind noi tehnologii declasificate de către armata americană, Adrea începe să înregistreze poziţiile unor stele din zona centrală a galaxiei începând cu 1995. Imagini periodice ale hărţii centrului galaxiei. După ce a pus aceste imagini împreună, creând un film, rezultatul a fost uimitor: stelele orbitează centrul galaxiei la viteze uluitor de mari, de până la 10 mii km/s.

Pentru a se deplasa atât de rapid, aceste stele trebuie să orbiteze ceva extrem de masiv, probabil un obiect care are o masă de 4 milioane de ori mai mare decât cea a Soarelui. Ce poate fi atât de masiv, şi cu toate acestea invizibil? Nimic altceva decât o gaură neagră!

8. O gaură neagră supermasivă în centrul oricărei galaxii

Prima imagine focalizată a Sagittarius A*, gaura neagră din centrul galaxiei noastre, Calea Lactee, realizată de către telescopul spaţial în raze X NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) Imagine: wikipedia.org

Prima imagine focalizată a Sagittarius A*, gaura neagră din centrul galaxiei noastre, Calea Lactee, realizată de către telescopul spaţial în raze X NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array)
Imagine: wikipedia.org

În centrul galaxiei noastre există o gaură neagră masivă. În Calea Lactee au fost identificate cel puţin 20 de găuri negre ca Cygnus X-1. Probabil că sunt milioane de găuri negre în galaxia noastră. Dar ce putem spune despre alte galaxii? Sunt găurile negre prezente în toate galaxiile?

Un progres extraordinar pentru astronomie l-a reprezentat lansarea în orbită a Telescopului Spatial Hubble în 1990. Acesta a început să livreze astronomilor imagini ale galaxiilor îndepărtate de o excelentă rezoluţie.

Un grup de astronomi a început să studieze centrul galaxiilor. Imaginile produse de Hubble arată unde sunt stelele distribuite în galaxie şi structura galaxiei. Dar celelalte galaxii sunt prea departe pentru a permite utilizarea aceleaşi metode ca cea folosită pentru propria galaxie: măsurarea directă a deplasării stelelor în jurul centrului galactic. Dar analizând deplasara spre rosu a luminii emise de diferite puncte din galaxii se poate estima viteza de deplasare a stelelor. Estimarea este suficient de bună pentru a crea o simulare pe calculator a galaxiei.

Al doilea pas constă în simularea computerizată plecând de la observaţiile asupra unei galaxii, folosind „metoda Schwarzschild” (creată de Martin Schwarzschild, fiul lui Karl Schwarzschild). Simularea pe calculator este considerată un succes atunci când produce rezultate care corespund observaţiilor realizate cu Telescopul Hubble.

Dar s-a observat că în toate cazurile simularea nu ajunge la rezulte bune până când nu se adaugă o gaură neagră supermasivă în centrul galaxiei. Din cele peste 35 de galaxii studiate de grupul de astronomi menţionat, toate par să aibă o gaură neagră supermasivă în centru.

9. Cum sunt posibile găuri negre supermasive? Cum sunt posibili quasarii?

Cygnus X-1 are o masă de 15 ori mai mare decât cea a Soarelui. Sagittarius A*, gaura neagră situată în centrul Căii Lactee, de 4 milioane de ori. Gaura neagră din centrul Galaxiei Andromeda are o masă de 100 de milioane de ori mai mare decât cea a Soarelui. Dar există găuri negre de 20 de miliarde de ori mai masive! Cum e posibil ca astfel de monştri să se formeze?

Este posibil să se formeze prin colapsarea unor stele? Puţin probabil, pentru că  nu ştim de existenţa unor stele de miliarde de ori mai masive decât Soarelui.

Probabil că lucrurile stau în felul următor. Găurile negre se „hrănesc” cu materia din jur.

Acestea formează acel disc de acreţie din jurul orizontului evenimentelor. Gazul cosmic din centrul galaxiei se coagulează, sub presiunea gravitației, pentru a forma discul de acreţie.

Acest disc este format din hidrogen, heliu şi alte elemente în formă gazoasă. Gaura neagră atrage gazul către ea, care începe să se rotească spre centrul găurii negre. Odată trecut orizontul evenimentelor, începe „festinul”. Absorbind continuu gaz cosmic, gaura neagră adaugă la masa sa, devenind din ce în ce mai masivă. Iar o gaură neagră care se „hrăneşte” eliberează raze X, proces care poate fi şi este captat de către astronomi. O altă cale prin care găurile negre acumulează masă este „devorarea” unor stele din apropiere.

Dar cum e posibil să avem quasari, pentru că aceste obiecte cosmice sunt foarte depărtate, ceea ce înseamnă că sunt parte din Universul timpuriu. Quasarii foarte luminoşi s-au format la doar sase sute de milioane de ani după Big Bang. Cum e posibil să apară găuri negre supermasive atât de repede? Răspunsul, cred astronomii, este următorul: în anumite condiţii astronomice nori enormi de gaz cosmic pot să colapsese direct într-o gaură neagră supermasivă.

Pe de altă parte, găurile negre supermasive par să nu existe în izolare. Ele sunt integrate în galaxii: cu cât mai mare galaxia, cu atât mai masivă gaura neagră din centrul galaxiei.

Galaxiile se dezvoltă prin crearea de noi stele din nori de hidrogen. Gazul este esenţial în formarea stelelor. Atunci când o galaxie nu mai dispune de resurse de gaz, stagnează, nu mai poate crea noi stele.

Găurile negre supermasive interferează cu procesul de formare a stelelor. Atunci cand o gaură neagră creşte, o cantitate uriaşă de energie este eliberată în spaţiu. O parte din această energie încălzeşte gazul cosmic, iar una din consecinţe este că acest caz încălzit nu mai poate forma stele. Aşadar această radiaţie generată de găurile negre supermasive blochează procesul de formare de noi stele în proximitatea acestora. Dar găurile negre au perioade de creştere şi perioade de „linişte”. Pare, aşadar, că găurile negre exercită un control asupra procesului de dezvoltare a galaxiilor.

Telescopul Spaţial James Webb.

În circa 2 ani NASA va lansa cel mai puternic telescop, James Webb. Acesta va lucra în gama undelor infraroşii şi se speră că va facilita progrese importante în înţelegerea Universului timpuriu şi în rezolvarea misterelor ce încă învăluie găurile negre supermasive.

Un proiect ştiinţific îndrăzneţ aflat în derulare, denumit „Event Horizon Telescope”, încearcă să realizeze imposibilul: să fotografieze o gaură neagră. Grupul de cercetători are ca ţintă Sagittarius A*, gaura neagră din centrul Căii Lactee. Desigur, ce urmăresc astronomii este să fotografieze ceea ce este vizibil dintr-o gaură neagră. În cazul nostru este vorba despre „umbra” pe care norii de gaz care lovesc orizontul evenimentelor o lasă asupra luminii.

10. Detectarea undelor gravitaţionale generate de unirea a două găuri negre de către proiectul LIGO

Teoria gravitaţiei a lui Einstein prezice că atunci când un obiect se află în mişcare, el creează deformări ale spaţiu-timpului. Unul dintre obiectivele cele mai importante pentru fizicieni din secolul al XX-lea a fost descoperirea undelor gravitaţionale.

Descoperirea undelor gravitaţionale vine cu mai multe beneficii posibile: confirmă teoria lui Einstein, dovedeşte existenţa găurilor negre şi rezolva problema găurilor negre supermasive.

Dar cum să descoperi undele gravitaţionale? Provocarea tehnologică a fost imensă, dat fiind că era necesar un instrument extraordinar de sensibil. Aici intră în scenă fizicianul Rai Weiss, care a fost implicat pentru mult timp în studiul undelor sonore. Rai este cel care a venit cu ideea de a folosi lumina pentru a detecta unde gravitaţionale: „trimite un fascicul de lumină dintr-un loc în altul şi măsoară timpul necesar pentru deplasare”.

Aşa a fost măsurată cum mare precizie şi distanţa până la Lună: a fost trimis o rază laser care s-a reflectat dintr-o oglindă plasată pe lună de astronauţii misiunii Apollo 11.

Aşadar Rai Weiss a propus detectarea undelor gravitaționale cu ajutorul unui instrument numit interferometru cu laser. Funcţionarea acestuia este relativ simplă. Se trimite o rază de lumină către un splitter. Jumătate din lumina emisă continuă deplasarea către o oglindă, iar jumătate este reflectată către o a doua oglindă. Cum distanţele sunt egale, sistemul este astfel setat, încât cele două fascicule de lumină se anulează reciproc, deci detectorul foto nu vede nimic. Ce se întâmplă dacă spaţiul este modificat de către unde gravitaţionale? Razele de lumină nu se mai anulează, iar detectorul recepţionează lumină.

Dar cât de mult distorsionează spaţiul undele electromagnetice? Desigur, pentru a le detecta avem nevoie de instrumente incredibil de sensibile. Cât de mare este diferenţa dintre cele două braţe ale interferometrului la trecerea undelor gravitaţionale? A suta parte din dimensiunea nucleului atomic! Deci nu prea poate fi măsurat cu rigla…

Aşadar provocarea tehnologică a fost enormă. Mulţi au gândit că este imposibil de realizat un instrument atât de sensibil. Au fost nevoie de 40 de ani şi de sute de milioane de dolari, dar LIGO (Observatorul cu Interferometre Laser pentru Unde Gravitaţionale) a devenit realitate şi realizarea lui a schimbat fundamental fizica!

14 septembrie 2015

La 4 am pe 14 septembrie 2015 cercetătorul Robert Schofield de la interferometrul din Lousiana (au fost construite două interferometre, pentru a putea confirma orice detectare a undelor gravitaţionale, fără a mai exista bănuiala unor interferenţe ori erori tehnice) a decis să înceteze cu calibrarea echipamentului, dat fiind că era obosit, deşi mai era o oră din schimbul său, deci ar mai fi putut lucra şi ţine interferometrul nefuncţional.

40 de minute mai târziu, cu instrumentele încă în modul de testare, un semnal care a călătorit 1,3 miliarde ani ajunge la cele două detectoare de unde gravitaţionale din Louisiana şi Washington, schimbând modul în care înţelegem Universul…

Ce au detectat interferometrele? Oscilaţii ale oglinzilor care la început au fost mai rare, apoi din ce în ce mai rapide. Exact ceea ce e de aşteptat dacă are loc unirea a două găuri negre masive, una cu masa de 29 de ori mai mare decât a Soarelui, iar cealaltă de 36 de ori mai masivă.

Generarea undelor gravitaţionale de către orbitarea reciprocă a două găuri negre.

Generarea undelor gravitaţionale de către orbitarea reciprocă a două găuri negre.

Violentul proces de unire a găurilor negre a eliberat o cantitate enormă de energie, care şi-a lăsat amprenta asupra spaţiu-timpului şi care a călătorit, sub forma undelor gravitaționale, de-a lungul şi de-a latul Universului peste 1 miliard de ani.

După detectarea acestei coliziuni, LIGO a detectat alte coliziuni ale altor găuri negre. În august 2017 LIGO a surprins efectele coliziunii a două stele neutronice. În octombrie 2017 Rai Weiss, Kip Thorne (care a lucrat împreună cu primul) şi fostul director al LIGO, Barry Barish, au primit Premiul Nobel pentru Fizică.

Descoperirea efectuată de LIGO demonstrează că găurile negre pot creşte prin unirea a două găuri negre.

Pe de altă parte, LIGO deschide un nou capitol în astronomie: astronomia gravitaţională.

 Sursa text şi imagini: documentarul Black Hole Apocalypse, PBS, 2018

scientia.ro

Reclame




Materie intunecata, energie intunecata

29 01 2016

Materia întunecată este o substanţă din cosmos foarte puţin cunoscută, descoperită relativ recent şi formată din particule încă nedetectate experimental, şi a cărei existenţă a fost stabilită doar teoretic. Proporţia de materie întunecată din univers este foarte mare: circa 21 % din totalul materiei sale. Cu toate acestea, existenţa ei încă nu a putut fi dovedită pe cale experimentală din cauză că ea nu emite radiaţii.

Pentru completitudine, conform teoriilor actuale restul materiei universului este format din:

• energie întunecată: circa 74 % din totalul materiei universului; aceasta este tot o substanţă, o materie, foarte puţin cunoscută, doar că numele ei de „energie” este impropriu;
• barioni: circa 5 % – aceştia constituie lumea materială obişnuită pe care o percepem direct, inclusiv stelele, planetele, galaxiile etc.
• neutrini: circa 0,1 %;
• radiaţia de fond: echivalează cu circa 0,01 % din materia universului.
(date cf. revistei germane „Spektrum der Wissenschaft” nr. 11/2008 p.38)

Teorii şi deducţii ştiinţifice despre materia întunecată

Există dovezi teoretice (stabilite de către cercetătorii Universităţii din Pittsburg, Pennsylvania, SUA, bazate pe radiaţia de fond – radiaţia reziduală de la explozia iniţială Big Bang) despre existenţa materiei întunecate şi a energiei întunecate, nedetectate încă. Astfel, s-a constatat că fotonii din radiaţia de fond sunt încetiniţi la trecerea lor printre galaxii mai mult decât se calculase iniţial, întârzierea datorându-se trecerii prin materie întunecată. Prezenţa materiei întunecate mai este dedusă şi indirect din mişcarea obiectelor astronomice, în special a stelelor, galaxiilor şi roiurilor de galaxii („superclustere&quot” conform lucrărilor lui Martin White).

De asemenea există teorii, bazate pe certitudinea prezenţei „găurilor negre”, prin care se demonstrează existenţa materiei întunecate care este responsabilă de expansiunea accelerată a universului. Pentru prima oară, în vremurile noastre, s-a observat o gaură neagră care a fost surprinsă aruncând jeturi de energie, deşi se ştia că găurile negre doar aspiră, şi nu refulează materia.

Alte teorii ale existenţei materiei întunecate se bazează pe abaterile gravitaţionale ce s-au detectat cu privire la mişcarea galaxiilor şi roiurilor de galaxii în univers, abateri altfel inexplicabile.

Universul se află într-o permanentă expansiune care are loc cu o viteză mai mare decât s-au aşteptat cercetătorii spaţiului cosmic; această viteză este imprimată de o curioasă forţă numită „de chintesenţă” şi generată de vidul cosmic. Vidul cosmic, departe de a fi gol, constituie sediul unor nebănuite energii. În univers, în jurul găurilor negre se îngrămădeşte aşa-numita materie întunecată, care este până acum indetectabilă, deşi constituie 21 % din materia cosmică.

La începutul anului 2007 astronomii au întocmit o hartă tridimensională a materiei întunecate pe care sunt indicate şi stelele şi galaxiile. Studiul, publicat în revista Nature, aduce cele mai importante dovezi de până acum că răspândirea galaxiilor corespunde în bună măsură cu distribuţia materiei întunecate. Explicaţia constă în faptul că materia întunecată atrage materia obişnuită (galaxii, stele, planete, gaze, radiaţii, în total 5 % din materia universului) prin intermediul câmpului gravitaţional.


Particule elementare care constituie materia întunecată

Particulele constitutive ale materiei întunecate nu pot fi nici protoni, nici neutroni, nici electroni şi nici neutrinii obişnuiţi; cosmologii, care până acum nu le-au detectat experimental, le numesc de exemplu axioni şi neutrini sterili. Câteva date sumare despre neutrini ne pot pregăti pentru ce ar putea fi materia întunecată. Neutrinoul este o particulă elementară stabilă şi foarte uşoară, nu are sarcină electrică (deci este neutră d.p.d.v. electric) şi are masa de cel puţin zece mii de ori mai mică decât aceea a electronului. Existenţa neutrinilor a fost dovedită teoretic în anul 1936, ei constituind explicaţia abaterii de la legile de conservare a energiei; experimental ea a fost pusă în evidenţă în anul 1954, când au fost detectaţi primii neutrini.
Câteva trăsături specifice ale neutrinului
• Zi şi noapte primim de la Soare, în fiecare secundă, aproape zece miliarde de neutrini pe centimetru pătrat.
• Se pare că neutrinii nu reacţionează cu materia, iar interacţiunea cu restul universului este slabă.
• Corpul omenesc este străbătut în fiecare secundă de milioane de neutrini. Neutrinii traversează cu uşurinţă volumul planetei noastre, fără să se abată de la drum.
• Neutrinii îşi schimbă starea frecvent.
• Se cunosc trei feluri de neutrini.

„Neutrinii joacă un rol fundamental la nivelul structurii materiei. Domină comportamentul ultimelor vârste stelare. Nu este imposibil ca ei să dirijeze expansiunea universului…”  (Hubert Reeves)

Cercetări experimentale pentru crearea de noi particule elementare

Se fac experimente cu acceleratoare gigantice, ca de exemplu noul accelerator LHC al Centrului European de Cercetare Nucleară CERN de la Geneva, Elveţia, şi cu programe de cercetări în care sunt angrenate forţe ştiinţifice numeroase şi deosebit de puternice, care constau în încercarea de a crea două fascicole de protoni care să se intersecteze şi astfel să se bombardeze reciproc. La LHC se utilizează energii de ordinul a 12 gigajouli şi de mii de miliarde de electroni-volţi. Se aşteaptă ca încă în 2009 să se creeze în laborator condiţiile existente în perioada foarte timpurie a Big-Bangului. În cursul acestor experimentări se speră să se descopere noi particule elementare precum şi mecanismele petrecute imediat după naşterea Universului, cu scopul creării unor teorii plauzibile ale formării universului, şi ale existenţei şi compoziţiei materiei întunecate şi a energiei întunecate. Pe lângă acceleratorul propriu-zis experimentele folosesc numeroase alte dispozitive speciale, calculatoare gigantice şi instrumentar de laborator special. Acestea se află în subteran, în medie la circa 100 metri adâncime, într-un tunel circular de 27 km lungime, construit în 2006 în apropiere de oraşul Geneva. La Torino, aflat la o distanţă de circa 700 km de Geneva, s-au construit instalaţii adecvate de recepţionare a fasciculelor de neutrini lansate de la CERN.

Există deja fotograme înregistrate pe hard discuri conţinând imagini de la bombardamente de particule efectuate la energii enorme; tipărite pe hârtie şi stivuite unele peste altele ele ar atinge înălţimea Turnului Eiffel. În aceste fotograme apar extrem de rar şi fenomene care se abat de la fenomenele fizice deja cunoscute. Aceste „anomalii” sunt studiate în mod intensiv pentru a se cunoaşte mecanismele ce s-au manifestat în Universul timpuriu, la începuturile sale, imediat după Big Bang.

În cosmologie, energia întunecată este o formă de materie dovedită doar teoretic, prezentă în tot universul. Numele ei este oarecum impropriu, deoarece este vorba de o substanţă (cu masă şi energie), şi nu doar de o energie.

Exercitând o presiune negativă ea generează o forţă care se comportă ca o gravitaţie negativă (repulsivă). Astfel, energia întunecată ar putea explica accelerarea expansiunii universului. Scopul cercetărilor astrofizice actuale în domeniu este măsurarea precisă a vitezei de expansiune a universului, pentru a determina modul în care această expansiune variază în timp.
Ultimele calcule arată că universul ar fi constituit în proporţie de 74 % din această formă de materie.

Istorie

Alan Guth propuse în anii 1970 ca un câmp de presiune negativ, similare în întuneric pentru conceptul de energie, cum că ar putea conduce vehicule cosmice a inflaţiei în univers foarte devreme. Inflaţia postulează că această vigoare, calitativ similar cu întuneric de energie, a dus la o enormă expansiune exponenţială a universului, uşor după Big Bang. Cu toate acestea, inflaţia trebuie să fi apărut la o densitate de energie mult mai mare decât în întuneric. De energia de azi vom observa că s-a crezut căci este completă, a luat sfârşit atunci când universul a fost doar o fracţiune de secundă. Chiar şi după ce au devenit modele de inflaţioniste acceptate, de constanţa cosmologică a fost gândit pentru a fi la curent irelevante în univers.

Termenul de „energie întunecată” a fost inventat de Michael Turner, în 1998. Prin această dată, la masă lipseşte problema de big-bang şi structura pe scară largă, care a fost stabilit, iar un un cosmologist a început să teoretizeze că a fost o componenţă suplimentară pentru universul nostru. Primele dovezi directe pentru energia întunecata a venit de la Supernova, observaţiile de expansiunea accelerată, în Riess şi mai târziu a confirmat în Perlmutter. Acest lucru a dus la Lambda-CDM model, care din 2006 este în concordanţă cu o serie de observaţii din ce în ce mai riguroase cosmologic, cel mai recent fiind de 2005, Supernova Legacy Survey. Primele rezultate de la SNLS arată că în medie de comportament (de exemplu, ecuaţia de stat) din întuneric de energie se comportă constanţa cosmologică la o precizie de 10%. Recentele rezultate de la Hubble Space Telecomanda Superior-Z, indică faptulcă energia întunecată a fost prezentă pentru cel puţin 9 miliarde de ani, şi în perioada premergătoare cosmică accelerată.

https://gentina.wordpress.com/2009/07/12/materie-intunecata-energie-intunecata/





Spatiul ,frontiera infinita

5 09 2013

Cele mai ciudate lucruri din spatiu

 

Sa fim sinceri: spatiul este un loc absolut nebunesc. Cei mai multi scriitori de science fiction arunca la intamplare o planeta cu doua stele care arata oarecum ca si California de Sud, si il numesc univers. Dar cosmosul este mult mai ciudat si mai strain decat ne-am putea imagina vreodata. Iata mai jos cateva din cele mai ciudate descoperiri.

Stele hiper-rapide

Trage 575

Toata lumea stie ca stelele cazatoare sunt doar meteoriti care intra în atmosfera, nu? Daca nu ai stiut, felicitari, ai picat clasa a patra. Ceea ce unii oameni nu stiu, însa, este ca stelele cazatoare exista cu adevarat, doar ca ele se numesc stele hiper-rapide. Acestea sunt mingi uriase, de foc, facute din gaz care zboara prin spatiu cu milioane de kilometri pe ora.

Atunci cand un sistem binar de stele este tras catre o gaura neagra supermasiva spre centrul unei galaxii, unul dintre cei doi parteneri este consumat, în timp ce celalalt este expulzat cu viteza foarte mare. Doar încercati sa va imaginati o minge mare de gaz, de patru ori mai mare decat soarele nostru, napustindu-se afara din galaxia noastra cu milioane de kilometri pe ora.

Planeta din iad

Gliese581C Forest04

Gliese 581 c vrea sa te omoare. Serios, nu-i o gluma. Oamenii de stiinta au stabilit ca acest iad de planeta este cel mai probabil candidat pentru colonizarea viitoare, în ciuda faptului ca întreaga planeta vrea sa te omoare.

Aceasta planeta orbiteaza o stea pitica rosie, de cateva ori mai mica decat Soarele nostru, cu o luminozitate de doar 1,3% din puterea soarelui nostru. Acest lucru înseamna ca planeta este mult mai aproape de steaua sa decat suntem noi de ale noastre. Din acest motiv, este prizoniera într-o stare de blocaj du-te-vino, ceea ce înseamna ca o parte a planetei este întotdeauna îndreptata spre stele, iar o parte se indeparteaza mereu, la fel ca si relatia Lunii cu Pamantul.

Acest blocaj al planetei duce la unele caracteristici destul de ciudate. Pasind pe partea orientata spre stea a planetei vi s-ar putea topi imediat fata , în timp ce daca am sta pe partea opusa a planetei, în cazul în care nu ar exist nici soare, v-ar îngheta instantaneu. Cu toate acestea, între aceste doua extreme este o centura mica în care viata ar putea exista cel putin teoretic.

Supravietuirea pe o planeta precum Gliese 581 si-ar avea provocarile sale, desigur. Steaua pe care o orbiteaza este o pitica rosie, ceea ce înseamna ca este la capatul celei mai scazute frecvente a spectrului nostru vizibil, scaldand întregul cer de pe Gliese 581 C într-o culoare rosie infernala. Un alt efect secundar al acesteia este faptul ca fotosinteza plantelor ar trebui sa se adapteze la un bombardament constant de radiatii infrarosii, facandu-le de o culoare negru intunecat.

Sistemul Castor

A-World-cu-twin-r?s?rituri-2

Daca doi giganti de foc si gaz invartindu-se cu viteze ametitoare nu au fost suficienti, aici avem un Sistem Castor. Ca una dintre cele doua stele stralucitoare din constelatia Gemini pe cerul de noapte, acesta are o luminozitate foarte puternica. Acest lucru se datoreaza faptului ca sistemul Castor nu este format din una, sau doua, ci sase stele, toate orbitand în jurul unei mase centrale comuna.

Un sistem de trei stele binare care orbiteaza una in jurul alteia, cu doua stele calde si luminoase de tip A prinse în sistem, precum si patru pitice rosii de tip M. Totusi, aceste sase stele impreuna emit de aproximativ 52,4 ori mai multa luminozitate decat soarele nostru.

Zmeura si romul din spatiu

Sagb

În ultimii ani, oamenii de stiinta au studiat un nor de praf aproape de centrul galaxiei noastre, Calea Lactee. Daca exista un Dumnezeu acolo, se pare ca el a decis sa fie creativ, acest nor de praf, numit Sagetator B2, miroase a rom si are gust de zmeura.

Norul de gaz în cauza este format în mare parte din formiat de etil, care este cunoscut pentru ca da gustul specific zmeurii si romului mirosul distinctiv. Acest nor mare se crede ca poate contine cateva miliarde de miliarde de litri, lucru care ar fi grozav, daca nu ar exista niste particule plictisitoare, foarte otravitoare dealtfel, cum ar fi cianura de propil.

Cu toate acestea crearea si distribuirea acestor molecule foarte complexe este înca un mister pentru oamenii de stiinta, asadar nu vom fi martorii deschiderii unui pub intergalactic prea curand.

O planeta de gheata in flacari

Ogle Planet

Va amintiti de infernul provocat de Gliese pe care am vizitat-o mai devreme? Ne întoarcem la acelasi sistem solar pentru cu totul altceva. In cazul în care o planeta criminala nu a fost suficienta, Gliese sustine o planeta facuta aproape în întregime din gheata, la 439 de grade Celsius .

Gliese 436 b este, pur si simplu, un cub de gheata care arde. Imaginati-va planeta Hoth din Star Wars, cu exceptia faptului ca este pe foc. Singurul motiv pentru care aceasta gheata ramane solida este din cauza volumului mare de apa prezent pe planeta, gravitatea trage totul înspre nucleu, pastrand moleculele de apa atat de dense încat acestea nu se pot evapora.

Planeta Diamant

Sig11-013 Med

În cele din urma am gasit o planeta care sa se potriveasca perfetct pentru Bill Gates sau pentru alti miliardari.55 Cancri e este facuta în întregime din diamant cristalizat, iar pretul ei ar fi evaluat la 26,9 miliarde de dolari la puterea a noua. Asta e genul de lucru la care chiar sultanul din Brunei viseaza noaptea.

Marea planeta de diamant a fost odata o stea într-un sistem binar, pana cand partenerul sau a început sa o canibalizeze. Cu toate acestea, steaua nu a fost capabila sa-si traga nucleul de carbon deoparte, iar carbonul este doar la o secunda de caldura si presiune departe de a fi un diamant, astfel încat, la o temperatura de suprafata de 1648 de grade Celsius, conditiile sunt aproape perfecte.

O treime din masa planetei este declarata a fi diamant pur, in timp ce Pamantul este acoperit de apa si bogat în oxigen, aceasta planeta este alcatuita în principal din grafit, diamante, si alti cativa silicati.

Marea piatra pretioasa este de doua ori mai mare decat Pamantul, si are de opt ori masa sa, facandu-l un “Super-Pamant.”

Norul Himiko

Himiko-Lyman-alfa-Blob

Daca a existat vreodata un obiect in spatiu care ne-ar putea arata originea unei galaxii primordiale, acesta este Norul Himiko. Acest nor este obiectul cel mai masiv gasit vreodata în universul timpuriu, si este catalogat ca varsta la numai 800 de milioane de ani dupa Big Bang. Norul Himiko uimeste oamenii de stiinta cu marimea sa, aproximativ jumatate din cea a galaxiei noastre, Calea Lactee.

Himiko face parte din ceea ce este cunoscut sub numele de “epoca reionizarii”, sau perioada de la aproximativ 200 de milioane pana la un miliard de ani dupa Big Bang, si e prima bucatica pe care oamenii de stiinta au reusit sa o studieze si sa o gaseasca pentru a obtine informatii de la formarea timpurie a galaxiilor. Space.com l-a numit cel mai mare mister spatial descoperit vreodata la marginea timpului.

Cel mai mare rezervor de apa al Universului

Young-Negru-Hole Quasar-17130 600X450

Doisprezece miliarde de ani lumina departare, cel mai mare rezervor de apa al universului se afla în inima unui quasar. Acesta contine de 140 de miliarde de ori cantitatea de apa din oceanele Pamantului, si poate fi gasit aproape de gaura neagra colosala din centrul unui quasar. Apa se manifesta din pacate, sub forma unui nor masiv de gaz, de cateva sute de ani lumina în diametru. Cel mai mare ocean inventat de univers vreodata cu neputinta de atins si valorificat. Cel putin nu inca.

Dar poanta de final este ca aceasta gaura neagra, avand de douazeci de miliarde de ori dimensiunea soarelui nostru, scuipa în mod constant cantitati uriase de energie, echivaland cu ceea ce ar fi produs 1000000000000000 sori .

Cel mai mare curent electric al Universului

Image-2

În urma cu doar cativa ani, oamenii de stiinta au dat peste un curent electric de proportii cosmice: 10 ^ 18 amperi, sau aproximativ un trilion de volti. Cu acest tip de putere, ai putea invarti galaxia la nesfarsit.

Fulgerul este considerat a proveni de la o gaura neagra imensa în centrul galaxiei, care are un nucleu care se presupune ca este un “imens jet cosmic”. Aparent, campul magnetic urias al gaurii negre îi permite sa transmita acest fulger prin gaz si praf la o distanta de peste 150000 ani lumina departare. Daca ne-am gandit vreodata ca galaxia noastra este mare, acest fulger unic este inca o data si jumatate din dimensiunea ei.

LQG – Cel mai mare grup de Quasari

Ulas Redering artistului J1120 0641

Dupa ce am vazut atat de multe putem spune ca ne confruntam cu obiecte si fenomene stranii. Ciudate, deosebit de puternice si foarte mari. Norul Himiko este destul de mare. Practic cat jumatate din dimensiunea galaxiei noastre. Mare lucru, nu? Ei bine, ce ziceti de o structura în spatiu atat de enorma ca rupe legile conventionale ale astronomiei moderne? Aceasta structura, prietenii mei, este LQG – Quasar Group Large, un grup urias de quasari.

Galaxia noastra, Calea Lactee, este doar de o suta de mii ani lumina în diametru. Ganditi-va ca, pentru o clipa, ca daca se întampla ceva pe partea cealalta a galaxiei, ar fi nevoie de o suta de mii de ani ca lumina sa ajunga la capatul opus. Asta înseamna ca atunci cand ne uitam la un eveniment care ar avea loc la celalalt capat al galaxiei noastre, el a avut loc de fapt atunci cand specia umana se forma.

Acum, luati aceasta durata de timp si înmulti-ti-o de patruzeci de mii de ori. Grupul mare de Quasari este de patru miliarde de ani lumina în diametru. Grupul de saptezeci si patru de quasari, de fapt incalca regulile standard de astrofizica, deoarece dimensiunea maxima a oricarei structuri cosmice ar trebui sa fie de doar 1,2 miliarde de ani lumina în diametru.

Oamenii de stiinta nu au absolut nicio idee cum s-a format aceasta structura uriasa, deoarece nu au un alt reper asemanator. Structura uimitoare i-a lasat pe cercetatori fara nicio explicatie. Legile astrofizicii spun ca universul privit de la distanta ar trebui sa para uniform. Insa adevarul poate fi altul.

sursa :descopera.ro





A fi sau a nu fi planeta

2 03 2013

Am învăţat cu toţii, la şcoală, că în Sistemul Solar – sistemul „nostru” solar, cum ne place să-i zicem – se rotesc în jurul stelei centrale, Soarele, 9 planete. Pluto era cea mai depărtată de Soare şi cea mai mică, dar, oricum, era şi ea o planetă acolo, o treceam şi pe ea la numărătoare şi ni se scădea nota dacă uitam să o pomenim când eram ascultaţi la lecţia despre planete. Apoi, în anul 2006, savanţii din Uniunea Astronomică Internaţională au hotărât, după îndelungi discuţii, altceva: că Pluto nu are tot ce-i trebuie pentru a fi o planetă cu drepturi depline, aşa că au scos-o din rândul planetelor Sistemului Solar. Bine, de scos e uşor, dar nu trebuia să fie şi ea „ceva”, să fie inclusă într-o categorie? Aşa a apărut o nouă clasă de corpuri cereşti: planetele pitice. Ce sunt ele, câte sunt, cum sunt – toate acestea constituie teme de discuţie şi cercetare pentru astronomi, care au astfel, de câţiva ani, un nou şi imens de vast teren de studiu.

Pe vremea când în sistemul nostru solar erau nouă planete...

A fi sau a nu fi (planetă)

Discuţia despre planete, planete pitice şi alte categorii de obiecte spaţiale este o consecinţă a înclinaţiei înnăscute a omului de a pune ordine în haos prin întocmirea de clasificări. (Cum altfel să ne descurcăm în ameţitoarea complexitate a Universului?)

Evident, avem aici, în primul rând, o problemă de definiţii: ce este şi ce nu este o planetă, sau cum trebuie să fie un corp ceresc pentru a fi socotit planetă.

La întrunirea Uniunii Astronomice Internaţionale (IAU) din 2006 s-au discutat aceste lucruri şi multe altele, luându-se hotărârea de a scoate, aşadar, Pluto din categoria planetelor şi de a o trece în categoria planetelor pitice; cu această ocazie au fost elaborate definiţii clare pentru cele două categorii şi a fost adoptat numele de planete pitice pentru noua clasă de corpuri cereşti. (Trebuie spus, totuşi, că nu toţi astronomii din lume sunt de acord cu definiţiile, cu trecerea lui Pluto dintr-o căprărie în alta şi cu denumirea de planetă pitică.)

Ce-i drept, denumirea asta creează întrucâtva confuzie, deoarece aceste obiecte spaţiale nu sunt considerate planete şi totuşi în denumirea lor apare cuvântul planetă, numai bine ca să ne zăpăcească. Iniţial, IAU avusese intenţia să stabilească o distincţie mai limpede, denumind planete clasice pe cele 8 rămase (Mercur, Venus, Terra, Marte, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun) şi planete pitice pe Pluto & comp. Până la urmă, treaba cu planetele clasice a căzut baltă şi n-a mai apărut în rezoluţia finală a întrunirii, aşa că, în momentul de faţă, avem de-a face cu planete şi planete pitice. Nu e o situaţie ideală, dar asta e.

Să ne lămurim cu definiţiile: pe ce criterii este definit un obiect spaţial din sistemul nostru solar ca fiind planetă? Simplificând puţin (fiindcă altminteri astronomia e foarte complicată), o planetă trebuie să îndeplinească următoarele cerinţe ca să-şi merite numele:

trebuie să orbiteze în jurul Soarelui

trebuie să aibă o formă aproximativ rotundă, bineînţeles nu pentru că aşa-i mai frumos, ci pentru că această formă este un indicator al existenţei unei gravitaţii suficient de puternice pentru a modela astfel obiectul.

trebuie să prezinte dominanţă orbitală (o proprietate denumită mai plastic de către astronomi „a face curăţenie în vecinătatea orbitei”.) Ce înseamnă asta? Înseamnă că o planetă „adevărată” are capacitatea de a îndepărta din apropierea orbitei sale alte corpuri cereşti, fie prin coliziuni, fie capturându-le, fie printr-o influenţă gravitaţională. Spre deosebire de planete, planetele pitice nu au o masă suficient de mare pentru a face aşa ceva şi acesta este criteriul de diferenţiere între planete şi planete pitice, criteriul pe baza căruia a fost „izgonit” Pluto din clubul planetelor.

La ora actuală, sistemul nostru solar cuprinde 8 planete: aşa a hotărât Uniunea Astronomică Interrnaţională.

Ce este, atunci, o planetă pitică? Este un corp ceresc care:

orbitează în jurul Soarelui

este suficient de masiv pentru ca gravitaţia să îi confere o formă rotunjită

nu şi-a făcut curăţenie în preajma orbitei, adică nu prezintă dominanţă orbitală.

Planetele pitice sunt corpuri de formă aproximativ sferică, o particularitate legată de gravitaţie şi de masa lor.

Toate aceste discuţii de la întrunirea din 2006, soldate cu schimbarea statutului lui Pluto, au devenit pasionante  – poate chiar necesare – din cauza descoperirii, în ultimii ani, a mai multor obiecte spaţiale trans-neptuniene (corpuri cereşti care orbitează în jurul Soarelui la distanţe mai mari decât distanţa dintre Neptun şi Soare) şi mai ales din cauza unui eveniment petrecut în 2005: descoperirea unui obiect spaţial trans-neptunian mai mare decât Pluto, botezat Eris. O a zecea planetă? Unii aşa au numit-o, dar rezoluţiile adunării IAU au tranşat problema, lăsând Sistemul Solar cu o planetă în minus, în loc să-i adauge una. Eris a fost inclusă şi ea în categoria planetelor pitice, alături de Pluto şi alte câteva obeicte spaţiale mai mici, descoperite anterior sau ulterior, dar care, din ceea ce ştim până acum, se încadrează în definiţia de mai sus (a planetei pitice).

Prin urmare, câte sunt?

La ora actuală, IAU recunoaşte oficial 5 planete pitice, dar se presupune că ar putea exista în Sistemul Solar sute de astfel de obiecte care ar corespunde definiţiei. Astronomul american Mike Brown, de la California Institute of Technology, cel care a descoperit Eris, a publicat în 2011 o listă cu 390 de posibile candidate la statutul de planetă pitică. Rămâne ca studiile viitoare să îmbogăţească (sau dimpotrivă, să reducă – orice e posibil) lista acestor obiecte celeste.

Deocamdată, avem cunoştinţă despre 5: Pluto, Eris, Haumea, Makemake şi Ceres. Toate orbitează la mari distanţe de Soare; sunt nişte mici lumi îngheţate, despre care ştim puţine lucruri, căci sunt tare greu de studiat chiar şi cu tehnologia actuală.

Cei 5 membri ai „familiei”

Ceres a fost descoperită în 1801; iniţial a fost considerată planetă, apoi reclasificată ca asteroid, pentru ca, în cele din urmă, în 2006, să fie înscrisă de IAU pe lista planetelor pitice. Are un diametru de aproximativ 974 km, este cea mai mică dintre planetele pitice recunoscute azi. Numele de Ceres îi vine de la cel al zeiţei romane a recoltelor.

Pluto a fost descoperită în 1930 şi, timp de 76 de ani, a fost socotită planetă, cea de-a noua planetă a Sistemului Solar. În 2006, a fost reclasificată ca planetă pitică. Este cea de-a doua ca mărime din acest grup, având un diametru de cca. 2306 km. Numele de Pluto este numele roman al unui zeu din mitologia greacă – zeul tărâmurilor subpământene. Planetei pitice Pluto i se cunosc 5 sateliţi naturali: Charon (descoperit în 1978), Nix şi  Hydra (ambii descoperiţi în 2005) şi alţi doi care au denumiri provizorii: S/2011 (134340), sau P4, şi S/2012 (134340) 1, numit şi P5, descoperiţi în 2011 şi, respectiv, 2012.

Haumea a fost descoperită în 2004 şi acceptată de IAU ca planetă pitică în 2008. Are cca. 1300 km în diametru; a fost botezată după Haumea, zeiţa hawaiiană a naşterii.

Makemake, descoperită în 2005, a fost acceptată ca planetă pitică în 2008. Are un diametru de 1350-1500 km; Numele de Makemake este al unei divinităţi (zeu al fertilităţii şi creatorul omenirii) din mitologia populaţiei Rapa Nui, locuitorii de origine polineziană ai Insulei Paştelui.

Eris, cea mai mare dintre cele 5 planete pitice recunoscute actualmente (cca. 2326 km diametru), a fost descoperită în 2005 şi clasificată drept planetă pitică în 2006. Numele ei vine de la cel al zeiţei Eris din mitologia greacă, zeiţa haosului şi a discordiei. Planeta pitică Eris are – din ceea ce ştim până acum – şi un satelit natural, o mică „lună” botezată Dysnomia. Cu excepţia câtorva comete, Eris şi Dysnomia sunt cele mai îndepărtate obiecte celeste din Sistemul Solar identificate până în prezent.

Planete şi planete pitice - două clase de obiecte spaţiale distincte, în ciuda denumirii care nu subliniază suficient această distincţie.

Pe listele întocmite de diverşi astronomi competenţi în domeniu, liste care cuprind şi alte corpuri cereşti ce ar putea fi planete pitice, se regăsesc, cu frecvenţa cea mai mare, patru astfel de „candidate”, despre care specialişii spun că sunt „aproape sigur” planete pitice:

Orcus (descoperit în 2004), Quaoar (2002), 2007 OR10 (2007) şi Sedna (2007). Până vom afla ceva mai multe despre ele, rămân candidate şi atât.

În general, despre planetele pitice se cunosc foarte puţine lucruri. Fie pentru că sunt foarte mici, fie pentru că sunt foarte departe de noi, fie din ambele cauze, tehnologia pe care o stăpânim acum nu ne-a permis să le studiem în detaliu. Cu toate acestea, informaţiile, încet-încet, se adună. Când şi când, astronomii mai fac câte o descoperire care aduce date noi despre vreuna dintre cele 5 planete pitice, aşa cum s-a întâmplat foarte recent, când, în urma unor observaţii norocoase, au aflat lucruri noi despre Makemake. Începând din 2015 vom şti şi mai multe, căci NASA a lansat deja două misiuni care vor explora două dintre aceste planete pitice: sonda spaţială Dawn, lansată în 2007, va ajunge la Ceres în 2015 (după ce a explorat în 2011 şi 2012 asteroidul Vesta), iar New Horizons, lansată în 2006, va ajunge, tot în 2015, în preajma lui Pluto. Iar atunci, misterul ce înconjoară planetele pitice se va mai risipi întrucâtva, limpezind imaginea întunecată şi nebuloasă pe care o avem despre aceste îndepărtate lumi de gheaţă.

Planetele pitice sunt nişte mici lumi îngheţate, aflate foarte departe de noi şi despre care ştim prea puţine lucruri.





Nasterea si moartea unei galaxii

11 01 2013

In prezent nu mai putem observa primele galaxii care s-au format dupa big bang, dar caracteristicile galaxiilor vechi ofera suficiente date care pot sugera aspectul probabil al celor mai tinere obiecte care au populat Universul timpuriu.
Viteza luminii este finita, astronomii pot privi, in principiu, inapoi in timp aproape pana la originea Universului, observand obiecte aflate la distante atat de mari incat lumina sosita de la ele a calatorit circa 15 miliarde de ani. Apare astfel posibilitatea tulburatoare ca la aceasta limita sa poata fi observate galaxii in procesul lor de formare. Presupunand ca toate galaxiile s-ar fi format pe aceeasi cale, investigarea acestor galaxii primordiale ne-ar ajuta foarte mult sa putem explica formarea galaxiei noastre, proces estimat a fi inceput acum 13 miliarde de ani.

Cea mai larg acceptata teorie a formarii galaxiilor este teoria instabilitatii gravitationale, care sustine ca galaxiile s-au condensat din fluidul cosmologic fierbinte format intr-o etapa ulterioara a big-bang-ului. Daca intr-o zona a Universului timpuriu s-ar fi intamplat sa existe o densitate mai mare decat a regiunilor din jur, zona ar fi atras gravitational din ce in ce mai mult material inconjurator. Daca o astfel de zona, caracterizata ca o perturbare, era lipsita de presiunea gazului sau a radiatiilor, atunci ea se va contracta sub propria gravitatie si astfel va deveni mai densa. Acest proces de contractie va crea “picaturi” in Universul care pana atunci era omogen.

Scara perturbarilor era probabil cuprinsa intre masa unui roi globular de stele (de 10 la puterea 6 ori masa Soarelui) pana la masa unui mare agregat de galaxii (de 10 la puterea 15 ori masa Soarelui).
Perturbatiile de dimensiunile unei galaxii au fost numite protogalaxii. Initial, fiecare protogalaxie s-a aflat in expansiune cu restul Universului, dar intr-un ritm ceva mai scazut. Peste cateva sute de milioane de ani, ea s-ar fi oprit din expansiune, chiar daca expansiunea Universului continua sa existe. In acest punct, protogalaxia s-ar fi detasat de Univers, fiind libera sa colapseze si sa formeze o galaxie.

Formarea unei galaxii

Pentru ca o protogalaxie sa devina o galaxie, trebuie sa aiba loc doua evenimente. In primul rand, din gazul protogalactic sa se formeze o populatie de stele. Apoi, gazul intergalactic si stelele formate trebuie sa se constituie intr-o structura bine organizata de galaxie.

Cel de-al doilea proces este destul de bine cunoscut, in special din simularile pe calculator. Astfel, se poate urmari direct colapsarea unui model de protogalaxie, rezolvand ecuatiile de miscare a stelelor si a gazului interstelar, sub influenta gravitatiei reciproce.

Stelele, intocmai ca si galaxiile, se formeaza din gazul interstelar, pe seama instabilitatii gravitationale. Dar spre deosebire de galaxii, formarea stelelor nu este, in general, un eveniment spontan, deoarece presiunea gazului interstelar este de obicei suficient de mare pentru a preveni formarea unor perturbatii de marimea stelelor, care sa poata colapsa. Dar daca gazul este comprimat de un eveniment violent, densitatea unei zone poate creste pana la punctul in care gravitatia depaseste presiunea gazului si se poate forma o perturbare locala care sa colapseze formand o stea.

In galaxia noastra, fenomenele violente includ unde de densitate spirale de tipul celei care este responsabila pentru structura discoidala a galaxiei si, de asemenea, undele de soc de la exploziile supernovelor si de la regiunile de gaz ionizat din jurul stelelor masive fierbinti aflate in expansiune.
In alte galaxii, formarea stelelor poate fi, de asemenea, declansata de ciocnirile cu galaxiile vecine sau chiar numai de apropierile foarte mari de acestea.

Intr-o protogalaxie, miscarea proprie de colapsare violenta sta probabil la baza formarii stelelor. O protogalaxie ar putea fi privita ca un sistem de nori de gaz rotindu-se pe orbite si care, in urma coliziunilor reciproce, permit formarea stelelor.

Dar stelele au diferite dimensiuni, iar distribuirea lor in cadrul unui proces general de aparitii de stele a putut fi estimata prin observatiile facute asupra stelelor din vecinatatea Soarelui. Aici au fost observate multe stele avand doar 0.8 din masa Soarelui, dar si unele masive. Stelele masive sunt mai rare, deoarece ele “ard” mai repede si deci, au o viata mai scurta.

Grupuri de galaxii

Putine galaxii exista de unele singure. Majoritatea galaxiilor sunt legate gravitational de alte galaxii. Structurile continand pana la 50 de galaxii sunt numite grupuri de galaxii, iar structurile mai mari, continand multe mii de galaxii inghesuite intr-o arie de cativa megaparseci in diametru sunt numite clustere. Clusterele de galaxii sunt adesea dominate de o galaxie eliptica gigantica, care, cu timpul, distruge galaxiile satelit din jurul ei si le incorporeaza. Superclusterele sunt colectii gigantice continand zeci de mii de galaxii, gasite in clustere, grupuri si cateodata individuale.

Galaxia noastra este membra a Grupului Local, pe care-l domina impreuna cu galaxia Andromeda; per total, Grupul Local contine cam 30 de galaxii intr-un spatiu de aproximativ un megaparsec diametru. Grupul Local este la randul lui parte componenta a Superclusterului Virgo, care este dominat de Clusterul Virgo (din care Galaxia noastra nu face parte).

Cum mor galaxiile?

Un model de galaxie sferica a fost studiat pe calculator, simulandu-se procesul de colapsare. Galaxiile sferice sunt cele mai stralucitoare si astfel se numara printre candidatii cei mai probabili de galaxii primordiale detectabile. Simularea a aratat ca dupa ce protogalaxia sferica ajunge la o expansiune maxima, gazul sau incepe un proces de contractie, iar norii formati in interiorul sau isi accelereaza miscarile, colizioneaza si formeaza stele. Multe din aceste stele vor continua sa fie active miliarde de ani, iar orbitele lor vor determina forma de ansamblu a galaxiei.
Dar stelele masive, oricum, vor exploda in scurt timp, aruncand cu violenta in gazul intrastelar nucleele elementelor grele sintetizate de reactiile nucleare din interiorul lor.
Dinamica stelelor formate este diferita de cea a gazului. Astfel, orbitele stelelor se conformeaza pur si simplu formei contractate a galaxiei, in timp ce norii de gaz continua sa colizioneze intre ei, incat orbitele lor degenereaza cu timpul si cad incet spre centrul galaxiei. Aceasta comportare a norilor de gaz duce la o accelerare a ciclului de formare a stelelor, a explozilor stelelor masive si implicit a imbogatirii mediului cu elemente grele.

Ingramadirea spre centru a norilor de gaz duce la un ritm maxim de formare a stelelor in aceasta regiune. Pe o raza de cateva mii de ani-lumina, puzderia de stele straluceste puternic, gazul devine incandescent, iar praful format din elementele grele radiaza din plin in domeniul infrarosu. In acest stadiu, galaxia este unul din cele mai stralucitoare obiecte in Univers, de sute de ori mai luminos decat galaxiile din prezent.
Dupa acest stadiu, activitatea galaxiei se opreste brusc. Gazul a fost epuizat, nu a mai ramas nimic care sa mai poata colapsa pentru a forma stele. Stelele stralucitoare care au mai ramas vor arde repede. Pe masura ce stelele cu o durata de viata medie se sting, lasand in urma lor doar pe cele cu luminozitate mai mica, galaxia va deveni mai putin stralucitoare, dar mai stabila, ca o gigantica structura sferica.

sursa :descopera.org





OARE SUNTEM SINGURI IN UNIVERS?

6 12 2012

Suntem singuri în Univers? Până acum, oamenii de ştiinţă au considerat că Pământul este singura planetă care poate suporta viaţa. Dar noi cercetări ale experţilor americani vin să aducă dovezi privitoare la existenţa unor locaţii chiar mai locuibile decât Pământul.

oare suntem singuri in univers

Geologii şi astronomii de la Universitatea din Ohio au realizat mai multe cercetări în căutarea vieţii extraterestre. Mai exact, ei au analizat sistemele solare asemănătoare cu al nostru şi au urmărit dacă acestea conţin elemente radioactive precum toriu şi uraniu. Aceste elemente au rolul de a menţine cald interiorul unei planete, lucru care controlează plăcile tectonice.

Plăcile tectonice ajută la menţinerea apei pe suprafaţa Pământului, motiv pentru care existenţa acestor formaţiuni poate fi un element cu ajutorul căruia oamenii de ştiinţă pot recunoaşte „ospitalitatea” unei planete.

Dintre cele opt sisteme solare pe care le-au studiat până acum specialiştii americani, 7 par să conţină mai mult toriu decât soarele nostru, lucru ce sugerează că orice planete care orbitează acestor stele conţin şi ele toriu. Prin urmare, interiorul acestor planete este chiar mai cald decât cel al Terrei.

Terra este situată în zona Goldilocks, adică în regiunea din apropierea unei stele care îi permite unei planete să menţină apa lichidă pe suprafaţa sa.

Iar acum, cei de la Universitatea din Ohio cred că dacă planetele din jurul celor 7 sisteme solare studiate sunt mai calde decât se credea, atunci înseamnă că zona Goldilocks este mult mai întinsă decât bănuim. Prin urmare, posibilitatea de a găsi planete care găzduiesc viaţa este mult mai mare decât ştiam până acum.

sursa :descopera.ro








Ancient Code

Deciphering History Together

Secretele Zeilor

de Claudiu-Gilian Chircu

Earth 4 All Web Magazine

Ancient Mysteries, Healing, Science & News