Zbigwie Zbigwie
1905
BLOG

Co nieco o Wszechświecie w promieniach X i gamma

Zbigwie Zbigwie Nauka Obserwuj temat Obserwuj notkę 42

Bloger Eine opublikował notkę “Wszechświat w promieniach gamma”, którą celnie scharakteryzował prof. A. Jadczyk: „Piękna, znakomicie opracowana i pouczająca notka. Jest jeszcze wiele tajemnic przed nami. Fizykę, astrofizykę, kosmologię czeka jeszcze wiele przygód i być może stoimy przed drzwiami otwartymi ku istotnie nowemu.”

Obserwacje i pomiary intensywności promieni gamma nadbiegających z okolic centralnych Drogi Mlecznej doprowadziły do odkrycia, że źródła tych promieni zajmują przestrzeń o zagadkowej symetrii.

„Wiedza o przyrodzie rozwija się najszybciej, gdy obserwacje i pomiary przynoszą nowe dane o tym, co jest w przyrodzie, i od czego to coś - zależy” – zauważa Eine w swoim artykule opisującym Wszechświat w oparciu o wyniki prac stacji orbitalnej Fermi Gamma-ray Space Telescope wystrzelonej 11 czerwca 2008 r. Fermi GST rejestruje błyski promieniowania gamma, które nadbiegają izotropowo ze wszystkich miejsc wszechświata.

Wypada jednak zauważyć, że już Marcel Proust dawno temu stwierdził:

„Prawdziwa podróż ku odkryciu składa się nie z poszukiwania nowych pejzaży, lecz obserwacji nowymi oczami”.

Z dawien dawna ludzkość korzystała z głównych swoich oczu do obserwacji Wszechświata jakimi była optyczna astronomia. Później nieco astrofizycy zaczęli korzystać z radioastronomii i całego widma różnego rodzaju promieniowania elektromagnetycznego przedstawionego na dwóch poniższych rysunkach z uzupełniającym się opisem .

400

Kliknij!

Co nieco o Wszechświecie w promieniach X i gamma

Kliknij! Posłuchaj – może kiedyś w szkole podobną piosenkę twoje dzieci usłyszą: ELECTROMAGNETIC SPECTRUM SONG!

Promieniowanie gamma to wysokoenergetyczne kwanty pola elektromagnetycznego, nazywane także fotonami. Jak i inne rodzaje promieniowania od pasma fal radiowych do ultrafioletu, może być opisane albo „falowym językiem” z wykorzystaniem pojęcia długości fali lub częstotliwości, albo może być opisane za pomocą jednostek energii. Jeśli spojrzymy na cale pasmo fal (lub energii) promieniowania elektromagnetycznego, to możemy zauważyć, że promieniowanie gamma znajduje się, leży na przedstawionych rysunkach na prawym lub lewym krańcu tego pasma w zależności od przyjętego kierunku wzrostu długości fali, czy też energii. i obejmuje promieniowanie o długości fali w zakresie λ = 10^(-10) ÷ 10^(-24) cm.   Zakres energetyczny promieniowania gamma jest bardzo szeroki - od 10^5 ÷ 10^6 eV zwanego miękkim, aż do promieniowania gamma ultra wysokiej energii 10^14 ÷ 10^18 eV i więcej.

Najbardziej niskoenergetyczna część promieniowanie gamma o energiach poniżej ok. 200 keV obejmuje zakres długości fal λ = 10^(-6) ÷ 10^(-10) cm i nazywa się promieniowaniem rentgenowskim. Promieniowanie rentgenowskie jest także formą promieniowania elektromagnetycznego, taką jak światło, fale radiowe i promieniowanie gamma, tylko o innej długości fali i zakresie energii.

Tajemnice Wszechświata współcześnie poznajemy prowadząc obserwacje wieloma nowymi rodzajami naszych oczu. Obok promieni gamma, używamy także promieni rentgenowskich. Każdy rodzaj oczu, jakimi spoglądamy pozwala dostrzec i zarejestrować nowe informacje dla stworzenia pełnego obrazu naszego Wszechświata. 

Wszechświat zarówno w promieniach gamma, jak i w promieniach X przesyła nowe informacje o sobie i o zachodzących w nim procesach. Pozwala ujrzeć szereg lokalnych astrofizycznych zjawisk i obiektów we Wszechświecie powodujących generację tego promieniowania, które w innym zakresie widma fal elektromagnetycznych mogą być trudniej dostrzegalne.

Pierwsze satelitarne wielozakresowe orbitalne obserwatorium kosmiczne SWIFT zostało wyniesione na orbitę okołoziemską 20 listopada 2004 r. przez NASA:

z

Trzy teleskopy dają naukowcom możliwość przyjrzenia się rozbłyskom gamma, jak nigdy dotąd. W ciągu kilku sekund od wykrycia rozbłysku gamma, SWIFT przekazuje swoje położenie i współrzędne do stacji naziemnych, dzięki czemu zarówno naziemne na całym świecie jak i pozostałe kosmiczne teleskopy mogą obserwować poświatę rozbłysku.

Na pokładzie obserwatorium satelitarnego znajdują się trzy instrumenty:

BAT - Burst Alert Telescope służy do monitorowania rozbłysków gamma

XRT - X-Ray Telescope rejestruje promieniowanie X

UVOT - Ultraviolet/Optical Telescope) to ruchomy teleskop optyczny pracujący w zakresie widzialnym i ultrafiolecie.

Wszystkie trzy teleskopy współpracują ze sobą, w celu uzyskania jak najwięcej informacji o badanym zjawisku.

Trzy instrumenty SWIFT to jego trzy różne oczy, które wspólnie obserwują rozbłyski i poświaty w promieniach gamma, rentgenowskich, ultrafiolecie oraz w różnych zakresach optycznych. Jednym z głównych celów misji SWIFT było wykonanie pierwszego zintensyfikowanego badania nieba w promieniach X.

I w grudniu 2013 r. międzynarodowa grupa astrofizyków na czele z University of Leicester ogłosiła o zebraniu i dokonaniu analizy danych, która doprowadziła do stworzenia pierwszego punktowego katalogu źródeł rentgenowskich 1SXPS wraz z informacjami o tych źródłach, z diagramami ich widm promieniowania oraz zmienności ich jasności. Katalog Swift X-ray Point Source – 1SXPS, to rezultat ośmiu lat obserwacji, który będzie stanowić doskonała bazę dla przyszłych badań astrofizycznych. Obejmuje 1905 stopni kwadratowych nieba i zawiera pozycję, widmowe szczegóły ponad 151 tysięcy punktowych źródeł, z czego 100 tysięcy zupełnie nowych, nieznanych wcześniej wysokoenergetycznych źródeł promieni X wykrytych przez SWIFT X-ray rentgenowski Teleskop między 12 grudnia 2004 r., a 12 października 2012 r.

z

Nowe źródła promieniowania X w katalogu 1SXPS. Koncentracja źródeł wzdłuż płaszczyzny naszej Drogi Mlecznej oraz w kierunku jej centrum jest wyraźnie widoczna. Bardziej niebieskie kolory pokazują źródła o wyższej energii rentgenowskiego promieniowania, kolory czerwone oznaczają źródła o niższej energii. Lista ponad 150.000 gwiazd i galaktyk będzie istotnym źródłem informacji dla przyszłych badań astronomicznych.

Mapa rentgenowskich źródeł promieniowania stanowi niezwykle cenny materiał dla zrozumienia i badania Wszechświata przez astrofizyków. Dane będą jeszcze ciągle uzupełniane – stacja orbitalna SWIFT będzie działała jeszcze w 2016 roku.

Oprócz wykonania pierwszego zintensyfikowanego badania nieba w promieniach X, zadaniem SWIFT było ustalanie pochodzenia rozbłysków gamma, które przybywają ze wczesnego Wszechświata, ich klasyfikacja, określenie jak strumień fal ewoluuje i współdziała z otoczeniem.

Błyski gamma zaliczane są do najjaśniejszych znanych źródeł promieniowania we Wszechświecie. Mniej więcej raz na dobę satelita SWIFT notuje silny rozbłysk promieniowania gamma, trwający od kilku milisekund aż do kilku godzin.

Naukowcy ustalili, że pochodzą one spoza naszej Galaktyki, z innych galaktyk, często bardzo odległych. Dokładna natura błysków nie jest nadal ostatecznie wyjaśniona.
Przyczyną długich rozbłysków mogą być prawdopodobnie nagłe wybuchy, mające związek z ostatnią fazą supernowej.

27 kwietnia 2013 wykryto jeden z najjaśniejszych, wręcz monstrualny rozbłysk gamma, oznaczony jako GRB 130427A. Analogiczne rozbłyski tego typu zdarzają się raz na stulecie. Błysk został zauważony najpierw przez satelitę FERMI. W ciągu trzech sekund rozbłysk osiągnął jedną z największych dotychczas zarejestrowanych jasności. Prawie jednocześnie rozbłysk został namierzony przez satelitę SWIFT, co pozwoliło na szybkie przeprowadzenie obserwacji naziemnych.
Podczas eksplozji masywnej gwiazdy promieniowanie o energiach w zakresie MeV jest emitowane przez gorącą materię wokół nowo powstałej czarnej dziury oraz w falach uderzeniowych powstających na skutek wewnętrznych zderzeń w obrębie jej dżetów. Promieniowanie o energiach w okolicach GeV powstaje, gdy dżet zderza się z materią w otoczeniu czarnej dziury, wytwarzając zewnętrzne fale uderzeniowe.
Wzrost energii promieniowania gamma oceniono na 95 GeV. Była to najbardziej energetyczna emisja z GRB jaką do tej pory zarejestrowano. Dotychczas uważano, że emisja optyczna pochodzi z wewnętrznych fal uderzeniowych. Jednak aktualne wyniki pokazały, że musi pochodzić z fal zewnętrznych, produkujących też promieniowanie gamma o największych energiach. GRB 130427A można było obserwować przez ponad 20 godzin, dłużej niż jakiekolwiek inne rozbłyski gamma.

Odległość do rozbłysku została określona na 3,8 mld lat świetlnych.

z

NASA, November 21, 2013: Jedna z propozycji modelu zjawiska powodującego rozbłyski gamma.

Umierająca masywna gwiazda z powodu braku paliwa jądrowego zapada się pod własnym ciężarem tworząc czarną dziurę i wyrzucając dżet cząstek w przestrzeń o prędkości bliskiej prędkości światła. Gorąca materia cząstek elementarnych otaczająca nową czarną dziurę przyśpieszona do prędkości bliskich prędkości światła i wewnętrzne fale uderzeniowe wytwarzane przez kolizje wewnątrz strumienia dżetu z gorącym gazem, emitują promieniowanie gamma o energii w miliony elektronowoltów (MeV). Zrozumienie tego zjawiska jest ciągle jeszcze niejasne. Potrzebne są dalsze obserwacje łącznie z badaniem ich poświaty w zakresie rentgenowskim, radiowym i optycznym.
Powyższy model zjawisk związanych z rozbłyskiem gamma jest przedstawiony na filmie:

27 kwietnia 2013 r., promieniowanie informujące o takim zdarzeniu mającym miejsce w czasie, gdy Wszechświat miał 9,9 miliarda lat, skierowane zostało w kierunku Ziemi:

A po przebyciu drogi trwającej ok. 3,75 miliarda lat, rozbłysk gamma dotarł do nas na Ziemi w naszej galaktyce, Drodze Mlecznej. I promieniowanie to zostało zarejestrowane jako najbardziej energetyczne w historii astronomii na satelicie FERMI oraz SWIFT:

z

› Larger animated image
› Side-by-side static image with labels
› Unlabeled side-by-side image

Mapy w powyższej animacji przedstawiają wygląd nieba przy rozbłysku promieniowania gamma o energii ok. 100 MeV. Najpierw widzimy niebo w trakcie 3 godzin przed rozbłyskiem gamma GRB 13047, a drugi obraz pokazuje niebo również w okresie 3 godzin, z czego 2,5 godziny przed rozbłyskiem, oraz 30 minut w trakcie rozbłysku.

Satelita SWIFT rejestrował w tym rozbłysku do 100 tys. fotonów o wysokiej energii na sekundę. Jeden z tych fotonów miał wyjątkowo duża energię – 35 miliardów razy większą od energii światła widzialnego.

Całe szczęście, że rozbłysk promieniowania gamma miał miejsce w odległości 3,75 miliardów lat światła od nas – życie na planecie Ziemia nie było zagrożone.  

Czy taki wybuch może zdarzyć się w naszej galaktyce? Badacze uspokajają.

- W naszej galaktyce nie ma zbyt dużo gwiazd, gdzie bardzo silne rozbłyski promieniowania gamma mogłyby się zdarzyć - powiedział Charles Dermer z Laboratorium Marynarki Wojennej USA. A szanse na zdarzenie, które mogłyby zagrozić Ziemi są praktycznie zerowe.

Czy, aby na pewno zerowe?

Tajemnic we Wszechświecie i w naszej galaktyce jest przecież pełno.

Kosmiczny Teleskop FERMI dokonał zadziwiającego odkrycia: na Drodze Mlecznej istnieje zaskakująca i niepojęta struktura, generująca promieniowanie gamma, a jej granice generują promienie X. Rozmiary tej struktury są prawie porównywalne z rozmiarami naszej galaktyki. Astronom Doug Finkbeiner z CfA, jako pierwszy ogłosił o istnieniu tej struktury: „ Widzimy dwa bąble promieniowania gamma, które rozciągają się na 25 tysięcy lat światła na południe i północ od centrum naszej galaktyki. Nie rozumiemy jeszcze ich charakteru, ani ich pochodzenia.”

z

KLIKNIJ!

Korzystając z danych NASA Fermi Gamma-ray Space Telescope, naukowcy odkryli niedawno gigantyczne, tajemnicze struktury w naszej galaktyce. One wyglądają jak para bąbli rozciągających się powyżej i poniżej centrum naszej galaktyki. Każdy bąbel rozciąga się na 25000 lat świetlnych w przestrzeni. Szacuje się wiek tej struktury na zaledwie kilka milionów lat.

Od końca do końca, nowo odkryte pęcherze promieniowania gamma mierzą 50000 lat świetlnych, czyli około połowę średnicy Drogi Mlecznej, jak pokazano na artystycznej ilustracji poniżej:

z

Two huge bubbles that emit Gamma Rays have been found billowing from the center of our own Milky Way.

Kolorem niebieskim oznaczone są obszary promieniowania rentgenowskiego. Zostało ono zaobserwowane jeszcze w latach 1990-tych, ale wtedy jeszcze nikt nie był w stanie przewidzieć, że są to tylko brzegi super gigantycznej struktury.

Wcześniejsze przeglądy nieba za pomocą innych teleskopów nie mogły zauważyć tych bąbli z powodu tła dyfuzyjnego promieniowania gamma. Ono jest generowane, gdy elektrony przemieszczające się z prędkościami bliskimi prędkości światła zderzają się z fotonami. Tło tego promieniowania zapełnia całe niebo.

Dopiero wielka czułość teleskopu Fermi oraz wyjaśnienie dokładnego modelu dyfuzyjnego promieniowania gamma pozwoliło uwzględnić tło. Wtedy dopiero na mapie Drogi Mlecznej ujrzano dwie ogromne plamy promieniowania o większej energii niż tło promieni gamma.

Artystyczna wizualizacja pokazuje poniżej jak wyglądałoby to zjawisko, gdyby człowiek, mógł widzieć promieniowanie gamma nieuzbrojonym okiem:

z

Bubbles show energetic spectrum and Sharp edges.

Astronomowie sądzą, ż ta bąbelkowa struktura powstała w jakimś nagłym wydarzeniu około 5 milionów lat temu.

z

 Pełny widok nieba galaktycznego widziany przez satelitę Plancka na górnym obrazku oraz poniżej z nałożonym obrazem z Fermi Gamma-ray Space Telescope. "The images reveal two exciting aspects of the galaxy in which we live," said Planck scientist Krzysztof M. Górski from NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Calif., and Warsaw University Observatory in Poland.

Obraz górny pokazuje duże „zamglenie” mikrofal w kierunku centrum naszej galaktyki, ukazując chmurę bardzo energetycznych cząstek – elektronów i pozytronów. Te energetyczne cząstki oddziałują z polem magnetycznym Galaktyki, co prowadzi do generacji promieniowania synchrotronowego postrzeganego przez Plancka.

Obraz dolny to ten sam obraz z naniesionymi danymi promieniowania gamma z Fermi Gamma-ray Space Telescope przedstawionymi w kolorze niebieskim o wyższej energii. Pochodzenie tych cząstek w tej strukturze nie jest jeszcze znane. Spośród teoretycznych idei mogących w jakiś sposób przybliżyć nas do zrozumienia tego zjawiska, astrofizycy wymieniają różne idee z zakresu od galaktycznych wiatrów do dżetów generowanych przez czarną dziurę w centrum Galaktyki, aż do anihilacji cząstek ciemnej materii z kosmosu.

KLIKNIJ!

Nie brakuje niezwykłych zjawisk w przestrzeni kosmicznej.

Nasz Wszechświat jest pełen rzeczy, których nie możemy jeszcze zrozumieć i wyjaśnić.

Problemem jest to, że obraz, który wyłania się z danymi Plancka, a także z danych Fermi, kwestionuje wszystkie wyjaśnienia. Nie ma jeszcze żadnej teorii dotyczących bąbli w centrum Drogi Mlecznej.

Nasi ziemscy uczeni nie mogą rozstrzygnąć pochodzenia tego zjawiska. Nie potrafią określić źródła prowadzącego do znalezionego promieniowania w centrum naszej galaktyki.

- Czy może stoimy przed drzwiami otwartymi ku istotnie nowemu, jak sugeruje prof. A. Jadczyk?

Sądzę, że nie!

Zaprzyjaźnieni astrofizycy i uczeni z Międzygalaktycznego Instytutu Mądrości na planecie Ozuza w galaktyce Sombrero nie mają żadnych wątpliwości.

Są pewni, że wykryliśmy przejaw działalności panującej w Drodze Mlecznej cywilizacji galaktycznej trzeciego typu według skali Kardaszewa!

I taka jest prawda!

Szkoda, ze to my ludzie z planety Ziemia nie stanowimy tej cywilizacji, zdolnej do wykorzystania całej energii dostępnej w centrum swojej galaktyki.

Zbigwie
O mnie Zbigwie

"Niedawno ukazał się interesujący wpis: http://bezwodkinierazbieriosz.salon24.pl/338033,grawicapy-lataja-w-kosmosie pióra znanego blogera Zbigwie, z wykształcenia fizyka" - http://autodafe.salon24.pl/249413,zagadkowe-analogie. Znajdź ponad 100 moich notek na Forum Rosja-Polska  http://bezwodkinierazbieriosz.salon24.pl Poetry&Paratheatre 2010 i 2013. Free counters

Nowości od blogera

Komentarze

Inne tematy w dziale Technologie