Astro dalelės, bangos ir spinduliuotės

Diaugiakanale

Neutrinas, neutronas, neutroninė žvaigždė, cefeidė, pulsaras, juodoji bedugnė, gravitonas – daugiakanalė astronomija šiuos terminus susieja į visumą

Neutrinas ir neutronas

Dar I. Niutono laikais aiškėjo šviesą esant dalelių (tada vadintų korpuskulomis) ir bangų dariniu. Dabar astronautikos dėka gimsta naujas mokslas – daugiakanalė astronomija (multimessenger astronomy), nagrinėjanti kosminius reiškinius per elementarių dalelių, gravitacinių bangų ir elektromagnetinių spinduliuočių tyrimą. Derinant šių kanalų informacijas, tikimasi pasigilinti į Visatos platybes ir pagaliau pateikti objektyvių žinių apie neutronines žvaigždes, juodąsias skyles bei supernovas.

Neutrinas, neutronas, neutroninė žvaigždė, cefeidė, pulsaras, juodoji bedugnė, gravitonas

Šio mokslo pranašumas – kitaip nei atspindima, sugeriama ar iškreipiama šviesa, neutrinai ir gravitacinės bangos yra nesustabdomi ir nepakreipiami. Todėl jų nešama informacija būna niekaip nepažeista ir objektyvi, šviesos greičiu skleidžiama iš susiduriančių juodųjų skylių bei susiliejančių neutroninių žvaigždžių. Pernai kosminis teleskopas Fermi užregistravo spinduliuotę ir iš IceCube-170922A dangaus vietovės, kurios skleidžiamus neutrinus pastebėjo kelios observatorijos. IceCube neutrinų observatorija yra Antarktidos ledų gilumoje, nuo 1450 metrų iki 2450 metrų, turi 5 160 jutiklių neutrinų sąveikai su ledo atomais aptikti.

IceCube A Neutrinas, neutronas, neutroninė žvaigždė, cefeidė, pulsaras, juodoji bedugnė, gravitonas IceCube B Neutrinas, neutronas, neutroninė žvaigždė, cefeidė, pulsaras, juodoji bedugnė, gravitonas IceCube C Neutrinas, neutronas, neutroninė žvaigždė, cefeidė, pulsaras, juodoji bedugnė, gravitonas

IceCube observatorija Antraktidoje

Neutrinas – neturinti elektros krūvio skaitlingiausia Visatoje elementari dalelė; labai mažų masės (gal mln kartų mažesnės nei elektrono) ir magnetinio momento. Susidaro branduoliniuose sprogimuose (ypač supernovų) ir sklinda artimu šviesai greičiu.

Neutrinas, neutronas, neutroninė žvaigždė, cefeidė, pulsaras, juodoji bedugnė, gravitonas

Šiuo metu yra žinomos trys neutrinų rūšys: elektroninis neutrinas  , miuoninis neutrinas , tau neutrinas .

Neutronas – irgi neturinti elektros krūvio elementari dalelė 1,6749 × 10−27 kg masės (0,2 % didesnės nei protono); nestabili (885 s gyvavimo trukmės).

Neutroninė žvaigždė ir juodoji bedugnė

Neutroninė žvaigždė – didelio tankio (apie 1017 kg/m3) labai mažas kosminis objektas beveik vien iš neutronų; susiformuoja masyvių žvaigždžių raidos pabaigoje, matmenys – keliasdešimt kilometrų, o masė tarp 1,4–3 Saulės masių. Pasižymi itin stipriu Rentgeno spinduliavimu, magnetiniu lauku, temperatūra bei dideliu sukimosi greičiu.

Neutrinas, neutronas, neutroninė žvaigždė, cefeidė, pulsaras, juodoji bedugnė, gravitonas

RX J1856.5-3754, vienos artimiausių Saulei neutroninės žvaigždžės nuotrauka rentgeno spinduliuose, masė maždaug lygi Saulės masei, skersmuo – keli kilometrų, paviršiaus temperatūra apie 434 000°K

Juodoji skylė arba juodoji bedugnė – erdvėlaikio objektas (dažniausiai labai masyvus), kuriame gravitacija yra tokia milžiniška, jog neištrūksta jokie kvantai, tik spinduliuotės (materijos „garai“). Jos aptinkamos daugelyje galaktikų, kai kurių masė gal viršija Saulės tūkstančius kartų. Karnegi institutas 2017 m. aptiko seniausią (gal 690 mln metų po Didžiojo Sprogimo) juodąją skylę arba juodąją bedugnę J1342+0328.

Prieš mėnesį Fermi pastebėjo neutrinų pliūpsnį iš juodosios skylės (blazaro) TXS0506, o dar anksčiau – ir gravitacinių bangų iš objektų GRB130427A (už 3,6 mlrd šviesmečių) ir GRB080916C (už 12 mlrd šviesmečių). Gi Hablo Kosminis Teleskopas pamatavo atstumą iki 13,4 mlrd metų senumo spiečiaus NGC6397 – 1800 šviesmečių.

1912 metais V. Hess aptiko krūvingų 1-10 PeV energingumo dalelių srautą, dabar vadinamą kosmine spinduliuote (1933-60 m tyrė mūsų profesorius K. Baršauskas). Dar energingesnių 300 EeV (apie 4,8 J) dalelių srautai, spėjama, susidaro galaktikų branduoliuose, gal tamsiojoje materijoje, o Žemės atmosferoje suyra, sukeldami fluorescencinius reiškinius (pašvaistes). Jie dar vadinami ELVE (Emission of Light and Very low frequency perturbation from an Electromagnetic pulse sources), trumpai pasireiškia 90-100 km jonosferoje (tik 1 ms trukmės).

Cefeidė ir pulsaras

1915-25 m. E. Hubble tyrinėjant cefeides, esmingai pakito Visatos suvokimas, – paaiškėjo galaktikų esant daugybę.

Cefeidė – didelio šviesio pulsuojanti kintama (dažnai 3-15 Saulės masių didumo) žvaigždė, kurios spinduliuotė, temperatūra (5500 – 6800°K) ir matmenys periodiškai kinta dėl vandenilio ir helio jonizacijų. Pvz, už 800 šviesmečių esanti d-Cefėja yra 5 kartus masyvesnė už Saulę ir 44 kartus didesnė tūriu (pulsavimo amplitudė – apie 3 Gm). O populiarioji Šiaurinė yra artimiausia (už 323 šviesmečių) triguba cefeidė. Cefeidžių šviesio kitimo periodas yra nuo paros dalių iki pusės metų, o pagal jų šviesį  galima nustatyti atstumą iki galaktikų ar spiečių.

Cefeidė PolarStar Neutrinas, neutronas, neutroninė žvaigždė, cefeidė, pulsaras, juodoji bedugnė, gravitonas

Šiaurinė žvaigždė yra cefeidė

1974-91 m. teleskopu Aresibo (Arecibo, Puerto Rico) R. Hulse ir J. Taylor matavo jų atrasto pulsaro PSR B1913+16, esančio už 23 000 šviesmečių ir lekiančio net 200 km/h greičiu, orbitas įtardami kaitos priežastimi esant gravitacines bangas. Šis netiesioginis gravitacinių bangų ir naujo tipo pulsarų aptikimas 1993 m. pažymėtas Nobelio premija.

Pulsaras – labai greitai besisukanti neutroninė žvaigždė (dažnai tik 20 km didumo), skleidžianti periodiškai pasikartojančią elektromagnetinę spinduliuotę radijo bangų, šviesos, rentgeno ir gama spindulių pavidalu. Pulsarus pirmą kartą 1967 metais „išgirdo“ ir smulkiai išanalizavo Jocelyn Bell Burnell. 2018 metų rugsėjo 6 dieną ji gavo specialią fizikos premiją, Proveržio premiją. Ši premija, įsteigta 2012 metais, dar vadinama Oskaro apdovanojimais moksle, jos dydis yra 3 mln USD.

Reiktų atskirai paminėti: 1974 metais Nobelio premiją fizikos srityje už pulsarų atradimą gavo Antony Hewish, o Bell Burnell tiesiog pamiršo ;-(

Pulsaras Krabo ukas Neutrinas, neutronas, neutroninė žvaigždė, cefeidė, pulsaras, juodoji bedugnė, gravitonas

Krabo ūko, stebimo nuo 1054 metų, centre yra neutroninė žvaigždė pulsaras

First observation of pulses from CP 1919 28 Novenber 1967 neutrinas, neutronas, neutroninė žvaigždė, cefeidė, pulsaras, juodoji bedugnė, gravitonas

Pirmasis pulsaro stebėjimas

Jocelyn Bell Burnell neutrinas, neutronas, neutroninė žvaigždė, cefeidė, pulsaras, juodoji bedugnė, gravitonas

Jocelyn Bell Burnell 1967 metais

Gravitacinės bangos

Už indėlį į LIGO detektoriaus sukūrimą ir eksperimentinę gravitacinių bangų stebėseną 2017 Nobelio premija apdovanoti R. Weiss, B. Barish ir K. Thorne. Barish 1973 m. sukūrė veikalą „Gravitacija“, o Thorne prieš 25 metus tapo LIGO iniciatoriumi.

Nobel Prize 2017 Neutrinas, neutronas, neutroninė žvaigždė, cefeidė, pulsaras, juodoji bedugnė, gravitonas

2017 metais R. Weiss, B. Barish ir K. Thorne gavo Nobelio premiją už gravitacinių bangų stebėsėną

eLISA kosminio interferometrinio įtaiso iš trijų satelitų 1-oji dalis Pathfinder buvo paleista 2015 m., pasiekė L1 tašką ir 2016 m. nutolusi nuo Žemės 1,5 Gm pradėjo veikti. Abu 46 mm 2 kg kubikai iš 73 % aukso ir 27 % platinos atpalaiduoti į nesvarumo būseną 38 cm atstumu vienas nuo kito. Labai tiksliai matuojant atstumo pokyčius, bus registruojami gravitacinių bangų poveikiai. Tyrimo galimybės ypač padidės (lyginant ir su LIGO), paleidus dar du satelitus ir išdėsčius juos 2,5 Gm kraštinės trikampiu. Analogišką įtaisą DECIGO (DECi-heltz Interferometer Gravitational wave Observatory) su 1 Mm kraštine ruošia japonai, o Indijos Dudhala vietovėje prietaisą kuria prisidėjęs prie LIGO juodųjų skylių ekspertas C.Vishveshwara, nuo 1968 m. nagrinėjantis ir gravitacinių bangų esmę.

TKS eksperimentas „Space QUEST“ mikromechaniniu osciliatoriumi tirs gravitacijos galimybę ardyti madžiagos kvantinę būseną ir erdvėlaikio struktūrą bei gravitonų realumą.

Gravitonas

Gravitonas – labai silpnas gravitacijos kvantas; hipotetinė dalelė, perduodanti gravitacinę sąveiką.

Vystant kilpinės kvantinės gravitacijos ir stygų teoriją, suabejota Didijį Sprogimą buvus Visatos pradžia; tikimiau – staigių materijos bei tamsiosios energijos tankėjimo ir retėjimo bei gravitacinių kvantinių efektų rezultatu. Energiją spinduliuojančiuose objektuose vandenilis virsta heliu, vėliau helis virsta sunkesniais elementais (iki geležies), kol pasiekiama žvaigždinė „senatvė“.

Erdvėlaikio tyrimai atominiais prietaisais patvirtino Žemėje laikrodžius einant kiek lėčiau nei orbitoje.


Parašykite komentarą

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *