Naleśniki w kosmosie

W 2006 roku wystrzelono sondę New Horizons, która miała przelecieć koło Plutona dziewięć lat później. Jeszcze na etapie planowania tej misji wiadomo było, że astronomowie będą poszukiwać interesujących obiektów, które warto by zbadać już po przelocie koło nie-planety. Ale w 2006 żadnych takich potencjalnych celów jeszcze nie wykryto. W osiem lat po starcie New Horizons zaobserwowano obiekt 2014_MU, który znajdował się w na korzystnej orbicie, by gnająca z prędkością 14 kilometrów na sekundę sonda mogła się mu przyjrzeć w 2019.

Z czasem obiekt, który wpierw nazwano “Ultima Thule”, by ostatecznie nadać mu oficjalną nazwę Arrokoth, stawał się tylko coraz ciekawszy. Orbita okazała się silnie kołowa, co oznacza, że w zasadzie od powstania Układu Słonecznego nie zbliżał się do Słońca. Innymi słowy to obiekt z początków naszego układu, w nieskazitelnym stanie, minimalnie naruszony przez promieniowanie naszej gwiazdy czy interakcje z innymi ciałami.

Następnie zaczęło wyglądać na to, że ma interesujący kształt. Rejestrując w jaki sposób przysłania gwiazdy w tle astronomowie zaczęli podejrzewać, że to dwie zlepione skały. Biorąc pod uwagę jak wątłe były te dane sam wówczas trochę się nabijałem, że równie dobrze Ultima Thule mogłaby mieć kształt kotka, albo balaska (jak choćby planetoida 433 Eros). Jednak mieli rację i z czasem coraz wyraźniej można było zobaczyć dwie skalne bryły o średnicy 19 i 14 km. Ostateczną niespodzianką jeśli idzie o kształt, było odkrycie, że oba komponenty są dość płaskie.

Los chciał, że również około 2019 roku określono kształt ʻOumuamua, pierwszego obiektu zidentyfikowanego jako pozasłoneczny “gość” w Układzie Słonecznym. Również okazał się być płaskim dyskiem o wymiarach około 115 na 111 na 19 metrów. W styczniu 2024 ukazała się publikacja, wyjaśniająca dlaczego w pasie Kuipera kształt naleśnika może być standardem. Jak się nad tym zastanowić, to w sumie dziwne, że nie doszliśmy do tego jeszcze przed zbadaniem ʻOumuamua czy Arrokoth.

W trzecim rozdziale mojej książki pokrótce opisuję nasze wyobrażenie o narodzinach układu słonecznego, oraz to jak wyjaśniono zagadkę bardzo szybkiej formacji planet: “Przez lata było to zagadką dla naukowców. Wydawało się, że ten proces powinien trwać znacznie dłużej, gdyż grawitacja drobinek dysku protoplanetarnego była rozpaczliwie słaba. Jednak w 2008 roku astronauta Donald R. Pettit nie marnował wolnego czasu na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Potrząsał woreczkami wypełnionymi różnościami i obserwował ich zachowanie w warunkach nieważkości. Zauważył, że drobiny takie jak kawa, cukier czy sól szybko zbijały się w większe grudki. Jak się okazało, wyjaśnił w ten sposób, że tym, co przyczynia się do tak szybkich narodzin planet, są oddziaływania elektrostatyczne. Elektrostatyczne oddziaływania dają pierwszego kopa grawitacji. Kłębki luźnej materii z czasem pozwalają, by siła ciążenia przejęła stery.“

Odpowiedź mieliśmy pod ręką. Blisko młodego Słońca było dużo materiału, więc powstawało dużo obiektów, ich rozmiar szybko stawał się tak duży, że pod własnym ciężarem przyjmowały bardziej kulisty kształt, który wydaje się nam tak intuicyjny. Do tego dochodziły wzajemne oddziaływania, zderzenia, promieniowanie które odparowywało materiały lotne… Ale daleko za orbitą Neptuna nie ma tych czynników, więc tam elektrostatyka, oddziaływania van der Waalsa, moment obrotowy dłużej pozostawały tymi kluczowymi. Jakby tego było mało, w 2017 sonda Cassini wykonała fascynujące fotki Atlasa i Pana - księżyców Saturna, które wyglądają jak pierożki. To skalne bryły, otoczone drobnym materiałem pyłowym zebranym z pierścieni, który bardziej niż przez grawitację, trzymany jest przez siły elektrostatyczne.

Lata obserwacji kosmosu przyzwyczaiły nas do sferycznych lub z grubsza “ziemniakowatych” kształtów obiektów. Teraz kiedy sięgamy wzrokiem dalej, okazuje się, że przestrzeń może być też pełna naleśników.


Formation of flattened planetesimals by gravitational collapse of rotating pebble clouds
Distant Objects In The Solar System May All Be Pancake Shaped Like 'Oumuamua

Antymateria nie ma ujemnej masy

Świat nauki każe nam czekać na pewne odpowiedzi bardzo długo. Inne przychodzą niemal z nienacka. Nie spodziewałem się, że tak szybko dowiem się czy antymateria ma “antymasę”. A było to szalenie ciekawe pytanie, którego konsekwencje mogły być ogromne...

Bo widzicie, gdyby antymateria miała ujemną masę, to nie oznaczałoby jedynie potencjalnej rewolucji technologicznej, platform antygrawitacyjnych czy innych pierdół prosto z SF. To również otwarłoby furtkę do takich rzeczy jak napęd Alcubierre’a, który mógłby przekraczać prędkość światła, a to praktycznie oznacza łamanie przyczynowości, podróżowanie w czasie i całą masę bezsensownego szajsu. Napęd warp jest możliwy na papierze…

Pisałem o tym w 2014 roku w tekście “Napęd warp i smocza krew”. Równania się zgadzają, wszystko działa, tyle że potrzebna jest egzotyczna materia - coś o ujemnej masie lub energii. Według pierwszych szacunków, dla przykładowego statku potrzeba byłoby dwóch kwadryliardów kilogramów (masa Jowisza) egzotycznej materii, żeby hasać sobie po kosmosie w stabilnym bąblu zakrzywionej przestrzeni. W 2013 dr Harold White triumfalnie ogłosił, że dokonał optymalizacji w projekcie silnika i wystarczyłoby siedemset kilogramów.

Jak pewnie rozumiecie, dopóki do przekraczania prędkości światła potrzeba ujemnej energii, smoczej krwi albo rozumnego wyborcy Konfederacji, mogę spać spokojnie. Jeśli jednak okazałoby się, że antymateria ma ujemną masę, zrobiłoby się nerwowo. Biorąc pod uwagę jak trudno produkować znaczne ilości antymaterii, jak trudno badać wpływ grawitacji na tak lekkie (czy potencjalnie anty-lekkie) obiekty, nie sądziłem, że tak szybko uda się przygotować eksperyment, który to zbada. Na szczęście nie doceniłem CERNu.

CERN to obecnie jedyne miejsce, gdzie produkuje się antywodór - pierwiastek składający się z pozytonu (antyelektronu) i antyprotonu. Czasem nawet około tysiąca takich antyatomów na potrzeby jednego eksperymentu. Naukowcy przygotowali specjalny kontener na antywodór. Tubę o długości 3 metrów, gdzie silne pole magnetyczne więzi antyatomy w cylindrze o długości 25 centymetrów i średnicy 4 centymetrów (ściany nie wchodzą w grę, bo antymateria w kontakcie z materią anihiluje).

Magnetyczne “wieczka” na górze i dole tego cylindra można osłabiać tak, by stały się przepuszczalne dla antyatomów. Detektory po obu stronach mogą obserwować jak często dochodzi do ucieczki górną i dolną stroną. W zwykłych warunkach wodór (tudzież antywodór) poruszałby się tak szybko, że siła grawitacji nie miałaby znaczenia - w temperaturze pokojowej cząstki wodoru gnają z prędkością 2400 metrów na sekundę, więc odbijając się od pól magnetycznych wypadałyby z takim samym prawdopodobieństwem górą i dołem. Naukowcy CERNu jednakże schłodzili anty-gaz do około pół stopnia Celsjusza ponad absolutne zero. W takich warunkach antywodór poruszał się na tyle wolno, że wpływ grawitacji mógł być obserwowalny. I był.

Antywodór częściej opuszczał zbiornik dolnym otworem. Pomiary obarczone są sporymi niepewnościami. Na tyle dużymi, że na pewno warto prowadzić kolejne eksperymenty, bo wygląda jakby antywodór był lżejszy lub słabiej oddziaływał grawitacyjnie. Wyniki są jednak na tyle spójne, że raczej można odrzucić ideę, by antymateria miała ujemną masę. Być może przy okazji udało odkryć kolejny czynnik różniący materię i antymaterię. Pewne już zaobserwowano, ale wciąż nie dość, żeby wyjaśnić tak przytłaczającą dominację materii nad antymaterią w naszym wszechświecie.

Observation of the effect of gravity on the motion of antimatter

Napęd warp i smocza krew

Antimatter falls down, not up: CERN experiment confirms theory

Antimatter does not fall up, CERN experiment reveals

Tło fal grawitacyjnych

Chcę dziś przybliżyć spore odkrycie (czy można nazwać odkryciem potwierdzenie czegoś co od dawna przewidywano?) z lipca. Zakładam, że widzieliście nagłówki o tle fal grawitacyjnych. Temat nie jest prosty i myślę, że uproszczone newsy mogły wprowadzić trochę błędnych skojarzeń.

Po pierwsze “gravitational wave background” brzmi bardzo podobnie do “kosmicznego promieniowania tła”, więc łatwo pomyśleć, że to fale grawitacyjne pozostałe po Wielkim Wybuchu. Otóż nie, a przynajmniej prawie na pewno nie. Mamy tu do czynienia najprawdopodobniej z szumem wywoływanym przez układy podwójne masywnych czarnych dziur lub inne interakcje masywnych obiektów. Ale nie zbyt masywne i czy gwałtowne. Te potężne (jak “zderzenia” czarnych dziur) wykrywają obserwatoria grawitacyjne na Ziemi, takie jak LIGO. Badają one za pomocą laserów to, jak zmienia się długość dwóch ramion długich tuneli zbudowanych pod kątem prostym. Fale grawitacyjne rozciągają i kurczą czasoprzestrzeń w jednym kierunku, więc jeśli tylko fala nie dociera do obserwatorium pod kątem 45 stopni i jest odpowiednio silna, można ją zmierzyć. Tak można zaobserwować kolizje czarnych dziur i inne najsilniejsze zjawiska grawitacyjne.

Jak zatem odkryć słabszy i chaotyczny “szum” grawitacyjny tła, czyli złożenie fal generowanych przez te mniej spektakularne źródła? Używając pulsarów milisekundowych. Są słynne, bo działają jak najbardziej precyzyjne zegary w kosmosie. Jednak nawet ich “pulsacje” cechują drobne nieregularności, szumy. Nie wynikają z nieregularności w obrotach tych zbitych, masywnych gigantów. Kiedy fale radiowe z pulsara przechodzą przez obłoki zjonizowanego gazu mogą ulec spowolnieniu, albo jeśli pomiędzy nimi a Ziemią szaleją fale grawitacyjne…

Tylko jak stwierdzić, że te szumy to efekt fal grawitacyjnych? Pomysł polega na badaniu tego, jak nieregularności różnych pulsarów korelują ze sobą. Jeśli fala grawitacyjna nadchodzi akurat z jednej strony to podobnie zakłóci pulsary pod podobnym kątem (blisko siebie na naszym niebie) lub znajdujące się pod kątem bliskim 180 stopni. Jednocześnie nie powinno być korelacji z tymi które znajdują się na niebie pod kątem prostym. Badaczki (i to w dwóch niezależnych zespołach) przebadały dane pulsarów na przestrzeni dekad porównując parami jak korelowały zakłócenia. Wyniki były zbieżne z modelem zakładającym istnienie tła fal grawitacyjnych. Tadam!

Odkrycie (potwierdzenie?) ma pewność trochę ponad trzy-sigma (czyli ponad 99.7%), co nie spełnia wymarzonego standardu pięć-sigma (99.9999426697%). Jednak w środowisku astronomicznym nie czuć nadmiernego sceptycyzmu. Pewnie dlatego, że takie delikatniejsze fale grawitacyjne były przewidywane i ich obecność jest dość logiczna. Inspirujące, że raptem w 2015 udało się po raz pierwszy zarejestrować fale grawitacyjne. Było to otwarcie nowego rozdziału w astronomii, która do niedawna musiała ograniczać się do spektrum fal elektromagnetycznych - od radiowych, przez optyczne po fale gamma. Grawitacyjna astronomia to zupełnie osobne medium i ciekawe co jeszcze nam ukaże w najbliższych dekadach.


Do zrobienia grafiki posłużyłem się (już nie pierwszy raz) ikonkami od Freepika.

Wykryto pierwszą odizolowaną czarną dziurę

Wykryliśmy bardzo dużo czarnych dziur, do tej pory jednak nie były to całkiem samotne czarne dziury. Tę supermasywną w centrum naszej galaktyki wpierw odkryto obserwując ruchy gwiazd w jej pobliżu. Potem wykonaliśmy zdjęcie zmieniając kulę ziemską w wielki radioteleskop (no dobra, osiem radioteleskopów rozrzuconych po planecie). Jest to raczej obraz dysku materii wokół czarnej dziury. Inne wykrycia to pary kolidujących czarnych dziur, lub duetów - czarna dziura - gwiazda, gdzie obserwowano silne emisje wywołane przez pożeranie gwiazdy przez czarną dziurę. Co jednak z samotnymi obiektami tego typu, bez widocznych towarzyszy czy wyraźnego dysku materii?

Wygląda na to, że wreszcie udało się dokonać jednoznacznej obserwacji. Piszę wreszcie, gdyż takich swobodnych, nie-supermasywnych czarnych dziur z pewnością w kosmosie jest całkiem sporo. Obserwujemy sporo supernowych i większość z nich produkuje czarne dziury o masie porównywalnej z masą Słońca.

Oczywiście trudno wykryć obiekt nie emitujący światła, o rozmiarze kilku kilometrów z odległości dziesiątek, setek czy tysięcy lat świetlnych. Mamy szereg domniemanych detekcji na podstawie zjawiska mikrosoczewkowania grawitacyjnego, do teraz żadna nie została potwierdzona. Soczewkowanie grawitacyjne lubię porównywać do szklanej soczewki poruszającej się po czarnej powierzchni. Jest trudna do zauważenia chyba, że przesunie się po jakimś jasnym punkcie. Wówczas soczewka go powiększa (staje się jaśniejszy). Tak to wygląda w największym uproszczeniu. W rzeczywistości soczewkami często są inne gwiazdy (więc do naszej szklanej soczewki doczepiona jest żarówka) i w ogóle wszystko jest dość skomplikowane…

W każdym razie dzięki projektom takim jak polski OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) czy nowozelandzko-japoński MOA (Microlensing Observations in Astrophysics) zaobserwowano wiele takich “pojaśnień” gwiazd, ciężko jednak stwierdzić, że za tymi zjawiskami stały właśnie czarne dziury a nie zwykłe gwiazdy czy brązowe karły.

W przypadku obiektu o nazwie OGLE-2011-BLG-0462 sytuacja wygląda jednak inaczej. W czerwcu 2011 doszło do gwałtownej zmiany jasności gwiazdy odległej o 20 000 lat świetlnych od Ziemi. Obserwacje powtarzano w kolejnych latach. Potwierdzono, że soczewka nie emituje światła. Kluczowym było jednak zastosowanie jeszcze jednej metody - astrometrii. Polega ona na dokładnym śledzeniu pozycji gwiazd. Zmiana położenia gwiazd może być wynikiem ruchu, może jednak być skutkiem zakrzywienia promieni światła przez źródło masy. I w tym wypadku dane astrometryczne idealnie pasowały do efektu jaki wywołałaby czarna dziura o masie siedmiu Słońc, przesuwająca się w odległości 5 000 lat świetlnych od Ziemi.

To dopiero pierwsza potwierdzona detekcja, ale z pewnością wkrótce będzie ich więcej - szczególnie biorąc pod uwagę trwające i powstające nowe przeglądy nieba, w tym kończąca się w 2025 misja europejskiej sondy Gaia. Pamiętacie jaką sensacją było pierwsze wykrycie fal grawitacyjnych przez LIGO? Do dziś wykryło ich już kilkadziesiąt. Czas pokaże czego nauczymy się o wszechświecie badając samotne czarne dziury.



https://arxiv.org/abs/2201.13296 - publikacja
http://ogle.astrouw.edu.pl/ogle4/ews/2011/blg-0462.html - obiekt w bazie OGLE

Od Newtona do Bransona - Jak dostać się na orbitę

Firma Virgin Orbit dołączyła do wąskiego grona prywatnych firm oferujących dostarczanie ładunków na orbitę okołoziemską. 17 stycznia 2021 rakieta LauncherOne umieściła kilka niewielkich satelitów NASA na orbicie. Stwierdziłem, że to dobra okazja by popełnić tekst cykl o dość fundamentalnych kwestiach związanych z lotami w kosmos. Możliwe, że dla wielu z Was to kwestie oczywiste. Myślę jednak, że warto uporządkować kilka kwestii, bo nasza intuicja potrafi być myląca.

Dlaczego Księżyc nie spada nam na głowę? Czemu wisi sobie nieruchomo nad naszymi głowami? Czy jest tak daleko, że nie dosięga do niego siła grawitacji, która trzyma nas na Ziemi? Nic z tych rzeczy. Geniusz Newtona, polegał między innymi na tym, że zrozumiał, że te same prawa rządzą zarówno jabłkiem spadającym z drzewa jak i planetami krążącymi w kosmosie.

Księżyc spada nam na głowę cały czas. To co ratuje nas przed kolizją, to jego prędkość orbitalna. Wspominałem o zawodnej intuicji. Rakiety startują pionowo, wahadłowce startowały pionowo. Filmy raczą nas tymi pierwszymi chwilami lotu a następnie ukazują nam jak w pewnym momencie astronauci na pokładzie zaczynają odczuwać nieważkość. To buduje pewne skojarzenia, szczególnie u młodszej widowni, że jak polecimy odpowiednio wysoko to w pewnym momencie jesteśmy na orbicie, nagle zaczyna panować nieważkość i możemy sobie krążyć wokół Ziemi.

Żeby zrozumieć wejście na orbitę najlepiej prześledzić eksperyment myślowy, który Newton przeprowadził w 1687 na stronach Matematycznych pryncypiów filozofii naturalnej. Z doświadczenia wiem, że trafia on do każdego. Wyobraźmy sobie armatę skierowaną poziomo w bok. Jeśli wystrzelimy z niej, kula przeleci jakiś dystans i spadnie na ziemię. Jeśli chcemy by poleciała dalej mamy co najmniej dwie opcje - załadować więcej prochu i wystrzelić ją z większą prędkością, albo umieścić armatę wyżej. Pociągnijmy ten tok myślenia dalej i wyobrazimy sobie nierealistycznie wysoką górę z naszą armatą na szczycie.

Jeśli prędkość wylotowa kuli nie będzie odpowiednio duża, kula po prostu spadnie na ziemię. Jest jednak odpowiednia graniczna prędkość (zakładamy brak oporu powietrza lub innych zakłóceń), która sprawi, że kula znajdzie się na stabilnej orbicie okołoziemskiej. Wtedy po odpaleniu za jakiś czas okrąży naszą planetę i będzie trzeba odsunąć siebie i armatę by nie oberwać z tyłu.

Odpowiednio wysoka prędkość pozioma w połączeniu z siłą grawitacji Ziemi w teorii sprawi, że Newtonowska kula będzie bez końca krążyć na swojej orbicie. W rzeczywistości oczywiście nie tylko nie ma takiej góry i takiej armaty, ale przede wszystkim nawet setki kilometrów od Ziemi jest jeszcze szczątkowa atmosfera, pole grawitacyjne nie jest idealnie proste, sama Ziemia miejscami przyciąga silniej, do tego dochodzą wpływy Księżyca i innych ciał niebieskich. Dlatego satelity najczęściej dokonują licznych korekt by utrzymywać się na swoich orbitach.

Prędkość orbitalna ma ten urok, że jest związana jedynie z odległością od Ziemi - im wyżej tym mniejsza prędkość wystarczy by utrzymać się na orbicie (aczkolwiek trzeba się tam wpierw znaleźć). Nie ważne co na niej umieścimy, ważne jaką prędkość nadamy temu czemuś. Wartym wspomnienia przypadkiem jest orbita geostacjonarna. Na wysokości 35 786 km nad równikiem prędkość orbitalna wynosi ciut ponad trzy kilometry na sekundę. Jej wyjątkowość polega na tym, że na tej orbicie okrążenie naszej planety trwa 23 godziny, 56 minut i 4 sekundy. Czyli dokładnie tyle, ile trwa jeden obrót Ziemi. Dlatego satelity na tej orbicie wydają się tkwić nieruchomo w miejscu.

Nie będziemy wchodzić w dalsze szczegóły. Pierwszą część cyklu zakończymy na następującym podsumowaniu - wejście na orbitę nie polega na wzbiciu się odpowiednio wysoko. Kluczowe jest nadanie naszemu pojazdowi odpowiedniej prędkości horyzontalnej. Uczucie nieważkości porównywane jest ze spadaniem, bo to właśnie jest spadanie! W następnej części przyjrzymy się tyranii wzoru Ciołkowskiego.

Kilonova - zaobserwowana grawitacyjnie i optycznie

“Widzieliśmy” już zderzenie czarnych dziur. Więc kiedy zapowiedziano ogłoszenie “bezprecedensowego” odkrycia związanego z falami grawitacyjnymi, byłem naprawdę zaintrygowany. Niedawno zakończyła się konferencja prasowa i już wszystko jasne - udało się dokonać obserwacji zderzenia dwóch gwiazd neutronowych, zarówno w postaci fal grawitacyjnych jak i fal elektromagnetycznych (światła, promieniowania radiowego, gamma…). Oto krótkie podsumowanie.

Masa zakrzywia czasoprzestrzeń. Zakrzywienie to z reguły jest niewielkie i stałe, dość trudno je obserwować, choć już w 1919 roku w czasie zaćmienia słońca udało się potwierdzić to zjawisko (jednocześnie dostarczając kolejnego dowodu na prawdziwość Einsteinowskiej ogólnej teorii względności).

Obracająca się masa skręca czasoprzestrzeń. Zjawisko to byłoby łatwe do zaobserwowania gdybyśmy mieli pod ręką czarną dziurę, ale na szczęście nie mamy. Mamy zamiast tego sporo genialnych ludzi, którzy w 1959 wymyślili jak to zaobserwować w przypadku Ziemi. Technicznie było to tak trudne, że dopiero w 2007 wyniki uzyskane za pomocą Gravity Probe B potwierdziły zjawisko (znów dowodząc OTW).

Wirujące wokół siebie i zderzające się masy generują fale grawitacyjne. Generują je spadające na siebie i łączące się czarne dziury. Generują je spadające na siebie gwiazdy neutronowe. To ekstremalnie gęste obiekty - ich średnice wynoszą po kilkanaście kilometrów, a są znacznie cięższe od Słońca. Im ciaśniej wirują wokół siebie tym mocniejsze fale grawitacyjne towarzyszą tej śmiertelnej spirali.

Naukowcy w obserwatoriach LIGO (dwa punkty na mapie USA) oraz Virgo (umiejscowione we Włoszech) zaobserwowali narastające fale. Fale grawitacyjne rozchodzą się z prędkością światła, dlatego mając trzy punkty obserwacji można dokonać triangulacji i namierzyć ich źródło. Idea jest troszkę podobna do GPSu, ale niezupełnie. Pozwala określić z którego regionu nieba pochodzą, ale nie odległość*. Jako że fale narastały, szybko nawiązano kontakt z obserwatorami i teleskopami na Ziemi i w kosmosie, by zwróciły się w podanym kierunku.

W wyznaczonym regionie oczywiście znajduje się dużo galaktyk, ale na szczęście bardzo szybko namierzono właściwą - NGC 4993. Niecałe dwie sekundy po zderzeniu teleskopy Fermi i INTEGRAL zarejestrowały rozbłysk promieniowania gamma, co jest argumentem za teorią, że źródłem tychże rozbłysków są właśnie kolizje gwiazd neutronowych. Światło widzialne zaobserwowano 11 godzin później. Docelowo ponad 70 teleskopów zaobserwowało ten kosmiczny kataklizm w najróżniejszych partiach spektrum elektromagnetycznego.

Kilonova - tak nazywa się zderzenie gwiazd zdegenerowanych (neutronowych i/lub czarnych dziur). Ocenia się, że zjawiska te mogą produkować nawet połowę pierwiastków cięższych od żelaza we wszechświecie. Naukowcy oceniają, że w tej kolizji powstało sto kwadryliardów (10^29) kilogramów metali ciężkich, w tym sześćdziesiąt kwadryliardów samego złota i platyny. To dziesięć tysięcy razy więcej niż wynosi masa Ziemi.

Innymi słowy, połowa złota w Twojej biżuterii może pochodzić z eksplozji umierającej gwiazdy, a druga połowa mogła powstać gdy doszło do zderzenia dwóch martwych gwiazd.


* - prawdę powiedziawszy dysponując odpowiednio dużym kosmicznym wykrywaczem fal grawitacyjnych bylibyśmy w stanie dokładnie określić punkt w trójwymiarowej przestrzeni, ale cóż - może się doczekamy i takiej zabawki.


Źródła:
European Souther Observatory - oficjalny press release
Science vs Cinema
Kilonova
Kosmiczna Propaganda
Dlaczego odkrycie fal grawitacyjnych


Podoba Ci się to co robię? Wpłyń na rozwój strony i zostań patronem Węglowego.

Dlaczego odkrycie fal grawitacyjnych jest tak ważne

W zeszłym roku ukończono trwające pięć lat ulepszenia LIGO - detektora fal grawitacyjnych. Inwestycja opłaciła się. Potrzebowaliśmy stu lat by potwierdzić ten aspekt teorii Einsteina. Odkrycie nie jest jeszcze oficjalne, ale plotki* się nasilają i nikt ich oficjalnie nie odwołuje. Podobno ekipa LIGO właśnie szykuje publikację i są w trakcie “dmuchania na zimne”. Uznałem więc, że warto już poruszyć temat, naciskając na to dlaczego to odkrycie jest tak istotne.

Fale grawitacyjne mają być generowane przez eksplozje gwiazd i zderzenia czarnych dziur. Sama idea ich wykrycia jest prosta - fale te zmieniają odległości między obiektami, na przemian rozciągając i ściskając przestrzeń. LIGO to dwa betonowe tunele czterokilometrowej długości, zbudowane pod kątem prostym. Wewnątrz umieszczono stalowe rury “wypełnione próżnią” (to znaczy jest w nich bardzo dużo niczego) w których wielokrotnie odbijana jest wiązka lasera. Dzięki temu na odległości 4 km można badać ewentualne odkształcenia przestrzeni na dystansie kilkuset kilometrów. Przy odpowiedniej aparaturze można dzięki temu dokonywać pomiarów odkształceń miliard razy mniejszych od jądra atomu. Niestety szumy i zakłócenia są ogromnym problemem. Trzęsienia ziemi, samochody czy pociągi przejeżdzające obok LIGO mogą wywoływać zakłócenia. Dlatego choć idea jest prosta, samo wykrycie było tak trudne.

Mało kto ma wątpliwości co do tego, czy fale grawitacyjne istnieją. Przez sto lat teoria Einsteina przechodziła wszystke sprawdziany. Wiemy, że czasoprzestrzeń istnieje. Wiemy, że ulega zakrzywieniom. Czy zatem eksperyment LIGO to tylko wykwit próżności naukowców? Nie. Udowodniliśmy (prawdopodobnie), że możemy rejestrować i badać fale grawitacyjne. A to ma wielkie konsekwencje.

Potencjanie rozpoczynamy nowy rozdział w badaniu wszechświata. Otrzymaliśmy zupełnie nowy “zmysł”, który pozwoli nam analizować ciemną większość kosmosu, który trudno badać obserwując jedynie światło. Ułatwi nam badanie tajemniczych czarnych dziur i obiektów ukrytych za obłokami gazu. Naukowcy otrzymają możliwość analizowania grawitacji w najbardziej ekstremalnych warunkach - gdy obiekty wielokrotnie cięższe od Słońca okrążają się nawzajem z prędkościami zbliżonymi do prękości światła. Bez wątpienia czeka nas cała masa niespodzianek.

LIGO to jedynie początek. W grudniu ESA na pokładzie rakiety Vega wyniosła sondę LISA Pathfinder, która ma sprawdzić technologię planowanej na 2034 misji eLISA (evolved Laser Interferometer Space Antenna). Na pokładzie sondy znajdują się dwie dwukilogramowe masy testowe. Precyzyjny pomiar ich wzajemnego położenia z dokładnością do 10 pikometrów (pikometr to jedna milionowa jednej milionowej metra), ma posłużyć do analizy fal grawitacyjnych. Dokładność tych pomiarów oraz pozycjonowania satelity posłuży do właściwej misji eLISA. W sporym uproszczeniu, będzie to ekstremalna wersja LIGO - trzy satelity umieszczone w formacji trójkąta równobocznego o boku długości miliona kilometrów. W sumie dziwi mnie tylko, że postawiono na trójkąt a nie na czworościan, który ułatwiłby mierzenie fal grawitacyjnych w trzech wymiarach a nie tylko płaszczyźnie (choć konstelacja eLISA będzie obracać się orbitując wokół Słońca, jak pokazuje animacja powyżej).

Tak czy inaczej żyjemy w ciekawych czasach, gdy nasze sondy będą (prawdopodobnie) ujeżdżać fale grawitacyjne.


Źródła i źródełka:
http://gizmodo.com/heres-why-finding-gravitational-waves-would-be-such-a-b-1752286165
http://news.discovery.com/space/ligos-little-black-box-110317.htm
http://www.pbs.org/wgbh/nova/blogs/physics/2014/11/theres-more-than-one-way-to-hunt-for-gravitational-waves/
http://www.theguardian.com/science/2016/jan/12/gravitation-waves-signal-rumoured-science
http://www.iflscience.com/physics/gravitational-wave-rumors-running-hot
https://www.newscientist.com/article/dn28754-new-rumours-that-gravitational-waves-have-finally-been-detected/


* - Najgłośniejszym plotkarzem jest Lawrence Krauss. Generalnie lubię gościa, myślę, że wszystko nie okaże się jedynie plotką, ale jednocześnie nie pochwalam jego zachowania. Myślę, że trafnej krytyki dokonał astronom Michael Merrifield jeśli sprawa się potwierdzi, to Krauss podpiął się pod szum medialny wokół odkrycia, jeśli sprawa okaże się plotkę, to zaszkodził wiarygodności świata naukowego. W obu przypadkach nieładnie.