Linkovi

Nauka nije stala: tri značajna otkrića iz fizike u proteklih mjesec dana


Umjetnički prikaz "kosmičkog cvijeta" orbitalne precesije oko crne rupe Sagittarius A*/ Credit ESO/L. Calçada

Pandemija COVID-19 pauzirala je mnoge naučne projekte i istraživanja, dok su vijesti iz onih oblasti istraživanja koja ne spadaju direktno u istraživanje SARS-CoV-2 pala u zapećak i prolaze često ispod radara. Međutim, nauka nije stala i u protekom periodu desilo se nekoliko važnih stvari u oblasti astrofizike.

Tim naučnika koji je prije godinu dana dao svijetu prvu sliku crne rupe, ove godine je predstavio sliku još jednog kozmičkog „čudovišta“ - ovaj put blazara. Preko 300 naučnika koji rade na projektu Event Horizon Telescope (EHT) je u radu objavljenom u Astronomy&Astrophysics, pokazao kako izgleda jedan ovakav spektakularni i misteriozni objekt. Sama fotografija je nastala kao nusprodukt stvaranja fotografije crne rupe i koristili su radio izvor 3C 279 kao kalibrator kada su snimali crnu rupu M87*. Opažanja su omogućila neviđen pogled na sam izvor 3C 279, koji je po svojoj prirodi blazar.

Blazari su svemirski objekti koja spadaju u aktivne galaktike, jako su promjenjive strukture i smatra se da se u njihovom središtu nalazi crna rupa. Emitiraju radio-valove koje sistem radioteleskopa na Zemlji detektuje. Ove radio-valove karakterišu brze promjene snažnih mlazova, iz kojih materija u formi plazme izlazi u intergalaktički prostor brzinama približnim brzini svjetlosti. U ovoj opservaciji, naučnici su otkrili još neka nova svojstva blazara, vezana za njihovo kretanje i izbacivanje mlazeva.

Teleskopi koji su pridonijeli ovom rezultatu bili su ALMA, APEX, IRAM, teleskop James Clerk Maxwell, Large Millimeter Telescope, Submillimeter Array, Submillimeter Telescope i South Pole Telescope.

Gargantuanski objekti poput blazara ujedino su i jaki izvori jedne čestice koja naučnike dugo vremena intrigira, jer je ključna u objašnjenju toga zašto u svemiru ima više materije od antimaterije. Radi se o česticama zvanim neutrina.

Lov na neutrina: kako svemir postoji

Međutim, fundamentalni nalaz o neutrinima, objavljen prošle sedmice u časopisu Nature, nije otkriven u blazarima, nego na Zemlji, u japanskom Super Kamiokande detektoru pri eksperimentu T2K.

Naučnici iz ovog projekta su se oslonili na rezultate iz 2016. te su pronašli statistički još značajniji dokaz razlika između čestica neutrina i antineutrina. Naime, neutrina su svugdje oko nas, ali ove čestice imaju jako slabu interakciju sa materijom te ih je stoga teško detektovati. Međutim, devedesetih godina je otkriveno kako ove čestice te njihove antičestice – antineutrina, postoje u tri različita „okusa“ („flavors“) i to kao elektron, mion i tau neutrina i antineutrina. Problem fizike leži u tome što ako se čestica i njena antičestica nađu i sudare, dolazi do anihilacije, njihovog nestanka. Ako bi bilo jednako čestica materije i antimaterije – naš svijet ne bi ni postojao. Ali, ipak ima više čestica materije i ne dolazi do takvog poništavanja, a neutrina su ključne čestice koje nam mogu pružiti odgovor zašto je to tako.

U spomenutom radu je pokazano kako dolazi do narušavanja CP simetrije kod neutrina i antineutrina i da je to narušavanje statistički veoma signifikantno. Od 2010. godine, naučnici pri T2K stvaraju neutrine i antineutrine u Tokaiju u Japanu i šalju ih 295 kilometara u detektor Super Kamiokande u mjestu Kamioka, podzemni spremnik s 50 000 tona čiste vode. Povremeno, po dolasku, neki od neutrina uzajamno djeluje s nukleusom atoma u molekuli vode, što stvara signalni bljesak.

T2K saradnja mjerila je vjerovatnost da će neutrino oscilirati između različitih fizičkih svojstava - „okusa“ tokom svog putovanja. Tim je potom izveo isti eksperiment s antineutrinima i uporedio brojeve. Ako su materija i antimaterija savršeno simetrične, vjerovatnosti bi trebale biti iste.

Rezultati, međutim, sugerišu da nisu. T2K je otkrio veću vjerovatnost da će neutrini promijeniti „okus“ tokom svog 295km dugog putovanja - i odgovarajuće manju vjerovatnost za antineutrina - nego što bi se očekivalo ako bi se ponašali identično. U odgovoru na pitanje zašto je to tako, leži zapravo i odgovor na pitanje kako svemir uopšte postoji.

Kosmički cvijet oko crne rupe: još jedan dokaz da je Einstein bio u pravu

16. aprila ove godine u Astronomy&Astrophysics je objavljen rad koji je još jedan dokaz toga da je Einstein u svojoj teoriji u kojoj objašnjava gravitaciju, poznatijoj kao opšta/opća teorija relativnosti, bio u pravu.

Posmatrajući crnu rupu Sagittarius A* u središtu naše galaksije Mliječni put i zvijezdu koja rotira oko ove crne rupe, naučnici su opazili da zvijezda opisuje elipse oko crne rupe, koje, kada bi ih prikazali odjednom, liče na latice cvijeta ili šaru koju ispisuje spirograf. Ovaj fenomen se zove se naziva Schwarzschildova precesija, a predstavlja pravilne promjene smjera osi rotirajućega tijela koja nastaje kada na tijelo djeluje vanjski moment sile.

S2 rotira oko Sagittarius A* na dugoj eliptičnoj orbiti svakih 16 godina. Pri svom najbližem pristupu crnoj rupi, ili periastronu, približi se crnoj rupi na čak 17 svjetlosnih sati, što oko 4x više od udaljenosti od Sunca do Neptuna. Precesije na ovakvim velikim objektima koji su međusobno povezani u rotaciji nisi prije bile detektovane. Međutim, odavno je detektovana anomalija orbite Merkura oko Sunca, dakle, mnogo manjih objekata od posmatrane crne rupe Sagittarius A* i zvijezde S2.

Anomalija Merkurove orbite je inicijalno i poslužila Einsteinu kao inspiracija za opštu teoriju relativiteta 1915. Anomaliju njutnovska fizika i teorija gravitacije nisu mogle objasniti, dok je Einstein uspio anomaliju objasniti time da gravitacija zakrivljuje prostor-vrijeme. Perihelionska precesija Merkura oko Sunca „ispisuje“ sličnu „šaru“ kao i S2 oko Sagittarius A*.

XS
SM
MD
LG