Το τηλεσκόπιο ακτίνων γ Fermi συνεχίζει την καταγραφή κοσμικών μυστηρίων

Ο χάρτης του ουρανού με τις πηγές ακτίνων γ, από το διαστημικό τηλεσκόπιο Fermi

Για την κατασκευή της παραπάνω εικόνας απαιτήθηκαν δυο χρόνια παρατηρήσεων από το διαστημικό τηλεσκόπιο της NASA, Fermi. Βλέπουμε πως φαίνεται ο ουρανός σε ενέργειες μεγαλύτερες από 1 δισεκατομμύριο ηλεκτρονιοβόλτ (1 GeV). Τα φωτεινότερα χρώματα υποδηλώνουν φωτεινότερες πηγές ακτίνων γ. (Για σύγκριση αναφέρουμε ότι η ενέργεια του ορατού φωτός είναι μεταξύ 2 με 3 ηλέκτρονιοβόλτ). Μια διάχυτη λάμψη γεμίζει τον ουρανό και είναι εντονότερη κατά μήκος του επιπέδου του γαλαξία μας (μέσον). Οι διακριτές πηγές ακτίνων γ περιλαμβάνουν πάλσαρ και κατάλοιπα από σουπερνόβα του γαλαξία μας καθώς επίσης και μακρινούς ενεργούς γαλαξίες που περιέχουν στο κέντρο τους τεράστιες μαύρες τρύπες. Οι γαλαξίες αυτοί ονομάζονται ονομάζονται blazars.

Από τις διακριτές πηγές ακτίνων γ που ανίχνευσε το Fermi τα blazars αποτελούν την πλειοψηφία

Στο βίντεο που ακολουθεί η Elizabeth Hays, μέλος της ομάδας Fermi μας ξεναγεί στα blazars....

http://youtu.be/EaZATpoOeZc

www.nasa.gov

Τηλεσκόπιο αποκαλύπτει «αδυναμίες» σε θεωρίες της κβαντικής βαρύτητας

Μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στη Φυσική είναι η ενοποίηση της θεωρίας της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας του Albert Einstein με την κβαντική θεωρία.
Τα στοιχεία που συλλέγονται από ένα τηλεσκόπιο που βρίσκεται σε τροχιά γύρω από τη Γη δυσκολεύουν ακόμη πιο πολύ την προσπάθεια αυτή.
Το INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory (INTEGRAL) είναι ένα διαστημικό παρατηρητήριο που λειτουργεί η Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος (ESA), σε συνεργασία με τη NASA και τη Ρωσική Ομοσπονδιακή Υπηρεσία Διαστήματος (Roscosmos).
Ήταν το βαρύτερο φορτίο της ESA που εκτοξεύθηκε ποτέ στο διάστημα και περιείχε τα πιο σύνθετα και ευαίσθητα όργανα ανίχνευσης ακτίνων γ σε σχέση με άλλα τηλεσκόπια.

Αυτό είναι το τηλεσκόπιο INTEGRAL της ESA (Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος), ο πιο ευαίσθητος ανιχνευτής ακτίνων γ στο διάστημα.

Οι φυσικοί που προσπαθούν να συνδυάσουν την ιδέα του Αϊνστάιν για λείο χώρο με την κοκκώδη προσέγγιση της κβαντικής θεωρίας, αναμένουν ότι τηλεσκόπια όπως το INTEGRAL θα δώσουν σε απαντήσεις.
Η θεωρία του Αϊνστάιν βασίζεται στο γεγονός ότι ο χώρος, ανεξάρτητα από την κλίμακα, είναι «ομαλά κατασκευασμένος». Η κβαντική θεωρία προτείνει ότι, σε μικροσκοπικό επίπεδο, ο χώρος είναι στην πραγματικότητα κατασκευασμένος από μικροσκοπικούς κόκκους, όπως η άμμος σε μια παραλία.
Το INTEGRAL δείχνει ότι οι «κόκκοι» του κβαντικού χώρου υπάρχουν στην πραγματικότητα, αλλά σε πολύ μικρότερη κλίμακα από ότι προβλέπει η κβαντική θεωρία. Τα νέα δεδομένα βάζουν νέα πιο κλειστά όρια για το μέγιστο μέγεθός τους.
Το τηλεσκόπιο είναι σε θέση να φθάσει σε αυτά τα συμπεράσματα, διότι οι ακτίνες γ επηρεάζονται από την κοκκώδη δομή του χώρου καθώς ταξιδεύουν μέσα σ’ αυτόν. Ταλαντώνονται, στροβιλίζονται και μπορούν να αλλάξουν την κατεύθυνσή τους. Οι αστροφυσικοί ονομάζουν αυτή την ιδιότητα πόλωση.
Χρησιμοποιώντας μια θεωρητική προσέγγιση, οι επιστήμονες μπορούν να υπολογίσουν το μέγεθος των κόκκων, αναλύοντας τη διαφορά στην πόλωση μεταξύ υψηλής και χαμηλής ενέργειας ακτίνων γ. Το INTEGRAL μπορεί να δώσει με μεγάλη ακρίβεια τέτοιες πληροφορίες.
Η κβαντική θεωρία προτείνει μία κλίμακα 10^‒35 μέτρα για τους μικρότερους κόκκους. Αλλά τα δεδομένα του INTEGRAL δείχνουν ότι οι κβαντικοί κόκκοι πρέπει να είναι της τάξης των 10^‒48 μέτρων ή μικρότεροι.
Σύμφωνα με τον Philippe Laurent : "Αυτό είναι ένα πολύ σημαντικό αποτέλεσμα στη θεμελιώδη φυσική και θα αποκλείσει κάποιες θεωρίες χορδών καθώς και θεωρίες κβαντικής θεωρίας βρόχων".
«Η θεμελιώδης φυσική είναι η λιγότερο προφανής εφαρμογή του παρατηρητηρίου ακτίνων γ INTEGRAL. Παρόλα αυτά, μας επέτρεψε να κάνουμε ένα μεγάλο βήμα προς τα εμπρός για τη διερεύνηση της φύσης του χώρου», συμπληρώνει Christoph Winkler.
softpedia.com

Το πιο απομακρυσμένο αντικείμενο που είδαμε ποτέ

Αυτή η εικόνα που λήφθηκε από τον δορυφόρο Swift της NASA μας δείχνει ίσως το πιο μακρινό (και αρχαιότερο) αντικείμενο που έχουμε δει ποτέ στο Σύμπαν

Μια λάμψη που διαπέρασε σχεδόν όλο το ορατό Σύμπαν το 2009 προερχόταν πιθανώς από το πιο μακρινό αντικείμενο που γνωρίζουμε ως σήμερα -ένα γιγάντιο άστρο, πιθανώς από τα πρώτα που έλαμψαν στο Σύμπαν, το οποίο κατέρρευσε και άφησε πίσω του μια μαύρη τρύπα....

Ισχυρή έκρηξη ακτίνων-γ στο Νεφέλωμα του Καρκίνου

Μυστήριο καλύπτει την αιτία της έκρηξης, που παρατηρήθηκε στις 12 Απριλίου και έγινε τώρα γνωστή, στο πλαίσιο του «Τρίτου Συμποσίου Φέρμι» που πραγματοποιείται στη Ρώμη

Σοκαρισμένοι παρακολουθούν οι αστρονόμοι μία άνευ προηγουμένου ισχυρή έκρηξη ακτίνων γάμα από το Νεφέλωμα του Καρκίνου, η οποία ήταν τουλάχιστον πέντε φορές πιο ισχυρή από οποιαδήποτε άλλη παρόμοια έχει ποτέ παρατηρηθεί.
12 Απριλίου και έγινε τώρα γνωστή, στο πλαίσιο του «Τρίτου Συμποσίου Φέρμι»,το οποίο πραγματοποιείται στη Ρώμη, σύμφωνα με το BBC.

Η πηγή της ακτινοβολίας φαίνεται να είναι μια μικρή περιοχή μέσα στο διάσημο νεφέλωμα, το οποίο αποτελεί απομεινάρι μιας έκρηξης σούπερ-νόβα, που έγινε αντιληπτή στη Γη το έτος 1054 μ.Χ.
Το συγκεκριμένο αντικείμενο θεωρείτο ως τώρα μια σταθερή πηγή φωτός, όμως το διαστημικό τηλεσκόπιο Φέρμι της NASA εντόπισε μια απότομη ένταση της ακτινοβολίας, που διήρκεσε περίπου έξι μέρες, μεταβαλλόταν από ώρα σε ώρα και είχε ένταση μέχρι 30 φορές μεγαλύτερη από τη συνηθισμένη....

Τα τηλεσκόπια της NASA κατέγραψαν μια πρωτοφανή κοσμική έκρηξη

Το Swift, το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble και το παρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra συνεργάζονται για τη μελέτη της πιο αινιγματικής κοσμικής έκρηξης που παρατηρήθηκε ποτέ.

Στις 28 Μαρτίου το τηλεσκόπιο Swift ανακάλυψε μια ισχυρότατη πηγή ακτινοβολίας στον αστερισμό του Δράκοντα 

Εδώ και πάνω από μια εβδομάδα μια υψηλής ενέργειας ακτινοβολία συνεχίζει να αναβοσβήνει σε ένα συγκεκριμένο σημείο του ουρανού. Οι αστρονόμοι ισχυρίζονται ότι δεν έχουν δει ποτέ κάτι τόσο φωτεινό, με τόσο μεγάλη διάρκεια και μεταβλητότητα. Συνήθως οι εκρήξεις των ακτίνων γάμμα σηματοδοτούν την καταστροφή ενός άστρου μεγάλης μάζας, αλλά η εκπομπή ακτινοβολίας από τέτοια γεγονότα δεν διαρκούν περισσότερο από μερικές ώρες....

Οι γιγάντιες «φυσαλίδες» ακτίνων γ του γαλαξία μας

Πέρυσι οι αστρονόμοι έδωσαν στη δημοσιότητα λεπτομέρειες της κολοσσιαίας δομής των φυσαλίδων ακτινοβολίας γάμμα, από τα δεδομένα του διαστημικού τηλεσκοπίου ακτίνων γ, Fermi. Οι φυσαλίδες εκτείνονται περίπου 25000 έτη φωτός πάνω και κάτω από τον δίσκο του γαλαξία. Το σχήμα τους δείχνει ότι οφείλονται σε ταχεία απελευθέρωση τεράστιας ποσότητας ενέργειας. Μερικοί αστρονόμοι υποθέτουν την ύπαρξη γιγάντιας μαύρης τρύπας στο κέντρο του γαλαξία μας, στην οποία και αποδίδουν το φαινόμενο αυτό. Μια ομάδα ερευνητών που καθοδηγείται από τον K. S. Cheng στο πανεπιστήμιο του Χογκ Κονγκ παρουσίασε ένα μοντέλο που φιλοδοξεί να το ερμηνεύσει.
Η μαύρη τρύπα στο κέντρο του Γαλαξία μας είναι ένα μεγαθήριο με μια μάζα τέσσερα εκατομμύρια ήλιους. Ήταν γνωστό ότι «καταπίνει» οτιδήποτε βρίσκεται κοντά της και το μοντέλο Cheng δείχνει ότι καταναλώνει 100 άστρα ανά 3 εκατομμύρια χρόνια. Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι η μαύρη τρύπα καταπίνει μόνο το 50% της μάζας των καταρρεόντων άστρων. Το άλλο μισό εκτινάσσεται στο διάστημα λίγο πριν φτάσει στο σημείο χωρίς επιστροφή. Οι εκτινάξεις του θερμού πλάσματος - με ενέργειες περίπου 10 keV σύμφωνα με τον Cheng - προς το εξωτερικό τμήμα του γαλαξιακού περιβάλλοντος αυξάνουν τη θερμοκρασία του. Αφού θερμανθεί η άλως, στη συνέχεια διαστέλλεται. Το μοντέλο Cheng περιγράφει με ποιό τρόπο, ενώ η μαύρη τρύπα συνεχίζει να καταβροχθίζει άστρα, δημιουργούνται επαναλαμβανόμενα κρουστικά κύματα πλάσματος που εγχέονται περιοδικά στην άλω. Ο ίδιος ο Cheng λέει ότι "χρησιμοποιήσαμε την αναλογία του ήλιου που εκτινάσσει τον ηλιακό άνεμο προς το ηλιακό σύστημα. Όταν ο ηλιακός άνεμος «φυσάει» προς τα έξω, τότε το πλάσμα δημιουργεί μια μεγάλη φυσαλίδα: την ηλιόσφαιρα.
Κάθε κρουστικό κύμα λειτουργεί σαν επιταχυντής σωματιδίων, αυξάνοντας την ταχύτητα των ηλεκτρονίων μέσα στο πλάσμα μέχρι σχεδόν την ταχύτητα του φωτός. O Cheng αναμένει ότι η ενέργεια του μετώπου κρούσης στο γαλαξιακό κέντρο είναι περίπου 100 φορές μεγαλύτερη από την αντίστοιχη ενός σουπερνόβα. Αυτά τα ταχέα ηλεκτρόνια αλληλεπιδρούν με τα φωτόνια στην άλω του γαλαξία παράγοντας τις ακτίνες γ που δημιουργούν τις φυσαλίδες. Όταν ένα ηλεκτρόνιο κινείται σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός και συγκρούεται με ένα φωτόνιο μικρής ενέργειας, η σύγκρουση επιβραδύνει λίγο το ηλεκτρόνιο και αυξάνει την ενέργεια του φωτονίου μέχρι την ενέργεια των φωτονίων της ακτινοβολίας γ.

Το μοντέλο Cheng περιγράφεται στην εργασία που υπέβαλε για δημοσίευση στο Astrophysical Journal Letters και ένα preprint που είναι διαθέσιμο ΕΔΩ.
physicsworld.com - www.nasa.gov

Αστρονομία ακτίνων γ

Από τις ακτινοβολίες του φάσματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας οι ακτίνες γάμα έχουν τη μεγαλύτερη συχνότητα (άρα και ενέργεια, αφού η ενέργεια ενός κβάντου φωτός υπολογίζεται από την εξίσωση Ε=hf, όπου h η σταθερά Plank και f η συχνότητα) και το μικρότερο μήκος κύματος.
Οι ακτίνες γ παράγονται στους υπερκαινοφανείς αστέρες (σουπερνόβα), στους αστέρες νετρονίων, μαύρες τρύπες, τους πυρήνες ενεργών γαλαξιών και γενικά από την ακτινοβολία ραδιενεργών στοιχείων στο διάστημα.
Πολύ πριν ξεκινήσουν τα πειράματα, οι επιστήμονες γνώριζαν ότι στο σύμπαν παράγονται ακτίνες γ από διάφορες κοσμικές πηγές. Οι εργασίες των Eugene Feenberg και Henry Primakoff το 1948, των Sachio Hayakawa και I.B. Hutchinson το 1952, και κυρίως του Philip Morrison το 1958 έπεισαν τους επιστήμονες ότι διάφορες διαδικασίες που πραγματοποιούνται στο σύμπαν παράγουν ακτίνες γ. Αυτές οι διαδικασίες περιλαμβάνουν την αλληλεπίδραση των κοσμικών ακτίνων με τη μεσοαστρική ύλη, τις εκρήξεις σουπερνόβα και την κίνηση ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας σε μαγνητικά πεδία.
Οι περισσότερες ακτίνες γ που έρχονται από το διάστημα απορροφώνται στην ατμόσφαιρα της Γης (ευτυχώς για μας!). Έτσι, η αστρονομία των ακτίνων γάμα παρακάμπτει την γήινη ατμόσφαιρα, χρησιμοποιώντας αερόστατα ή διαστημικά σκάφη.
Το πρώτο τηλεσκόπιο ακτίνων γ τέθηκε σε τροχιά με τον δορυφόρο Explorer 11 το 1961, καταγράφοντας περίπου 100 φωτόνια ακτίνων γ. Αυτά έρχονταν απ' όλες τις κατευθύνσεις του σύμπαντος, σχηματίζοντας έτσι “ένα υπόβαθρο ακτίνων γ”.

Solar Maximum Mission

Αυτό το υπόβαθρο αναμενόταν από τις αλληλεπιδράσεις των κοσμικών ακτίνων με τα μεσοαστρικά αέρια.
Η πρώτη αστροφυσική πηγή ακτίνων γ που ανακαλύφθηκε ήταν οι ηλιακές εκλάμψεις από τις οποίες ανιχνεύθηκαν φωτόνια ενέργειας 2.223 MeV, όπως προέβλεψε ο Morrison. Αυτά τα φωτόνια προκύπτουν από το σχηματισμό του δευτερίου από την ένωση πρωτονίου με νετρόνιο. Στις ηλιακές εκλάμψεις τα νετρόνια παράγονται από δευτερογενείς πυρηνικές αντιδράσεις. Αυτές οι πρώτες παρατηρήσεις ακτίνων γ έγιναν από τις αποστολές OSO-3, OSO-7 (Orbiting Solar Observatoryand) και την Solar Maximum Mission το 1980.

Μια σημαντική εκπομπή ακτίνων γ από τον γαλαξία μας ανιχνεύθηκε το 1967 από τον δορυφόρο OSO-3. Ανιχνεύθηκαν 621 γεγονότα που οφείλονταν σε κοσμικές ακτίνες γ. Όμως το πεδίο της αστρονομίας των ακτίνων γ έκανε τεράστια βήμτα με τους δορυφόρους SAS-2 (1972) και COS-B (1975–1982). Αυτοί επιβεβαίωσαν το υπόβαθρο των ακτίνων γ που ανακάλυψαν οι προηγούμενες αποστολές και εντόπισαν επιπλέον σημειακές πηγές ακτίνων δημιουργώντας έτσι τον πρώτο λεπτομερή ουράνιο χάρτη σε μήκη κύματος ακτίνων γ.
Ωστόσο η διακριτική ικανότητα των οργάνων δεν ήταν αρκετή για την ταυτοποίηση αυτών των πηγών με αστρικά αντικείμενα που είναι ορατά με κοινά τηλεσκόπια.

Η έρευνα στην αστρονομία ακτίνων γ προχώρησε στο τέλος της δεκαετίας του 1960 αρχές 1970 και από δορυφόρους που κατασκευάστηκαν για στρατιωτικούς σκοπούς. Οι ανιχνευτές που μετέφερε η σειρά των δορυφόρων Vela σχεδιάστηκαν για να ανιχνεύουν ακτίνες γ που παράγονται από εκρήξεις πυρηνικών βομβών. Όμως αυτοί άρχισαν να καταγράφουν εκλάμψεις ακτινοβολίας γ μεγάλης διάρκειας από το διάστημα και όχι από τη Γη. Μετέπειτα έρευνες επιβεβαίωσαν αυτές τις εκλάμψεις από διάφορες μη αναμενόμενες κατευθύνσεις. Φαίνεται ότι προέρχονται από απομακρυσμένες περιοχές του σύμπαντος και πιθανόν να οφείλονται σε εκρήξεις υπερνόβα παρά σε άστρα νετρονίων.

Fermi

Τα υπερνόβα είναι εξαιρετικά τεράστια άστρα που καταρέουν στο τέλος της ζωής τους και εκρήγνυνται εκπέμποντας όση ενέργεια εκπέμπουν περισσότερα από 100 σουπερνόβα ταυτόχρονα (ο όρος υπερνόβα καθιερώθηκε μετά το 1990). Σ' αυτές τις εκρήξεις αποδίδονται οι μεγάλης διάρκειας εκλάμψεις ακτίνων γ. Το Νοέμβριο του 2010 το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων γ Fermi, ανιχνεύθηκαν δυο γιγάντιες πηγές ακτίνων γ - σαν φυσαλίδες (βλέπε εικόνα)- στην καρδιά του Γαλαξία μας. Αυτές οι φυσαλίδες φαίνονται σαν η μία να είναι τό είδωλο της άλλης σε καθρέπτη.
Μπορεί να προέρχονται από μια τεράστια μαύρη τρύπα ή από τη διαδικασία σχηματισμού άστρων πριν από εκατομμύρια χρόνια.

Το διαστημικό τηλεσκόπιο Fermi χρησιμοποιήθηκε πρόσφατα για τον προσδιορισμό πάλσαρ που εκπέμπουν ακτινοβολία γ και για την ανίχνευση ακτινων γ που οφείλονται στην εξαϋλωση σωματιδίων αντιύλης  που παράγονται κατά τη διάρκεια καταιγίδων στην Γη (λεπτομέρειες ΕΔΩ και ΕΔΩ).
Εκτός από τους δορυφόρους σε τροχιά οι αστρονομία ακτίνων γ χρησιμοποίησαν κατά καιρούς τοις πι φθηνές λύσεις των αεροστάτων. Έτσι, για παράδειγμα, το 1988 στο Birigüi της Βραζιλίας αφέθηκε ένα αερόστατο που περιείχε ανιχνευτές ακτινοβολίας γ και για πρώτη φορά ανιχνεύθηκαν φωτόνια ενέργειας 847 keV και 1238 keV που εκπέμπει το ισότοπο του κοβαλτίου 56Co. Αυτή η ακτινοβολία γ προερχόταν από το σουπερνόβα SN1987A στο Μεγάλο Νέφος του Μαγγελάνου, το οποίο ανακαλύφθηκε στις 23 Φεβρουαρίου του 1987.
ΠΗΓΕΣ: ΝΑSA, wikipedia