SCHIMB DE IDENTITATE ÎNTRE FOTONI ȘI AXIONI ÎN SPAȚIUL COSMIC ÎNDEPĂRTAT


Ca într-un film de groază plin cu evadări și subterfugii, fotonii unor surse luminoase foarte îndepărtate, precum blazerii (cuasari asociați cu găurile negre supermasive din centrul galaxiilor eliptice gigante, printre fenomenele cele mai energetice din Univers), pot înainta în ciuda unei schimbări de identitate continue în drumul lor prin Univers. Această operațiune ar permite particulelor minuscule de lumină să scape de un inamic, pe care dacă l-ar întâlni, acesta le-ar anihila. Fenomenul este studiat de către un grup de cercetători de la Universitatea Salento, Bari, Institutul Național pentru Fizică Nucleară, Institutul Național pentru Astrofizică și SISSA grație unor noi simulări care reproduc complexitatea cosmosului mai bine ca niciodată. În mod obișnuit, fotonii cu energie foartă înaltă (razele gamma) ar trebui să intre în coliziune cu lumina de fundal emisă de galaxii transformând ansamblul într-o pereche de particule de materie și antimaterie, așa cum a fost prevăzut de Teoria Relativității. Din această cauză, sursele de raze gamma cu energie foarte înaltă ar trebui să apară mult mai puțin strălucitoare decât s-a observat în cele mai multe dintre cazuri.

O explicație posibilă pentru această anomalie surprinzătoare este că fotonii de lumină au fost transformați în particule ipotetice de interacțiune slabă, ”axionii” care, în schimb, se vor transforma în fotoni, datorită interacțiunii cu câmpurile magnetice. Cu aceste metamorfoze, o parte a fotonilor ar scăpa interacțiunii cu lumina intergalactică de fundal care, altfel, i-ar face să dispară. Importanța acestui proces este subliniată de studiul publicat în Physical Review Letters, care au recreat un model extrem de rafinat al Rețelei Cosmice, o rețea de filamente compuse din gaz și materie neagră de-a lungul Universului și câmpurilor sale magnetice. Efectele înainte menționate așteaptă acum comparația cu cele obținute experimental prin intermediul telescopului de generație nouă Cherenkov Array.

În această cercetare, prin intermediul unor simulări computerizate extrem de complexe, fără precedent, realizate la CSCS Centrul Supercomputațional din Lugano, oamenii de știință au reprodus așa-numitul Web Cosmic și câmpurile magnetice asociate cu acesta, pentru a investiga posibilitatea, avansată de teoriile anterioare, că fotonii unei surse luminoase sunt transformați în axioni, particule elementare ipotetice, prin interacțiunea cu un câmp magnetic extragalactic. Axionii ar putea fi apoi retransformați în fotoni prin interacția cu alte câmpuri magnetice. Cecetătorii Daniele Montanino, Franco Vazza, Alessandro Mirizzi și Matteo Viel explică: ”Fotonii unor corpuri luminoase dispar atunci când interacționează cu lumina extragalactică de fundal (EBL). Dar dacă, în cadrul călătoriei lor, se îndreaptă în direcția unor transformări anticipate de aceste teorii, aceasta ar explica de ce, în plus față de informația importantă dată asupra proceselor ce survin în univers, corpurile cerești îndepărtate sunt mai strălucitoare decât era de așteptat din observații terestre. Aceste modificări ar permite, de altfel, ca un număr foarte mare de fotoni să ajungă pe Terra.”

În aceste simulări realizate de oamenii de știință, datorită fotței câmpurilor magnetice prezente în filamentele Webului Cosmic, recreate prin simulări, acest fenomen de conversie ar putea să fie mult mai relevant decât au previzionat modelele anterioare: ”Simulările noastre reproduc o imagine foarte realistă a structurii cosmosului. Din ceea ce am observat, distribuția Web-ului Cosmic prevăzută de noi ar sporii probabilitatea acestor transformări.” Următorul pas în această cercetare? Pentru a compara rezultatele simulării cu informațiile experimentale obținute prin utilizarea detectoarelor Complexului de Observatoare Astronomice Cherenkov, dintre care unul este poziționat în Insulele Canare, iar celălalt în Chile, noua generație de observaotare astronomice va studia Universul prin intermediul razelor gamma de energie foarte înaltă.

Sursa: rdmag by Scuola Internationale Superiore Di Studi Avanzati
Credit foto: Source: Vazza F., Bruggen M. Gheller, C., Wang P.
Traducere și adaptare: Ciprian Crișan

CERCETĂTORII TOCMAI AU DESCOPERIT FURTUNI DE ZĂPADĂ NOCTURNE PE PLANETA MARTE


Zăpadă … pe planeta Marte … noapte de noapte. Chiar dacă sună incredibil, cercetătorii tocmai au descoperit dovezi ale furtunilor de zăpadă ce survin noaptea pe Marte. Dacă anterior fusese detectată prezența vaporilor de apă în norii rătăciți din atmosfera marțiană, aceasta este prima dovadă a căderilor de zăpadă.

Un studiu recent publicat în ”Nature Geoscience” subliniază procesul prin care atmosfera marțiană schimbă macazul pe timpul nopții, producând o vreme furtunoasă, caracteristică iernii și fulgi de zăpadă. Simularea este susținută de către observații asupra efemerelor dungi virga ce conțin particule de gheață. Cercetarea a fost realizată de către o echipă de la Centrul Național de Cercetare Științifică (CNRS) din Paris, cuprinzând și informațiile primite de la NASA.

În 2008, landerul Phoenix al NASA a detectat structuri noroase în atmosfera marțiană, similare dungilor verga din atmosfera terestră. Dungile Verga sunt precipitări noroase care nu ajung niciodată la sol, parcurgând un proces de evaporare sau sublimare. La acel moment, cercetătorii au lansat ipoteza că Phoenix a scanat o furtună de zăpadă, cu fulgi de apă înghetață.

În 2012, Orbiterul Mars Reconnaissance al NASA a detectat din nou dovezi ale zăpezii pe Marte. Însă, în urma studiului aprofundat, s-a ajuns la concluzia că acea zăpadă era comupusă majoritar din dioxid de carbon (gheață uscată).

Simulările au ca obiectiv modelarea atmosferei marțiene, mai ales a norilor cu vapori de apă ce există în atmosferă. Anterior, oamenii de știință considerau că apa/particulele de gheață de pe Marte nu dețin mișcările convective necesare pentru a produce zăpadă. Cu toate acestea, echipa de cercetare a reușit să modeleze furtuni de zăpadă convective localizate în timpul mixului atmosferic de noapte.

Aceste furtuni marțiene nocturne survin când răcirea radiativă a particulelor de apă înghețată pruduce instabilitate atmosferică. Răcirea localizată a atmosferei produce pături convective de aer rece deasupra aerului mai cald. Aerul mai cald se ridică și formează curenți atmosferici puternici. Când se produce acest proces, se formează micile particule de gheață și începe să ningă pe suprafața marțiană. De aceea, același proces prin care este posibil să ningă/plouă pe Terra, datorită răcirii adiabatice, survine în atmosfera marțiană.

În cele din urmă, acest model poate fi utilizat pentru a restarta ceasul atmosferei marțiene și a obține o perspectivă mai detaliată asupra rolului jucat de apă în istoria planetei Marte.

Combinația dintre simulările computerizate de rezoluție înaltă și observațiile fizice oferă dovezi cheie ale zăpezii pe Marte. Aceasta permite cercetătorilor să înțeleagă mai bine ciclul apei pe această planetă și reprezintă o variabilă necesară ce trebuie dezlegată înainte de începutul colonizării planetei Marte de către oameni.

Sursa: Forbes.com, By: Trevor Nace
Traducere și adaptare – Ciprian Crisan

 

CE ESTE PARADOXUL FERMI? MISTERUL SAU MOTIVUL STRANIU PENTRU CARE NU ÎI PUTEM GĂSI PE EXTRATEREȘTRI


Astăzi avem cât de cât o idee mai realistă despre vastitatea sau dimensiunea uriașă a universului. Cum este posibil ca într-un univers atât de mare – dată fiind expansiunea chiar a galaxiei noastre – să nu îi fi contactat până în prezent pe extratereștri? Aceasta este esența Paradoxului Fermi.

Ideea este următoarea: nu ar trebui exclusă ipoteza existenței mai multor civilizații sofisticate în galaxia noastră. Dată fiind vârsta de 13,21 miliarde ani a galaxiei Calea Lactee, chiar și o fracțiune de timp (cum ar fi 10 milioane de ani) ar trebui să fie de ajuns pentru ca un anumit tip de contact să se producă.

Fizicianul italian Enrico Fermi este creditat cu mobilizarea acestei întrebări în atenția și câmpul științei. Conform legendelor, geneza Paradoxului Fermi s-a produs în 1950 în timpul unei discuții la cină împreună cu colegii săi. Toți considerau că este rezonabil să speculezi că nu suntem singura planetă cu viață inteligentă și că, cel mai probabil, avem foarte multă companie în galaxie. Iar Fermi a început să se minuneze: dacă acest lucru este adevărat, unde este toată lumea, unde sunt extratereștrii?

Haideți să ne gândim la această problemă în termenii propriilor achiziții și dezvoltări spațiale ale umanității. Ne aflăm foarte aproape de călătoria spațială interstelară și este foarte posibil ca primele sonde interstelare să fie trimise în misiune câteva decenii începând de acum. Asta înseamnă mai puțin de un secol de la prima călătorie în spațiu a omului. În sute, mii, dacă nu milioane de ani, ce vom putea face?
Acest argument nu a fost pierdut din vedere de către Fermi și amicii săi, cu ani buni înainte ca oamenii să se întrebe același lucru în spațiul cosmic. O rasă extraterestră nu ar trebui să aibă probleme în colonizarea galaxiei, având la dispoziție o cantitate decentă de tehnologie a rachetelor și alte mijloace imperiale – în special în 10 milioane de ani.

Însă oamenii de știință au nevoie de dovezi, și există foarte puține dovezi, dacă există, acceptate științific, care să susțină că nu suntem singuri în univers. Chiar și așa, utilizând fizica pentru a scuza limitarea vitezei oricărei nave spațiale extraterestre, tot nu se leagă lucrurile în ce-i privește pe extratereștri.

Să luăm ca exemplu, Proxima Centauri. Chiar dacă ar călători cu 1/4 din viteza luminii, o navă extraterestră ar putea să parcurgă distanța până la Terra în 16 ani, iar dacă ar pleca de pe planetele din jurul sistemului Gliese, 60 de ani. Cât ar dura călătoria de la planetele potențial locuibile din jurul sistemului Trappist 1? Cam 160 de ani. Da, este o perioadă lungă, însă departe de cei aproape 10 milioane de ani despre care povesteau Fermi și colegii săi și o picătură într-o găleată, comparat cu vârsta galaxiei noastre Calea Lactee.

Ecuația lui Drake. Să schimbăm uneltele, pentru a înțelege pe mai departe de ce Paradoxul Fermi oferă astrofizicienilor argumente. Ecuația Drake este o formulă matematică simplă propusă de astronomul Frank Drake în 1961. Pe scurt, încearcă să estimeze numărul societăților avansate tehnologic cu posibilități de comunicare prezente în galaxie. Această ecuație cuantifică rata medie a formării stelare, fracțiunea stelelor bune care au sisteme planetare, numărul planetelor din jurul acestor stele din zona de aur propice vieții, fracțiunea acelor planete unde viața se dezvoltă, fracțiunea unor specii vii inteligente, fracțiunea unor specii inteligente cu tehnologie de comunicare, durata de viață a ”fazei comunicative”.

De-a lungul anilor, mulți astrofizicieni au încercat să estimeze fiecare dintre valori și iată ce a rezultat. Rata medie a formării stelare poate fi luată și ca număr consistent al stelelor galaxiei noastre, cel de 100 miliarde de stele. Chiar și în formulă optimistă, facțiunea de stele bune cu sisteme planetare este considerat a fi undeva la 20%, iar cele ce dețin atmosfere ce pot susține viața, de dragul argumentării- să spunem că avem o planetă per fiecare stea rămasă. Să continuăm tirada și să admitem că undeva la 10% din cele rămase ar putea într-adevăr dezvolta forme de viață inteligente capabile de comunicare. Am eliminat destul de multe posibilități, de vreme ce avem 10% din 10% din 10%. În sfârșit L – este o fracțiune a timpului în care pe planetă s-a născut viața comunicabilă. Vom asuma că acesia s-au aflat pe planeta lor atâta timp cât s-a aflat și omul, așa încât ajungem la 1/100.000.000. Deci, am fost destul de pesimiști? Care este rezultatul nostru? DOI sau DOUĂ. Deci noi și încă cineva, altcineva. Este greu însă de crezut că alte civilizații nu au rezistat pe planeta lor mai mult decât cea umană. Există probabil multe alte civilizații pre tehnologice cărora ecuația Drake nici măcar nu le ia în considerare. Această ecuație, în loc de un răspuns, produce întrebări suplimentare. Trebuie să menționăm că ecuația Drake a fost utilizată deopotrivă de optimiști și de pesimiști, cu rezultate ce diferă foarte mult. Optimiștii au reușit să extragă un număr între 1.000 și 100.000.000 civilizații doar în galaxia noastră. Însă acest număr uriaș complică și acesta lucrurile pentru că, desigur, nu poate răspunde la întrebarea ”Unde este toată lumea?”

Scara Kardashev. Să adăugăm dezbaterii ceva numit Scara Kardashev. Creată de astronomul rus sovietic Nikolai Kardashev, aceasta clasifică civilizațiile prin cantitatea de energie utilizabilă pe care o valorifică/ Aceste clase sunt: TIPUL I: Această civilizație are abilitatea de a utiliza toată energia disponibilă pe planeta lor; TIPUL II: Această civilizație poate valorifica toată energia radiată de steaua părinte; TIPUL III: Această civilizație poate valorifica energia unei galaxii întregi. Carl Sagan a estimat că omenirea se află undeva la 70% în drumul ei către TIPUL I, și ar putea atinge acest stadiu într-un secol sau două. Calculele estimează că umanitatea ar putea atinge TIPUL II în câteva mii de ani, iar TIPUL III într-o perioadă variabilă, între 100.000 și un milion de ani. O civilizație de tipul II sau III ar trebui să poată accelera de-a lungul galaxiei aproape de viteza luminii sau cu viteze mai mari, dacă au descoperit căi prin care să eludeze legile actuale ale fizicii. Lucrurile devin și mai misterioase.

Deci, care este rezultatul? Problema cu Paradoxul Fermi este că s-ar putea ca niciodată să nu avem capacitatea de a-l confirma sau nega, dacă nu cumva vom obține în viitor tehnologia superioară pentru a scana fiecare planetă din galaxie, găsind extratereștri din inițiativa noastră sau dacă ne vor găsi ei pe noi. Între timp, nu ne rămâne decât să speculăm de ce nu am auzit încă nimic despre vecinii noștri galactici.

MARELE FILTRU. Una dintre explicații poartă numele de MARELE FILTRU. În termeni simplificați, ”Marele Filtru” este un pas evoluționar care este atât de dificil de depășit încât cele mai multe dintre civilizații nu reușesc să-l depășească. Acest filtru previne dezvoltarea capabilităților de zbor spațial de către civilizații, motivul fiind că acestea pur și simplu se autodistrug înainte de a ajunge la pasul zborului spațial. Însă nu există un consens privind localizarea MARELUI FILTRU, pe axa temporală de la originea unei civilizații și până la TIPUL III de pe scara Kardashev. Unii oameni de știință argumentează că umanitatea deja a depășit deja acest filtru sau că, de fapt, există mai multe asemenea filtre. Nu avem cum să știm cât de departe am ajuns, comparativ cu alții, în acest proces, însă am putea fi pur și simplu printre cele mai evoluate specii existente în prezent în galaxie sau în univers.

O altă versiune a Marelui Filtru argumentează că umanitatea nici măcar nu a ajuns încă la aceste bariere și că suntem destinați destrugerii, ca și ”restul”, ca și ceilalți. Descoperirea unor forme de viață complexe fosilizate pe alte planete ar putea da apă la moară acestei teorii – însă acest lucru nu s-a întâmplat încă.

EXISTĂ UN MOTIV PENTRU ACEASTĂ TĂCERE COSMICĂ. O altă direcție de speculație a liniștii arată că Marele Filtru nu este neapărat cauza, putând fi vorba de o gazdă sau alte motive pentru care nu am auzit încă de extratereștri. Aici sunt câteva posibilități:
– EXTRATEREȘTRI SUNT DEJA AICI. Este posibil ca extratereștrii să fi vizitat Terra cu mii de ani în urmă și noi să nu avem vreo posibilitate de a afla asta. Oamenii preistorici nu aveau nici o cale pentru a descrie ceea ce noi experimentăm în timpurile noastre. În fapt, ei ar putea asocia prezența extratereștrilor cu cea a lui Dumnezeu însuși. Dar această teorie merită menționată, întrucât unele structuri construite de omul timpuriu sunt atât de extraordinar de complexe, încât desfid orice explicație chiar și în societatea noastră modernă.
-EXTRATEREȘTRII SUNT FOARTE AVANSAȚI ȘI NU LE PASĂ DE NOI. Societățile ce practică zborurile spațiale avansate ar putea să știe de existența noastră, dar să considere că Terra nu are nimic de oferit. Și ne vor ignora până când vom deveni interesanți pentru ei.
-TRĂIM ÎNTR-O VERSIUNE GALACTICĂ A UNUI GHETOU. Alte porțiuni ale galaxiei ar putea fi colonizate deja, însă Terra și sistemul solar se află într-o zonă îndepărtată, marginală. Acesta ar fi un motiv destul de bun pentru ca Terra să fie greu de găsit și extratereștrii, de asemenea.
-MOTIVE DE SIGURANȚĂ. Chatul interestelar ar putea atrage atenția unor specii agresive ce doresc dominația galactică – gen Borgii din Star Trek. Aceste specii ar fi putut spulbera deja alte specii comunicative, ceea ce este puțin îngrijorător, dacă ne gândim mai bine. Am putea fi următorii.
-SUNTEM PREA PRIMITIVI. Poate că semnalele de la alte civilizații extraterestre sunt deja prezente, însă tehnologiile actuale de comunicație de pe Terra sunt prea primitive pentru a depista acele semnale, sau ascultăm în direcția greșită (aplicarea tehnicilor de comunicare terestre pentru transmisia comunicației către o societate extraterestră care ar putea face lucrurile complet diferit).
– TRĂIM ÎNTR-UN MATRIX. Probabil că cea mai deprimantă explicație este că nimic din această realitate nu este cu adevărat real, fiind doar o simulare. Teoria a căpătat ceva reputație în ultimele două decenii și ar indica că suntem ”singuri în Univers”, pentru că de fapt reprezentăm doar un experiment pentru curiozitatea științifică a unei civilizații mult mai avansate.

Așa cum se poate observa, avem o multitudine de motive – fiecare dintre acestea având o câtime de plauzabilitate – pentru care căutarea vieții extraterestre nu a fost fructificată pe deplin până în prezent. Însă, până ce vom găsi dovezi concrete, Paradoxul Fermi va continua să-i țină ocupați pe astrofizicieni în încercarea de a explica această tăcere galactică.

Sursa: digitaltrends.com, By: Ed. Oswald
Adaptare pentru site și traducere: Ciprian Crișan