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

TERRA CA PLANETĂ HIBRIDĂ: NOUA CLASIFICARE PLASEAZĂ ERA ANTROPOCENULUI ÎNTR-UN CONTEXT ASTROBIOLOGIC


Timp de câteva decenii, pe măsură ce astronomii și-au imaginat civilizațiile extraterestre, asemenea lumi avansate au fost calificate în funcție de cantitatea de energie pe care locuitorii acestora sunt capabili să o obțină și să o utilizeze. Au sortat aceste lumi ipotetice în trei tipuri, conform unei scheme numită în 1964 după numele astronomului sovietic Nikolai Kardashev.

O civilizație de tip 1 ar putea manipula toate resursele de energie ale planetei mamă (un obiectiv îndepărtat, încă, pe Terra) iar tipul 2, toată energia sistemului planetar propriu. O civilizație super-avansată de tip 3 ar putea gestiona energia din toată galaxia mamă. Scara Kardashev a devenit un fel de etalon al proiecției unor posibile civilizații extraterestre, dincolo de Terra.

Recent, o echipă de cercetare ce a inclus-o pe Marina Alberti de la Universitatea din Washington, a conceput o nouă schemă pentru stadiile evoluției unor lumi extraterestre pe baza ”non-echilibrului termodinamic” – fluxul nesincronizat de energie al unei planete putând fi cauza prezenței vieții.

Categoriile imaginate în cadrul acestei scheme variază de la planete imaginate ce nu dețin atmosferă și până la planete cu o biosferă dominată sau chiar o tehnosferă, reflectând realizările unor specii ultra-avansate din punct de vedere tehnologic.

Lucrarea acestora, ”Terra ca planetă hibridă: Antropocenul într-un Context Astrobiologic Evoluționist”, a fost publicat pe 6 septembrie 2017 în jurnalul ”Antropocenul”. Prim autorul studiului este Adam Franck, profesor de planificare și design urban la Colegiul UW de Medii Construite și director al colegiului Laboratorului de Cercetări Ecologice Urbane.

Noul sistem de clasificare, spun cercetătorii, este un mod de a concepe sustenabilitatea la scară planetară, a ceea ce este cunoscut sub numele de Epoca Antropocenului – perioada geologică ce descrie impactul semnificativ al umanității asupra Terrei și ecosistemelor sale. Alberti susține, în studiul său, că oamenii și zonele urbane pe care le-au creat, au un puternic efect, la nivel planetar, asupra evoluției.

”Premisa noastră este că Terra își face intrarea în epoca Antropocenului reprezintă ceea ce, dintr-o perspectivă astro-biologică, poate fi o tranziție planetară previzibilă,” au scris aceștia. ”Explorăm această problemă din perspectiva propriului nostru sistem solar și a studiului exoplanetelor.”

”Din punctul nostru de vedere, începutul Antropocenului poate fi văzut ca un proces al hibridizării unei planete – un stadiu de tranziție de la o clasă de sisteme planetare către o alta.”

Aceasta ar putea fi, în schema lor, tranziția posibilă a Terrei de la Clasa IV – marcată de o biosferă densă și viață cu un anumit efect asupra planetei – către clasa finală V, în care o planetă este profund afectată de activitatea unor specii avansate, intensive-energetic.

Schema de clasificare, conform autorilor, este bazată pe ”magnitudinea prin care procese planetare diferite – abiotic, biotic și tehnologic – generează energie liberă, energie care poate susține sistemul.”

– Clasa I reprezintă planete care nu dețin atmosfere deloc, planete precum Mercur sau satelitul nostru Luna;
– Clasa II este a planetelor cu atmosfere rarefiate conținând gaze cu efect de seră, dar nu dețin actualmente viață, planete care în actuala stare sunt Marte și Venus;
– Clasa III este a planetelor ce dețin probabil o biosferă subțire și ceva activitate biotică, dar mult prea puțin pentru a afecta motoarele planetare și pentru a altera stadiul evoluției planetei în întregime;
– Clasa IV este a planetelor care au o biosferă densă, susținută de activitatea fotosintetică și viața a început să afecteze puternic fluxul energetic planetar.

Alberti a spus că, ”Descoperirea a șapte exo-planete noi orbitând steaua relativ apropiată TRAPPIST-1 ne forțează să regândim viața pe Terra. Deschide posibilitatea de a extinde înțelegerea unor dinamici ale unor sisteme cuplate și calea explorării unei căi a sustenabilității pe termen lung prin intrarea într-o dinamică evolutiv-ecologică cooperativă cu sisteme planetare cuplate.”

Cercetătorii au scris că ”teza noastră este că dezvoltarea sustenabilă pe termen lung a unei versiuni de civilizație energetic-intensivă trebuie să fie concepută ca un continuum de interacțiuni dintre viață și planeta mamă.” Această clasificare poate fi baza unor cercetări viitoare ale ”co-evoluției” planetelor de-a lungul acelui continuum.

”Orice planetă care găzduiește o civilizație intensiv energetică cu o durată de existență mai mare împărtășește anumite similarități în termenii proprietăților termodinamice ale sistemului planetar,” au scris aceștia. ”Înțelegerea acestor proprietăți, chiar și în linii generale, poate fi de ajutor în înțelegerea direcției spre care ne îndreptăm eforturile în dezvoltarea unei civilizații umane sustenabile.”

În câteva cuvinte, au explicat că: ”Dacă cineva nu știe încotro se îndreaptă, este foarte greu să ajungă acolo.”

Sursa: Phys.org – prin intermediul University of Washington, Foto credits: NASA
Traducere și adaptare: Ciprian Crisan

UN CAZ DE MODESTIE COSMICĂ – VIAȚA ÎN UNIVERS TREBUIE CĂUTATĂ ÎN TOATE FORMELE POSIBILE


”Sunt multe motive pentru a fi modest”, obișnuia să-mi spună mama în copilărie. Dar după câteva decenii de activitate ca astronom, pot adăuga un alt motiv: bogăția universului din jurul nostru.

Înaintea dezvoltărilor astronomiei moderne, oamenii tindeau să conceapă lumea fizică centrată pe OM. Soarele și stelele erau considerate a se roti în jurul Terrei. Deși era, retrospectiv, o perspectivă naivă, acesta este un punct de start natural. Copiii, la o vârstă fragedă, au tendința de a gândi lumea centrată pe ei. Dezvoltarea lor portretizează cumva o miniatură accelerată a istoriei umane. Pe măsură ce cresc, se maturizează și obțin o perspectivă mult mai complexă.

Similar, observarea cerului ne atrage atenția asupra imaginii de ansamblu și ne învață să fim modești. Acum știm că Terra nu este situată în centrul Universului, pentru că planeta noastră orbitează Soarele, care se rotește în jurul centrului galaxiei Calea Lactee, care și acesta se deplasează cu o viteză bizară de 0,001 din viteza luminii în raport cu restul structurii cosmice.

Cu toate acestea, mulți oameni consideră că ne aflăm, totuși, în centrul Universului biologic; altfel spus, că viața este rară în Univers sau chiar unică, pe Terra. În contrast, ipoteza mea de lucru, creionată pe baza exemplului de mai sus privind universul fizic, este că noi nu suntem generic speciali, nu doar în ceea ce privește coordonatele fizice, dar și ca formă de viață. Adoptând această perspectivă, implicația este că nu suntem singuri în Univers. Ar trebui ca viața să se afle în abundență atât în forme primitive, cât și inteligente. Această concluzie, indusă de principiul ”modestiei cosmice”, are implicații. Dacă viața poate fi prezentă în Univers, atunci ar trebui să o căutăm în toate formele posibile.

Civilizația umană a atins o importantă piatră de temelie. Avem în prezent acces la tehnologii noi ultraperformante pentru căutarea vieții extraterestre, atât primitive, cât și inteligente. Cautarea vieții extraterestre primitive este actuală și bine finanțată, însă căutarea vieții inteligente nu se află în interesul agențiilor federale de finanțare. Nu ar trebui să fie așa, dat fiind faptul că singura planetă cunoscută pentru susținerea vieții – TERRA – prezintă atât viață primitivă, cât și viață inteligentă.

Primele semnale radio emise de om în spațiu au ajuns la o distanță de peste 100 de ani lumină și este posibil ca foarte curând să primim un răspuns. În loc să ne ghidăm după paradoxul Fermi: ”Unde sunt extratereștrii?” sau după argumente filozofice privind raritatea inteligenței în Univers, ar trebui să investim mai mulți bani în observatoare astronomice mai performante și să căutăm o varietate mai largă de semnale artificiale pe cerul de noapte. Civilizațiile situate la nivelul nostru tehnologic ar putea produce cele mai slabe semnale. De exemplu, un război nuclear pe cea mai apropiată planetă din afara sistemului nostru solar nu ar putea fi vizibil de pe Terra nici cu cele mai mari telescoape.

Dar civilizații mult mai avansate tehnologic ar putea fi detectate potențial până la marginea universului observabil, datorită impulsurilor energetice mult mai puternice. Dovada prezenței unei civilizații extraterestre s-ar putea să nu se prezinte în forma tradițională a semnalelor comunicării radio. Mai degrabă, ar putea implica detectarea artefactelor pe planete, via marginile spectrale ale celulelor solare, poluării industriale a atmosferelor, lumini artificiale sau explozii de radiații de la surse artificiale.

Aflarea răspunsului la această întrebare importantă: ”Suntem singuri în Univers?” va schimba perspectiva noastră asupra locului nostru în univers, și va deschide noi câmpuri de cercetare interdisciplinară, precum astro-lingvistica (cum să comunicăm cu extratereștrii), astro-politica (cum să negociem cu ei), astro-sociologia (cum să interpretăm comportamentul lor colectiv), astro-economia (cum să facem schimburi de resurse materiale spațiale) și așa mai departe. Am putea scurta calea progresului uman învățând de la civilizațiile care au beneficiat de un start bun acum câteva miliarde de ani.

Unui copil, fără îndoială, imaginea de ansamblu a lumii îi inspiră modestie personală. Similar, sondajul telescopului spațial Kepler asupra stelelor din apropiere, le-a permis astronomilor sugestia existenței mai multor planete locuibile cu masa Terrei, decât numărul grăunțelor de nisip de pe toate plajele de pe Pământ.

Chiar de-a lungul ultimului an, astronomii au descoperit o planetă potențial locuibilă, Proxima b, în jurul celei mai apropiate stele de Soare, Proxima Centauri și alte trei planete potențial locuibile din seria de șapte planete ce evoluează în jurul alte stele apropiate TRAPPIST-1, iar dacă viața s-a format pe una dintre acestea, este probabil să se fi transferat și altora. Aceste stele pitice, ale căror mase echivalează cu 12% și 8% din masa Soarelui nostru, vor continua să existe în această formă încă 10 trilioane de ani, cam de 10 ori mai mult decât Soarele. De aceea, ele oferă material de prospecție pentru viață în viitorul îndepărtat, mult timp după ce Soarele va muri și se va transforma într-o stea pitică rece.

De aceea, eu mi-am invita prietenii să investească într-o proprietate pe Proxima b, doarece valoarea acestea va crește dramatic în viitor. Dar aceasta ridică de asemenea o importantă întrebare științifică: ”Există probabilitatea emergenței vieții într-un timp cosmic prezent aproape de o stea precum Soarele?”. Prin sondarea locuibilității universului prin intermediul istoriei cosmice de la nașterea primelor stele la 30 de milioane de ani după Big-Bang și până la moartea ultimelor stele, peste 10 trilioane de ani, am putea concluziona că, dacă nu cumva locuibilitatea este suprimată în jurul stelelor de masă redusă, viața este foarte probabil să existe aproape de stele pitice roșii precum Proxima Centauri și Trappist-1 mii de miliarde de ani începând de acum.

Chimia ”vieții așa cum o cunoaștem noi” necesită apă în stare lichidă, dar distanța corectă față de steaua părinte, pentru a beneficia de o temperatură confortabilă la suprafața planetei nu este o condiție suficientă pentru viață. Planeta trebuie să aibă de asemenea atmosferă. În absența unei presiuni atmosferice externe, căldura stelară ar transforma gheața direct în gaz, fără faza apei lichide.

Semnalul de alarmă poate fi găsit chiar în apropierea noastră: Marte deține doar o zecime din masa Terrei și și-a pierdut atmosfera inițial prezentă. Dar Proxima b are o atmosferă? Dacă are o atmosferă, atunci aceasta și orice suprafață oceanică ar deține vor modera contrastul de temperatură dintre zi și noapte. Telescopul spațial James Webb, programat pentru lansare în octombrie 2018, va fi capabil să distingă temperatura de contrast așteptată, dacă Proxima b este aridă, comparată cu cazul în care climatul său este moderat de o atmosferă, posibil împreună cu un ocean.

O perspectivă cosmică asupra originilor noastre ar putea de asemenea contribui la o vedere de ansamblu modestă. Elementele grele care s-au asamblat pentru a forma Terra au fost produse în inima unei stele masive din apropiere, care a explodat. O fărâmă din acest material i-a forma corpului nostru în timpul vieții, dar apoi revine în natură.

Ce suntem noi atunci, dacă nu o formă tranzitorie pe care o fărâmă de material a ia pentru un moment foarte scurt al istoriei cosmice pe suprafața unei planete dintre atâtea altele? Cu toate astea, viața rămâne cele mai prețios fenomen pe care îl tezaurizăm pe Terra. Ar fi extrem de grozav să găsim dovezi ale ”vieții așa cum o cunoaștem” la suprafața altei planete, cu atât mai remarcabil dacă telescoapele noastre vor suprinde evidențele unei tehnologii spațiale avansate extraterestre.

By Abraham Loebm, șef departament de astronomie la Universitatea Harvard, director fondator al Inițiativei Black-Hole și director al Institutului pentru Teorie și Calcul al Centrului Smithsonian – Harvard pentru Astrofizică.

Via: Scientific American – Blogs, 28 iunie 2017

Traducere și adaptare: Ciprian Crișan