Tiedeviikko 38/10
Uusi pulsarityyppi vastuussa ylimääräisistä positroneista?
Kun uutta energia-aluetta lähdetään tutkimaan on enemmän sääntö kuin poikkeus, että jotain odottamatonta on aina luvassa. Näin on käynyt myös PAMELA -satelliitille, joka on havannut 10-100 GeV:n energia-alueella enemmän positroneja, elektronin antihiukkasia, kuin mitä aiemmin on ajateltu. Muiden tutkimusten mukaan sama trendi näyttäisi jatkuvan aina TeV-energioihin saakka. Tutkijat ovat ymmällään näistä ”ylimääräisistä” positroneista, koska antiainetta ei pitäisi juurikaan maailmankaikkeudessamme esiintyä. Niinpä jonkun fysikaalisen prosessin on täytynyt ne synnyttää, ja vieläpä suhteellisen lähellä, koska erittäin energinen hiukkanen menettää energiaansa kohdatessaan magneettikentän tai toisen hiukkasen ja todennäköisyys kohtaamiseen kasvaa mitä kauempana Maapallolta hiukkanen on syntynyt. Kandidaatteja on kuitenkin ilmennyt runsaasti aina pimeän aineen hajoamisprosesseista, neutronitähtiin, pulsareihin, supernoviin ja gammapurkauksiin saakka. Nämä kaikki siksi, että edellä mainittujen kohteiden fysikaalisten prosessien energia on tarpeeksi suuri, jotta spontaania parinmuodostusta (elektroni-positroni pareja) pääsee tapahtumaan. Esimerkiksi pulsareiden tiedetään lähettävän suuria määriä erittäin energistä säteilyä yhdistämällä nopean pyörimisen voimakkaaseen magneettikenttään. Nyt listaan voidaan lisätä myös hieman tavanomaisempikin kohde, nimittäin valkoinen kääpiö, mutta joka voisi yltää tarvittaviin energiamääriin samalla tavalla kuin pulsaritkin. Valkoiset kääpiöt eivät ole olleet tutkijoiden silmätikkuina aikaisemmin, koska ne eivät luhistu niin pieniksi kuin neutronitähdet ja näin ollen eivät saavuta tarpeeksi suurta pyörimisnopeutta. Uusi tutkimus kuitenkin ehdottaa, että valkoinen kääpiö voisi saavuttaa tarvittavan pyörimisnopeuden mikäli se sijaitsee kaksoistähtijärjestelmässä, jossa kaksi valkoista kääpiötä törmää toisiinsa tai jossa valkoinen kääpiö imee materiaa toisesta tähdestä röntgenkaksoitähtijärjestelmien tapaan. Kyseisten valkoisen kääpiön sisältävien kaksoitähtien ajatellaan myös olevan yksi tyypin 1A -supernovan aiheuttamista kohteista, joten on todennäköistä, että näitä kaksoistähtiä on runsaasti tarjolla galaksissamme. Pyörimisen lisäksi tarvitaan kuitenkin vielä voimakas magneettikenttä ja tutkijat arvelevat noin kymmenesosalla valkoisista kääpiöstä olevan tarpeeksi voimakas, noin miljoonan Gaussin magneettikenttä. Seuraavaksi tutkijat haluaisivatkin suoraan havaita kyseisiä kohteita, ja erottaa ne tavallisista, neutronitähden sisältävistä pulsareista. Tämä on mahdollista, koska tavallisen pulsarin ympärillä on supernovaräjähdyksestä jäänyt shokkiaalto, joka on paljon tiheämpi tähtienvälistä avaruutta, kun taas valkoisen kääpiön sisältävä pulsari on muodostunut lempeämmin ja sen ympäristö ei ole niin tiheä. Näin ollen uudesta pulsarityypistä tuleva säteily ei törmää matkalla ympäröivään aineeseen ja menetä törmäyksessä energiaansa niin paljon kuin tavallisesta pulsarista tuleva säteily. Täten vertaamalla pulsareiden energiajakaumia voitaisiin mahdollisesti erottaa valkoiset kääpiöt neutronitähtien sisältämistä pulsareista. Muutama kandidaatti uudeksi pulsarityypiksi on olemassa (AE Aquarii ja EUVE J0317-855), mutta varmaa havaintoa ei olla vielä tähän mennessä saatu.
Arkipäivän suhteellisuusteoriaa
Suhteellisuusteoria, yleinen ja erityinen, on yksi modernin fysiikan häkellyttävimmistä teorioista. Sen mukaan avaruus ja aika ovat yksi ja sama entiteetti, aika-avaruus, joka vääntyy ja taipuu kappaleiden massan mukaan, ja missä havainnot riippuvat siitä kuinka nopeasti havaitsija liikkuu. Suhteellisuusteoria ei ole kovin intuitiivinen, koska sen aiheuttamat ilmiöt tulevat selkeästi esiin vasta erittäin suurien painovoimakenttien tai nopeuksien yhteydessä. Näin ollen ihmiset yleensä ajattelevat, että suhteellisuusteorialla ei ole merkitystä arkipäivän elämän kannalta, mikä ei varsinaisesti pidä paikkaansa. Esimerkiksi GPS-paikantimet eivät toimisi, ellei satelliittien lähettämää aikasignaalia korjattaisi suhteellisuusteorian mukaan ottamaan huomioon satelliitin liikkeen (n. 14000 km/h) paikantimen suhteen. Suhteellisuusteoria on kuin onkin osa arkipäiväämme, ja nyt tutkijat ovat mitanneet sen vaikutuksen meidän kaikkien tuntemissa olosuhteissa. Käyttäen kahta maailman tarkinta atomikelloa – jotka jätättävät vain yhden sekunnin 3.7 miljardissa vuodessa – sijoitettuna vierekkäisiin laboratorioihin ja yhdistettynä toisiinsa, tutkijat suorittivat kaksi koetta, joissa toisessa yhtä kelloa liikutettiin toisen suhteen ja toisessa yksi kello sijaitsi korkeammalla kuin toinen. Ensimmäisessä kokeessa testattiin erityisen suhteellisuusteorian aikadilataatiota, jossa liikkuva kello tikittää hitaammin: atomikellon viisarin liikahtaminen on elektronin värähtelyä atomin kuorelta toiselle (voit kuvitella sen ylös-alas liikkeenä), joten liike suhteessa havaitsijaan (esim. eteenpäin) lisää elektronin matkaa (hypotenuusaa pitkin) ja näin ollen värähtelyyn kuluvaa aikaa. Kokeessa toinen atomikelloista liikkui 36 km/h toisen suhteen ja aiheutti värähtelyn taajuuteen 45 x 10-17 muutoksen, juuri sen verran kuin teoria ennustaa. Toisessa kokeessa testattiin yleisen suhteellisuusteorian ilmiötä, jonka mukaan voimakkaammassa painovoimakentässä sijaitseva kello tikittää hitaammin. Kokeessa yksi kelloista asetettiin 30 cm korkeammalle kuin toinen, joka aiheutti (4.1±1.6) x 10-17 eron kellojen välisiin värähtelyjen taajuuksiin. Sijoittaen tämän yleisen suhteellisuusteorian kaavoihin, kellojen väliseksi korkeudeksi saatiin 37±15 cm, joka nätisti haarukoi todellisen korkeuseron.
LHC aloitti tieteellisen antinsa selvittämällä protonien sisäistä rakennetta
- Credit: CERN/CMS
LHC:n Compact Muon Solenoid -ilmaisimen tutkijat raportoivat ensimmäiset tulokset kokeista, joissa on havaittu mahdollisesti jotain uutta fysiikkaa. Joidenkin protonien välisien törmäysten aiheuttamissa hiukkasryöpyissä on havaittu säännönmukaisuutta, joissa syntyneet hiukkaset suuntautuvat tiettyihin suuntiin törmäyksen jälkeen. Koska protonien nopeudet kiihdyttimessä ovat lähes valonnopeuden verran, suhteellisuusteorian mukaan protonin elämä lähes ”jäätyy” paikalleen ja näin ollen tutkijat pystyvät havaitsemaan äärimmäisen lyhytkestoisiakin prosesseja protonien välisissä törmäyksissä. Uusien havaintojen mukaan hiukkasryöppyjen säännönmukaisuudet voisivat johtua protonien gluonien (hiukkaset, jotka sitovat protonin kvarkit toisiinsa) jakaumasta ennen törmäystä ja sen vaikutuksesta törmäystuotteena syntyviin hiukkasiin ennenkuin gluonit hajoavat lopullisesti törmäyksessä. Koska suurinosa protonin massasta sijaitsee juuri gluoneissa, ja koska tavallinen aine koostuu pääasiassa protoneista, kyseinen tutkimus voi luoda valoa siihen mistä aine oikeastaan koostuu. Lisää tietoa suomeksi kokeesta voi löytää myös täältä.
Viikon kuva: Rauhaa, rakkautta ja Venuksen sisus
Venuksen sisäosien lämpötilajakauma sekä paikallinen liike sen pinnalla.
- Credit: DLR
uniVersI/O 
Jätä kommentti