uniVersI/O



Tiedeviikko 32+33/10

Työkiireiden vuoksi kaksi edellistä viikkoa on tällä kertaa niputettu yhteen.

Rubiikin kuution ratkaisu

Googlen lahjoittaman 35 CPU-vuoden (1.1 miljardia sekuntia Intel Nehalem, four-core, 2.8GHz prosessorilla tai vastaavalla) laskuajan avulla tutkijat ovat ratkaisseet rubiikin kuution kaikilla mahdollisilla alkutilanteilla ja todenneet, että ne ovat ratkaistavissa 20:llä tai vähemmällä määrällä siirtoja. Kaikkien mahdollisten alkutilanteiden määrä on 43252003274489856000, jotka tutkijat jakoivat 2217093120 ryhmään sopivalla tavalla, joissa jokaisessa on 19508428800 alkutilannetta. Symmetrian avulla (esim. yksi alkutilanne saadaan toisesta kääntämällä kuutio ylösalaisin) ryhmien määrä pystyttiin rajaamaan 55882296 kappaleeseen. Koska vaikeimman tunnetun alkutilanteen ratkaisemiseen vaaditaan 20 siirtoa, tutkijoiden tekemä algoritmi suunniteltiin ratkaisemaan kuutio 20:llä tai vähemmällä määrällä siirtoja, ei optimaalisimmalla määrällä. Algoritmi vaati yhden alkutilanteen ratkaisemiseksi noin 20 sekuntia. Rubiikin kuutio keksittiin reilu kolmekymmentä vuotta sitten, viisitoista vuotta sitten keksittiin ensimmäinen 20 siirtoa vaativa alkutilanne ja nyt viisitoista vuotta myöhemmin on todistettu, että mikä tahansa Rubiikin kuution alkutilanne on ratkaistavissa 20:llä tai vähemmällä määrällä siirtoja.

Cube20 -sivusto

Einstein@Home löysi epätavallisen pulsarin

Credit: NAIC/Arecibo Observatory/NSF

Einstein@Home on yksi BOINC-ohjelmistoa käyttävistä projekteista, joka käyttää kotitietokoneiden prosessoreiden ylijäämäaikaa näyttösäästäjän muodossa suorittaakseen hajautetusti vaativia laskuja. Enimmäkseen Einstein@Home -projekti on tarkoitettu gravitaatioaaltojen etsimiseen maailmankaikkeudesta, mutta siinä sivussa se on käyttänyt kotitietokoneita käymään läpi dataa radioteleskoopilta ja löytänyt erikoisen pulsarin. Pulsarit ovat nopeasti pyöriviä neutronitähtiä, jotka ovat muodostuneet tähden räjähtäessä supernovana. Niiden nopea pyöriminen aiheuttaa neutronitähden navoilta syntyvän säteilyn pyyhkiytymisen majakan lailla Maan yli luoden jaksottaisia välähdyksiä. Pulsareiden alkuvaiheessa niiden pyöriminen on hyvin nopeaa ja säteily energeettistä röntgensäteilyä, mutta ajan kuluessa pyörimisnopeus hidastuu ja säteily siirtyy loppujen lopuksi radiotaajuuksille. Vuodesta 2009 alkaen Einstein@Home alkoi etsiä radiotaajuuspulsareita käyttäen radiodataa Arecibo -teleskoopilta (tuttu James Bondista). Kotikäyttäjät saavat dataa noin viiden minuutin verran, josta tietokone etsii jaksollisia signaaleja pulsareista. Heinäkuussa yksi käyttäjistä löysi jaksollisen signaalin, joka myöhemmin vahvistettiin lukuisilla teleskoopeilla olevan pulsari PSR J2007+2722. Tutkijat huomasivat kuitenkin pulsarista jotain epätavallista. PSR J2007+2722:lta puuttui pulsareita normaalisti ympäröivä kaasupilvi ja intensiivistä röntgensäteilyä ei röntgensatelliittihavainnoilla löydetty. Tutkijat arvelevatkin kyseessä olevan ns. häiriintynyt ja kierrätetty pulsari, jolla alunperin on ollut seuralaistähti, mutta jokin häiriö tässä kaksoistähtijärjestelmässä on aiheuttanut sen hajoamisen, antaen samalla pulsarille lisää pyörimisvauhtia.

Science-lehden artikkeli

Lisää valoa pimeään

Credits: NASA, ESA, Jullo (JPL), Natarajan (Yale), Kneib (LAM)

Viitisenkymmentä vuotta sitten tähtitieteilijät vielä tutkivat taivaan kohteita, jotka lähettivät tai heijastivat säteilyä, joka oli havaittavissa sopivalla teleskoopilla ja instrumentilla. Nykyään tähtitieteessä on kuitenkin siirrytty enemmässä määrin havaitsemaan kohteita, jotka eivät säteile (tosin havaitsemalla näkymättömien kohteiden vaikutuksia säteileviin kohteisiin). Viime aikoina erityistä huomiota ovat saaneet pimeä aine ja pimeä energia, jotka kaikkien yllätykseksi osoittautuivat kattamaan 96% maailmankaikkeuden massasta (tai energiasta muistaen, että E=mc²). Näistä kahdesta pimeän energian osuus on noin 72% ja se on vastuussa maailmankaikkeuden kiihtyvästä laajenemisesta. Laajeneminen on siis avainsana pimeän energian tutkimisessa ja ensimmäisenä maailmankaikkeuden kiihtyvä laajeneminen huomattiin vuonna 1998 tutkimalla kaukaisia tyypin Ia supernovia, jotka toimivat tähtitieteessä ns. standardikynttilöinä. Sen jälkeen vahvistuksia laajenemiselle on tipahdellut taisaiseen tahtiin, mm. tutkimalla mikroaaltotaustasäteilyä, galaksijoukkojen määrää maailmankaikkeudessa tai baryonisia akustisia värähtelyjä, jotka kaikki suosivat pimeän energian määräksi maailmankaikkeudessa noin 72%, tosin suhteellisen suurilla virherajoilla. Jos virherajat ovat suuret ja huomattavaa parannusta tuloksiin ei ole tiedossa lähitulevaisuudessa, on tärkeää tutkia samaa kohdetta toisistaan riippumattomilla menetelmillä, jolloin yhdistämällä eri menetelmien virheet saadaan tuloksesta yleensä huomattavasti tarkempi. Science-lehdessä juuri julkaistu tutkimus esitteleekin uuden menetelmän, jolla pimeää energiaa voidaan havaita, ja yhdistämällä uudet tulokset vanhojen kanssa pimeän energian parametrien tarkkuutta on huomattavasti parannettu. Tutkijat havaitsivat Hubble-avaruusteleskoopilla sekä maanpäällisillä Keck ja VLT -teleskoopeilla galaksijoukkoa Abell 1689, joka toimii gravitaatiolinssinä 34:lle kaukaisemmalle galaksille. Mallintamalla kuinka paljon ja millä tavalla kaukaisten galaksien säteily vääristyy matkalla maailmankaikkeudessa galakseista Maahan, tutkijat pystyivät arvioimaan maailmankaikkeuden rakennetta olettaen, että Abell 1689 galaksijoukon aiheuttaman painovoiman vaikutus fotonien ratoihin on tunnettu. Tämä tietysti edellyttää (tavallisen ja pimeän) aineen jakauman tarkkaa tuntemista galaksijoukossa, jonka virhe tutkimuksessa on merkittävä. Myöskään fotoneiden ratoihin vaikuttavaa muuta painovoimalähdettä matkalla galakseista Maahan ei voida sulkea pois, mikä aiheuttaa lisää virhettä tuloksiin. Kaikesta virheista huolimatta, yhdistämällä uudet tulokset vanhojen supernovista ja kosmisesta taustasäteilystä saatujen tulosten kanssa, virherajoja saatiin pudotettua 30%. Uusien yhdistetyjen tulosten mukaan maailmankaikkeuden materiatiheys on 0.23 ja 0.33 välillä ja pimeän aineen tilanyhtälön parametri w, eli paineen ja energiatiheyden suhde on -1.12 ja -0.82 välillä 99% luottamustasolla. w:n negatiivinen arvo tulee pimeän energian negatiivisestä paineesta, joka on vastuussa maailmankaikkeuden laajenemisesta. Nk. ΛCDM (Lambda Cold Dark Matter) -maailmankaikkeuden mallissa w:n arvo -1 pimeälle energialle vastaa yleisen suhteellisuusteorian kosmologista vakiota. Tutkijoille on kuitenkin vielä epäselvää, mitä pimeä energia oikeastaan on.

Kosminen tulivuori

Credits: X-ray (NASA/CXC/KIPAC/N. Werner, E. Million et al); Radio (NRAO/AUI/NSF/F. Owen)

Fysiikan yksi kauneus piilee siinä, että sama ilmiö voidaan rinnastaa hyvin eri kokoluokan kohteille. Nyt tutkijat ovat löytäneet samankaltaisuuksia tulivuori Eyjafjallajökullin purkauksesta ja supermassiivisen mustan aukon purkauksesta M87 galaksin keskustassa. M87 sijaitsee noin 55 miljoonan valovuoden päässä keskellä suhteellisen läheistä Neitsyen galaksijoukkoa ja sen keskustan musta aukko painaa hulppeat 4 miljardia auringonmassaa (vrt. Linnunradan keskustan musta aukko painaa 4 miljoonaa auringonmassaa). Yhdistämällä Chandra -röntgensatelliitin (sininen väri yo. kuvassa) ja VLA -radioteleskoopin (puna-oranssi) kuvat M87:stä, tutkijat arvelevat supermassiivisen mustan aukon linkoamien hiukkassuihkujen toimivan kosmisena ehkäisymenetelmänä galaksin tähtiensynnylle. Galaksijoukossa galaksien välissä esiintyy erittäin kuumaa kaasua, joka säteilemällä röntgensäteilyä jäähtyy ja putoaa kohti galaksien keskustoja, joissa se jäähtyy vielä enemmän ja muodostaa uusia tähtiä. M87:n tapauksessa supermassiivisen mustan aukon hiukkassuihkut kuitenkin häiritsevät tätä prosessia. Ne kuljettavat mukanaan keskustan kylmää kaasua ja muodostavat shokkiaaltoja galaksissa liikkuessaan yliäänennopeudella (kts. kuva alla).

Credits: X-ray (NASA/CXC/KIPAC/N. Werner, E. Million et al); Radio (NRAO/AUI/NSF/F. Owen)

Samantapainen ilmiö havaittiin Eyjafjallajökullin purkauksissa, jossa kuuman kaasun taskuja purkautui laavakerroksen läpi aiheuttaen shokkiaaltoja, jotka voitiin havaita kulkevan tulivuoresta nousevan savun läpi. Kuuma kaasu kohoaa sitten nopeasti ilmakehään vetäen mukaansa tummanharmaata tuhkaa (kts. video).

Chandra X-ray Center:in lehdistötiedote

Mainokset

Trackbacks & Pingbacks

  1. Supermassiiviset mustat aukot: elämä, maailmankaikkeus – ja kaikki « uniVersI/O pingbacked : 6 years, 3 months ago

Kommentit



Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s

%d bloggers like this: