Grudzień 2019

Astronomowie odkryli najbardziej masywną w historii gwiazdę neutronową

Gwiazdy neutronowe to najgęstsze obiekty gwiazdowe we Wszechświecie. Choć naukowcy badają te kosmiczne obiekty od dziesięcioleci, wciąż nie potrafimy zrozumieć natury ich wnętrz. Jednak najnowsze odkrycie może poszerzyć naszą wiedzę w zakresie gwiazd neutronowych.

Zespół z Północnoamerykańskiego Obserwatorium Fal Grawitacyjnych (NANOGrav), korzystając z Radioteleskopu Green Bank, odkrył szybko obracający się pulsar milisekundowy. Obiekt pod nazwą J0740+6620 znajduje się około 4 500 lat świetlnych od nas i jest to najmasywniejsza znana nam gwiazda neutronowa.

Jej masa, przy średnicy 30 kilometrów, wynosi 2,17 mas Słońca. Wcześniejsze badania nad falami grawitacyjnymi, które zostały wykryte przez detektor LIGO i powstały w wyniku kolizji gwiazd neutronowych, wskazują, że odkryty obiekt J0740+6620 jest blisko przekroczenia granicy tego, jak bardzo masywny i zwarty może stać się obiekt kosmiczny bez zapadnięcia się do czarnej dziury.

Dzięki dokładnym badaniom, astrofizycy będą mogli określić maksymalną masę, możliwą dla gwiazdy neutronowej, a także zrozumieć fizykę materii przy tak ekstremalnie wysokich gęstościach. Co więcej, pulsary, które emitują bliźniacze wiązki fal radiowych ze swoich biegunów magnetycznych, można wykorzystać jako kosmiczny odpowiednik zegarów atomowych.

Asteroida, która zabiła dinozaury, wywołała wielką falę tsunami na wszystkich oceanach świata

Ponad 65 milionów lat temu, ogromna asteroida uderzyła we współczesny Meksyk. Po tej katastrofalnej kolizji ciała niebieskiego z Ziemią pozostał krater Chicxulub, który znajduje się na półwyspie Jukatan i na dnie Zatoki Meksykańskiej. Najnowsze badania wskazują, że impakt wywołał wielką falę tsunami, która szybko rozprzestrzeniła się po ziemskich oceanach.

Asteroida o średnicy 14 km wywołała niewyobrażalnie wielkie zniszczenia na naszej planecie i przyczyniła się do wyginięcia dinozaurów. Naukowcy z Uniwersytetu Michigan przeprowadzili symulacje komputerowe, które pokazują, że siła uderzenia była tak wielka, że planetoida wygenerowała globalne tsunami.

Źródło: Detlev Van Ravenswaay/Science

Dotychczas jeszcze żaden zespół naukowy nie badał wydarzeń, które miały miejsce tuż po impakcie. Aby tego dokonać, potrzebny był model, który obliczyłby rozległą deformację skorupy Ziemi i zachowanie fal.

Pierwsza tego typu symulacja komputerowa pokazuje, co wydarzyło się po 10 minutach od uderzenia, gdy krater miał 1,5 km głębokości. Dopiero po tym czasie, woda zaczynała intensywnie wpadać do krateru, a następnie cofać się, tworząc potężną falę.

Drugi model przedstawia propagację fali tsunami po oceanach na Ziemi. Badania wykazały, że w wyniku impaktu powstała fala główna o wysokości 1,5 km, która zaczęła rozprzestrzeniać się z prędkością nawet 143 km/h. Zaraz po niej, w wielu częściach innych oceanów wygenerowały się pomniejsze fale o wysokości kilkunastu i kilkudziesięciu metrów.

Naukowcy wskazują, że szybko poruszająca się woda prawdopodobnie spowodowała erozję i zaburzenia osadów w basenach południowego Pacyfiku, północnego Atlantyku i Morza Śródziemnego. Przeprowadzone osobno badania zapisów osadów w oceanach wspierają rezultaty symulacji komputerowych.

Trudno wyobrazić sobie taki kataklizm, dlatego naukowcy porównują go do potężnej fali tsunami, która w 2004 roku nawiedziła Indie i zabiła ponad 225 tysięcy ludzi. Tsunami, które powstało po impakcie asteroidy, posiadało jednak 2,5-29 tysiąca razy większą siłę.

Naukowcy opracowali tanią metodę produkcji wodoru z wody

Wodór może zrewolucjonizować motoryzację. Jednak zanim to nastąpi, należy stworzyć prostą, tanią i ekologiczną metodę wytwarzania paliwa wodorowego. Postępu na tym polu dokonali właśnie naukowcy z Uniwersytetu Nowej Południowej Walii.

Zespół badawczy wykazał, że można pozyskać wodór poprzez rozdzielenie go od tlenu w wodzie przy zastosowaniu tanich metali, takich jak żelazo czy nikiel, które mogą pełnić rolę katalizatorów. Metale te przyspieszają reakcję chemiczną, a jednocześnie wymagają zastosowania mniejszych ilości energii.

Żelazo i nikiel, które powszechnie występują w Ziemi, mogą zastąpić ruten, platynę i iryd – metale szlachetne, które doskonale nadają się do rozszczepiania wody. W procesie tym, dwie elektrody nakładają ładunek elektryczny na wodę, co pozwala oddzielić wodór od tlenu.

Zespół kierowany przez profesora Chuan Zhao powleka elektrody niklowo-żelazowym katalizatorem, aby zmniejszyć zużycie energii. Żelazo i nikiel spotykają się na poziomie atomowym i aktywnie rozszczepiają wodę. Wodór można wykorzystać jako paliwo, natomiast tlen jest przyjaznym dla środowiska produktem ubocznym tego procesu.

Badania wykazały, że niklowo-żelazowy katalizator może być tak samo skuteczny w pozyskiwaniu wodoru z wody co platynowy. Co więcej, katalizator ten może również wytwarzać tlen, a więc można nie tylko znacząco obniżyć koszty produkcji, ale też korzystać z jednego katalizatora do pozyskiwania wodoru i tlenu. Ruten, platyna i iryd to metale szlachetne, które są tysiące razy droższe od żelaza i niklu.

Rozwój technologii rozszczepiania wody sprawi, że stacje wodorowe staną się powszechne niczym stacje benzynowe. Dzięki temu będziemy mogli stopniowo rezygnować z tradycyjnej benzyny, wytwarzanej z ropy naftowej, która jest surowcem skończonym i nieodnawialnym.

Stworzono metal, który nie tonie w wodzie

Naukowcy stworzyli nową technologię obróbki powierzchni metalowych, aby uczynić ich właściwości superhydrofobowymi. Wyroby z tych materiałów nie toną w wodzie, nawet po zrobieniu w nich dziur i innych uszkodzeń.

Naukowcy z University of Rochester w USA, przy wsparciu chińskich kolegów, opracowali technologię przetwarzania powierzchni metalowych z użyciem lasera femtosekundowego. Po tej obróbce, metal zyskuje tak silne właściwości hydrofobowe, że struktura wykonana z niego staje się całkowicie niezatapialna.

Na powierzchni metalu laser tworzy struktury w nanoskali i to one są zdolne do wychwytywania i zatrzymywania powietrza. Po zanurzeniu w wodzie wokół metalowego przedmiotu powstaje pęcherzyk powietrza, który wyrzuca go na powierzchnię. Naukowcy wzorowali swoje odkrycie na pająkach wodnych, które są w stanie pozostać pod wodą przez dłuższy czas w bąblu powietrza otaczającego ich ciała. Podobną technikę stosują też mrówki ogniste, Solenopsis.

Nowa metoda przetwarzania materiału pozwoli rozwijać statki niezatapialne, pływające elektronicznych urządzeń sterujących lub innych urządzeń, które wymagają dużo czasu, aby utrzymać się na powierzchni wody niezależnie od uszkodzeń. Głównym problemem większości materiałów hydrofobowych jest to, że w związku z upływem czasu lub w wyniku uszkodzenia mechanicznego powierzchni, tracą swoje właściwości. Przetworzony laserowo materiał nie stracił ich nawet po wielokrotnym zadrapywaniu i po miesiącu pobytu pod wodą pod obciążeniem.

Zmniejszenie populacji ludzi na Ziemi ma być panaceum na globalne ocieplenie

Walka z zachodzącymi zmianami klimatycznymi może wejść na zupełnie nowy, niebezpieczny poziom. Zdaniem międzynarodowej grupy specjalistów, samo ograniczenie spożycia mięsa, redukcja emisji dwutlenku węgla oraz rezygnacja z paliw kopalnych mogą nie wystarczyć, aby zapobiec globalnemu ociepleniu. Eksperci całkiem poważnie zaproponowali zmniejszenie liczby ludności na Ziemi.

W artykule opublikowanym na łamach czasopisma BioScience, ponad 11 tysięcy naukowców z całego świata podniosło „alarm klimatyczny” i wezwało do podjęcia drastycznych środków w imię ochrony ziemskiego klimatu. Tym razem nawiązano nie tylko do ratowania lodowców i lasów, ograniczenia emisji dwutlenku węgla i przejścia na odnawialne źródła energii, ale także wprowadzenie „kontroli populacji”.

Eksperci wskazują, że światowa populacja rośnie w coraz szybszym tempie. Ich zdaniem, należy „ustabilizować” wzrost, a nawet stopniowo zmniejszać liczbę ludności na Ziemi. Mówiąc wprost, naukowcy uważają, że na naszej planecie jest zbyt dużo ludzi i trzeba zacząć działać w tej sprawie, choć są świadomi tego, że wiele państw świata zmaga się z kryzysem demograficznym.

Tutaj pojawiają się problemy. Jeśli naukowcy chcą stosunkowo szybko pokonać globalne ocieplenie, w jaki sposób zamierzają zredukować liczbę ludności, która na dzień dzisiejszy wynosi około 7,7 miliarda? Jaka liczba ludności zostanie uznana za odpowiednią? Kto będzie decydował o tym, ile dzieci będzie mogło się rodzić w danym państwie i czy wprowadzone zostaną prawa do rodzenia dzieci, którymi będzie można handlować, podobnie jak w przypadku praw do emisji CO2?

Dyskusje w sprawie globalnego ocieplenia i środków, jakie należy podjąć, aby chronić ziemski klimat, niewątpliwie wchodzą na bardzo niebezpieczne tory. Naukowcy już sygnalizują, że depopulacja może być czymś dobrym – tylko czy nie stoi to w sprzeczności z prawem do życia, które gwarantuje powszechna deklaracja praw człowieka?

Przedstawiono nową metodę wykrywania tuneli czasoprzestrzennych

Tunele czasoprzestrzenne są konceptami istniejącymi według teoretycznych wyliczeń fizyków teoretycznych, ewentualnie w filmach z gatunku science fiction. Rzeczywiście takie formacje są możliwe i zgodne z ogólną teorią względności Einsteina. Jednak do tej pory nikt nigdy nie zdołał ich jeszcze zlokalizować albo dostrzec. Być może to ulegnie zmianie, ponieważ opracowano pierwszy, w miarę skuteczny sposób wykrywania takich obiektów.

Wyniki najnowszych prac sugerują, że anormalne ruchy gwiazd mogą zdradzać obecność tuneli czasoprzestrzennych w ich okolicy. Odkrycie tych niezwykłych anomalii przestrzennych mogłoby zrewolucjonizować fizykę oraz wszelkie koncepcje podróży kosmicznych.

„Jeśli masz dwie gwiazdy, po jednej z każdej strony tunelu czasoprzestrzennego, gwiazda po naszej stronie powinna poczuć grawitacyjny wpływ gwiazdy znajdującej się po drugiej stronie (...) Strumień grawitacyjny przejdzie przez tunel czasoprzestrzenny” - twierdzi współautor badania, Dejan Stojkovic, kosmolog i profesor fizyki w Uniwersytecie w Buffalo w Nowym Jorku:

Tunele czasoprzestrzenne wymagają ekstremalnego wypaczenia czasoprzestrzeni, co z kolei zależy od bardzo silnego oddziaływania grawitacyjnego. Dobrym miejscem do polowania na te teoretyczne tunele są okolice supermasywnych czarnych dziur, które znajdują się w sercach galaktyk. Dobrym przykładem jest tutaj Sagittarius A*, czyli gigant o masie czterech milionów Słońc, znajdujący się w naszej własnej galaktyce.

Obecne techniki obserwacji prawdopodobnie nie są jednak wystarczająco zaawansowane, aby dokonać takiego odkrycia. Choć oczywiście, może to być możliwe w ciągu następnej dekady lub dwóch dzięki stałym postępom w technologii i dzięki długoterminowemu monitorowaniu gwiazd, które krążą w pobliżu Sagittariusa A*, w poszukiwaniu ich anomalnego zachowania.

Czy ludzkość będzie w stanie kiedyś okiełznać technologię umożliwiającą podróżowanie w taki sposób? Nawet jeśli będziemy w stanie styworzyć stabilny tunel czasoprzestrzenny, zdaniem ekspertów, dzisiejsze statki kosmiczne najprawdopodobniej nie będą w stanie nim podróżować, pon iewaz może dojść do dekompozycji materii na skutek oddziaływania grawitacyjnego.

Nowe badanie, którym kierował De-Chang Dai z Uniwersytetu Yangzhou w Chinach i Case Western Reserve University w Ohio, zostało opublikowane w tym miesiącu w czasopiśmie Physical Review D.